Gaia — obserwatorium kosmiczne ESA tworzące 3D mapę Drogi Mlecznej

Gaia — obserwatorium ESA tworzące precyzyjną 3D mapę Drogi Mlecznej: miliard obiektów, ruchy gwiazd, spektroskopia i odkrycia struktury oraz historii galaktyki.

Gaia to obserwatorium kosmiczne. Zostało ono uruchomione przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) w dniu 19 grudnia 2013 r. Celem misji jest stworzenie trójwymiarowego katalogu kosmicznego, zawierającego około miliarda obiektów astronomicznych. Misja ma charakter astrometryczny i fotometryczny, a jej dane służą do precyzyjnego wyznaczania pozycji, ruchów własnych i odległości gwiazd oraz do badań fizycznych populacji gwiazd w całej Galaktyce.

Gaia będzie badać około 1% populacji Drogi Mlecznej. Następca misji Hipparcos, jest częścią długoterminowego programu naukowego ESA Horizon 2000 Plus. Gaia będzie monitorować każdą ze swoich gwiazd docelowych średnio około 70 razy w ciągu pięciu lat misji nominalnej, co pozwala na wyznaczenie precyzyjnych paralaks, ruchów własnych i zmienności świetlnej.

Zakres i rodzaje pomiarów

Gaia stworzy niezwykle precyzyjną trójwymiarową mapę gwiazd w całej galaktyce Drogi Mlecznej i zmapuje ich ruchy. Dane te służą do odtwarzania historii powstawania i ewolucji Galaktyki. Pomiary spektroskopowe oraz fotometryczne pozwalają określić podstawowe właściwości fizyczne obserwowanych gwiazd: ich jasność, temperaturę, grawitację powierzchniową i skład pierwiastkowy. Odległości do dużej liczby gwiazd (szczególnie do około kilkudziesięciu milionów jaśniejszych obiektów) są wyznaczane za pomocą rocznej paralaksy, a dla wielu milionów gwiazd uzyskiwane są także bardzo dokładne ruchy własne i prędkości radialne.

Instrumenty na pokładzie

• Główne instrumenty astrometryczne — do precyzyjnego pomiaru pozycji i ruchów własnych gwiazd.
• Fotometryczne pasma widmowe (BP/RP) — pozwalające na określenie krzywych widmowych, temperatury i składu chemicznego gwiazd.
• Spektrograf wysokiej rozdzielczości (RVS) — mierzący prędkości radialne dla jaśniejszych obiektów oraz wybrane linie spektralne istotne dla ustalania składu chemicznego i ruchów obiektów.

Obszerne zastosowania naukowe

Masowy spis gwiezdny dostarczy podstawowych danych obserwacyjnych. Dzięki tym danym astronomowie mają nadzieję rozwiązać szereg ważnych problemów, takich jak pochodzenie, struktura i historia ewolucji naszej galaktyki. Duża liczba kwazarów, galaktyk, planet pozasłonecznych i ciał Układu Słonecznego będzie mierzona w tym samym czasie. Dzięki temu Gaia wpływa na wiele dziedzin astronomii: astrofizykę gwiazd, badania gromad gwiazd, dynamikę Galaktyki, poszukiwanie i charakteryzację egzoplanet, a także badania ciał Układu Słonecznego i kosmologiczne wykorzystujące kwazary jako ramę odniesienia.

Orbita i operacje

Gaia została wystrzelona za pomocą rakiety Soyuz z Centrum Kosmicznego Gujany (GSC) w Gujanie Francuskiej. Znajduje się ona na orbicie Lissajous wokół punktu L2 Lagrangian Sun-Earth, co zapewnia stabilne warunki termiczne oraz ciągły widok na niebo bez częściowych zaćmień przez Ziemię. Dzięki umieszczeniu w pobliżu punktu L2 obserwatorium ma stały dostęp do zasilania i łączności z Ziemią oraz stabilne warunki obserwacyjne.

Wydania danych i osiągnięcia

Gaia regularnie publikuje zbiory danych (data releases). Pierwsze wydania (DR1, DR2, EDR3) udostępniły pozycje i paralaksy dla setek milionów źródeł; najnowsze wydania obejmują już ponad 1,8 miliarda obiektów z pozycjami i fotometrią oraz miliony widm i prędkości radialnych dla jaśniejszych gwiazd. Dzięki tym publikacjom powstały mapy struktury Drogi Mlecznej, wykryto liczne strumienie gwiazd szczątków galaktyk karłowatych, zidentyfikowano setki tysięcy nowych zmiennych gwiazd, dobrze scharakteryzowano ruchy i rozkład populacji gwiazd i zbadano masę oraz kształt ciemnej materii w naszej Galaktyce.

Dokładność i skala

Precyzja pomiarów astrometrycznych Gaïa zależy od jasności gwiazdy: dla najjaśniejszych źródeł osiągana jest dokładność rzędu dziesiątek mikrosekund łukowych, dla słabszych obiektów jest ona mniejsza, ale wciąż znacznie przewyższa wcześniejsze katalogi. Tak wysoka precyzja pozwala na badanie wewnętrznej dynamiki gromad gwiazd, rozkładu prędkości i oddziaływań fal grawitacyjnych na populacje gwiazdne.

Znaczenie dla przyszłości astronomii

Dane z Gaia stanowią podstawę dla niemal wszystkich dziedzin współczesnej astrofizyki obserwacyjnej — od badań egzoplanet, przez strukturę i historię Drogi Mlecznej, po układy planetarne i obiekty Układu Słonecznego. Precyzyjne układy odniesienia wyznaczone przez Gaïę są też kluczowe dla kalibracji innych misji kosmicznych i obserwatoriów naziemnych. Kolejne przetworzenia i wydania danych oraz możliwe przedłużenia misji zwiększą jeszcze zakres naukowy i ilość odkryć.

Na koniec warto podkreślić, że Gaia to misja o długotrwałym efekcie: jej katalogi będą używane przez dekady jako standardowy zbiór odniesienia do badań kosmicznych i astronomicznych.

Pytania i odpowiedzi

P: Co to jest Gaia?

P: Jaka jest misja Gaia?

P: Jak długo Gaia będzie monitorować każdą z docelowych gwiazd?

P: Jakie dane dostarcza Gaia?

P: Co astronomowie mają nadzieję osiągnąć dzięki tym danym?

Szukaj według litery