Die Astrometrie , die früher unter dem Namen Positionsastronomie bekannt war (der Spezialist ist ein Astrométrolog ), ist der Zweig der Astronomie , der die Position, Entfernung und Bewegung von Sternen und anderen Himmelsobjekten bewertet . Die Entfernung der Sterne wird durch Messung ihrer jährlichen Parallaxe berechnet . Die Astrometrie gibt Astronomen auch einen Bezugsrahmen für ihre Beobachtungen und wird bei der Entwicklung der Weltzeit verwendet .
Die Astrometrie ist in Bereichen wie der Himmelsmechanik , der Sternendynamik und der galaktischen Astronomie von grundlegender Bedeutung . Es ist auch die Beobachtungsgrundlage für die Untersuchung der Dynamik von Körpern im Sonnensystem , die es insbesondere ermöglicht, das Copernicus-Prinzip und den Heliozentrismus zu bestätigen .
Der Ursprung der Astrometrie zumindest seit den alten Zeiten und war weitgehend synonym mit Astronomie bis XIX ten Jahrhundert , als andere Arten von astronomischen Studien als Spektroskopie möglich wurden. Im Laufe der Zeit hat die Astrometrie mit der Erfindung der Sonnenuhr , des Sextanten , des Astrolabiums , des Teleskops , des Heliometers und des Meridian-Teleskops verschiedene Entwicklungen erfahren .
Im IV - ten Jahrhundert vor Christus. AD , Aristarchus von Samos machte einen der ersten Versuche, die Größen und Entfernungen von Sonne und Mond zu berechnen . Dann erfand Eratosthenes ein System von Breiten- und Längengraden und nutzte die Variation der Sonnenhöhe, um die Größe der Erde abzuschätzen. ziemlich genauer Wert, der seit Hunderten von Jahren verwendet wurde. Schließlich wird der II - ten Jahrhundert vor Christus. AD , Hipparchus stellt den ersten Katalog von Sternen zusammen und erfindet die scheinbare Magnitudenskala .
Nach dem Niedergang des Römischen Reiches konzentrierten sich die astronomischen Fortschritte im Osten, insbesondere in China unter der Han-Dynastie von 206 v. AD bis 220 und Indien. Das Gupta-Reich um 320 n. Chr. AD förderte Navigation und Mathematik, einschließlich der Übernahme des Nullbegriffs und der Verwendung arabischer Ziffern . Der Einfluss, der mit den arabischen Ländern wechselseitig ist, ist geografisch enger als in Europa. Astronomie wurde als Disziplin außer in Indien anerkannt und um das Jahr 500 , Aryabhata glaubte , dass die Erde eine rotierende Kugel.
Der Islam hingegen stützte sich auf griechische Texte und lehrte Astronomie als Disziplin, insbesondere um praktische Fragen wie die Richtung der Moscheen nach Mekka , den Rhythmus der Gebete während des Tages und die genaue Berechnung von Beginn und Ende von zu beantworten Ramadan . Belegt durch den Erfolg von Al-Battani in X - ten Jahrhundert die Beschreibungen zu verbessern Ptolemäus auf den Bahnen der Sonne und Mond . Ebenso beschrieb Ibn Yunus Planetenausrichtungen und Mondfinsternisse.
In China rund um die XI - ten Jahrhundert und XII th Jahrhundert Beobachtung astronomischer wurden in voller Blüte. Unter dem Einfluss der Kaiser, die ihrer Dynastie dank der Astrologie ein günstiges Schicksal sichern wollten , entwickelten sich die Kataloge der Sterne und die Beobachtung der Kometen .
Gegen Ende des Mittelalters wurde Europa wohlhabender und stabiler, so dass sich die Wissenschaft wieder etablieren konnte. Nicolas Copernicus legte den Grundstein für ein glaubwürdiges heliozentrisches Modell und zeigte, dass die Erde drei Arten von Bewegungen im Weltraum unterworfen war: Rotation um die Sonne, Rotation auf sich selbst und schließlich Präzession . Seine Beobachtungen ohne Teleskop , da seine Erfindung erst später stattfinden würde, waren jedoch nicht so präzise. Nur mit Johannes Kepler , Galileo und Isaac Newton wurde verstanden, dass die Umlaufbahnen der Planeten im Sonnensystem elliptisch und nicht kreisförmig waren.
Die Errichtung eines heliozentrischen Systems brachte eine weitere Erkenntnis mit sich: Die Erde war in Bewegung, die angeblich fixierten Sterne konnten nicht still sein. Sofern sie sich nicht in unendlicher Entfernung befinden, müssen sie notwendigerweise eine Parallaxenbewegung haben . Dieser wichtige Begriff in der Astrometrie wurde daher etabliert, und die Suche nach einer noch so kleinen Parallaxe begann.
Im XVII - ten Jahrhundert , mit der Entwicklung der East India Company und der Errichtung von Siedlungen , ein Problem dringlicher auf die Entwicklung von astrometrische Beobachtungen führen: der Maritime mit der Bestimmung der Länge .
Ohne einen genauen Längengrad konnten Boote, die sich auf See verirrt hatten, ihre ursprüngliche Route nicht finden. Und es stand in direktem Zusammenhang mit der Zeitmessung . Die Position der Sterne ermöglichte eine Orientierung, aber nur mit Kenntnis der Ortszeit kann man sich lokalisieren. Um dieses Problem zu lösen, beschließt Ludwig XIV. In Frankreich, das Observatorium von Paris und Karl II. In England des Royal Observatory von Greenwich zu gründen, um Kataloge von Sternen für die Seeschifffahrt zu erstellen.
Es folgte die Schaffung von Almanachen wie dem Wissen der Zeit . Gleichzeitig wurde der Sextant entworfen, der insbesondere von Elisabeth Hevelius verwendet wurde , um die Höhe der Sterne in Bezug auf den Horizont zu messen. Der Sextant wurde dann kompakter für den Einsatz an Bord eines Schiffes. In Kombination mit einem Chronometer und einem nautischen Almanach konnten die Seeleute endlich einen Längengrad ermitteln. Das Problem der Seeschifffahrt wurde gelöst und das Board of Longitude 1828 eingestellt.
Da die jährlichen Parallaxen der Sterne extrem klein sind, sind sie sehr schwer zu messen. Bei Werten von weniger als einer Bogensekunde wird ein Störfaktor berücksichtigt: atmosphärische Turbulenzen . Die ersten erfolgreichen Messungen der Parallaxen von Sternen (und unter Abzug ihrer Abstände von der Erde ) wurden erst sehr spät um 1830 durchgeführt , um nicht nur bessere Instrumente zu haben, sondern auch die der Erde am nächsten gelegenen Sterne erkennen zu können. Friedrich Bessel gilt allgemein als der erste Astronom, der die Parallaxe misst, unterstützt durch die Arbeit von William Struve . Bessel ermittelte die Entfernung vom Stern 61 Cygni bei 10,5 Lichtjahren für eine Parallaxe von 0 "31. Die Sterne Vega und Sirius waren die ersten Sterne mit 61 Cygni, deren Entfernungen mit guter Präzision gemessen wurden.
Die Technik wurde zu Tausenden von anderen Stars aus verschiedenen Beobachtungsstellen und Astronomen angewandt, aber die Aufgabe, die verschiedenen Arbeiten zu bringen , und einen Referenzkatalog war eine der Aktivitäten des Astronomen zu etablieren Louise Jenkins Free das XX - ten Jahrhundert. Seine Arbeit und sein Katalog ( Gesamtkatalog der trigonometrischen Sternparallaxen ) bleiben bis zum Start des Hipparcos- Satelliten eine Referenz .
Die Ankunft der Fotografie führte 1887 zu einem sehr ehrgeizigen Projekt: der Carte du Ciel . Es wurde leider nach der Erstellung vieler fotografischer Platten mit der Koordination mehrerer Observatorien zur Berechnung der Koordinaten der Sterne aufgegeben . Die Fotografie ist jedoch heutzutage eine gängige Technik zur Kartierung großer Teile des Himmels unter Verwendung von CCD-Sensoren .
Mit dem 1980 verabschiedeten Hipparcos- Projekt , dem Start des Satelliten 1989 und der Veröffentlichung des Hipparcos-Katalogs machte die Astrometrie einen Sprung nach vorne, und dies verbesserte die Schätzung der Entfernungen von Tausenden von Sternen um den Faktor 50. Der Gaia- Satellit übernahm dann 2013. Die Genauigkeit der Hipparcos -Berechnungen wurde dann um den Faktor 100 verbessert und ermöglichte die Kartierung von Millionen von Sternen.
Noch weiterMessungen der Entfernungen sehr weit entfernter Objekte werden mit photometrischen Methoden oder unter Verwendung von Sekundärindikatoren wie dem Tully-Fisher-Gesetz für Galaxien durchgeführt , das die maximale Geschwindigkeit eines Sterns mit der absoluten Größe der Galaxie in Beziehung setzt .
Sextant
Präzisionssonnenuhr in Bütgenbach
Persisches Astrolabium aus dem 18. Jahrhundert. Ausgestellt im Whipple Museum für Wissenschaftsgeschichte in Cambridge
Nachbildung des 6-Zoll-Teleskops, das Isaac Newton 1672 der Royal Society vorstellte
Crossley-Teleskop, 910 mm (36 Zoll) am Lick Observatory
Kuffner Observatorium Heliometer
Das Meridian-Teleskop des Besançon-Observatoriums Ende des 19. Jahrhunderts
Die Astrometrie kann unter Verwendung verschiedener Himmelskoordinatensysteme durchgeführt werden .
Am einfachsten ist das horizontale Koordinatensystem , an dem die „lokale Kugel“ beteiligt ist. Die moderne Astrometrie verwendet jedoch das Polarkoordinatensystem , um die Richtung der Sterne zu lokalisieren. Jeder der Sterne muss durch einen Punkt auf der Oberfläche einer Kugel mit Einheitsradius dargestellt werden. Um die Position eines der Punkte zu lokalisieren, muss er mit den beiden anderen Winkeln auf zwei senkrechte Ebenen übertragen werden, die durch den Mittelpunkt der Kugel verlaufen.
Eine Vielzahl von Faktoren führt zu Fehlern bei der Messung von Sternpositionen, einschließlich atmosphärischer Bedingungen, Unvollkommenheiten in Instrumenten und Fehlern, die vom Beobachter oder von Instrumentenmessungen gemacht wurden. Viele dieser Fehler können durch eine Vielzahl von Techniken wie Instrumentenverbesserung und Datenkompensation reduziert werden.
Die ersten Schätzungen, wie weit wir von den nächsten Sternen entfernt sind, wurden durch präzise Messungen der Parallaxe vorgenommen , einer Triangulationsmethode unter Verwendung der Erdumlaufbahn als Referenz.
Zwischen 1989 und 1993 maß der künstliche Satellit Hipparcos , der von der Europäischen Weltraumorganisation gestartet wurde , die Parallaxe von etwa 118.000 Sternen mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von einer Millisekunde , wodurch es möglich wurde, die Entfernung von Sternen von uns um mehr als zu bestimmen 1.000 Parsec .
Für Amateurastronomen stehen verschiedene Programme zur Durchführung der Astrometrie zur Verfügung. Einige sind effizienter als andere. Die Astrometica von Herbert Raab bietet viele Analysefunktionen und ist ideal für die Bedürfnisse von Amateurastronomen. Eine weitere sehr effiziente und benutzerfreundliche Software ist LagoonAstrométrie von Benjamin Baqué. Letzteres ist aber eher zur Objektidentifikation gedacht.