¿Cómo determinaron los astrónomos el camino de 'Oumuamua tan rápido?

El asteroide interestelar 'Oumuamua fue descubierto el 19 de octubre de 2017. Una vez descubierto, se encontraron menos de un mes de observaciones previas a la cobertura en varios estudios del cielo. A mediados de noviembre, los científicos habían descubierto su excentricidad orbital y, poco después, su probable origen y destino.

Con una visita tan rápida y tan pocos datos, ¿cómo descubrieron los científicos tan rápido de dónde venía y hacia dónde se dirigía? ¿El uso de sondas espaciales para las observaciones impartió suficiente paralaje para determinar eso fácilmente, o las observaciones basadas en la Tierra tenían suficiente paralaje en sí mismas?

Respuestas (2)

Tres observaciones precisas son suficientes para fijar una órbita Kepleriana (es decir, una órbita elíptica o hiperbólica con el sol en el foco)

En la práctica, las observaciones no son perfectamente precisas debido a las limitaciones del equipo y las observaciones durante un breve período de tiempo son particularmente propensas a que se amplíen los errores de observación. Además, la órbita se verá perturbada por la gravedad de los planetas, por lo que no será perfectamente kepleriana. Por esta razón, las imágenes previas al descubrimiento ayudarán a fijar la órbita exacta con mayor precisión.
Como la diferencia de tiempo entre la primera y la última observación es crítica en la calidad de la determinación orbital, hablamos de la longitud (en días) del arco de observación como una medida de qué tan bien definida está la órbita.

Múltiples observaciones pueden reducir el error por un efecto promedio (la curva de Gauss se llama así por el uso de Gauss en la determinación orbital)

Sin embargo, una vez que tenga tres o más observaciones de un cuerpo, puede determinar su órbita casi de inmediato, utilizando una computadora para que haga los cálculos por usted. Habría sido inmediatamente obvio que el objeto estaba en una trayectoria muy inusual.

No es necesario utilizar sondas espaciales para las observaciones. El movimiento relativo de la Tierra y el Objeto proporciona suficiente paralaje para determinar la distancia, la posición y la velocidad.

En teoría, puede determinar los elementos orbitales a partir de una observación de la posición y la velocidad (posiblemente, la medición de la velocidad requeriría dos observaciones): naif.jpl.nasa.gov/pub/naif/toolkit_docs/C/cspice/oscltx_c.html -- sin embargo, como advierte la propia página vinculada, los resultados pueden estar lejos de ser precisos y, obviamente, siempre es una buena idea promediar múltiples observaciones.
Necesitas un radar para hacer eso.
¿Hay algún camino que un asteroide interestelar podría tomar a través del sistema solar fácilmente observable que no podamos extrapolar? ¿Existe un límite inferior en la excentricidad orbital que podríamos usar para determinar la trayectoria de un objeto? ¿Supongo que un objeto tendría que ser significativamente más masivo que el sol para atravesar el sistema solar sin que se perturbe su curso?
Si podemos observarlo, podemos ajustar una órbita a las observaciones. Sin límites superior o inferior. Puede haber situaciones excepcionales en las que más de una órbita sensible pueda adaptarse a un pequeño número de observaciones. Todo se perturba, pero la mayoría de las órbitas están muy cerca de elipses o hipérbolas.
James tiene razón. El método de tres puntos (aumentado con puntos extra cuando sea posible) es canónico y se puede hacer usando instrumentos tradicionales. Incluso los aficionados pueden usarlo. A veces se le llama método de Gauss y se utilizó por primera vez para determinar la órbita de Ceres.
Estoy un poco confundida. El muy útil artículo de Gronchi et al. sobre la determinación de órbitas clásicas y modernas, en su sección sobre soluciones modernas para órbitas problemáticas donde no se aplican las hipótesis de Gauss, excluye específicamente los objetos interestelares: copernico.dm.unipi.it/~gronchi/PDF /gronchi_discuss.pdf ¿Fue 'Oumuamua diferente porque pasó lo suficientemente cerca del sol como para ser lo suficientemente similar a un objeto del sistema solar?
Cuando determina una órbita, puede haber más de una solución orbital. (Implica resolver un polinomio de grado 8) Podemos intentar restringir las posibles soluciones suponiendo que el objeto no es un satélite terrestre ni interestelar. Encontrar la órbita de 'Oumuamua fue un problema porque el software para encontrar órbitas hace esta suposición. Pero aún puede encontrar una órbita que sea interestelar, solo necesita cambiar sus suposiciones.

El Centro de Planetas Menores (MPC) proporciona rutinariamente órbitas preliminares para asteroides recién descubiertos con observaciones que abarcan solo 48 horas. Las órbitas elípticas ordinarias se calculan automáticamente. Después de que se informen más observaciones, MPC puede emitir una estimación de órbita más precisa. La incertidumbre nunca llega a cero, incluso si rastreamos un asteroide durante 100 años o más.

La trayectoria de 'Oumuamua tardó más en determinarse porque no se ajustaba al modelo elíptico habitual. Meech et al. 2017 cuenta en su sección de Métodos cómo probaron y rechazaron dos órbitas elípticas diferentes antes de decidirse por una trayectoria hiperbólica. Incluso con observaciones que abarcan 6 días, MPC emitió su trayectoria preliminar con condiciones:

Más observaciones de este objeto son muy deseadas. A menos que haya problemas serios con gran parte de la astrometría listada a continuación , las órbitas fuertemente hiperbólicas son las únicas soluciones viables. Aunque probablemente no sea demasiado sensato calcular órbitas baricéntricas originales y futuras significativas, dado el arco muy corto de las observaciones, la órbita de abajo tiene e ~ 1,2 para ambos valores. Si más observaciones confirman la naturaleza inusual de esta órbita , este objeto puede ser el primer caso claro de un cometa interestelar.

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