Astronomía Posicional

Royal Greenwich Observatory

Cuaderno de Información No. 16: 'Astronomía Posicional'
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Por Qué Queremos Medir las Posiciones de las Estrellas en el Cielo?

Hace trescientos años se fundó el Observatorio Real en Greenwich, no para hacer investigación astrofísica, sino para resolver un problema muy práctico que era de considerable importancia para la vida de Inglaterra como una nación mercantil. Ese problema era determinar la Longitud de un barco en el mar para que pudiera navegar apropiadamente. Esto requería mediciones precisas de las posiciones de las estrellas, como referencias. Como esas posiciones no eran conocidas, el Observatorio Real comenzó a hacer mediciones precisas de las estrellas, el Sol, la Luna, y los planetas.

Algo más tarde Sir Isaac Newton se dio cuenta del valor científico de esas observaciones, y animó al observatorio a continuarlas para así poder verificar su famosa ley de la gravedad, en lo que era aplicable a la Luna y a los planetas.
Luego de muchos años se hizo posible combinar observaciones sobre un período de cerca de un siglo, para poder mostrar los pequeños movimientos individuales de las estrellas, relativos unos de otros. Hoy en día es posible desarrollar, a partir de estos movimientos, varias teorías sobre qué tan antiguas son las estrellas, y cómo la galaxia de estrellas evolucionó hasta su presente estado y forma.
En la era moderna, aparte de la obvia necesidad de los astrónomos por saber a donde en el cielo apuntar sus telescopios para poder observar tenues galaxias y quasares, se requieren precisas posiciones de estrellas para mantener a los satélites artificiales apuntados en forma correcta, y para ayudar en la navegación de naves espaciales tales como Giotto, que obtuvo exitosamente tan dramáticas imágenes del cometa Halley en 1986.

La Tierra Es una Plataforma Muy Inestable!

Las posiciones de las estrellas son generalmente medidas desde la superficie de la Tierra, y ocasionalmente desde satélites orbitando la Tierra.
La Tierra no es una plataforma muy estable desde la cual hacer mediciones de direcciones en el espacio debido a que se bambolea sobre su eje, gira en torno al Sol, y sigue al Sol como un miembro del Sistema Solar, en su viaje alrededor de la Galaxia.
Adicionalmente, la atmósfera de la Tierra curva los rayos de luz de las estrellas, de tal modo que las posiciones de las estrellas, tal como se las ve desde la superficie de la Tierra, están distorsionadas en una forma sistemática.
Los astrónomos que miden las posiciones de las estrellas, planetas, etc., han usado considerable ingenio para remover de las observaciones los efectos del movimiento de la Tierra y la distorsión causada por su atmósfera.

El movimiento de la Tierra es complejo.
Su forma es la de una esfera achatada, cuyo ecuador está inclinado 23 grados con respecto al plano de su órbita alrededor del Sol. Como resultado, la atracción gravitacional del Sol causa que la Tierra se bambolee como un trompo que gira, con un período de 26.000 años (precesión).
La Luna también causa bamboleos más pequeños, que tienen todo un rango de períodos, desde días hasta 18,6 años (nutación).
Aparte de esos bamboleos, hay efectos gravitacionales más complejos, debidos al hecho de que la Tierra no es rígida y se deforma bajo los efectos de la atracción del Sol y la Luna (deformación por mareas).
Finalmente, el efecto distorsionante de la atmósfera tiene que ser considerado, aún cuando este puede ser obviado haciendo las mediciones desde un satélite, tal como el Hipparco, de la Agencia Espacial Europea.

Al moverse la Tierra alrededor del Sol, la dirección hacia las estrellas cambia levemente. El monto de este efecto (paralaje) es mayor para las estrellas cercanas y decrece con la distancia. La velocidad de la Tierra en su órbita, y en menor grado, la rotación sobre su eje, combinada con la finita velocidad de la luz, causa que la dirección aparente de la luz entrante desde las estrellas varíe sistemáticamente en dirección (aberración).

Direcciones Verdaderas en el Espacio:

Cuando todos los efectos de arriba han sido removidos de las observaciones, los astrónomos encuentran las verdaderas direcciones de las estrellas como si se las viera desde el centro del Sol.
Note que aquí sólo estamos considerando la dirección angular y el movimiento en ángulo recto con la línea de visión. La determinación de distancias y movimiento a lo largo de la línea de visión es otra rama de la astronomía, aún cuando las mediciones puramente angulares dentro del Sistema Solar, combinadas con un conocimiento de las masas de los planetas, etc., pueden llevar a una completa descripción de sus órbitas, incluyendo las distancias.

Identificación Cruzada de Objetos en Mapas en Diferentes Longitudes de Onda:

Los mapas del cielo en varias longitudes de onda, hechos desde distintas partes de la Tierra, y en distintas partes de su órbita, deben ser reducidos a un punto de referencia común, desde el que puedan ser comparados y hacerse deducciones científicas.
Una vez que se ha hecho esto, se puede hacer una identificación cruzada de los objetos en los mapas del cielo hechos en longitudes de onda de rayos-X, ópticas, infrarrojas, y de radio. De esta forma, por ejemplo, una estrella que emite tanto en longitudes de onda de radio como en ópticas, puede ser identificada como una sola estrella única; haces de radio pueden ser posicionados relativos a los brillantes núcleos de galaxias activas, y se pueden encontrar rayos-X provenientes de los centros de densas aglomeraciones de estrellas (cúmulos globulares), en donde agujeros negros podrían esconderse.

Movimientos de las Estrellas:

Los pequeños movimientos de las estrellas individuales en el cielo (movimientos propios), son determinados a partir de mapas precisos de sus posiciones, a intervalos de tiempo que van desde unos pocos años hasta décadas. Estos movimientos por el cielo, combinados con sus movimientos a lo largo de la línea de visión (a partir del corrimiento Doppler de sus líneas espectrales) resultan en sus movimientos en el espacio. Con el conocimiento de sus distancias, los astrónomos pueden construir una imagen tridimensional de la distribución y las velocidades de las estrellas de la Galaxia. A partir de tal imagen, ellos han encontrado relaciones entre las composiciones químicas de las estrellas y sus posiciones y velocidades dentro de la Galaxia.

Exploración del Sistema Solar:

Repetidas mediciones de las posiciones de los objetos del Sistema Solar, reducidas al centro del Sol como se describe arriba, llevaron a la precisa predicción de sus órbitas, lo cual es esencial para planificar las misiones espaciales como los famosos viajes de los Voyager I y II a las regiones exteriores del Sistema Solar.
Un éxito notable más cercano a la Tierra, fue el encuentro de la nave espacial Giotto de la Agencia espacial Europea, con el cometa Halley, cuando regresó al Sistema Solar interior en 1986/87, luego de un período de 76 años. Giotto pasó muy cerca del cometa Halley, y produjo rica información sobre la estructura y composición del cometa.
Otro notable éxito en esta área fue el acercamiento a los asteroides Gaspra (en 1992) e Ida (en 1993) por la nave espacial Galileo de la NASA, en su camino hacia Júpiter. Precisas predicciones de las posiciones de esos asteroides fueron requeridas para que Galileo pudiera apuntar sus cámaras en las direcciones correctas mientras pasaba a toda velocidad cerca de ellos. Durante estos eventos, los más detallados acercamientos fotográficos de asteroides jamás obtenidos fueron logrados.

Notas de ARVAL:
Ver Galileo A Júpiter en la Galería de Imágenes.
Ver Voyager Mission (Voyager 1 & 2: 1977-2020? en NASA-JPL)

El estudio de las recientes colisiones del Cometa Shoemaker-Levy 9 con Júpiter, dependió de precisas mediciones de las posiciones de cada uno de los fragmentos, y de Júpiter. Mediciones similares son necesarias para buscar y rastrear los pequeños cuerpos en el Sistema Solar cuyas trayectorias les hacen posible acercarse a la Tierra. La colisión de un cuerpo aún de 100 metros de diámetro podría tener un efecto devastador alrededor de su sitio de impacto, cuerpos mayores que eso representarían desastres en una escala global.

Técnicas de Medición en Astronomía Posicional:

Los astrónomos utilizan muchas diferentes técnicas para hacer mapas de los cielos. Las técnicas dependen de la longitud onda en que se hagan las observaciones.
En las longitudes de onda ópticas usan telescopios especialmente diseñados para asegurar la estabilidad de la dirección en que apuntan, tales como el Telescopio Astrométrico Carlsberg en el Observatorio Roque de los Muchachos en la isla de La Palma en Las Canarias.
Telescopios especiales para fotografiar el cielo completo también son operados por la Gran Bretaña, tales como el Telescopio Schmidt del Reino Unido, en Australia.
La principal desventaja de los telescopios basados en tierra es el efecto distorsionante de la atmósfera, y ocasionalmente esto es superado lanzando un satélite por arriba de la atmósfera. Gran Bretaña ha participado en el satélite Hipparcos que ha hecho mapas del cielo con precisión sin precedentes en las longitudes de onda ópticas.

Se han hecho grandes avances en la precisión de los mapas en las longitudes de onda de radio utilizando la técnica de Interferometría de Muy Grande Línea de Base (VLBI), en la que las líneas de base son intercontinentales. De hecho, esta técnica se ha desarrollado tanto, que los puntos de referencia primarios para hacer mapas del cielo, ya no son las estrellas brillantes, sino las tenues, remotas, galaxias parecidas a estrellas llamadas quasares. Aparte de la gran precisión de sus posiciones de radio (medidas en mili-arcosegundos), poseen la ventaja sobre las estrellas de no tener ningún movimiento angular, debido a que están tan remotas.

Los rayos-X, y hasta cierto punto los rayos infrarrojos, no penetran la atmósfera de la Tierra, así que los mapas del cielo en estas longitudes de onda deben ser emprendidos desde satélites orbitales. Gran Bretaña ha participado en la construcción de instrumentos para medir posiciones con el satélite infrarrojo ROSAT y el satélite IRAS de rayos-X.

Ver también; 'Hipparcos'

Producido por el Departamento de Servicios de Información del Royal Greenwich Observatory.

PJA Miércoles 17 de Abril 15:41:50 GMT 1996.

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Actualizada: Noviembre 20 '97, Junio 27 '14

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