La Carte du Ciel ( pronunciación francesa: [kaʁt dy sjɛl] ; literalmente, 'Mapa del Cielo') y el Catálogo Astrográfico (o Carta Astrográfica ) fueron dos componentes distintos pero conectados de un enorme proyecto astronómico internacional, iniciado a fines del siglo XIX, para catalogar y cartografiar las posiciones de millones de estrellas tan débiles como de magnitud 11 o 12. Veinte observatorios de todo el mundo participaron en la exposición y medición de más de 22.000 placas fotográficas (de vidrio) en un enorme programa de observación que se extendió durante varias décadas. A pesar de, o debido a, su gran escala, el proyecto solo tuvo un éxito parcial: el componente Carte du Ciel nunca se completó y durante casi medio siglo la parte del Catálogo Astrográfico fue en gran parte ignorada. Sin embargo, la aparición del Catálogo Hipparcos en 1997 ha llevado a un desarrollo importante en el uso de este material histórico de placas.
En 1887, el director del Observatorio de París, Amédée Mouchez , inició un vasto y sin precedentes proyecto internacional de cartografía estelar al darse cuenta del potencial que ofrecía el nuevo proceso fotográfico de placa seca para revolucionar el proceso de elaboración de mapas de las estrellas. Como resultado del Congreso Astrográfico de más de 50 astrónomos celebrado en París en abril de 1887, 20 observatorios de todo el mundo aceptaron participar en el proyecto y se establecieron dos objetivos:
En el primero de ellos, el Catálogo Astrográfico, se debía fotografiar todo el cielo hasta una magnitud de 11 para proporcionar un catálogo de referencia de las posiciones de las estrellas que llenaría la brecha de magnitud entre las observadas previamente mediante observaciones instrumentales de tránsito y círculo meridiano hasta una magnitud de 8; esto proporcionaría las posiciones de una red razonablemente densa de posiciones de estrellas que, a su vez, podrían utilizarse como sistema de referencia para el componente de estudio más débil (la Carte du Ciel). Se encargó a distintos observatorios de todo el mundo que estudiaran zonas de declinación específicas (véase la tabla). Las placas del Catálogo Astrográfico, con una exposición típica de 6 minutos, se fotografiaron, midieron y publicaron en su totalidad. Produjeron un catálogo de posiciones y magnitudes hasta aproximadamente 11,5 mag, y el programa se completó en gran parte durante el primer cuarto del siglo XX.
Para el segundo objetivo, se utilizó un segundo conjunto de placas, con exposiciones más prolongadas pero con una superposición mínima, para fotografiar todas las estrellas de magnitud 14. Estas placas se reproducirían y distribuirían como un conjunto de cartas, la Carte du Ciel, en contraste con las cartas celestes anteriores que se habían construido a partir de las coordenadas celestes de las estrellas observadas por instrumentos de tránsito. La mayoría de las placas de la Carte du Ciel utilizaban tres exposiciones de 20 minutos de duración, desplazadas para formar un triángulo equilátero con lados de 10 segundos de arco, lo que facilitaba la distinción entre estrellas y fallas de placas, y entre asteroides y estrellas.
Un relato contemporáneo de esta vasta colaboración astronómica internacional, publicado en 1912, fue dado por Herbert Hall Turner , entonces Profesor Saviliano de Astronomía en la Universidad de Oxford. [2] Otros aspectos se tratan en varios artículos en las Actas del Simposio IAU Número 133 celebrado en 1988. [3]
Para el Catálogo Astrográfico participaron 20 observatorios de todo el mundo en la exposición y medición de más de 22.000 placas de vidrio (véase la tabla). Alrededor de la mitad de los observatorios encargaron telescopios a los hermanos Henry (Paul y Prosper) en Francia, y otros procedían de la fábrica de Howard Grubb de Dublín . [4] Estos telescopios se denominaban astrógrafos normales con una apertura de alrededor de 13 pulgadas (33 cm) y una longitud focal de 11 pies (3,4 m) diseñados para crear imágenes con una escala uniforme en la placa fotográfica de aproximadamente 60 arcsecs /mm mientras cubrían un campo de visión de 2° × 2°. A cada observatorio se le asignó una zona de declinación específica para fotografiar. La primera placa de este tipo se tomó en agosto de 1891 en el Observatorio Vaticano (donde las exposiciones tardaron más de 27 años en completarse) y la última en diciembre de 1950 en el Observatorio Real de Bélgica (Bruselas), y la mayoría de las observaciones se realizaron entre 1895 y 1920. Para compensar los defectos de las placas, cada área del cielo se fotografió dos veces, utilizando un patrón de superposición doble de esquina a centro, extendido en los límites de las zonas, de modo que las placas de cada observatorio se superpusieran con las de las zonas adyacentes. Los observatorios participantes acordaron utilizar un telescopio estandarizado para que todas las placas tuvieran una escala similar de aproximadamente 60 arcsec/mm. Las áreas medibles de las placas fueron de 2,1° × 2,1° (13 cm × 13 cm), por lo que el patrón de superposición consistió en placas que estaban centradas en cada banda de grados en declinación, pero desplazadas en ascensión recta por dos grados. Muchos factores, como el catálogo de referencia, la técnica de reducción y los formatos de impresión, se dejaron en manos de cada institución. El objetivo de precisión posicional fue de 0,5 segundos de arco por imagen.
La medición de las placas fue un proceso prolongado, en el que las mediciones se hacían a simple vista y se registraban a mano. Las placas se entregaban a un gran número de personas que trabajaban como computadoras para determinar las posiciones de las estrellas en cada placa. (Antes de su significado moderno, la palabra "computadora" significaba una persona que realiza cálculos). Estas computadoras humanas medían manualmente cada estrella con respecto a la docena de estrellas de referencia dentro de esa placa en particular, y luego realizaban cálculos para determinar la ascensión recta y la declinación de la estrella . Sin embargo, el objetivo original de 11 mag como magnitud límite se superó en general, ya que algunos observatorios midieron rutinariamente estrellas tan débiles como 13 mag. En total, se observaron unos 4,6 millones de estrellas (8,6 millones de imágenes). Las estrellas más brillantes estaban sobreexpuestas en las placas, no se midieron y, por lo tanto, no figuraban en los catálogos resultantes. Las mediciones de las placas (en coordenadas rectangulares), así como las fórmulas para transformarlas en coordenadas ecuatoriales, se publicaron en los volúmenes originales del Catálogo Astrográfico, aunque las coordenadas ecuatoriales que las acompañan ahora sólo tienen interés histórico. La publicación de las mediciones se realizó entre 1902 y 1964, y dio como resultado 254 volúmenes impresos de datos brutos.
Durante décadas, el Catálogo Astrográfico fue ignorado en gran medida. Era difícil trabajar con los datos porque no estaban disponibles ni en formato legible por máquina ni en coordenadas ecuatoriales. Se invirtieron décadas de trabajo a nivel internacional antes de que el proyecto fuera reemplazado por las técnicas astronómicas modernas. Un problema fue que el trabajo llevó mucho más tiempo de lo esperado. Tal como se había previsto originalmente, el proyecto debía durar solo entre 10 y 15 años. Un problema más grave fue que, mientras muchos astrónomos europeos estaban preocupados por este proyecto, que requería un trabajo constante y metódico en lugar de creatividad, en otras partes del mundo, especialmente en los Estados Unidos, la astrofísica estaba adquiriendo mucha más importancia que la astrometría . Como resultado, la astronomía francesa, en particular, se quedó atrás y quedó rezagada durante décadas.
Algunos de los observatorios participantes se encargaron de la parte más ambiciosa del programa, la Carte du Ciel, pero otros no la completaron ni siquiera la empezaron. Las cartas resultaron excesivamente caras de fotografiar y reproducir, generalmente mediante placas de cobre grabadas ( fotograbado ), y muchas zonas no se completaron ni se publicaron correctamente. Las placas que se tomaron generalmente todavía existen, pero cubren solo la mitad del cielo. Por lo general, se archivan en sus observatorios originales. Recientemente, se han vuelto a medir y analizar muy pocas placas gracias a la disponibilidad de los datos del Catálogo Hipparcos (véase más abajo).
Durante mucho tiempo se consideró que la enorme cantidad de trabajo invertido en el Catálogo Astrográfico, la toma de placas, las mediciones y la publicación, sólo proporcionaba un beneficio científico marginal. Pero hoy en día, los astrónomos están en deuda con este gran esfuerzo debido a la posibilidad de combinar estas posiciones estelares de hace un siglo con los resultados del satélite de astrometría espacial Hipparcos de la ESA , lo que permite obtener movimientos propios de alta precisión para 2,5 millones de estrellas.
En concreto, las posiciones del Catálogo Astrográfico se transfirieron de los catálogos impresos con décadas de antigüedad a un formato legible por máquina (lo que se llevó a cabo en el Instituto Astronómico Sternberg en Moscú bajo la dirección de A. Kuzmin) entre 1987 y 1994. Los datos se redujeron luego de nuevo (en el Observatorio Naval de los EE. UU. en Washington bajo la dirección de Sean Urban), utilizando las estrellas de referencia medidas por el satélite de astrometría Hipparcos . [5]
Las estrellas del Catálogo Hipparcos se utilizaron para establecer un marco de referencia detallado en las distintas épocas de las placas del Catálogo Astrográfico, mientras que los 2,5 millones de estrellas del Catálogo Tycho-2 proporcionaron un marco de referencia denso para permitir calibrar y corregir con precisión las distorsiones de las placas. Los movimientos propios de todas las estrellas del Catálogo Tycho se pudieron derivar, especialmente gracias al Catálogo Astrográfico, pero además utilizando posiciones de estrellas de más de 140 catálogos terrestres.
Además de las 120.000 estrellas del propio Catálogo Hipparcos, el Catálogo Tycho-2 resultante (compilado en el Observatorio de la Universidad de Copenhague bajo la dirección de Erik Høg) se convirtió en el catálogo de estrellas más grande, preciso y completo de las estrellas más brillantes del cielo. Fue la base para derivar las posiciones de todas las estrellas más débiles del cielo, hasta que el Catálogo Gaia 2 estuvo disponible en 2017. [6] [7] Sean Urban, del Observatorio Naval de los EE. UU. , escribió en 1998: [5]
La historia del Catálogo Astrográfico es la de personas dedicadas que dedicaron décadas tediosas de su carrera a un único objetivo. Algunos creen que también es la historia de cómo los mejores observatorios europeos del siglo XIX perdieron su liderazgo en la investigación astronómica al dedicar tantos recursos a esta única tarea. El Catálogo Astrográfico, que durante mucho tiempo se presentó como una lección de ambición excesiva, se ha convertido más recientemente en una lección sobre cómo los datos antiguos pueden encontrar nuevos usos.
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