¿Cómo predicen los astrónomos las posiciones de los cuerpos celestes?

Utiliza diferentes técnicas para calcular las posiciones de varios tipos de cuerpos celestes.

Para los cuerpos en órbita en nuestro sistema solar, primero debe observarlos el tiempo suficiente para obtener suficientes datos. Durante los últimos dos siglos, eso significó calcular las órbitas. Ha habido libros de texto completos sobre ese tema, pero se trata de trazar observaciones y ajustarles una órbita calculada. Es mucho más fácil con las computadoras hacer el cálculo numérico.

Dado que hay tantas perturbaciones (como los efectos gravitacionales de múltiples planetas) que la descripción básica de la órbita que lees en los libros de texto de primaria no es adecuada. Hay conjuntos complejos de fórmulas y tablas que le permiten calcular posiciones precisas para los planetas principales. Para la mayoría de los objetos en el sistema solar, no es práctico diseñar herramientas tan especializadas. Lo que sucede en la práctica es usar órbitas osculadoras. Brevemente, toma una órbita simplificada y aplica pequeños ajustes. Periódicamente, toma más medidas y corrige los errores que se acumulan con el tiempo.

Para los cuerpos fuera del sistema solar, como las estrellas binarias o los sistemas planetarios, utiliza técnicas similares de análisis orbital. Si bien no necesita el nivel de precisión que necesita para los objetos del sistema solar, existen diferentes complicaciones, como la necesidad de estimar la orientación de los planos orbitales con respecto a la Tierra.

Para las estrellas, tenemos que compensar el movimiento de la Tierra alrededor del Sol y la rotación diaria de la Tierra. Este es un procedimiento sencillo, y se ha realizado gráficamente durante siglos, utilizando herramientas como planisferas y astrolabios.

Lo que necesitamos es una gran cantidad de datos, una comprensión de las leyes de la naturaleza, algunas matemáticas y una computadora.

El movimiento de los cuerpos celestes es causado principalmente por la gravedad, y entendemos muy bien las matemáticas detrás de eso. Isaac Newton fue el primero que ideó una fórmula que describía la fuerza gravitacional entre dos objetos. Albert Einstein más tarde hizo algunos refinamientos a la teoría.

Las matemáticas detrás de la mecánica orbital son complicadas y los cálculos requieren una computadora. Pero una vez que se implementan las leyes del movimiento, podemos calcular las posiciones de los cuerpos celestes en cualquier punto en el pasado y en el futuro.

Haciendo algo (mucha) geometría, también podemos calcular cómo se verá el sistema cuando se vea desde un punto de vista dado (un punto en la superficie de la Tierra, por ejemplo). Pero todo esto puede hacerse por computadoras.

Todo eso solo funciona porque sabemos dónde estuvieron los planetas en muchas ocasiones en las últimas décadas y siglos, porque los astrónomos los observaron y registraron esos datos. Esa información es necesaria para hacer predicciones; sin observaciones de dónde estaba un objeto en el pasado, no podemos hacer predicciones precisas para el futuro.
Ese no es un gran problema para los planetas, porque tenemos muchos datos para ellos. Pero para objetos pequeños como los asteroides, no tenemos muchos datos, por lo que en realidad no sabemos muy bien dónde estaban estos objetos en el pasado. Esto hace que las predicciones para el futuro sean menos precisas, por lo que no podemos predecir la posición futura de muchos de estos asteroides. Cuantos más datos tengamos para cualquiera de ellos, más exactamente podremos predecir su camino futuro.

Estoy trabajando en un observatorio donde observamos asteroides cercanos a la Tierra para determinar sus órbitas. Hacemos esto para que los científicos puedan predecir sus posiciones futuras y calcular si alguna vez pueden golpear la Tierra.