GAIA-Satellit

Beschreibung des Bildes: Der Gaia-Satellit, gebaut in Toulouse (Frankreich) von Astrium. Im antiken Griechenland maß Hipparchos von Nicäa (190 bis 120 v. Chr.) im 2. Jahrhundert v. Chr. sorgfältig die Position von mehr als tausend Sternen mit bloßem Auge. Hipparchos erstellte den ersten Sternenkatalog. Hipparcos (HIgh Precision PARallax COllecting Satellite), der erste Astrometriesatellit (1989-1993), lieferte die Himmelskoordinaten von etwa 120.000 Sternen mit einer 10- bis 100-mal höheren Präzision als frühere Kataloge, die mit Bodeninstrumenten ermittelt wurden. Nach dem Hipparcos-Satelliten ist GAIA, der Vermesser und Topograph, an der Reihe, die Galaxie mit viel größeren Spiegeln zu vermessen und mehr als eine Milliarde Objekte (Sterne, Planeten, Pulsare, Quasare usw.) in 3D zu kartieren. Bildquelle:astronoo.com

GAIA kartiert die Milchstraße

GAIAist ein Projekt der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Der Satellit wurde am 19. Dezember 2013 von Französisch-Guayana aus mit einer Sojus-Rakete gestartet. Diese Mission zielt darauf ab, unsere Milchstraße in 3D zu kartieren, mit einer Genauigkeit von bis zu 7 Mikrobogensekunden oder 7/3600 Grad für die hellsten Sterne (Magnitude 12 und weniger) bis zu 300 Mikrobogensekunden für die schwächsten Sterne (Magnitude 20).

Wissenschaftler werden Daten von mehr als einer Milliarde Objekten sammeln und die Mechanismen der Galaxienbildung, die innere Funktionsweise von Sternen, den Einfluss dunkler Materie und die Krümmung von Lichtstrahlen aufgrund von Gravitationseffekten besser verstehen.

Die 2 Tonnen schwere Sonde verfügt über drei Detektoren, die an einem der beiden Teleskope installiert sind und an jedem beobachteten Objekt etwa 75 Astrometrie-, Photometrie- und Spektroskopiemessungen durchführen können. Es wird die Position, Geschwindigkeit, Helligkeit und Entfernung jedes Sterns, auf den seine Teleskope gerichtet sind, von der Erde aufzeichnen.

GAIA ist daher dieGalaxienvermesserDie Sonde wird über einen Zeitraum von fünf Jahren mehr als ein Petabyte an Daten (1000 TB) senden, die von CNES und 30 internationalen Labors verarbeitet werden. Dank der Zählung all dieser Sterne werden Astronomen in der Lage sein, verschiedene Generationen von Sternpopulationen zu identifizieren und ihren Weg durch Raum und Zeit zu rekonstruieren.

Ziel von GAIA ist es, ein möglichst detailliertes Bild der Struktur unserer Galaxie zu erstellen und ihre Entwicklung vorherzusagen. Die Aufzeichnungen von beispielloser Präzision werden Wissenschaftlern jahrzehntelang dienen. GAIA ist in der Lage, die Dicke eines Haares in einer Entfernung von 1000 km zu messen.

Um die Entfernung von Sternen zu messen, nutzt GAIA die Sternparallaxenmethode. Bei dieser alten geometrischen Methode wird der Stern zweimal im Abstand von sechs Monaten angestrebt. Mit anderen Worten: Astronomen messen den Parallaxenwinkel, indem sie die Position eines Sterns von der Position der Erde in ihrer Umlaufbahn aus messen und sechs Monate später erneut messen, wenn sich die Erde auf der anderen Seite der Sonne befindet und 300 Millionen km zurückgelegt hat. Je näher der Stern ist, desto größer ist der Parallaxenwinkel. Dieser Winkel gibt uns direkt die Entfernung vom Stern an. Indem wir die Entfernung eines Sterns kennen, können wir seine Hauptmerkmale, seine tatsächliche Leuchtkraft, sein Alter, seine Masse und seine Temperatur bestimmen. Dazu ist es notwendig, den Abstand zwischen diesen beiden Schussfenstern ständig zu kennen und somit die Position von GAIA sehr genau zu kennen.

Überwachung vom Boden aus

Die kontinuierliche Überwachung vom Boden aus wird durch ein Netzwerk von Teleskopen gewährleistet, um GAIA auf die nächste Hundertstelbogensekunde genau zu positionieren. Das bedeutet, dass der Satellit innerhalb eines Radius von 100 Metern bleiben muss. Dieses Gerät namens GBOT (Ground Based Optical Tracking) ergänzt die Funkmethoden der ESA.

In einer kleinen Blase mit einem Durchmesser von 12 Lichtjahren, deren Mittelpunkt die Sonne ist, befinden sich bereits 31 Sterne. Aber sobald GAIA seine beiden Siliziumkarbid-Teleskope auf weite Entfernungen in der Größenordnung von 30.000 Lichtjahren ausgerichtet hat, wird es Hunderttausende Sterne und sogar Exoplaneten von der Größe Jupiters entdecken können.

GAIA sollte 1000 bis 2000 Cepheiden in der Milchstraße erkennen, da die Entfernung genau bekannt ist und die Messmethode so präzise kalibriert werden kann. Die europäische Sonde wird außerdem fast 500.000 Quasare untersuchen und durch groß angelegte Beobachtung der Bewegung von Sternen wird Gaia uns die Verteilung der Dunklen Materie zeigen.

Vielleicht liefern seine Messungen Antworten auf eines der Hauptprobleme der modernen Astrophysik, nämlich die Frage nach der Natur der meisten Materie im Universum. Dank der hohen Präzision der Sonde wird es Gaia mit seinen wissenschaftlichen Messungen ermöglichen, Einsteins allgemeine Relativitätstheorie noch genauer zu überprüfen. Es ist wahrscheinlich, dass normalerweise unsichtbare Gravitationseffekte in den Daten deutlich sichtbar sind.

Und schließlich wird Gaia dank der Präzision seiner photometrischen und astrometrischen Messungen in der Lage sein, Tausende von Exoplaneten mit der Transitmethode zu sehen, da jedes Objekt während der Mission mehrere Dutzend Mal gesehen werden muss. Die zur Verarbeitung aller Daten erforderliche Rechenleistung wird auf 6 Teraflops (6.000 Milliarden Operationen pro Sekunde) geschätzt. Das zu verarbeitende Datenvolumen wird in der Größenordnung von einer Million Milliarden Byte liegen, was der Kapazität von 250.000 DVDs entspricht.

Gaia wird den tiefen Himmel in einer bevorzugten Umlaufbahn um die Sonne beobachten. Dieser besondere Ort ist der L2-Lagrange-Punkt. Der L2-Punkt ist ein privilegierter Ort zur Beobachtung des Universums, da es sich um eine äußerst stabile thermische Umgebung handelt. Es liegt 1,492 Millionen km von der Erde entfernt auf der Linie zwischen Erde und Sonne. Seit 2009 befinden sich die Satelliten Planck Surveyor und Herschel in dieser Umlaufbahn. Dieser Lagrange-Punkt L2 folgt der Erde, während wir die Sonne umkreisen, sodass Sonne, Erde und Mond immer außerhalb des Sichtfelds der Instrumente liegen.

Ende der Datenerhebung (Januar 2025) und Veröffentlichung des endgültigen Katalogs (2030)

Mit dem Abschluss seiner Beobachtungen und der Veröffentlichung des endgültigen Katalogs wird Gaia künftigen Generationen von Astronomen ein beispielloses Erbe hinterlassen.