Astropy

概要

Astropyは天文学のためのコアPythonパッケージであり、天文研究やデータ分析に不可欠な機能を提供します。座標変換、単位と数量の計算、FITSファイル操作、宇宙論的計算、精密な時刻処理、表形式データの操作、天文画像処理にAstropyを使用してください。

使用すべき場面

以下のようなタスクにAstropyを使用します：

天体座標系の変換（ICRS、銀河座標、FK5、AltAzなど）
物理単位と数量の操作（JyからmJy、パーセクからkmなどへの変換）
FITSファイル（画像またはテーブル）の読み込み、書き込み、操作
宇宙論的計算（光度距離、ルックバックタイム、ハッブルパラメータ）
異なる時間尺度（UTC、TAI、TT、TDB）と形式（JD、MJD、ISO）での精密な時刻処理
テーブル操作（カタログの読み込み、クロスマッチング、フィルタリング、結合）
ピクセル座標と天球座標の間のWCS変換
天文定数と計算

クイックスタート

import astropy.units as u
from astropy.coordinates import SkyCoord
from astropy.time import Time
from astropy.io import fits
from astropy.table import Table
from astropy.cosmology import Planck18

# 単位と数量
distance = 100 * u.pc
distance_km = distance.to(u.km)

# 座標
coord = SkyCoord(ra=10.5*u.degree, dec=41.2*u.degree, frame='icrs')
coord_galactic = coord.galactic

# 時刻
t = Time('2023-01-15 12:30:00')
jd = t.jd  # ユリウス日

# FITSファイル
data = fits.getdata('image.fits')
header = fits.getheader('image.fits')

# テーブル
table = Table.read('catalog.fits')

# 宇宙論
d_L = Planck18.luminosity_distance(z=1.0)

コア機能

1. 単位と数量（`astropy.units`）

物理量に単位を付け、単位変換を行い、計算における次元の一貫性を確保します。

主な操作：

値に単位を乗算して数量を作成
.to() メソッドを使用して単位を変換
自動単位処理で算術演算を実行
ドメイン固有の変換（スペクトル、ドップラー、視差）に対する等価性を使用
対数単位（等級、デシベル）を扱う

参照： 包括的なドキュメント、単位系、等価性、パフォーマンス最適化、単位演算については references/units.md を参照してください。

2. 座標系（`astropy.coordinates`）

天体の位置を表現し、異なる座標フレーム間で変換します。

主な操作：

任意のフレーム（ICRS、銀河座標、FK5、AltAzなど）で SkyCoord を使用して座標を作成
座標系間の変換
角度分離と位置角の計算
座標をカタログにマッチング
3D座標操作のための距離を含める
固有運動と視線速度の処理
オンラインデータベースから名前付きオブジェクトを照会

参照： 詳細な座標フレームの説明、変換、観測者依存フレーム（AltAz）、カタログマッチング、パフォーマンスのヒントについては references/coordinates.md を参照してください。

3. 宇宙論的計算（`astropy.cosmology`）

標準的な宇宙モデルを使用して宇宙論的計算を実行します。

主な操作：

組み込み宇宙モデル（Planck18、WMAP9など）を使用
カスタム宇宙モデルを作成
距離の計算（光度距離、共動距離、角直径距離）
年齢とルックバックタイムの計算
任意の赤方偏移におけるハッブルパラメータの決定
密度パラメータと体積の計算
逆計算（指定距離に対応する赤方偏移を見つける）

参照： 利用可能なモデル、距離計算、時間計算、密度パラメータ、ニュートリノ効果については references/cosmology.md を参照してください。

4. FITSファイル処理（`astropy.io.fits`）

FITS（Flexible Image Transport System）ファイルの読み取り、書き込み、操作を行います。

主な操作：

コンテキストマネージャを使用してFITSファイルを開く
インデックスまたは名前でHDU（ヘッダーデータユニット）にアクセス
ヘッダー（キーワード、コメント、履歴）の読み取りと変更
画像データ（NumPy配列）の操作
テーブルデータ（バイナリテーブルとASCIIテーブル）の処理
新しいFITSファイル（単一または複数拡張）の作成
大きなファイルに対するメモリマッピングの使用
リモートFITSファイル（S3、HTTP）へのアクセス

参照： 包括的なファイル操作、ヘッダー操作、画像とテーブルの処理、複数拡張ファイル、パフォーマンスに関する考慮事項については references/fits.md を参照してください。

5. テーブル操作（`astropy.table`）

単位、メタデータ、さまざまなファイル形式をサポートした表形式データを扱います。

主な操作：

配列、リスト、または辞書からテーブルを作成
複数の形式（FITS、CSV、HDF5、VOTable）でテーブルを読み書き
列と行にアクセスして変更
テーブルのソート、フィルタリング、インデックス作成
データベース形式の操作（結合、グループ化、集約）の実行
テーブルのスタックと連結
単位対応列（QTable）の操作
マスキングによる欠損データの処理

参照： テーブル作成、入出力操作、データ操作、ソート、フィルタリング、結合、グループ化、パフォーマンスのヒントについては references/tables.md を参照してください。

6. 時刻処理（`astropy.time`）

精密な時刻表現と、時間尺度と形式間の変換を行います。

主な操作：

さまざまな形式（ISO、JD、MJD、Unixなど）でTimeオブジェクトを作成
時間尺度間の変換（UTC、TAI、TT、TDBなど）
TimeDeltaを使用した時刻演算の実行
観測者に対する恒星時の計算
光行差補正（重心、日心）の計算
時刻配列の効率的な操作
マスクされた（欠損）時刻の処理

参照： 時刻形式、時間尺度、変換、演算、観測機能、精度処理については references/time.md を参照してください。

7. 世界座標系（`astropy.wcs`）

画像内のピクセル座標と天球座標の間で変換を行います。

主な操作：

FITSヘッダーからWCSを読み取り
ピクセル座標を天球座標に変換（およびその逆）
画像フットプリントの計算
WCSパラメータ（基準ピクセル、投影法、スケール）へのアクセス
カスタムWCSオブジェクトの作成

参照： WCS操作と変換については references/wcs_and_other_modules.md を参照してください。

追加機能

references/wcs_and_other_modules.md ファイルでは以下もカバーしています：

NDData と CCDData

メタデータ、不確実性、マスキング、WCS情報を含むn次元データセットのコンテナ。

モデリング（Modeling）

天文データに数理モデルを作成しフィッティングするためのフレームワーク。

可視化（Visualization）

適切なストレッチとスケーリングを備えた天文画像表示のためのツール。

定数（Constants）

適切な単位を持つ物理的および天文学的な定数（光速、太陽質量、プランク定数など）。

畳み込み（Convolution）

平滑化とフィルタリングのための画像処理カーネル。

統計（Statistics）

シグマクリッピングや外れ値除去を含むロバストな統計関数。

インストール

# 現在の安定リリースに対する再現可能なインストール
uv pip install "astropy==7.2.0"

# プロットと一般的なワークフローに推奨されるオプション依存関係
uv pip install "astropy[recommended]==7.2.0"

# 広範な天文学ワークフローのための全オプション依存関係セット
uv pip install "astropy[all]==7.2.0"

Astropy 7.2.0にはPython 3.11+が必要で、NumPy、PyERFA、PyYAML、packagingに依存します。隔離された仮想環境を使用し、管理者権限でAstropyをインストールしないでください。

[recommended] と [all] のエクストラは、バージョンが固定されていない推移的依存関係（matplotlib、scipyなど）を引き込むことに注意してください。再現可能な本番環境では、ロックファイル（プロジェクト内の uv lock、または要件ファイルに対する uv pip compile）で依存関係ツリー全体を固定し、デプロイ前に解決されたバージョンを確認してください。

一般的なワークフロー

座標系間の変換

from astropy.coordinates import SkyCoord
import astropy.units as u

# 座標を作成
c = SkyCoord(ra='05h23m34.5s', dec='-69d45m22s', frame='icrs')

# 銀河座標に変換
c_gal = c.galactic
print(f"l={c_gal.l.deg}, b={c_gal.b.deg}")

# 高度-方位角に変換（時刻と位置が必要）
from astropy.time import Time
from astropy.coordinates import EarthLocation, AltAz

observing_time = Time('2023-06-15 23:00:00')
observing_location = EarthLocation(lat=40*u.deg, lon=-120*u.deg)
aa_frame = AltAz(obstime=observing_time, location=observing_location)
c_altaz = c.transform_to(aa_frame)
print(f"Alt={c_altaz.alt.deg}, Az={c_altaz.az.deg}")

FITSファイルの読み込みと解析

from astropy.io import fits
import numpy as np

# FITSファイルを開く
with fits.open('observation.fits') as hdul:
    # 構造を表示
    hdul.info()

    # 画像データとヘッダーを取得
    data = hdul[1].data
    header = hdul[1].header

    # ヘッダー値にアクセス
    exptime = header['EXPTIME']
    filter_name = header['FILTER']

    # データを解析
    mean = np.mean(data)
    median = np.median(data)
    print(f"平均: {mean}, 中央値: {median}")

宇宙論的距離計算

from astropy.cosmology import Planck18
import astropy.units as u
import numpy as np

# z=1.5での距離を計算
z = 1.5
d_L = Planck18.luminosity_distance(z)
d_A = Planck18.angular_diameter_distance(z)

print(f"光度距離: {d_L}")
print(f"角直径距離: {d_A}")

# その赤方偏移における宇宙の年齢
age = Planck18.age(z)
print(f"z={z}での年齢: {age.to(u.Gyr)}")

# ルックバックタイム
t_lookback = Planck18.lookback_time(z)
print(f"ルックバックタイム: {t_lookback.to(u.Gyr)}")

カタログのクロスマッチング

from astropy.table import Table
from astropy.coordinates import SkyCoord, match_coordinates_sky
import astropy.units as u

# カタログを読み込み
cat1 = Table.read('catalog1.fits')
cat2 = Table.read('catalog2.fits')

# 座標オブジェクトを作成
coords1 = SkyCoord(ra=cat1['RA']*u.degree, dec=cat1['DEC']*u.degree)
coords2 = SkyCoord(ra=cat2['RA']*u.degree, dec=cat2['DEC']*u.degree)

# マッチを検索
idx, sep, _ = coords1.match_to_catalog_sky(coords2)

# 分離閾値でフィルタリング
max_sep = 1 * u.arcsec
matches = sep < max_sep

# マッチしたカタログを作成
cat1_matched = cat1[matches]
cat2_matched = cat2[idx[matches]]
print(f"{len(cat1_matched)}個のマッチを発見")

ベストプラクティス

常に単位を使用する: 数量に単位を付けてエラーを回避し、次元の一貫性を確保する
FITSファイルにはコンテキストマネージャを使用する: ファイルの適切なクローズを保証する
ループより配列を優先する: パフォーマンス向上のため、複数の座標/時刻を配列として処理する
座標フレームを確認する: 変換前にフレームを検証する
適切な宇宙モデルを使用する: 解析に適した宇宙モデルを選択する
欠損データを処理する: 欠損値があるテーブルにはマスク列を使用する
時間尺度を指定する: 精密なタイミングのために時間尺度（UTC、TT、TDB）を明示的に指定する
単位対応テーブルにはQTableを使用する: テーブル列に単位がある場合
WCSの有効性を確認する: 変換を使用する前にWCSを検証する
頻繁に使用する値をキャッシュする: 高コストな計算（例：宇宙論的距離）はキャッシュ可能
ネットワークアクセスを明示する: SkyCoord.from_name()、EarthLocation.of_site(refresh_cache=True)、EarthLocation.of_address()、download_file()、リモートFITS読み取り、一部のIERS時刻/座標変換は、外部サービスに接続したりローカルキャッシュを更新したりする可能性があります。機密性の高いターゲット名、アドレス、URL、または独自のファイル位置をサードパーティサービスに送信しないでください。機密性の高いターゲットやデータ位置を扱う場合は、これらのネットワーク呼び出しを行う前にユーザーに確認してください。
再現性のためにバージョンを固定する: 共有環境では astropy==7.2.0 などの固定バージョンを使用し、リリースノートを確認した上で意図的に固定を更新してください。

現在のバージョンに関する注意

調査された現在の安定リリース: Astropy 7.2.0（2025年11月25日リリース；2026年6月10日現在最新であることを確認済み）
Python要件: 3.11+
Astropy 8.0はリリース候補段階です（8.0.0rc1、2026年5月26日）。主な変更点は以下の通り：
- 非推奨の astropy.cosmology サブモジュールのシム（astropy.cosmology.flrw、.core、.funcs、.connect、.parameter）は削除されます — すべてを astropy.cosmology から直接インポートしてください（例：from astropy.cosmology import FlatLambdaCDM, z_at_value）
- astropy.constants のデフォルトがCODATA 2018からCODATA 2022に変更されます；再現性が重要な場合は、astropyconst サイエンスステートを介して定数バージョンを固定してください
- NumPy 2.0が最小サポートバージョンになります；7.2.x LTSブランチは8.0リリース後6ヶ月間NumPy 1.xのサポートを維持します
- 組み込みテストランナー（astropy.test()、TestRunner）は正式に非推奨になります — 代わりに pytest を直接実行してください
新しいコードで避けるべき最近の7.xの非推奨事項: 最初の .loc 要素としてテーブルインデックス識別子を渡す（t.loc["b", 2]） — 代わりに t.loc.with_index("b")[2] を使用してください（9.0で削除予定）；astropy.utils.isiterable() — 代わりに numpy.iterable() を使用してください
最近の7.0での削除: 古い非推奨のFITS API（(Bin)Table.update、_ExtensionHDU、_NonstandardExtHDU、CompImageHDU の tile_size 引数など）；CompImageHeader は非推奨です。新しい例ではこれらのレガシーパターンを避けてください。
推奨されるオプションのエクストラは、一般的なプロット/科学依存関係には recommended、幅広いオプション機能セットが必要な場合にのみ all です。

ドキュメントとリソース

公式Astropyドキュメント: https://docs.astropy.org/en/stable/
チュートリアル: https://learn.astropy.org/
GitHub: https://github.com/astropy/astropy

参照ファイル

特定のモジュールの詳細については以下を参照:

references/units.md - 単位、数量、変換、等価性
references/coordinates.md - 座標系、変換、カタログマッチング
references/cosmology.md - 宇宙モデルと計算
references/fits.md - FITSファイル操作と操作
references/tables.md - テーブル作成、入出力、操作
references/time.md - 時刻形式、尺度、計算
references/wcs_and_other_modules.md - WCS、NDData、モデリング、可視化、定数、ユーティリティ

科学的エージェントスキルの引用

このスキルはScientific Agent Skillsの一部です。

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使用すべき場面

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コア機能

1. 単位と数量（astropy.units）

2. 座標系（astropy.coordinates）

3. 宇宙論的計算（astropy.cosmology）

4. FITSファイル処理（astropy.io.fits）

5. テーブル操作（astropy.table）

6. 時刻処理（astropy.time）

7. 世界座標系（astropy.wcs）

追加機能

NDData と CCDData

モデリング（Modeling）

可視化（Visualization）

定数（Constants）

畳み込み（Convolution）

統計（Statistics）

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一般的なワークフロー

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1. 単位と数量（`astropy.units`）

2. 座標系（`astropy.coordinates`）

3. 宇宙論的計算（`astropy.cosmology`）

4. FITSファイル処理（`astropy.io.fits`）

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6. 時刻処理（`astropy.time`）

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