Astrometría

La astrometría es una rama de la astronomía que implica mediciones precisas de las posiciones y movimientos de las estrellas y otros cuerpos celestes . Proporciona la cinemática y el origen físico del Sistema Solar y de esta galaxia , la Vía Láctea .

La historia de la astrometría está ligada a la historia de los catálogos estelares , que proporcionaban a los astrónomos puntos de referencia para los objetos celestes, permitiéndoles así rastrear sus movimientos. Esto se remonta al antiguo astrónomo griego Hiparco , quien alrededor del año 190 a. C. utilizó el catálogo de sus predecesores Timocaris y Aristillo para descubrir la precesión de la Tierra . Al hacerlo, también desarrolló la escala de brillo que aún se utiliza hoy en día. ^{[ 1 ]} Hiparco compiló un catálogo con al menos 850 estrellas y sus posiciones. ^{[ 2 ]} El sucesor de Hiparco, Ptolomeo , incluyó un catálogo de 1022 estrellas en su obra Almagesto , indicando su ubicación, coordenadas y brillo. ^{[ 3 ]}

En el siglo X, el astrónomo persa Abd al-Rahman al-Sufi realizó observaciones de las estrellas y describió sus posiciones, magnitudes y color estelar ; además, proporcionó dibujos para cada constelación, que se muestran en su Libro de las Estrellas Fijas . El matemático egipcio Ibn Yunus observó más de 10 000 entradas para la posición del Sol durante muchos años utilizando un gran astrolabio con un diámetro de casi 1,4 metros. Sus observaciones sobre eclipses todavía se utilizaron siglos después en las investigaciones del astrónomo canadiense-estadounidense Simon Newcomb sobre el movimiento de la Luna, mientras que sus otras observaciones de los movimientos de los planetas Júpiter y Saturno inspiraron la Oblicuidad de la Eclíptica y las Desigualdades de Júpiter y Saturno del erudito francés Laplace . ^{[ 4 ]} En el siglo XV, el astrónomo timúrida Ulugh Beg compiló el Zij-i-Sultani , en el que catalogó 1019 estrellas. Al igual que los catálogos anteriores de Hiparco y Ptolomeo, se estima que el catálogo de Ulugh Beg tenía una precisión de aproximadamente 20 minutos de arco . ^{[ 5 ]}

En el siglo XVI, el astrónomo danés Tycho Brahe utilizó instrumentos mejorados, incluyendo grandes instrumentos murales , para medir las posiciones de las estrellas con mayor precisión que antes, con una precisión de 15 a 35 segundos de arco . ^{[ 6 ]} El erudito otomano Taqi al-Din midió la ascensión recta de las estrellas en el Observatorio de Constantinopla de Taqi ad-Din utilizando el "reloj de observación" que inventó. ^{[ 7 ]} Cuando los telescopios se hicieron comunes, los círculos de ajuste aceleraron las mediciones.

El astrónomo inglés James Bradley intentó medir por primera vez las paralajes estelares en 1729. El movimiento estelar resultó demasiado insignificante para su telescopio , pero en su lugar descubrió la aberración de la luz y la nutación del eje terrestre. Su catalogación de 3222 estrellas fue perfeccionada en 1807 por el astrónomo alemán Friedrich Bessel , padre de la astrometría moderna. Realizó la primera medición de la paralaje estelar: 0,3 segundos de arco para la estrella binaria 61 Cygni . En 1872, el astrónomo británico William Huggins utilizó la espectroscopia para medir la velocidad radial de varias estrellas prominentes, incluida Sirio . ^{[ 8 ]}

Debido a su gran dificultad de medición, a finales del siglo XIX solo se habían obtenido unas 60 paralajes estelares, principalmente mediante el uso del micrómetro filar . Los astrógrafos que utilizaban placas fotográficas astronómicas aceleraron el proceso a principios del siglo XX. Las máquinas automatizadas de medición de placas ^{[ 9 ]} y la tecnología informática más sofisticada de la década de 1960 permitieron una compilación más eficiente de catálogos estelares . El proyecto Carte du Ciel , iniciado a finales del siglo XIX para mejorar el mapeo estelar, no pudo completarse, pero convirtió la fotografía en una técnica común para la astrometría. ^{[ 10 ]} En la década de 1980, los dispositivos de carga acoplada (CCD) reemplazaron las placas fotográficas y redujeron las incertidumbres ópticas a un miliarcosegundo. Esta tecnología hizo que la astrometría fuera menos costosa, abriendo el campo a un público aficionado.

En 1989, el satélite Hipparcos de la Agencia Espacial Europea llevó la astrometría a órbita, donde podía verse menos afectada por las fuerzas mecánicas de la Tierra y las distorsiones ópticas de su atmósfera. Operando desde 1989 hasta 1993, Hipparcos midió ángulos grandes y pequeños en el cielo con mucha mayor precisión que cualquier telescopio óptico anterior. Durante sus 4 años de funcionamiento, las posiciones, paralajes y movimientos propios de 118.218 estrellas se determinaron con un grado de precisión sin precedentes. Un nuevo " catálogo Tycho " reunió una base de datos de 1.058.332 estrellas con una precisión de 20-30 mas (miliarcosegundos). Se compilaron catálogos adicionales para las 23.882 estrellas dobles y múltiples y 11.597 estrellas variables también analizadas durante la misión Hipparcos. ^{[ 11 ]} En 2013, se lanzó el satélite Gaia y mejoró la precisión de Hipparcos . ^{[ 12 ]} La precisión mejoró en un factor de 100 y permitió el mapeo de mil millones de estrellas. ^{[ 13 ]} Hoy en día, el catálogo más utilizado es USNO-B1.0 , un catálogo de todo el cielo que rastrea los movimientos propios, posiciones, magnitudes y otras características de más de mil millones de objetos estelares. Durante los últimos 50 años, se utilizaron 7435 placas de cámara Schmidt para completar varios estudios del cielo que hacen que los datos en USNO-B1.0 sean precisos dentro de 0,2 segundos de arco. ^{[ 14 ]}

Además de su función fundamental de proporcionar a los astrónomos un marco de referencia para reportar sus observaciones, la astrometría es esencial para campos como la mecánica celeste , la dinámica estelar y la astronomía galáctica . En la astronomía observacional , las técnicas astrométricas ayudan a identificar objetos estelares por sus movimientos característicos. Es fundamental para la medición del tiempo , ya que el UTC es esencialmente el tiempo atómico sincronizado con la rotación de la Tierra mediante observaciones astronómicas precisas. La astrometría es un paso importante en la escala de distancias cósmicas porque establece estimaciones de distancia por paralaje para las estrellas de la Vía Láctea .

La astrometría también se ha utilizado para respaldar las afirmaciones de detección de planetas extrasolares midiendo el desplazamiento que los planetas propuestos causan en la posición aparente de su estrella madre en el cielo, debido a su órbita mutua alrededor del centro de masa del sistema. La astrometría es más precisa en misiones espaciales que no se ven afectadas por los efectos distorsionadores de la atmósfera terrestre. ^{[ 15 ]} La Misión de Interferometría Espacial ( SIM PlanetQuest ) de la NASA (ahora cancelada) iba a utilizar técnicas astrométricas para detectar planetas terrestres que orbitan alrededor de unas 200 de las estrellas de tipo solar más cercanas . La Misión Gaia de la Agencia Espacial Europea , lanzada en 2013, aplica técnicas astrométricas en su censo estelar. Además de la detección de exoplanetas, ^{[ 16 ]} también se puede utilizar para determinar su masa. ^{[ 17 ]}

Los astrofísicos utilizan mediciones astrométricas para restringir ciertos modelos de mecánica celeste . Al medir las velocidades de los púlsares , es posible establecer un límite a la asimetría de las explosiones de supernovas . Además, los resultados astrométricos se utilizan para determinar la distribución de la materia oscura en la galaxia.

Los astrónomos utilizan técnicas astrométricas para el seguimiento de objetos cercanos a la Tierra . La astrometría es responsable de la detección de muchos objetos del Sistema Solar que baten récords. Para encontrar estos objetos astrométricamente, los astrónomos utilizan telescopios para explorar el cielo y cámaras de gran área para tomar fotografías a intervalos determinados. Al estudiar estas imágenes, pueden detectar objetos del Sistema Solar por sus movimientos relativos a las estrellas de fondo, que permanecen fijas. Una vez que se observa un movimiento por unidad de tiempo, los astrónomos compensan la paralaje causada por el movimiento de la Tierra durante ese tiempo y se calcula la distancia heliocéntrica a este objeto. Utilizando esta distancia y otras fotografías, se puede obtener más información sobre el objeto, incluidos sus elementos orbitales . ^{[ 18 ]} Entre los propósitos se encuentra la prevención de impactos de asteroides .

Quaoar y Sedna son dos planetas enanos transneptunianos descubiertos de esta manera por Michael E. Brown y otros investigadores del Caltech, utilizando el telescopio Samuel Oschin de 48 pulgadas (1,2 m) del Observatorio Palomar y la cámara CCD de gran área Palomar-Quest. La capacidad de los astrónomos para rastrear las posiciones y los movimientos de estos cuerpos celestes es crucial para la comprensión del Sistema Solar y su pasado, presente y futuro interrelacionados con otros cuerpos del Universo. ^{[ 19 ] [ 20 ]} 

Un aspecto fundamental de la astrometría es la corrección de errores. Diversos factores introducen errores en la medición de las posiciones estelares, como las condiciones atmosféricas, las imperfecciones de los instrumentos y los errores del observador o de los propios instrumentos de medición. Muchos de estos errores pueden reducirse mediante diversas técnicas, como mejoras en los instrumentos y compensaciones de los datos. Los resultados se analizan posteriormente mediante métodos estadísticos para calcular estimaciones de datos y rangos de error. ^{[ 21 ]}

• XParallax viu (Aplicación gratuita para Windows)
• Astrometrica (Aplicación para Windows)
• Astrometry.net (Astrometría para personas ciegas en línea)

• Kovalevsky, Jean; Seidelman, P. Kenneth (2004). Fundamentos de astrometría . Cambridge University Press. ISBN 0-521-64216-7.

• Guía MPC para la astrometría de cuerpos menores
• Departamento de Astrometría del Observatorio Naval de los Estados Unidos
  • Catálogo astrométrico del USNO y productos relacionados archivados el 26/08/2015 en Wayback Machine.
• "Sala de Astrometría de Precisión" . Departamento de Astronomía de la Universidad de Virginia. Archivado del original el 26 de agosto de 2006. Consultado el 10 de agosto de 2006 .
• SuperNOVAS es una biblioteca de astrometría de alta precisión para C/C++.
• Descubren un cuerpo celeste con características planetarias en los confines de nuestro sistema solar (15 de marzo de 2004)
• Página principal de Mike Brown en Caltech
• Artículo científico que describe el descubrimiento de Sedna.
• La misión de astrometría espacial Hipparcos — en la ESA