Además de la función básica de ofrecer a los astrónomos un marco de referencia para sus observaciones, la astrometría es fundamental en campos como la mecánica celeste, la dinámica estelar y la astronomía galáctica. En astronomía observacional, las técnicas astrométricas ayudan a identificar objetos estelares por sus movimientos únicos. Es fundamental mantener el tiempo, ya que el UTC es esencialmente el tiempo atómico sincronizado con la rotación de la Tierra por medio de observaciones astronómicas exactas. La astrometría es un paso importante en la escalera de distancia cósmica porque establece estimaciones de distancia de paralaje para estrellas en la Vía Láctea.
La astrometría también se ha utilizado para respaldar afirmaciones de detección de planetas extrasolares al medir el desplazamiento que causan los planetas propuestos en la posición aparente de su estrella madre en el cielo, debido a su órbita mutua alrededor del centro de masa del sistema. La astrometría es más precisa en misiones espaciales que no se ven afectadas por los efectos distorsionadores de la atmósfera terrestre. La Space Interferometry Mission planificada de la NASA (SIM PlanetQuest) (ahora cancelada) consistía en utilizar técnicas astrométricas para detectar planetas terrestres en órbita alrededor de 200 de las estrellas de tipo solar más cercanas. La Misión Gaia de la Agencia Espacial Europea, lanzada en 2013, aplica técnicas astrométricas en su censo estelar. Además de la detección de exoplanetas,12 también se puede utilizar para determinar su masa.
Los astrofísicos utilizan medidas astrométricas para restringir ciertos modelos en mecánica celeste. Al medir las velocidades de los pulsares, es posible poner un límite a la asimetría de las explosiones de supernova. Además, los resultados astrométricos se utilizan para determinar la distribución de materia oscura en la galaxia.
Los astrónomos utilizan técnicas astrométricas para el seguimiento de objetos cercanos a la Tierra. La astrometría es responsable de la detección de muchos objetos del Sistema Solar que baten récords. Para encontrar astrométricamente tales objetos, los astrónomos usan telescopios para inspeccionar el cielo y cámaras de gran área para tomar fotografías en varios intervalos determinados. Al estudiar estas imágenes, pueden detectar objetos del Sistema Solar por sus movimientos en relación con las estrellas de fondo, que permanecen fijas. Una vez que se observa un movimiento por unidad de tiempo, los astrónomos compensan el paralaje causado por el movimiento de la Tierra durante este tiempo y se calcula la distancia heliocéntrica a este objeto. Usando esta distancia y otras fotografías, se puede obtener más información sobre el objeto, incluidos sus elementos orbitales.
50000 Quaoar y 90377 Sedna son dos objetos del Sistema Solar descubiertos de esta manera por Michael E. Brown y otros en Caltech usando el Observatorio Palomar del telescopio Samuel Oschin de 1,2 m y la cámara CCD de área grande Palomar-Quest. La capacidad de los astrónomos para rastrear las posiciones y movimientos de tales cuerpos celestes es crucial para la comprensión del Sistema Solar y su pasado, presente y futuro interrelacionado con otros en el Universo.
Existen numerosos resultados destacables en los que se ha usado la astrometría.
Detección y caracterización del agujero negro del centro de la Vía Láctea Sagitario A, donde se observaron posiciones astrométricas de las estrellas que lo orbitan y gracias a ellas se calcularon sus órbitas. Confirmación, en 1919 de la curvatura de la luz predicha por la Relatividad general: en este año, durante un eclipse de Sol, se observó cómo las posiciones astrométricas aparentes de las estrellas que estaban cerca del borde solar cambiaban según el modelo predicho por la teoría de Albert Einstein...
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