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 de estrellas , que proporcionaban a los astrónomos puntos de referencia de los objetos en el cielo para que pudieran seguir sus movimientos. Esto se remonta a Hiparco , quien alrededor del año 190 a. C. utilizó el catálogo de sus predecesores Timocharis y Aristillus para descubrir la precesión de la Tierra . Al hacerlo, también desarrolló la escala de brillo que todavía se utiliza en la actualidad. [1] Hiparco compiló un catálogo con al menos 850 estrellas y sus posiciones. [2] El sucesor de Hiparco, Ptolomeo , incluyó un catálogo de 1.022 estrellas en su obra el Almagesto , indicando su ubicación, coordenadas y brillo. [3]
En el siglo X, Abd al-Rahman al-Sufi realizó observaciones de las estrellas y describió sus posiciones, magnitudes y color de las estrellas ; además, proporcionó dibujos para cada constelación, que se representan en su Libro de las estrellas fijas . Ibn Yunus observó durante muchos años más de 10.000 entradas de la posición del Sol utilizando un gran astrolabio con un diámetro de casi 1,4 metros. Sus observaciones sobre los eclipses todavía se utilizaron siglos después en las investigaciones de 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 de Laplace . [4] En el siglo XV, el astrónomo timúrida Ulugh Beg compiló el Zij-i-Sultani , en el que catalogó 1.019 estrellas. Al igual que los catálogos anteriores de Hiparco y Ptolomeo, se estima que el catálogo de Ulugh Beg tuvo una precisión de aproximadamente 20 minutos de arco . [5]
En el siglo XVI, Tycho Brahe utilizó instrumentos mejorados, incluidos 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] Taqi al-Din midió la ascensión recta de las estrellas en el Observatorio de Taqi ad-Din en Constantinopla utilizando el "reloj de observación" que inventó. [7] Cuando los telescopios se volvieron comunes, establecer círculos aceleró las mediciones.
James Bradley intentó por primera vez medir los paralajes estelares en 1729. El movimiento estelar resultó demasiado insignificante para su telescopio , pero en cambio descubrió la aberración de la luz y la nutación del eje de la Tierra. Su catalogación de 3222 estrellas fue refinada en 1807 por Friedrich Bessel , el padre de la astrometría moderna. Realizó la primera medición del paralaje estelar: 0,3 segundos de arco para la estrella binaria 61 Cygni . En 1872, William Huggins utilizó la espectroscopia para medir la velocidad radial de varias estrellas prominentes, incluida Sirio . [8]
Al ser muy difícil de medir, a finales del siglo XIX sólo se habían obtenido unas 60 paralajes estelares, la mayoría mediante el uso del micrómetro filar . Los astrógrafos que utilizaban placas fotográficas astronómicas aceleraron el proceso a principios del siglo XX. Las máquinas automáticas de medición de placas [9] y la tecnología informática más sofisticada de la década de 1960 permitieron una compilación más eficiente de catálogos de estrellas . Iniciado a finales del siglo XIX, el proyecto Carte du Ciel para mejorar el mapeo estelar no pudo finalizarse, 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 una audiencia amateur. [ cita necesaria ]
En 1989, el satélite Hipparcos de la Agencia Espacial Europea puso la astrometría en órbita, donde podría verse menos afectada por las fuerzas mecánicas de la Tierra y las distorsiones ópticas de su atmósfera. Operado entre 1989 y 1993, Hipparcos midió ángulos grandes y pequeños en el cielo con mucha mayor precisión que cualquier telescopio óptico anterior. Durante sus cuatro años de funcionamiento, se determinaron las posiciones, paralajes y movimientos propios de 118.218 estrellas 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 entre 20 y 30 mas (miliares de arco). Se compilaron catálogos adicionales para las 23.882 estrellas dobles y múltiples y las 11.597 estrellas variables analizadas también durante la misión Hipparcos. [11] En 2013, se lanzó el satélite Gaia y mejoró la precisión de Hipparcos . [12] La precisión se mejoró en un factor de 100 y permitió mapear 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, posiciones, magnitudes y otras características propias de más de mil millones de objetos estelares. Durante los últimos 50 años, se utilizaron 7.435 placas de cámara Schmidt para completar varios estudios del cielo que hacen que los datos del USNO-B1.0 tengan una precisión de 0,2 segundos de arco. [14]
Además de la función fundamental de proporcionar a los astrónomos un marco de referencia para informar sus observaciones, la astrometría también es fundamental para campos como la mecánica celeste , la dinámica estelar y la astronomía galáctica . En astronomía observacional , las técnicas astrométricas ayudan a identificar objetos estelares por sus movimientos únicos. Es fundamental para mantener el tiempo , en el sentido de que UTC es esencialmente el tiempo atómico sincronizado con la rotación de la Tierra mediante observaciones astronómicas exactas. La astrometría es un paso importante en la escala de distancias cósmicas porque establece estimaciones de distancia de 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 planificada por la NASA ( SIM PlanetQuest ) (ahora cancelada) debía utilizar técnicas astrométricas para detectar planetas terrestres que orbitan aproximadamente 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 detectar exoplanetas, [16] también puede utilizarse para determinar su masa. [17]
Los astrofísicos utilizan las mediciones astrométricas para limitar ciertos modelos en la mecánica celeste . Midiendo las velocidades de los púlsares , es posible poner 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 examinar el cielo y cámaras de gran superficie para tomar fotografías en distintos intervalos determinados. Al estudiar estas imágenes, pueden detectar objetos del Sistema Solar por sus movimientos en relación con las estrellas del fondo, que permanecen fijas. Una vez que se observa un movimiento por unidad de tiempo, los astrónomos compensan el paralaje causado por el movimiento de la Tierra durante este 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]
50000 Quaoar y 90377 Sedna son dos objetos del Sistema Solar descubiertos de esta manera por Michael E. Brown y otros en Caltech utilizando el telescopio Samuel Oschin del Observatorio Palomar de 48 pulgadas (1,2 m) y la cámara CCD de gran área Palomar-Quest. La capacidad de los astrónomos para rastrear las posiciones y movimientos de dichos cuerpos celestes es crucial para la comprensión del Sistema Solar y su pasado, presente y futuro interrelacionados con otros en el Universo. [19] [20]
Un aspecto fundamental de la astrometría es la corrección de errores. Varios factores introducen errores en la medición de las posiciones estelares, incluidas las condiciones atmosféricas, imperfecciones en los instrumentos y errores del observador o de los instrumentos de medición. Muchos de estos errores pueden reducirse mediante diversas técnicas, como mediante mejoras de instrumentos y compensaciones de los datos. Luego, los resultados se analizan utilizando métodos estadísticos para calcular estimaciones de datos y rangos de error. [21]
astrometría de corrección de errores.
