Para determinar la órbita y efemérides de asteroides, cometas y planetas, es necesario que podamos medir su posición en el espacio en una forma precisa.
Cuando hablamos de precisión nos referimos a errores menores de 1 segundo de arco. Los amateur que realizan una buena Astrometría utilizando mediciones cuidadosas, pueden alcanzar esta perfección, llegando incluso hasta los 0,3 segundos de arcos. Esto debe ser consistente en cada una de las coordenadas. Para garantizarla, se deben hacer las mediciones en posiciones distintas del objeto en el espacio, bien separadas en el tiempo de manera que su órbita pueda ser determinada.

El desarrollo de las cámaras CCD y la generación de catálogos con miles de estrellas con coordenadas precisas, permite que un proceso antes tediosos y altamente exigente desde el punto de vista de recursos y técnicas, pueda estar a la mano de prácticamente cualquier astrónomo amateur. Dada la linealidad de las CCD y arreglo de pixels que sirve a modo de cuadrícula de precisión y la ayuda de software muy elaborados, se puede extraer en forma prácticamente directa, la posición de determinado objeto en el espacio..

Como es el procedimiento:

Los requerimientos para la obtención de los datos para los cálculos de posición, se pueden resumir en los siguientes puntos:
1 - Obtención de las imágenes con un tiempo de exposición adecuado.
2 - Disponer de una medición del tiempo UTC sincronizada con una precisión menor a 1 segundo.
3 - Catálogos de los campos estelares con coordenadas de estrellas de referencias exactas..
4 - Forma de determinar la Ascensión Recta y Declinación real de determinado objeto en el cielo.

Las imágenes tomadas deben tener un tiempo de exposición necesaria y suficiente para poder detectar el objeto en estudio. Una exposición mas prolongada o por el contrario, deficiente, influirán en la correcta medición.

Los catálogos de estrellas en el campo de estudio se usan para determinar lo que se conoce como "constantes de placa". Estas constante trasladan o relacionan las coordenadas de ascensión recta y declinación reales a la posición X-Y de determinado objeto sobre la placa, por le que junto a las mediciones realizadas, sirven para determinar la posición X-Y de un asteroide. Con las CCD, las precisiones actuales pueden calcularse en el orden de una pequeña fracción de pixel.

El procedimiento de pasar de coordenadas medidas a las de placa se conoce como "reducción". Los programas de computadoras actuales para astrometría, permiten hacer una reducción automática desde las imágenes adquiridas con la CCD.

Cual es el equipo necesario para realizar Astrometría de Asteroides:

Cualquier instrumento que sea capaz de capturar imágenes con una CCD con una resolución razonable y que llegue a detectar la magnitud deseada, puede ser usado para Astrometría.
Lo mejor es que el conjunto tenga un campo de visión (Field of View) de al menos 10 minutos de arcos. Esto asegurará un campo de estrella adecuado para las mediciones.
De igual manera, para obtener resultados óptimos, la resolución por pixel no debe ser menor de 2 segundos de arcos (3 segundos de arco en el peor de los casos) y que la relación señasl a ruido de las imágenes sea lo suficientemente alta como para detectar magnitudes pequeñas. Cualquier configuración, bien sea por medio del uso de reductores focales, barlows y cámaras, que permita entregar estas resoluciones en un telescopio dado, permitirá realizar una Astrometría adecuada. Bajo estas condiciones y por medio del uso de los programas existentes, se podrá controlar errores alrededor de 1/10 de la resolución de píxel es decir, alrededor de 0,2 segundos de arcos.

El otro parámetro importante es la precisión del reloj de la computadora que usamos para adquirir las imágenes de la CCD. Por ejemplo, los Asteroides del cinturón principal se mueven a una velocidad en el orden de los 40 segundos de arco por hora, lo que quiere decir que a una precisión de 0,3 segundos de arcos corresponde un error en tiempo de 30 segundos. Los Asteroides cercanos a la Tierra o mejor conocidos como NEO, se mueven aun más rápido. Un error de 1 grado por hora corresponde a 1 segundo de arco, lo cual es mucho. Todos los tiempos involucrados deben tomarse en consideración, inclusive el tiempo en que el obturador abre y cierra. Es muy importante chequear el reloj del computador antes de empezar una sesión de Astrometría tanto en la adquisición como en el proceso de reducción. Lo mejor es tener el computador conectado a Internet y el reloj sincronizado con un servidor NTP para mantener el reloj del PC con una precisión en el orden de los milisegundos. El tiempo considerado será siempre el tiempo medio de exposición.

Pueden acceder al proyecto NTP aquí: http://www.ntp.org/

Hay que tener cuidado si se usan GPS manuales para determinar los tiempos y horas pues estos dispositivos, a pesar de manejar el tiempo con mucha precisión, el despliegue de la hora lo consideran como una tarea secundaria, por lo que pueden tener uno o dos segundos de retraso.

Una herramienta muy útil para determinar las resoluciones que se obtienen con las combinaciones opticas de los instrumentos es el "CCD Calculator" de Ron Wodaski, el cual pueden descargar aquí: http://www.newastro.com/newastro/downloads/ccdCalcFree.htm

Si bien los telescopios con capacidad de GoTo no son imprescindibles, si son de muchísima ayuda en la recolección datos e imágenes de distintas áreas del cielo en una sola sesión de Astrometría. Las imágenes para Astrometría deben realizarse con tiempos espaciados entre 15 minutos y media hora dependiendo del objeto a buscar. Ttener un telescopio con GoTo permite utilizar ese "tiempo muerto" en otras áreas del cielo, ejecutando un "barrido" automatizado de un gran área del firmamento. Hacer esto utilizando un apuntamiento manual puede resultar tedioso y dar lugar a algunas imprecisiones al no poder cuadrar el mismo campo entre movimientos del telescopio. Sin embargo, aunque más lento, es posible realizar Astrometría de calidad con telescopios no computarizados en éste aspecto.

¿Qué catálogos utilizar?:

Cuando salió el "Guide Star Catalogue" la Astrometría CCD se hizo posible. Este catálogo que viene en dos CD, contiene un total de 19 millones de objetos hasta magnitud 16. Sin embargo no es muy preciso respecto a las posiciones. Un catálogo actualizado y corregido es el USNO A2.0 el cual posee 500 millones de estrellas catalogadas con posiciones de suma precisión. En total requiere de 11 CDs o 2 DVD y es uno de las más accesibles para usar en computadores. Existe una versión reducida de éste que se denomina USNO SA2.0 que contiene 50 millones de estrellas con magnitudes entre 16 y 19 en un solo CD. Las recomendaciones siempre apuntan a tratar de conseguir los 11 CDs del A2.0 pues en ocasiones la reducción puede dificultarse usando el subset del SA2.0

Este último catálogo (SA2.0) está descontinuado y no es fácil encontrarlo en la red. Pueden intentar ubicarlo aquí: ftp.nofs.navy.mil. El USNO A2.0 puede accesarse en línea.

El catálogo más actualizado es el USNO B1.0, que contiene cerca de mil millones de estrella hasta la magnitud 19, pero su volumen es impresionante pues consta de 15 DVDs con aproximadamente 70 Giga bytes de datos. Sin embargo, hasta ahora solo se puede tener acceso a él en línea: http://vizier.u-strasbg.fr/

La recomendación del "Minor Planet Center" es la utlización del USNO A2.0 o SA2.0

El "Minor Planet Center" o MPC es la organización oficial encargada de recolectar todos los datos observacionales para "planetas menores" o Asteroides y Cometas; calcular sus órbitas y publicarlas en circulares.

Auspiciada por la International Astronomical Union (IAU) la MPC opera en el "Smithsonian Astrophysical Observatory" que está asociado al "Center for Astrophysics" y al Observatorio del colegio de Harvard.

Cuando realicemos nuestras observaciones, reducciones y mediciones, deberemos reportar los resultados obtenidos al MPC.

El Software para Astrometría:

Una vez que se tienen las imágenes, existen varios programas que harán la reducción prácticamente en forma automática. Astrométrica de Herbert Raab es uno de los más aceptado por los amateurs como "standard" o "el mejor". Sin embargo, programas de adquisición de imágenes como CCDSoft y MaximDL CCD son capaces de realizar reducciones astrométricas con la ayuda de software planetario como TheSky. Pueden bajar una versión shareware de Atrométrica aquí

Al utilizar Astrométrica, el programa primero detectará las estrellas en la fotografía para luego compararlas con el catálogo seleccionado. Lo único que hay que suministrarle al programa es la escala aproximada de la imagen, su orientación y las coordenadas RA y DEC del centro también aproximado de la misma.

Utilizando un algoritmo de cálculo de centroides, se determinarán los centros de los objetos en la imagen con una precisión a nivel de subpixel y mediante las coordenadas de las estrellas en el catálogo que correspondan a las de la imagen, se extraerán las constantes de placa.
Una vez hecho esto, Astrométrica realizará la Astrometría en el objeto que el usuario seleccione sobre la imagen; calculará el centroide del objeto de interés y los convertirá en coordenadas RA y DEC reales directamente.

Otro programa pero esta vez Freeware, es el que ofrece "Project CLEA". Si bien es un software con fines didácticos, es capaz de realizar reducciones y otras cosas más como "blinking" the imágenes. El "blinking" de imágenes consiste en presentar un bloque de fotos de un área en estudio como si se tratase de una película antigua de fotogramas. Así se puede determinar si el campo posee algún objeto que se está moviendo dentro de él.

La página de "Project Clea" es: http://public.gettysburg.edu/~marschal/clea/astlab.html

¿Qué se debe observar?:

Al iniciarse en la Astrometría, es una recomendación común realizar observaciones de los objetos más brillantes del Cinturón Principal de Asteroides (conocidos como MBA, en Inglés). Estos objetos son los catalogados por el MPC con los números comprendidos entre el 1 y el 4000.

Las zonas de donde provienen o permanecen los Asteroides se subdividen en cinco grandes grupos:

1 - Los del Cinturón Principal de Asteroides que están en una banda entre las órbitas de Marte y Júpiter
2 - Los NEAR o Cercanos a la Tierra, los cuales poseen órbitas cercanas a nuestro Planeta. Se conocen alrededor de 250 y se subdividen en 3 grupos: Amor, Apollo y Aten. Los Amor cruzan la órbita de Marte pero no de la Tierra. Los Apollo y Aten cruzan la órbita de la Tierra en períodos distintos: los Apollo lo hacen en períodos mayores a un año terrestre; los Aten en un período igual o menor a un año.
3 - Los Jovianos, cuyas órbitas alrededor del Sol siguen la del Planeta Júpiter.
4 - Los Centauros, orbitando más allá de la órbita de Júpiter y antes de la de Neptuno.
5 - Los Transneptunianos, que son objetos orbitando más allá o cruzando la órbita de Neptuno.

Mayor información sobre los NEO, aquí

Observar y medir los NEARs puede no ser para los principiantes debido a que son objetos muy rápidos en el cielo y debe tenerse cierta experiencia para poder capturarlos. Igualmente aquellos Asteroides pequeños o muy lejanos requieren equipos y cámaras potentes y sensibles que podrían no estar en manos de cualquier amateur.

Hoy en día, el área que más está llamando la atención de los astrónomos amateur que practican la Astrometría, es el estudio y determinación de las curvas de luminosidad o "Light Curves", las cuales tienen como objetivo, calcular y documentar los períodos de rotación de estos cuerpos y la forma en que lo hacen.

Conclusión:

La Astrometría involucra muchos aspectos técnicos que exigen de estudio y dedicación por parte del astrónomo amateur sin embargo, es uno de las áreas en las que todavía el amateur puede aportar y participar en actividades científicas y de estudio serio, junto a la Fotometría y a la identificación de supernovas y cometas. Con el advenimiento de las cámaras CCD cada vez más sensitivas y el desarrollo de excelentes programas y catálogos, la Astrometría está hoy más que nunca a la mano de la mayoría de los astrónomos amateurs.

Espero que se motiven a realizar algunos intentos en este campo.

- An introduction to Astrometry de Nick James
- Guide to Minor Body Astrometry, MPC
- Near Earth Asteroids, Smithsonian Institution