Las estrellas se mueven

Al contemplar el cielo nocturno, uno tiene la sensación de que las estrellas permanecen quietas, pero esto no es cierto: en realidad se mueven unas respecto a las otras. Su aparente fijeza, y la de las constelaciones que integran, son debidas a que se encuentran extraordinariamente lejos de la Tierra. Observaciones astronómicas separadas lo bastante en el tiempo, como mínimo varias décadas, permiten apreciar su movimiento y, a partir de éste, calcular su trayectoria. Para ello, hay que poder determinar con exactitud dónde se sitúa un punto brillante en el cielo, lo que no es tarea fácil. Se distinguen las estrellas de los planetas porque las primeras permanecen fijas en sus posiciones relativas mientras que, en comparación, los planetas se desplazan en un corto margen temporal. Por Belén Vicente y Annia Domènech de “Caos y Ciencia”.

La Astrometría es la rama de la Astronomía que mide, con la mayor precisión posible, las posiciones y, por extensión, las dimensiones y formas de los cuerpos celestes en un momento determinado. Como estos parámetros, por lo general, cambian con el tiempo, esta disciplina describe también dicho cambio, y el movimiento de unos objetos celestes en relación con otros. La distancia de una estrella y su luminosidad aparente permiten deducir su brillo real, tamaño, edad…; y el movimiento de los objetos explica el funcionamiento del Universo.

La observación del Sol, la Luna y los planetas se remonta a la prehistoria, donde se asociaba a prácticas religiosas cuyos vestigios se encuentran en numerosos sitios arqueológicos. El alineamiento de rocas de Stonehenge (2200 - 1600 a.C.) es uno de los más conocidos. Aunque las mediciones de los movimientos de estos cuerpos astronómicos eran muy imprecisas, permitieron confeccionar los primeros calendarios. Establecer el mejor momento para la siembra y la cosecha fue imprescindible para el desarrollo de la agricultura. Además de servir como "reloj", los cuerpos astronómicos también ayudaban a orientarse en el espacio. La Estrella Polar fue, y todavía es en muchos lugares del mundo, la gran guía de los viajeros.

Uno de los métodos clásicos para hallar la distancia a la que se sitúan las estrellas es la paralaje estelar: el desplazamiento angular aparente de una estrella respecto al fondo estelar. Se encuentra midiendo la posición de la estrella con la Tierra en dos extremos opuestos de su órbita (seis meses de intervalo). A partir de la paralaje se puede calcular por geometría la distancia a la que se sitúa la estrella de nosotros. Este método requiere de mediciones angulares precisas, y cómo los ángulos con los que se trabaja son muy pequeños, salvo los de algunas estrellas próximas, históricamente ha dependido de los avances tecnológicos. Un círculo tiene 360 grados, cada uno de los cuales se divide en 60 minutos de arco, y éstos a su vez en 60 segundos de arco. La precisión con la que se determina la posición de un objeto, el margen de error, se mide por grados, minutos, segundos y milisegundos de arco.

Desde sus comienzos, el objetivo de la Astrometría, que no adquirió este nombre hasta el s. XIX, ha consistido en disminuir ese margen de error en el posicionamiento del mayor número de objetos posible. En la tarea más antigua de la Astronomía, los logros han aumentado con las capacidades tecnológicas de cada época. Hiparco de Nicea (190-120 a.C.) realizó el primer catálogo estelar al determinar a simple vista con una precisión de un grado la posición de 850 estrellas. Las clasificó según su brillo aparente, introduciendo el concepto de magnitud estelar que todavía se usa actualmente: la clasificación va de 1 a 6, de las estrellas más brillantes hasta las más débiles, decrece en número al aumentar la magnitud, a la inversa de lo que uno intuitivamente esperaría.

Hasta llegar a los milisegundos de arco de fiabilidad (milésima parte del segundo) que se obtiene en la Astrometría actual, el camino ha sido largo y deudor de instrumentos como el astrolabio, el sextante y el telescopio. Desde el invento del telescopio a principios del s. XVII hasta finales del XIX los astrónomos eran testigos directos de las imágenes de los astros. Pero por mucho tiempo que una persona mire algo, no lo ve con mayor detalle (los ojos tienen una capacidad de integración baja, es decir, de "sumar información" con el tiempo). Además, la memoria humana no es perfecta, y la información anotada puede no ser fidedigna. Por ello los astrónomos desarrollaron instrumentos para ser acoplados a un telescopio. La fotografía supuso una revolución en el modo de trabajar de la Astrometría.

El descubrimiento del daguerrotipo, una técnica antecesora de la fotografía para fijar imágenes en placas, captó el interés de François Arago, director del Observatorio de París, quien lo explicó a la comunidad científica, la cual rápidamente la adoptó. La primera fotografía astronómica fue un daguerrotipo de la Luna en 1840. La sensibilidad de las placas fotográficas fue mejorando con el tiempo: en 1850, el daguerrotipo registraba estrellas de segunda magnitud. En 1857, el colodión húmedo, de sexta. La introducción de las placas recubiertas con una emulsión de gelatina y de bromuro de plata, similares a las modernas, permitieron, al tener gran sensibilidad a la luz, revelar objetos débiles indistinguibles con un telescopio. Con ellas, en 1887 se reconocían objetos de magnitud 10 en tan solo 20 segundos, y de magnitud 16 en hora y media de exposición.

La magnitud 16 es 10.000 veces más débil que lo más débil distinguible a simple vista. Se había recorrido un largo camino respecto a la magnitud 6 (la más débil) que Hiparco veía sin instrumentos. Las placas fotográficas permiten aumentar la señal del objeto al aumentar sus tiempos de exposición, y esto permite revelar objetos débiles inapreciables para el ojo humano. Registran imágenes complejas sin olvidar detalle, y de un modo permanente y objetivo. Había llegado el momento de intentar cartografiar todo el cielo, fotografiando sistemáticamente grandes áreas en lugar de objetos concretos. En 1885, desde el Observatorio de Cape Town (Sudáfrica) se realizó un cartografiado fotográfico de las estrellas del hemisferio austral que incluyó 454.875 estrellas australes.

Pero el gran proyecto de cartografiado del cielo fue el que se gestó en el Observatorio de París en 1887, en el Congreso Astrográfico Internacional, donde se acordó una colaboración sin precedentes entre unos 20 observatorios por todo el mundo para realizar una Carte du Ciel (Carta del Cielo) y un Astrographic Catalogue (Catálogo Astrográfico). Todos los centros iban a utilizar el mismo tipo de telescopio, el astrógrafo diseñado por los hermanos Henry, para que sus observaciones fueran equivalentes.

La Carta del Cielo sería un atlas del cielo con las posiciones relativas de las estrellas más brillantes que la magnitud fotográfica 15 (recordemos que la magnitud aumenta de número cuando decrece el brillo del objeto). Nunca fue completada. El Catálogo Astrográfico (AC) tenía que ser un catálogo de todas las estrellas cuya magnitud fotográfica estuviera por debajo de 12 con una precisión superior a 0,5 segundos de arco. El proyecto AC se completó 75 años después del Primer Congreso Astrográfico Internacional: se plasmó el cielo entero en 22.660 placas fotográficas, que se superponían para corregir las deformaciones ópticas del telescopio y tener así posiciones más precisas.

Los mayores telescopios actuales son capaces de ver estrellas unos 5.000 millones de veces más débiles que lo más débil visible a simple vista. También se mandan satélites al espacio para realizar Astrometría, de modo a evitar la perturbación atmosférica. El satélite Hipparcos (HIgh Precision PARallax COllecting Satellite, Satélite Medidor de la Paralaje de Alta Precisión) de la ESA, nombrado así por su semejanza al nombre griego de Hiparco (Hipparchos), trabajó de 1989 hasta 1993 realizando medidas astrométricas. Como resultado se realizó el catálogo Hipparcos, con 120.000 estrellas con una precisión de 1 milisegundo de arco; y el catálogo Tycho, un millón de estrellas con un error de 30 a 50 milisegundos de arco. Y tanto la NASA como la ESA preparan misiones en este campo: la americana, la Space Interferometry Mission (Misión Interferométrica Espacial, SIM), para 2009, realizará medidas de 4 microsegundos de arco de precisión (un microsegundo de arco es una millonésima parte de un segundo de arco.). La europea, Gaia, prevista para 2010, de 10 microsegundos. La precisión de medida de los catálogos estelares que se realizan hoy en día es espectacular, e incluso permite detectar planetas extrasolares por el efecto de su presencia sobre otros cuerpos.

Por ello puede sorprender que todavía haya que ir al pasado, un viaje que puede realizarse con las placas fotográficas que comenzaron a existir a finales del s. XIX. El catálogo resultante del proyecto Catálogo Astrográfico ha sido muy utilizado para investigaciones astrométricas y trabajos relacionados con otros catálogos posteriores. Y recientemente la Unión Astronómica Internacional ha declarado de gran interés científico la digitalización y reducción de las placas de la Carta del Cielo. La razón es que las posiciones estelares antiguas que contienen ambos proyectos son necesarias para comprender qué han estado haciendo las estrellas estos dos últimos siglos y, con ello, la naturaleza del Universo. La realización del proyecto histórico nacido en París fue una formidable aventura, que todavía continúa, y que merece por sí sola un artículo.

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