Elindult a Gaia
(Rovat: Űrcsillagászat Európában, Távoli világok kutatói - 2013.12.20 06:15.)

Pályára állt az Európai Űrügynökség (ESA) legújabb űrcsillagászati szondája, amelynek fő feladata a Tejútrendszer csillagainak minden eddiginél kiterjedtebb és pontosabb felmérése lesz.

A Gaia űrszonda a Nap–Föld rendszer külső Lagrange-pontja (L2) felé tart. A Földtől másfél millió km-es távolságban olyan Nap körüli pályára áll, amelynek keringési ideje egy év. Innen, a vakító Napot és a Földet a „háta mögött” tudva kezdi majd meg szisztematikus égboltfelmérését. Ennek során galaxisunk mintegy milliárdnyi csillagáról gyűjt adatokat. Nem csak a pontos térbeli helyzetüket és annak változását határozza meg, de több színben fényességméréseket is képes lesz mérni, információt gyűjtve a csillagok fizikai tulajdonságairól. Bár ez a mennyiség „csak” a Tejútrendszerben megtalálható csillagok fél-egy százalékát teszi ki, mégis értékes statisztikai információt nyerhetnek belőlük az egész galaxisunk szerkezetéről, felépítéséről. Érzékenységének köszönhetően a Gaia megfigyelhető célpontjai között sokkal távolabbi égitestek, aktív galaxismagok is lesznek. A várhatóan felmérendő mintegy ötszázezer kvazár legjobbjainak pozíciói alapján a program végére létrehozhatják az eddigi legpontosabb égi vonatkoztatási rendszert a látható fény tartományában. A Gaia szerepet kap még a Naprendszer újabb kis égitestjeinek (kisbolygóknak, üstökösöknek) felfedezésében, valamint a Tejútrendszer csillagai körül keringő óriás-exobolygók megtalálását is remélik tőle.

A Gaia Kourouban, a szerelőcsarnokban, mielőtt zárul rajta a Szojuz rakéta orrkúpja. Az űreszköz teljes tömege 2030 kg, ebből 710 kg a tudományos műszereké, 920 kg a kiszolgáló berendezéseké, 400 kg pedig a manőverezéshez szükséges hajtóanyag. (Kép: ESA / M. Pedoussaut)

A Gaia december 19-én, magyar idő szerint 10:12-kor startolt Dél-Amerikából, az Egyenlítőhöz közel fekvő francia guyanai Kourouból, egy orosz gyártmányú Szojuz hordozórakétával és Fregat végfokozattal. A programot először húsz évvel ezelőtt, az elődjének tekinthető Hipparcos asztrometriai (vagyis a csillagok pontos égi helyzetét mérő) műholdja leállása idején javasolták. Az alkalmazott mérési módszer átalakítása után, 2000 óta számít az ESA egyik legfontosabb elfogadott tudományos űrprogramjának. A szonda építésére a megbízást 2006-ban nyerte el az EADS Astrium vezette űripari konzorcium. A kizárólag európai résztvevőkkel folyó program teljes költsége mintegy 740 millió euró. Működési élettartamát 5 évre tervezik, amit egy féléves kezdeti teszt- és beállítási időszak előz meg.

A Gaia méréseit a fedélzetén elhelyezett két különböző optikai távcsővel végzik. Tükörméretük 1,45 m × 0,5 m. Az 1 m × 0,5 m-es kiterjedésű és 106 különböző, egyenként 4500 × 1966 pixeles CCD csipből összerakott detektorra érkezik a két távcső által fókuszált fény. Ez összesen közel egymilliárd pixel, vagyis a legnagyobb kamera, amely valaha a világűrbe jutott! A két teleszkóp látóirányának különbsége (106,5°) pontosan rögzített érték. Az űreszköz teste lassan forgó mozgást végez majd, a forgástengely iránya is változik az idő előre haladtával. Így a két távcsővel lassan végigpásztázhatják az égboltot, a működési időtartam alatt többször egymás után. Ez módot ad arra, hogy a csillagok pozícióváltozásait is megfigyeljék. Egy-egy objektum nagyjából 70 alkalommal kerülhet a távcsövek látómezejébe.

A Gaia felépítésének vázlata. (Kép: ESA)

A távcsövekhez három különböző tudományos berendezés kapcsolódik. Az asztrometriai műszeregyüttes (ASTRO) a csillagok pontos égi helyzetének mérésére készült, egészen a 20 magnitúdós látszó fényességig. Az öt év alatt gyűjtött adatokból megmérhető egyrészt a csillagok parallaxisa, vagyis látszólagos elmozdulása amiatt, hogy a Föld (és persze a Gaia) egy év alatt a pályáján körbekerüli a Napot. A csillag parallaktikus elmozdulása annál nagyobb, minél közelebb van hozzánk, így ebből a távolsága meghatározható. Emellett a csillagok ún. sajátmozgását, vagyis az égbolton egy adott irányba történő szisztematikus elmozdulását is ki tudják mutatni, nagy pontossággal. A fotometriai berendezés (blue phototometer/red photometer, BP/RP) a csillagok fényességét méri különböző hullámhosszakon, vagyis egy alacsony felbontású színképet állít elő a 320 és 1000 nm közötti hullámhosszak tartományában. A fotometriai mérések elemzésével következtetni lehet például a csillagok hőmérsékletére, tömegére, korára, légkörük anyagi összetételére. A radiális sebességek meghatározására szolgáló színképelemző (Radial-Velocity Spectrometer, RVS) nagyobb spektrális felbontással dolgozik. Célja, hogy megmérje a fényesebb csillagok színképében látható, a kalciumtól származó jellegzetes elnyelési vonalak Doppler-eltolódását a laboratóriumban mérhető hullámhosszakhoz képest, a 847-874 nm közötti tartományban. Ebből az adott csillag látóirányú sebességét tudják megmérni: mennyivel közeledik hozzánk vagy épp távolodik tőlünk. A három berendezés által nyújtott információ együtt alkalmas arra, hogy a Tejútrendszer nagyszámú csillagának háromdimenziós helyzet- és sebességadatait felmérjék.

Az irányítási pontosság érekében az űreszközön a lehető legkevesebb mozgó alkatrészt helyezték el. A berendezések egy stabil, minimális hőtágulással rendelkező, ugyanakkor könnyű szilícium-karbid (SiC) vázon kaptak helyet. A Gaia műszereit a közvetlen napsugárzástól egy 10 m átmérőjű ernyő védi, amelynek a Nap felőli oldalára kerültek az elektromos energiát termelő napelemek. Az árnyékolás révén lehetővé válik, hogy az űrszonda CCD kameráinak üzemi hőmérséklete ne haladja meg a -100°C-ot, kellően alacsony zajszintet biztosítva. A Földdel a kapcsolatot egy 4-8 Mbit/s átviteli sebességre képes X-sávú adattovábbító rendszer jelenti. Ez messze nem elegendő ahhoz, hogy az összes keletkező mérési adatot lejuttassák a földi követőállomások antennáihoz, a naponta rendelkezésre álló kb. 8 órás időablakokban. Így a fedélzeten az adatokat tárolni is tudják, valamint előfeldolgozzák, és csak az észlelt objektumok közvetlen környezetét mutató pixelekről származó információt továbbítják.

Hogy térképez majd fel a Gaia egymilliárdnyi csillagot a maga egymilliárd pixeles kamerájával? (Film: ESA)