Az eddigi legjobb kamera megy az űrbe

2013.10.09. 10:00

Egymilliárd csillagot katalogizál öt év alatt a jövő hónapban induló Gaia űrszonda. Az eddiginél ezerszer gazdagabb és ezerszer pontosabb képet kapunk a Tejútrendszer felépítéséről.

Az Európai Űrügynökség (ESA) novemberben startoló Gaia űrszondája 13 évi munkával, 1 milliárd eurós költségvetéssel készült. Pályára állása után öt éven keresztül átlagosan napi 40 millió észlelést hajt majd végre, és pontos 3D képet alkot a Tejútrendszer egy részéről. A kijelölt 1 milliárd csillag - ez a Tejútrendszer csillagainak 1 százaléka - mindegyikét átlagosan 70-szer figyeli meg, létrehozva ezek pontos katalógusát, csillagonként 1 euróért. Az 5 év alatt összegyűjtendő 1 petabyte (1 millió GB) adat kétszázezer DVD-n férne el.

A Gaia űrszonda a tervek szerint november 20-án, egy Szojuz-Fregat hordozórakétával emelkedik a magasba az ESA francia-guyanai űrközpontjából. A 2030 kg tömegű szondán 710 kg a hasznos teher, 920 kg a kiszolgáló egységek tömege és 400 kg hajtóanyagot is magával visz. Erre azért van szükség, mert a szonda a Nap–Föld-rendszer gravitációsan stabil L2 Lagrange-pontjában fog dolgozni, 1,5 millió km-re a Földtől. Kinyitott állapotban a napelemek és a műszereket a napsugárzástól védő árnyékoló fólia átmérője 10 méter, vagyis fél teniszpálya nagyságú.

Fantáziarajz a Gaia űrszondáról, háttérben a Tejútrendszer középső vidékévelForrás: European Space Agency

Húszezer szupernóvát várnak

Az asztrometriai küldetés fő célja a kijelölt csillagok pontos égi pozíciójának és távolodási vagy közeledési (ún. radiális) sebességének meghatározása. A műszerek emellett mérik a csillagok fényességét és látszó elmozdulását az égbolton, valamint színképelemzéssel a hőmérsékletüket és kémiai összetételüket. A megfigyelések jellegéből adódóan a csillagászok arra is számítanak, hogy a Gaia „mellékesen” felfedez majd több százezer, a Naprendszerhez tartozó kisbolygót és üstököst, amelyek véletlenül belekerülnek a műszerek látómezejébe. Emellett kettőscsillagok milliói, több tízezer barna törpe, húszezer szupernóva és több százezer távoli, aktív galaxis (kvazár) felfedezését is remélik.

A Gaia elődje az ESA 1989-ben indított Hipparcos műholdja volt. Az 580 millió eurós műhold a hordozórakéta hibája miatt nem megfelelő pályára állt, de feladata nagy részét 1993-ig így is el tudta végezni. A Hipparcos elsődleges katalógusa 118 ezer csillag égi pozícióját tartalmazza nagyon pontosan, közülük 400-at 1%-nál kisebb hibával. (A földi megfigyelésekkel korábban csak ötvenet, azóta is csak pár százat mértek meg ilyen pontosan.) A műhold további 2 millió csillag helyét kisebb pontossággal mérte meg. A Hipparcos katalógusa mindmáig a létező legjobb, csak remélhetjük, hogy a Gaia eredményei nagyságrendekkel felülmúlják.

A Gaia repülő példányán júniusban az Astrium cég toulouse-i telephelyén végezték el az utolsó elektronikai ellenőrzéseketForrás: European Space Agency

A Gaia által megcélzott egymilliárd csillag 99%-ának eddig még soha nem mérték meg pontosan a távolságát. A szabad szemmel láthatóaknál 4000-szer (15 magnitúdóval) halványabb csillagok pozícióját 24 milliomod ívmásodperc pontossággal rögzítik - ilyen vékonynak látszik egy emberi hajszál 1000 km távolságból. (A Hipparcos mérési pontossága egy 20 km-re lévő hajszál látszó vastagságának felelt meg.) A legközelebbi csillagok pozícióját a szinte hihetetlen, 0,001% pontossággal fogja mérni. A mérési pontosság csak a Tejútrendszer középpontja távolságában, azaz mintegy 30 ezer fényévre található csillagoknál romlik 20%-ra.

A Hubble-űrtávcsőnél is jobb

A Gaia digitális kamerája a legnagyobb teljesítményű ilyen berendezés, amely valaha is a világűrbe került. Érzékelője 106 darab CCD-ből áll, aminek köszönhetően a kamera felbontása 900 megapixel (azaz egy kép 900 millió képpontból áll). Összehasonlításképpen, a nemsokára 25 éves Hubble-űrtávcső (HST) két érzékelőjének felbontása csupán 16 megapixel, nagyjából annyi, mint a ma kereskedelmi forgalomban kapható fényképezőgépeké. Még egy összehasonlítást érdemes tenni a Hubble-űrtávcsővel: a Gaia működése öt éve alatt annyi adatot fog gyűjteni, mint a HST működése első 21 évében.

A Gaia fókuszsíkjában 106 darab, egyenként 6 cm x 4,7 cm-es CCD érzékelőt helyeznek el. A CCD-ket az 1 m x 0,5 m-es, 20 kg tömegű, rendkívül nagy mechanikai és termikus stabilitást biztosító, szilícium-karbidból készült alapra erősítették. A CCD-k többsége (62 db) az asztrometriai érzékelőhöz tartozik, a többi a további műszerekhezForrás: European Space Agency

A Gaia két kamerája egymással 106,5 fokos szöget bezáró irányokba néz majd. Miközben az egész űrszonda lassan, 6 óránként egyszer megfordul a tengelye körül, a kamerák végigpásztázzák az égboltot. A Föld és vele együtt az L2 pont környékén dolgozó űrszonda Nap körüli keringése következtében lassan elfordul a tengelye, így az egész égboltot letapogatják az érzékelők.

Az adatok kiértékelésekor a fél év különbséggel mért pozíciókat összehasonlítva kimutatható a csillagok úgynevezett parallaktikus elmozdulása, amiből kiszámítható a távolságuk. A földi távcsövekkel ezzel a módszerrel a légkör zavaró hatása miatt csak néhány száz fényévig lehet távolságot mérni. (Rádiótávcsövekkel messzebb is, de természetesen csak a rádiósugárzó objektumokét.) Ezzel szemben a Gaia adataiból a több tízezer fényév távolságban fekvő csillagok távolsága is kiszámítható a hihetetlenül pontosan mért parallaktikus elmozdulásokból. Az eredmények segíthetnek tisztázni a Tejútrendszer fejlődésének történetét, és hozzájárulhatnak a sötét anyag természetének megismeréséhez.

A Gaia érzékeny műszereit a közvetlen napsugárzástól védő, árnyékoló fólia félig kinyitott állapotban. Indításkor a fólia az űrszonda testéhez simul, csak a világűrben nyitják kiForrás: European Space Agency

Az ESA Gaia programjában az MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont munkatársai is részt vesznek, az Európai Együttműködő Államok programja (PECS) finanszírozásában. A magyar csillagászok dr. Szabados László vezetésével egyrészt a cefeida-típusú változócsillagok fotometriai és fizikai jellemzőit kutatják, hogy a Gaia észleléseiből a cefeidák minél több fizikai tulajdonságát meg lehessen határozni. Másrészt a piszkéstetői távcsövekkel fotometriai észleléseket végeznek, elsősorban ugyancsak különféle cefeida típusú változócsillagokról.

A Gaia még el sem indult, a csillagászok viszont már azon törik a fejüket, hogy sikeres küldetés esetén milyen folytatás következhetne. A legegyszerűbb lenne 20 év elteltével megismételni a Gaia küldetését, az adatok összehasonlítása sok érdekes változásra derítene fényt. Érdekes lehetne a hasonló pontosságú mérések kiterjesztése az infravörös tartományra, mert így olyan csillagok is megfigyelhetőek lennének, amelyeket a látható tartományban a csillagközi por eltakar. Végül, de nem utolsósorban, a Gaia technikai értelemben olyan minőségi ugrást jelent, hogy a csillagászok valamilyen merőben újszerű jelenség vagy objektum felfedezésére is számítanak, ami nyilván kijelölhetné a további kutatások irányát.