Gaia

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Gaia
Maquette de Gaia salon du Bourget 2013 DSC 0191.JPG
Макет Gaia на салоне Ле Бурже, 2013 год
Заказчик ЕКА
Оператор Европейское космическое агентство
Спутник точки L2 системы Земля-Солнце, около 1,5 млн км от Земли
Стартовая площадка Космодром Куру ELS
Ракета-носитель Союз-STB+Фрегат-МТ[1]
Запуск 19 декабря 2013 года, 9:12:00 UTC
NSSDC ID 2013-074A
SCN 39479
Технические характеристики
Масса 2029 кг[1]
Размеры 4,6 × 2,3 м
Мощность 1910 Вт
Срок активного существования 5—6 лет
Элементы орбиты
Тип орбиты орбита Лиссажу
Период обращения около 180 суток[1][2]
Перицентр 370 тыс. км[2]
Целевая аппаратура
ASTRO Астрометрия
BP/RP Фотометрия
RVS Спектрометр
Скорость передачи несколько кб/с загрузки и выгрузки в S-диапазоне, 3—8 Мбит/с загрузки в X-диапазоне
esa.int/science/gaia
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе

Gaia (изначально от Global Astrometric Interferometer for Astrophysics[1]; в русской транскрипции Гайя или Гея) — космический телескоп Европейского космического агентства, преемник проекта Hipparcos. ИСЗ был выведен на орбиту 19 декабря 2013 года[3][4]. Главная задача телескопа — составить подробную карту распределения звёзд нашей Галактики.

Телескоп работает в оптическом диапазоне. Менее чем через месяц после запуска он достиг орбиты, расположенной в сотнях тысяч километров от второй точки Лагранжа (L2) системы Земля — Солнце. Для максимальной тепло- и светозащиты телескоп оснащён большим разворачивающимся экраном площадью в 100 квадратных метров.

Предполагается, что с помощью Gaia будет составлена трёхмерная карта части нашей Галактики с указанием координат, направления движения и спектрального класса около миллиарда звёзд. Помимо этого, телескоп сможет открыть около 10 тыс. экзопланет, а также астероиды и кометы в Солнечной системе.

Разработка миссии Gaia заняла 13 лет и обошлась в 740 млн евро[5].

Задачи[править | править код]

Важнейшая научная задача экспедиции Gaia заключается в том, чтобы при помощи обследования звёзд прояснить возникновение и развитие нашей Галактики. Собранные Gaia данные позволят астрономам лучше понять, как возникают звёзды и каким образом они насыщают материей пространство вокруг себя когда умирают. Прежде недостижимая точность измерений параллакса, а также собственной и радиальной скорости для одного миллиарда звёзд (это 0,5 % нашей Галактики) даст астрономам более чёткую картину развития и структуры Млечного Пути. Параллакс и собственное движение будут измеряться с помощью двух разнонаправленных телескопов, плоскость обзора которых перпендикулярна оси вращения. Радиальная скорость звёзд будет измеряться с помощью одного спектрометра, также установленного на Gaia.

Точность измерения параллакса и местоположения для ярких звёзд (до 15 m) будет выше 25 µas (миллионных долей угловой секунды), а для слабых звёзд (около 20 m) до 300 µas.

Вторая задача телескопа — открытие экзопланет. Количество возможных кандидатов оценивают в 10 000 тел, что в несколько раз больше, чем у «Кеплера».

Отличительные особенности[править | править код]

Схема устройства телескопа. М1,М2,М3 — зеркала первого телескопа, М’1,М’2,М’3 — зеркала второго телескопа, 1 — система крепления зеркал (карбид кремния[6]), 2 — система охлаждения сенсоров, 3 — сборка в фокальной плоскости, 4 — баллон с азотом, 5 — дифракционные решётки для спектроскопа, 6 — бак топлива, 7 — звёздный датчик, 8 — электроника и батареи.
Схема сенсоров в фокальной плоскости

Основным инструментом телескопа Gaia станет самый большой цифровой сенсор из когда-либо созданных для миссий в космосе, он состоит из 106 отдельных CCD-матриц размером 4,7 × 6 см каждая[7]. Общее разрешение достигает 938 млн пикселов (у «Кеплера», лучшего из предшественников, этот показатель составлял 95 млн) при физическом размере сборки матриц 100 на 50 см.

Оптическая схема телескопа состоит из двух зеркальных телескопов с размером основных зеркал (M1, M’1) 1,46 на 0,51 метра[8][9]. Всего в каждом телескопе 6 зеркал[10]. При этом оба телескопа проецируют изображение в одну фокальную плоскость, а разделение изображений возложено на цифровую обработку. Для части фотосенсоров дополнительно используется набор дифракционных решёток.

Для осуществления сканирования телескоп комбинирует несколько видов вращений. За счёт вращения вокруг собственной оси телескопа осуществляется основное сканирование в ходе которого оба телескопа снимают кольцевой участок небосвода высотой 0,7 градуса[10]. За счёт прецессии осуществляется медленный поворот этого кольцевого участка[11].

Из-за постоянного вращения усложняется связь с Землёй. Традиционно используемые параболические антенны потребовали бы механического привода, который бы значительно возмущал положение телескопа, снижая точность данных. Поэтому на торце аппарата установлена группа фазированных антенных решёток, которые используют электронное отклонение луча[12].

Стоимость[править | править код]

ЕКА предполагает общую стоимость проекта, включающую стоимость аппарата, средств выведения и наземного контроля, равной приблизительно €577 млн. Контракт на разработку и постройку самого телескопа Gaia, стоимостью €317 млн, получила европейская компания EADS Astrium. Стоимость последующей научной обработки данных (будет разделена между странами участницами ЕКА) оценивается в €120 млн.

Запуск[править | править код]

Запуск телескопа первоначально был намечен на 20 ноября 2013 года с космодрома Куру во французской Гвиане, посредством ракеты-носителя «Союз» в сочетании с разгонным блоком «Фрегат»[13]. Однако, из-за проблем с такими же, как на «Гайе», транспондерами на другом неназванном космическом аппарате, которые слишком быстро деградировали, было решено, что запуск состоится в окне между 17 декабря 2013 и 5 января 2014 года[14].

Запуск состоялся 19 декабря 2013 года в 09:12:18 UTC[15][16], в 09:54 UTC (13:54 мск) космический аппарат отделился от разгонного блока «Фрегат».[17]

8 января 2014 года аппарат успешно достиг своей целевой орбиты вокруг точки L2. Параметры орбиты — 263 x 707 x 370 тыс. км, полный оборот по орбите около 180 дней[2]. В последующие четыре месяца аппарат продолжил тестирование и калибровку бортовых приборов[2].

Орбита[править | править код]

Приблизительная схема ориентации корабля по отношению к Солнцу. За счёт комбинации вращения вокруг собственной оси и прецессии, осуществляется сканирование[11]

После старта Gaia потребовалось три недели для того, чтобы достигнуть своей орбиты в окрестностях второй точки Лагранжа (L2), отдалённой от земли на 1,5 миллиона километров, что приблизительно в четыре раза больше, чем отдаление Луны от Земли. Период обращения по орбите Лиссажу будет составлять около 180 дней, расстояние до L2 — от 270 до 707 тысяч километров[1][2]. На орбите вокруг этой точки гравитационного равновесия, приблизительно на неизменном удалении от Земли и Солнца, телескоп будет находиться в стабильных условиях, недоступных на околоземной орбите. За несколько лет работы аппарату почти не потребуется включений двигателя для коррекции собственной орбиты.

Запланированная длительность миссии[править | править код]

Gaia рассчитан на пять лет эксплуатации. Орбита спутника рассчитана так, чтобы в течение примерно 6 лет не попадать в область тени или полутени от Земли, так как даже короткое затмение приведёт к потере энергоснабжения и значительному тепловому шоку[18][19].

За весь срок работы каждый запланированный объект будет наблюдаться около 70 раз. Многократные измерения положения звёзд позволят получить данные об их собственном движении.

Результаты работы телескопа[править | править код]

  • В сентябре 2016 года научной командой GAIA опубликован первый набор данных (англ. Data Release 1, DR1)[20][21], составленный по результатам наблюдений за 14 месяцев с июля 2014 по сентябрь 2015 года. В данном наборе опубликованы позиции (с точностью около 10 mas) и яркость 1,1 миллиарда звёзд[22], а также рассчитаны подробные параметры для более чем 2 миллионов звёзд, общих для Gaia и каталога Tycho-2[en] (TGAS — Tycho-Gaia Astrometric Solution), с точностью позиций в 0.3 ±0.3 mas и точностью определения собственного движения 1 mas в год. В составе набора DR1 также зафиксированы кривые блеска около 3 тыс. цефеид и звёзд типа RR Лиры[21].
  • 25 апреля 2018 года Европейское космическое агентство на своём сайте[23] сообщило о создании самой детализированной в истории человечества трёхмерной карты нашей галактики, содержащей информацию о точном расположении и передвижении почти 1,7 млрд звёзд, а также о 14 тыс. астероидах Солнечной системы. Второй набор данных (англ. Data Release 2, DR2) проходил в период с 25.07.2014 по 23.05.2016. Планируется, что Gaia будет передавать информацию на Землю до 2020 года для улучшения трёхмерной карты[24].
  • 19 сентября 2018 года астрономы объявили об открытии подструктур в Млечном Пути, вызванных гравитационным возмущением, которое произошло 300—900 миллионов лет назад. Гравитационное возмущение произошло в результате столкновения Млечного Пути с галактикой в Стрельце[25].
  • 20 сентября 2018 года была опубликована работа на основе данных телескопа Gaia, в которой объявлено об открытии звёзд, прибывших в Млечный Путь извне[26].
  • В ноябре 2018 года был открыт новый спутник Млечного Пути — галактика Насос 2. По размеру она схожа с Большим Магеллановым Облаком, хотя в десять тысяч раз более тусклая. На момент открытия поверхностная яркость галактики Насос 2 являлась самой низкой среди всех известных галактик, также она примерно в 100 раз более рассеянная, чем так называемые ультрадиффузные галактики.[27][28][29][30][31]
  • К августу 2019 года учёные из Санкт-Петербургского государственного университета проанализировали информацию, полученную от европейского космического телескопа Gaia, и уточнили данные о движении и точном местоположении нескольких миллионов звёзд[32].
  • В декабре 2019 года было обнаружено звёздное скопление Прайс-Уилан 1[en].[33] Возраст вновь открытого скопления составляет 117 миллионов лет, и оно находится на окраине Млечного пути, вблизи Магелланового газового потока, соединяющего Млечный путь с Большим и Малым Магеллановыми Облаками. Учёные смогли уточнить расстояние до Магелланова потока, которое до сих пор было трудно оценить. Согласно этим новым данным, расстояние до края Магелланова потока составляет около 90 000 световых лет — что примерно вдвое меньше, по сравнению с предыдущими оценками.[34]
  • В январе 2020 года была обнаружена «волна Рэдклиффа» — мощный поток из газа и новорождённых звёзд.[35][36]

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 4 5 Gaia fact sheet (англ.) (недоступная ссылка). ESA. Дата обращения 13 декабря 2013. Архивировано 8 декабря 2013 года.
  2. 1 2 3 4 5 Gaia enters its operational orbit, The European Space Agency (ESA) 2014-01-08
  3. Gaia launch set for 19 December. (англ.)
  4. ESA PR 44-2013: LIFTOFF FOR ESA'S BILLION-STAR SURVEYOR (англ.), ЕКА (19 December 2013). Дата обращения 19 декабря 2013.
  5. Сегодня состоится запуск спутника Gaia 19 декабря 2013
  6. Gaia: like a diamond in the sky (англ.) (недоступная ссылка). Universe @ CSIRO (23 December 2013). Архивировано 8 января 2014 года.
  7. «Для космического телескопа Gaia собрана самая большая CCD-матрица» // 3DNews, 11.07.2011.
  8. ESA Science & Technology: Gaia mirrors ready to shine
  9. Gaia Instrument Information. Gaia Mission Section Архивная копия от 2 февраля 2014 на Wayback Machine // spaceflight101, 2013
  10. 1 2 The Gaia Telescopes, Carme Jordi 2009-08-25
  11. 1 2 Analysis of the Gaia orbit around L2, 2009
  12. «Gaia uses a specially designed on-board phased array antenna to beam the data back (a conventional steerable antenna would have disturbed the fantastically precise measurements)»
  13. Европейский телескоп «Гайя» может быть запущен после 17 декабря, РИА Новости (23 октября 2013).
  14. Запуск в космос «самой большой цифровой камеры в мире» отложили до декабря // Lenta.ru, 2013-10-24
  15. Soyuz ST-B successfully launches Gaia space observatory. nasaspaceflight.com (19 декабря 2013). Дата обращения 19 декабря 2013.
  16. «Союз-СТ-Б» с телескопом «Гайя» стартовал с космодрома Куру // НК, 19.12.2013
  17. Европейский телескоп успешно отделился от разгонного блока // НК, 19.12.2013
  18. Gaia Mission & Orbit Design Gaia Mission Section (англ.), Spaceflight101. Архивировано 4 декабря 2013 года. Дата обращения 19 декабря 2013.
  19. Gaia: The L2 Orbit, Fran¸cois Mignard 2009-08-25
  20. GAIA DATA RELEASE 1 (GAIA DR1)
  21. 1 2 Gaia Data Release 1: Summary of the astrometric, photometric, and survey properties / Gaia Collaboration, Brown, A.G.A., Vallenari, A., et al., 2016b; Astronomy & Astrophysics manuscript no. aa29512-16, September 9, 2016 (англ.)
  22. Опубликован первый каталог, включающий более миллиарда звезд Млечного пути. РИА Новости (14 сентября 2016). Дата обращения 14 сентября 2016.
  23. Gaia creates richest star map of our Galaxy and beyond (25 апреля 2018).
  24. ЕКА создало детализированную карту Млечного пути с данными о более чем 1,5 млрд звезд (26 апреля 2018).
  25. Gaia detects a shake in the Milky Way (англ.). Eurekalert (19 September 2018). Дата обращения 9 октября 2018.
  26. Астрономы нашли «звезды-пришельцы». Elementy.ru (3 октября 2018). Дата обращения 9 октября 2018.
  27. ESA's Gaia Spacecraft Spots Ghost Galaxy Lurking In Milky Way's Outskirts (англ.). Forbes (18 November 2018).
  28. Torrealba, G.; Belokurov, V.; Koposov, S. E.; Li, T. S.; Walker, M. G.; Sanders, J. L.; Geringer-Sameth, A.; Zucker, D. B.; et al. (2018), The hidden giant: Discovery of an enormous Galactic dwarf satellite in Gaia DR2, arΧiv:1811.04082 [astro-ph.GA] 
  29. Antlia 2: Enormous Dwarf Galaxy Discovered in Orbit around Milky Way (англ.). Sci-News.com (14 November 2018).
  30. За диском Млечного Пути обнаружен «призрак». Российская Газета (13 ноября 2018).
  31. Млечный Путь скрывал галактику-«невидимку» (недоступная ссылка). Наука и жизнь (2 декабря 2018). Дата обращения 4 декабря 2018. Архивировано 3 декабря 2018 года.
  32. Астрономы СПбГУ уточнили положение и траекторию движения нескольких миллионов звезд. ТАСС. Дата обращения 7 августа 2019.
  33. Price-Whelan, Adrian M.; Nidever, David L.; Choi, Yumi; Schlafly, Edward F.; Morton, Timothy; Koposov, Sergey E.; Belokurov, Vasily. Discovery of a disrupting open cluster far into the Milky Way halo: a recent star formation event in the leading arm of the Magellanic stream? (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2019. — 5 December (vol. 887, no. 1). — P. 19. — ISSN 1538-4357. — doi:10.3847/1538-4357/ab4bdd.
  34. IoW_20200109 - Gaia - Cosmos. www.cosmos.esa.int. Дата обращения 9 января 2020.
  35. Astronomers discover huge gaseous wave holding Milky Way's newest stars (7 января 2020). Дата обращения 7 января 2020.
  36. Vast 'star nursery' region found in our galaxy (7 января 2020). Дата обращения 7 января 2020.

Ссылки[править | править код]