Gaia — космічний телескоп Європейського космічного агентства, головною ціллю якого є точне визначення положень зір на небі, зокрема вимірювання відстаней до них паралактичним методом. Місія Gaia є науковою наступницею місії ESA Hipparcos (1989-1993), але досліджує в 10 000 разів більше об’єктів і визначає їхні позиції в 200 разів точніше. Gaia спеціалізується на об’єктах від 3 до 21 зоряної величини, втрачаючи як найяскравіші, так і занадто тьмяні зорі. Для понад мільярда зір Gaia провела астрометричні та фотометричні вимірювання безпрецедентної точності. Повторні спостереження того ж об'єкта дозволяють визначити його власний рух небом. Для об’єктів із до 16 зоряної величини також аналізується спектр, за яким можна визначити радіальну швидкість, спектральний клас, температуру та інші дані.
Назва Gaia спочатку була абревіатурою від "Global Astrometric Interferometer for Astrophysics" (глобальний астрометричний інтерферометр для астрофізики) і відсилала до техніки оптичної інтерферометрії, яка спочатку планувалася для цього телескопа. Назву було збережено, незважаючи на те, що принцип вимірювання було змінено на етапі планування, але написання також було змінено з GAIA на Gaia. Ім'я також є відсилкою до богині землі Геї в грецькій міфології.
2000 року Gaia була затверджена ESA як пріоритетна місі, а 2006 року було замовлено будівництво космічного апарата. 19 грудня 2013 року космічний апарат був запущений з космодрому Куру за допомоги російської ракети-носія Союз-СТ-Б і невдовзі після цього вийшов на на орбіту Ліссажу навколо точки Лагранжа Сонце-Земля L2. Номінальна тривалість місії планувалась до 25 липня 2019 року, але місію було продовжено до кінця 2025 року. З початку місії було випущено три каталоги: Gaia DR1 з 1,1 мільярда об’єктів, Gaia DR2 з 1,7 мільярда об’єктів і Gaia EDR3 з 1,8 мільярда об’єктів. Оголошується про подальше розширення та вдосконалення каталогів. Усі опубліковані дані знаходяться у відкритому доступі в Інтернеті.
Ініціатори проєкту Gaia Леннарт Ліндегрен і Майкл Перрімен 2022 року за свій внесок в космічну астрометрію були нагороджені премією Шао.
Історія
Космічний телескоп Gaia бере свій початок від місії Європейського космічного агентства (ESA) Hipparcos (1989–1993). Gaia була запропонована в жовтні 1993 року Леннартом Ліндегреном (Лундська обсерваторія, Швеція) та Майклом Перріманом (ESA) у відповідь на конкурс пропозицій на довгострокову наукову програму ESA Horizon Plus. Науковий програмний комітет ESA затвердив місію 13 жовтня 2000, а фазу B2 проєкту було дозволено 9 лютого 2006 року, коли EADS Astrium взяла на себе відповідальність за апаратне забезпечення. Назва «Gaia» спочатку була абревіатурою від Global Astrometric Interferometer for Astrophysics. Це відображало оптичну техніку інтерферометрії, яка спочатку була запланована для використання на космічному кораблі. Незважаючи на те, що під час розробки концепція місії була змінена, і абревіатура більше не застосовується, назва Gaia залишилася як відображення неперервності проєкту.
Загальна вартість місії становить близько 740 мільйонів євро, включаючи виробництво, запуск і наземне забезпечення. Gaia була завершена з дворічним відставанням від графіка та 16% перевищенням бюджету, головним чином через труднощі, що виникли під час полірування десяти дзеркал з карбіду кремнію, а також зборки та тестування оптичної системи телескопу.
Цілі
Космічна місія Gaia має наступні цілі:
- Щоб визначити світність зорі, необхідно знати відстань до неї. Одним із небагатьох способів досягти цього без спеціальних фізичних припущень є паралакс зорі, але атмосферні впливи та інструментальні похибки погіршують точність вимірювань паралакса. Наприклад, цефеїди використовуються як стандартні свічки для вимірювання відстаней до галактик, але їх власні відстані маловідомі. Таким чином, залежні від них величини, такі як швидкість розширення Всесвіту, залишаються неточними. Точне вимірювання відстаней до них має великий вплив на розуміння інших галактик і, отже, всього космосу (див. шкала космічних відстаней).
- Спостереження за найслабшими об'єктами забезпечать більш повне уявлення про функцію світності зір. Gaia спостерігатиме 1 мільярд зір, що становить близько 1% таких тіл у галактиці Чумацький Шлях.
- Для кращого розуміння швидших етапів еволюції зір (таких як класифікація, частота, кореляції та безпосередньо спостережувані атрибути рідкісних фундаментальних змін і циклічних змін). Цього необхідно досягти шляхом детального обстеження та переогляду великої кількості об'єктів протягом тривалого періоду експлуатації. Спостереження за великою кількістю об’єктів у галактиці також важливо для розуміння динаміки галактики.
- Вимірювання астрометричних і кінематичних властивостей зір необхідне для розуміння різноманітних зоряних популяцій, особливо найвіддаленіших.
Для досягнення цих цілей перед місією ставляться такі задачі:
- Визначити положення, паралакс і власний рух 1 мільярда зір з точністю близько 20 кутових мікросекунд (мкс) для 15 зоряної величини і 200 мкс для 20 величини.
- Визначте положення зір із величиною V = 10 із точністю до 7 мкс — це еквівалентно вимірюванню положення з точністю до діаметра волосини від 1000 км — від 12 до 25 мкас до V = 15 і від 100 до 300 мкас до V = 20, залежно від кольору зорі.
- Таким чином, відстань до приблизно 20 мільйонів зір буде виміряно з точністю 1% або краще, а близько 200 мільйонів відстаней буде виміряно з точністю краще ніж 10%. Відстані з точністю до 10% будуть досягнуті аж до Галактичного центру, що знаходиться на відстані 30 000 світлових років.
- Вимірти тангенціальну швидкість 40 мільйонів зір з точністю краще 0,5 км/с.
- Отримати атмосферні параметри (ефективну температуру, міжзоряне вимирання на прямому огляді, поверхневу гравітацію, металічність) для всіх спостережуваних зір, а також деякі більш детальні хімічні склади для цілей, яскравіших за V = 15.
- Точно виміряти орбіти та нахили тисячі позасонячних планет, визначивши їх справжню масу за допомогою астрометричних методів виявлення планет.
- Точніше виміряти викривлення зоряного світла гравітаційним полем Сонця, передбачене Загальною теорією відносності Альберта Ейнштейна та вперше виявлене Артуром Еддінгтоном під час сонячного затемнення 1919 року, а отже, безпосередньо спостерігати за структурою простору-часу.
- Потенціал для виявлення астероїдів Апохель з орбітами, які лежать між Землею та Сонцем, область, яку важко спостерігати земними телескопами, оскільки цю область видно в небі лише вдень або майже вдень.
- Виявити до 500 000 квазарів.
Загальні відомості
Телескоп працює в оптичному діапазоні. Він виведений у другу точку Лагранжа (L2), розташовану на відстані близько 1,5 мільйонів кілометрів від Землі в протилежному від Сонця напрямі. Для максимального тепло- та світло-захисту телескоп оснащений великим екраном площею близько 100 квадратних метрів.
Передбачається, що за допомогою Gaia буде складена тривимірна карта нашої Галактики із зазначенням координат, напрямку руху і кольору більше мільярда зір. Крім цього, телескоп мав відкрити близько 10 тис. екзопланет, сотні тисяч квазарів і змінних зір, тисячі нових та наднових зір, а також астероїди й комети в Сонячній системі. Одним із завдань місії є перевірка загальної теорії відносності.
Стартова маса — 2030 кг (710 кг — корисне навантаження, 920 кг — службовий модуль і 400 кг — паливо).
Особливості
Основним інструментом телескопу Gaia є цифровий сенсор, найбільший із коли-небудь створених для місій у космосі. Він складається зі 106 окремих CCD-матриць розміром 4,7 x 6 см кожна, загальним розміром близько 1 Гігапікселя.
Космічний апарат
Космічний апарат містить два дзеркальних телескопи розміром 1,46 на 0,51 метра, за допомогою яких відбувається сканування небесної сфери. Після виведення космічного апарата у космос була розкрита десятиметрова парасолька для захисту телескопів та приймачів від сонячного світла. Така конструкція дозволяє вимірювати координати зір до 20 зоряної величини. На тому боці космічного апарата, що обернений до Сонця, встановлено сонячні батареї, антенний комплекс для зв'язку з Землею та інше обладнання.
Наукові інструменти
На борту Gaia перебувало три інструмента:
- Астрометричний інструмент (Astro), який проводить ретельні вимірювання положення зір із величинами від 5,7 до 20. Багаторазові вимірювання положення зорі кожної дозволяють визначити її тригонометричний паралакс (відповідно — відстань до зорі) та її власний рух - проєкцію швидкості зорі на небесну сферу.
- Фотометричний інструмент (BP/RP), який вимірює потоки випромінювання зір в діапазоні 320–1000 нм. Сам інструмент містить два додаткових фотометри, "блакитний" (ВР) на довжинах хвиль 330-680 нм та "червоний" (RP), що охоплює довжини хвиль 640-1050 нм. Також інструмент може проводити багатоколірну фотометрію за допомогою призми з низькою роздільною здатністю. Все це в цілому дозволяє виміряти температуру, оцінити масу та хімічний склад зорі.
- Спектрометр радіальних швидкостей (RVS), отримує спектри з високою роздільною здатністю в діапазоні 847–874 нм, що застосовується для вимірювання променевих швидкостей для зір до 17 величини. Інформація про радіальну швидкість разом із паралаксом та власним рухом дозволяє визначити повний вектор швидкості зорі відносно Сонця.
Старт
Запуск телескопа було здійснено 19 грудня 2013 року з космодрома Куру у французькій Гвіані, за допомогою ракети-носія «Союз» із розгінним блоком «Фрегат». 8 січня 2014 року космічний апарат досягнув цільової орбіти поблизу другої точки Лагранжа. Після тестування обладнання та усіх систем космічного апарата у липні 2014 року почалась наукова частина місії.
Наукові результати
Загальний об'єм інформації, що планується отримати від Gaia за весь час експлуатації, оцінюється в декілька сотень Терабайт. Обробка такої величезної кількості інформації вимагає новітніх методів та комп'ютерних систем. Попередня обробка проводиться на борту з метою вибору корисної інформації, її архівування та передачі на Землю. Результати обробки спостережень публікуються у відкритому доступі, зокрема, доступні через Інтернет.
14 вересня 2016 року на основі спостережень за перші 14 місяців роботи, було опубліковано перший набір даних (Gaia DR1), який містив положення та зоряні величини 1,1 мільярда зір, паралакси та власні рухи для 2 мільйонів зір, криві блиску та інші характеристики близько 3000 змінних зір, положення й зоряні величини більше як 2000 позагалактичних джерел, в першу чергу — квазарів, що застосовуються для побудови міжнародної небесної системи координат.
На основі обробки спостережень із 25 липня 2014 по 23 травня 2016 року було створено другий набір даних (Gaia DR2), опублікований 25 квітня 2018 року. Цей каталог став найбільшим в історії людства. Він містить положення та зоряні величини 1 692 919 135 зір, паралакс та власний рух визначено для 1 331 909 727 зір, радіальну швидкість для 7 224 631 зір, оцінено температуру поверхні 161 497 595 зір, визначено радіус та світність 76 956 778 зір. Також у каталозі подано інформацію про 550 737 змінних. На основі спостережень Gaia визначено положення 14 099 тіл Сонячної системи, переважно астероїдів.
Третій попередній набір даних Gaia опубліковано 3 грудня 2020 року. Публікація остаточного повного каталогу очікувалася в 2022 році.
Посилання
- Сторінка Гайї на сайті ЄКА [Архівовано 3 червня 2020 у Wayback Machine.]
- http://www.4glaza.ru/G-project/2012/05/24/gori-gori-moya-zvezda-kto-ty-est-ugadayu-ya-eshhe-odin-shag-k-sozdaniyu-trexmernoj-karty-mlechnogo-puti/ [Архівовано 22 вересня 2013 у Wayback Machine.]
| |||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
