Carta del cielo

The Sydney 'Star Camera' utilizado en el proyecto Carte du Ciel, publicación original, 1892

La Carte du Ciel (literalmente, 'Mapa del cielo') y el Catálogo astrográfico (o Carta astrográfica) eran dos componentes distintos pero conectados de un proyecto astronómico internacional masivo, iniciado a fines del siglo XIX, para catalogar y mapear 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 su gran escala, o debido a ella, 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 se ignoró en gran medida. Sin embargo, la aparición del Catálogo Hipparcos en 1997 ha supuesto un importante desarrollo en el uso de este histórico material de placa.

Orígenes y objetivos

En 1887, el director del Observatorio de París, Amédée Mouchez, inició un vasto proyecto internacional de mapeo estelar sin precedentes, quien se dio cuenta del potencial del nuevo proceso fotográfico de placa seca para revolucionar el proceso de elaboración de mapas estelares. A raíz 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:

Para el primero, el Catálogo astrográfico, todo el cielo se fotografiaría con 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 por el tránsito y las observaciones del instrumento del círculo meridiano hasta una magnitud de 8 – esto proporcionaría las posiciones de una red razonablemente densa de posiciones estelares que, a su vez, podría utilizarse como sistema de referencia para el componente de estudio más débil (la Carte du Ciel). Se encargó a diferentes observatorios de todo el mundo que estudiaran zonas de declinación específicas (ver tabla). Las placas del Catálogo Astrográfico, de una exposición típica de 6 minutos, fueron fotografiadas, medidas y publicadas en su debido momento en su totalidad. Produjeron un catálogo de posiciones y magnitudes hasta alrededor de 11,5 mag, y el programa se completó en gran medida durante el primer cuarto del siglo XX.

Para el segundo objetivo, un segundo juego de placas, con exposiciones más largas pero superposición mínima, fue fotografiar todas las estrellas a 14 mag. Estas placas debían reproducirse y distribuirse 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 Carte du Ciel utilizaron tres exposiciones de 20 minutos de duración, desplazadas para formar un triángulo equilátero con lados de 10 arcsec, lo que facilita distinguir las estrellas de los defectos de la placa y los asteroides de las estrellas.

Herbert Hall Turner, entonces profesor Savilian de astronomía en la Universidad de Oxford, ofrece un fascinante relato contemporáneo de esta vasta colaboración astronómica internacional, publicado en 1912. Otros aspectos se tratan en varios artículos de las Actas del Simposio número 133 de la IAU celebrado en 1988.

El Catálogo Astrográfico

Catalogue photographique du Ciel I–VIII publicado por el Observatorio de la Universidad de Helsinki en 1937.

Para el Catálogo Astrográfico, 20 observatorios de todo el mundo participaron en exponer y medir más de 22.000 placas de vidrio (ver tabla). Alrededor de la mitad de los observatorios pidieron telescopios a los hermanos Henry (Paul y Prosper) en Francia, y otros provinieron de la fábrica de Howard Grubb de Dublín. Estos telescopios se denominaron astrógrafos normales con una apertura de alrededor de 13 pulgadas (33 cm) y una distancia focal de 11 pies (3,4 m) diseñados para crear imágenes con una escala uniforme en la placa fotográfica de aproximadamente 60 segundos de arco/mm mientras cubre 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 del 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 de esquina a centro de dos pliegues, extendido en los límites de la zona, de modo que las placas de cada observatorio se superpusieran con las de 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 eran de 2,1°×2,1° (13 cm×13 cm), por lo que el patrón de superposición consistía en placas que estaban centradas en cada banda de grados en declinación, pero desplazadas en ascensión recta en dos grados. Muchos factores, como el catálogo de referencia, la técnica de reducción y los formatos de impresión, se dejaron en manos de las instituciones individuales. El objetivo de precisión posicional era de 0,5 segundos de arco por imagen.

La medición de la placa fue un asunto prolongado, con la medición hecha a ojo y registrada a mano. Las placas fueron entregadas a un gran número de "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). Las "computadoras" mediría manualmente cada estrella con respecto a la docena de estrellas de referencia dentro de esa placa en particular, y luego realizaría cálculos para determinar la ascensión recta y la declinación de la estrella. Sin embargo, el objetivo original de 11 mag para la magnitud límite se superó en general, y algunos observatorios midieron rutinariamente estrellas tan débiles como 13 mag. En total, se observaron unas 4,6 millones de estrellas (8,6 millones de imágenes). Las estrellas más brillantes estaban sobreexpuestas en las placas, no medidas y, por lo tanto, faltaban en los catálogos resultantes. Las medidas de las placas (como 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 solo tienen interés histórico. La publicación de las mediciones procedió de 1902 a 1964 y dio como resultado 254 volúmenes impresos de datos sin procesar.

Durante décadas, el Catálogo Astrográfico fue ignorado en gran medida. Era difícil trabajar con los datos porque no estaban disponibles en formato legible por máquina ni en coordenadas ecuatoriales. Se gastaron décadas de trabajo a nivel internacional antes de que el proyecto fuera reemplazado por técnicas astronómicas modernas. Un problema fue que el trabajo tomó mucho más tiempo de lo esperado. Tal como se previó originalmente, el proyecto estaba destinado a tomar solo de 10 a 15 años. Un problema más serio era que mientras muchos astrónomos europeos estaban preocupados con este proyecto, que requería un trabajo constante y metódico en lugar de creatividad, en otras partes del mundo, en particular en los Estados Unidos, la astrofísica se estaba volviendo mucho más importante que la astrometría. Como resultado, la astronomía francesa en particular quedó rezagada y rezagada durante décadas.

La Carta del Cielo

Algunos de los observatorios participantes emprendieron el componente Carte du Ciel del programa, aún más ambicioso, pero otros no lo completaron ni lo iniciaron. Las cartas resultaron ser excesivamente costosas de fotografiar y reproducir, generalmente a través de placas de cobre grabadas (fotograbado), y muchas zonas no se completaron o no 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. Muy pocas placas se han vuelto a medir y analizar recientemente con la disponibilidad de los datos del Catálogo Hipparcos (ver más abajo).

Combinación del Catálogo Astrográfico con Hipparcos

1887 Astrografía Internacional Congreso

Durante mucho tiempo se consideró que la gran cantidad de trabajo invertido en el Catálogo Astrográfico, tomando placas, midiendo y publicando, solo proporcionaba un beneficio científico marginal. Pero hoy en día, los astrónomos están muy agradecidos por este gran esfuerzo debido a la posibilidad de combinar estas posiciones estelares centenarias 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. Específicamente, las posiciones del Catálogo Astrográfico se transfirieron de los catálogos impresos de hace décadas a un formato legible por máquina (realizado en el Instituto Astronómico Sternberg en Moscú bajo la dirección de A. Kuzmin) entre 1987 y 1994. Luego, los datos se redujeron nuevamente (en el Observatorio Naval de EE. UU. en Washington bajo la dirección de Sean Urban), utilizando las estrellas de referencia medidas por el satélite de astrometría Hipparcos. Las estrellas del Catálogo Hipparcos se utilizaron para establecer un marco de referencia detallado en las diversas 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 que las distorsiones de las placas se calibraran con precisión y Los movimientos propios de todas las estrellas del Catálogo Tycho podrían derivarse especialmente gracias al Catálogo Astrográfico, pero además utilizando las posiciones de las estrellas de más de 140 otros catálogos terrestres. Aparte 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 estelar 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. Sean Urban del Observatorio Naval de EE. UU. escribió en 1998:

La historia de la empresa Astrográfica Catalogue es una de las personas dedicadas que dedican décadas tediosas de sus carreras a un solo 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 comprometer tantos recursos a esta empresa. El catálogo astrográfico se ha convertido más recientemente en una lección de cómo los datos antiguos pueden encontrar nuevos usos.

Otros enlaces

• Henry Chamberlain Russell para más detalles de la contribución de Australia
• [1] IAU Comisión 8 Grupo de Trabajo, incluye una fotografía de monjas que miden la colección vaticana (1910-1921)
• [2] Histoire de l'Observatoire de Toulouse (con una sección sobre el Carte du Ciel)
• [3] Recopilación de material histórico por el Observatorio de Palermo