Astrometry, i.e., the study of positions of stellar-appearing heavenly bodies, is the basis for all astronomical research. Each generation of new astronomical surveys delivers new insights into the structure of the Universe, including our Solar System. Small bodies of the Solar System, asteroids and comets, are the populations which reveal the initial conditions, overall structure, and previous processes shaping the Solar System.
With the incremental development of the impressive survey programmes, certain types of objects will always be on the threshold of discoveries. Therefore, only a small number of data for these objects will ever be available. In this thesis, two such Solar System populations are investigated: Earth's temporary natural satellites, and asteroids discovered by the Gaia mission.
The statistical properties and steady-state population of two sub-populations of Earth's natural satellites, temporarily-captured orbiters and flybys, are assessed. The challenges for detection and prospects for future investigation of Earth's natural satellites are discussed. Also, the detectability of Earth's temporarily-captured orbiters with the upcoming Large Synoptic Survey Telescope is investigated, raising the importance of dedicated treatment for small fast-moving objects in the processing.
One of the many fields of astronomy where ESAs Gaia mission makes an important contribution is the discovery of newly discovered asteroids. Candidates for newly discovered asteroids are processed daily and distributed to follow-up observers. A new statistical orbital inversion method, random-walk ranging, is developed. Additionally, the method to improve follow-up predictions by lowering the effect of systematic errors is introduced.
This thesis gives an overview of the phenomenon of the temporary capture of asteroids by planets. The statistical ranging-based orbital inversion methods are discussed. The advancements in the fields of stellar and asteroid astronomy over the ages, and respective breakthroughs in the relevant fields of astronomy are assessed.Astrometria, eli tähtimäisten taivaankappaleiden paikanmittaukseen keskittyvä tieteenala toimii perustana koko tähtitieteen tutkimukselle. Alati kehittyvät tähtitieteelliset seurantaohjelmat tuovat ilmi uusia näkökulmia maailmankaikkeuden rakenteeseen, sisältäen myös oman aurinkokuntamme. Aurinkokunnan pienkappaleiden, asteroidien ja komeettojen, populaatiot ovat avainasemassa paljastamassa aurinkokunnan alkuperäisiä olosuhteita yleisrakennetta ja aurinkokuntaa muokanneita menneitä prosesseja.
Vaikuttavasta seurantaohjelmien harppauksisesta kehityksestä huolimatta tietyt kohteet tulevat aina olemaan hankalasti havaittavissa. Näin ollen näistä kohteista kerättävä data tulee aina olemaan määrältään hyvin vähäistä. Tässä väitöskirjassa tarkastellaan kahta aurinkokunnan pienkappalepopulaatiota, joista on ainoastaan harvoja havaintoja: Maapallon väliaikaisesti kaappautuvia kuita, sekä Gaia-mission löytämiä uusia asteroideja.
Maapallon väliaikaisesti kaappautuvat kuut jakaantuvat kahteen alapopulaatioon: kiertäjiin ja ohilentäjiin. Molempien alapopulaation tilastolliset ominaisuudet ja pysyväispopulaatiot on määritelty. Maapallon väliaikaisesti kaappautuvien kuiden havaitsemisen ongelmat ja niitä koskevan tutkimuksen tulevaisuudennäkymiä on avattu. Myös väliaikaisesti kaappautuvien kuiden havaitsevuutta tulevan sukupolven LSST-teleskoopin avulla on tutkittu, korostaen pienten nopeasti liikkuvien kohteiden erityiskohtelun merkitystä datan käsittelyssä.
Euroopan avaruusjärjestön Gaia-missiolla on tärkeä panos moneen tähtitieteen osa-alueeseen. Yksi näistä osa-alueista on entuudestaan tuntemattomien asteroidien havaitseminen. Uudet asteroidiehdokkaat käsitellään automaattisesti, ja niiden paikkaennusteet jaetaan jatkohavaitsijoille päivittäin. Gaia-mission asteroidihavaintoja varten on yhtäältä kehitetty uusi radanlaskentamenetelmä, ja toisaalta rakennettu metodi, jonka tarkoituksena on pienentää satunnaisvirheiden vaikutusta radanlaskentaan, mikä johtaa pienempiin ja helpommin hallittaviin ennusteisiin jatkohavaitsijoille.
Tämän väitöskirjan johdanto-osiossa käsitellään yleisesti asteroidien väliaikaista kaappautumista planeettajärjestelmiin ja tilastollisia radanlaskentamenetelmiä. Lisäksi väitöskirjassa pohditaan tähti- ja asteroidiastrometrian historiallista kehitystä ja sen vaikutusta muihin tähtitieteen osa-alueisiin läpi vuosisatojen
