Gaia – ESA kosmoseteleskoop: miljarditähtede 3D-kaart ja liikumine

Gaia (ESA) loob ülitäpse 3D-kaardi miljardist tähest, kaardistades Linnutee struktuuri ja tähtede liikumise — võtmetähtis galaktika päritolu, struktuuri ja arengu uurimiseks.

Gaia on kosmoseobservatoorium, mille käivitas Euroopa Kosmoseagentuur (ESA) 19. detsembril 2013. Missiooni peamine eesmärk on koostada väga täpne kolmemõõtmeline kataloog miljarditest taevakehadest, eelkõige tähtedest. Gaia vaatleb ja mõõdab iga lähitähte korduvate vaatlustega, et määrata selle kiirused, kaugused ja füüsikalised omadused ning nii kaardistada ja mõista meie galaktika arengulugu.

Missiooni eesmärk ja ulatus

Gaia loob detailse 3D-kaardi Linnutee galaktikast ja mõõdab tähtede liikumisi (tänu millele saab uurida galaktika dünaamikat, koondumisi ja minevikus toimunud liitumisi). Missioon katab ligikaudu 1% Linnutee tähepopulatsioonist, jälgides miljardeid allikaid, sealhulgas tähti, muutuvaid tähti, täheparisid, kvasaare, galaktikaid ja Päikesesüsteemi kehi. Samuti toimib Gaia kosmilise koordinaatsüsteemi (referentsraamistik) aluseks, sidudes optilise taevakaardi radio- ja raadiomõõtmistega.

Peamised instrumendid ja mõõtmismeetodid

Gaia töötab skanniva vaatlusrežiimis: satelliit pöörleb pidevalt ja skaneerib taevast vastavalt nii-öelda scanning law'le, milles iga allikas vaadatakse keskmiselt umbes 70 korda viie aasta jooksul (see arv sõltub vaateväljast ja missiooni pikkusest). Olulisemad tehnilised komponendid on:

• Kaks peegliga teleskoopi, mis suunavad valguse ühisele fookusele.
• Suur fookustasand (focal plane) sajate CCD-lahtritega, mis salvestavad astrometria- ja fotomeetriaandmeid.
• Astromeetriline instrument — määrab tähe positsiooni, parallaksi (kaugus) ja oma-liikumise (proper motion) äärmiselt kõrge täpsusega.
• Photomeetrilised kanalid (G, BP, RP) — mõõtavad tähe heleduse ja värvuse, mis annavad infot temperatuuride, heleduse ja teiste füüsikaliste omaduste kohta.
• Radiaalsete kiiruste spektromeeter (RVS) — mõõdab tähe kiirust mööda vaatejoont (radiaalne kiirus) peamiselt heledamate tähtede jaoks, kasutades Ca II triplet'i spektriosa.

Mõõtmiste täpsus sõltub tähe heledusest ja värvusest: heledamate tähtede puhul ulatuvad astromeetrilised täpsused kümnete mikrokaaresekunditeni (µas), nõrgematel tähtedel on täpsus kehvem. RVS annab radiaalseid kiirusi tüüpiliselt kuni mõõdetava heleduse piirini (G~13–16, sõltuvalt andmevabastusest ja vaatluste arvust).

Andmeväljad (andmevabadused)

Gaia andmed avaldatakse perioodilistes andmepakettides (data releases). Olulised verstapostid on:

• DR1 (2016) — esimene suur avalik väljaanne, mis sisaldas astrometrilisi ja fotomeetrilisi andmeid piiratud hulgale allikatele.
• DR2 (2018) — märkimisväärne samm edasi: miljoneid tähti koos parallaksi, proper motioni ja fotomeetriaga (DR2 sisaldas üle miljard allika ning muutis paljude uurimiste aluseks olevad andmed).
• EDR3 (2020) ja DR3 (2022) — järgnevad ja parandatud väljaanded, mis tõid kaasa suurema hulga allikaid, parema täpsuse ning täiendavad astrofüüsikalised parameetrid, sündmuste klassifikatsioonid, varjuvalgus kõverad ja spektrilised produktid erinevatele täheklassidele.

Andmete täpne arv ja tooteomadused sõltuvad konkreetsest väljaandest; Gaia kataloogid sisaldavad nüüd miljardeid allikaid ja sadade miljonite tähemõõtmisega objektiandmeid. ESA hoiab Gaia andmearhiivi avalikult kättesaadavana, võimaldades teadlastel ja huvilistel andmeid pärida ja töödelda.

Teaduslikud tulemused ja rakendused

Gaia andmed on muutnud mitmeid astronoomia valdkondi. Peamised rakendused ja saavutused hõlmavad:

• Üksikasjaline Linnutee struktuuri ja dünaamika uurimine: tähed ja täheparved, galaktilised akretsioonisündmused ning varasemate kokkupõrgete jäljed.
• Täheparameetrite määramine ja täpsemad täheevolutsioonimudelid tänu suurele andmehulgale, mis hõlmab erineva vanuse, keemilise koostise ja massiga tähti.
• Muutuvate tähtede ja binaarsete süsteemide avastamine ning nende täpne karakteriseerimine läbi valgusdiagrammide (light curves) ja astromeetriliste variatsioonide.
• Päikesesüsteemi objektide — asteroidide ja kometide — täpsed orbiidid ja kiirused; Gaia on avastanud ja iseloomustanud uusi väikeseid kehaid.
• Ekstrapolaarsete planeetide uurimine astromeetrilise lähenemisega ning kandidaatide leidmine tähe ümber liikumise põhjal.
• Globaalne taevakoordinaatsüsteem ja referentsraamistiku (Gaia Celestial Reference Frame, Gaia-CRF) loomine, mis parandab teleskoopide ja astmeväljade ühtlustamist üle elektromagnetilise spektri.

Missioon, orbiit ja operatsioonid

Gaia käivitati Sojuz-raketiga Guyana kosmosekeskusest (GSC) Prantsuse Guajaanas. See paikneb Lissajousi tüüpi orbiidil ümber Päikese-Maa L2 Lagrange'i punkti, kust on stabiilne ja ühtlane nägemine stabiilsele taevapildile ning minimaalne Maa varjutus. Tänu sellele orbiidile saab Gaia pidevalt skaneerida suuri taevapiirkondi ilma Maa varjutustega.

Andmete juurdepääs ja kasutamine

Gaia andmed on avalikud ja neid levitatakse läbi ESA Gaia Archive ning mitme uuringukeskuse ja andmeportaali vahendusel. Andmed hõlmavad katalooge, valguskõveraid, spektritoodete fragmente ja astrofüüsikalisi parameetreid. Uurijad kasutavad neid andmeid galaktilise arhitektuuri, tähefüüsika, päikesesüsteemi dünaamika ning kosmoloogiliste viidete uurimiseks.

Tulevik ja jätkusuutlikkus

Algselt planeeriti Gaiale viieaastane missioon, kuid seda on pikendatud ning satelliit on töötanud edukalt palju kauem. Iga järgmine andmeväljund on parendanud täpsust ja laienenud andmesisule — tulevased väljaanded jätkavad seda trendi, pakkudes täiendavaid parameetreid ja paremat kvaliteeti. Gaia jätkuv töö ja tulevased andmaväljad lubavad veelgi täpsemalt kaardistada meie galaktikat ning avastada uusi füüsikalisi nähtusi.

Märkus: Gaial on palju tehnilisi ja teaduslikke üksikasju (näiteks täpsusastmed, täpsed allikaarvud ja andmevormingud), mida on võimalik uurida ESA ametlikust dokumentatsioonist ja iga andmaväljundi kirjeldustest. Gaia andmearhiiv ja teaduspublikatsioonid annavad detailseima pildi avaldatud tulemustest ja meetoditest.

Küsimused ja vastused

K: Mis on Gaia?

K: Mis on Gaia missioon?

K: Kui kaua võtab Gaia iga sihttähe jälgimine aega?

K: Milliseid andmeid Gaia annab?

K: Mida loodavad astronoomid nende andmetega saavutada?

Otsing