Gaiaкосмічний 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 ЕКА 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.

Макет Gaia на салоні Ле Бурже 2013 року

Назва Gaia спочатку була абревіатурою від "Global Astrometric Interferometer for Astrophysics" (глобальний астрометричний інтерферометр для астрофізики)[1][2] і відсилала до техніки оптичної інтерферометрії, яка спочатку планувалася для цього телескопа[3]. Попри те, що принцип вимірювання на етапі проєктування було змінено, назву зберегли, але її написання було змінено з GAIA на Gaia. Назва є відсилкою до богині землі Геї в грецькій міфології.

2000 року Gaia затвердили як пріоритетну місію ЄКА, а 2006 року було замовлено будівництво космічного апарата. 19 грудня 2013 року космічний апарат запустили з космодрому Куру за допомоги російської ракети-носія Союз-СТ-Б і невдовзі після того вивели на орбіту Ліссажу навколо точки Лагранжа L2 у системі Сонце—Земля. Планувалося, що місія має тривати до 25 липня 2019 року, однак її продовжили до кінця 2025 року. Від початку місії було видано 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. Оголошено про подальше розширення та вдосконалення каталогів[4]. Усі опубліковані дані вільнодоступні через Інтернет[5].

Ініціатори проєкту Gaia Леннарт Ліндегрен і Майкл Перрімен 2022 року за доробок у космічній астрометрії отримали премію Шао.

Історія ред.

Космічний телескоп Gaia бере свій початок від місії Європейського космічного агентства (ESA) Hipparcos (1989–1993). Проєкт Gaia запропонували в жовтні 1993 року Леннарт Ліндегрен (Лундська обсерваторія, Швеція) та Майкл Перріман (ESA). Вони подали його на конкурс довгострокових наукових програм ESA Horizon 2000+[fr]. Науковий програмний комітет ESA затвердив проект 13 жовтня 2000, а фазу B2[прояснити] було дозволено 9 лютого 2006 року, коли EADS Astrium взяла на себе відповідальність за обладнання. Назва «Gaia» спочатку була абревіатурою від Global Astrometric Interferometer for Astrophysics, що позначало оптичну техніку інтерферометрії, яку планувалося застосувати на космічному апараті. Попри те, що під час розробки концепцію було змінено, і абревіатура більше не застосовується, назву Gaia залишили як відображення неперервності проєкту[6].

Загальна вартість місії становить близько 740 мільйонів євро, включаючи виробництво, запуск і наземне забезпечення[7][8]. Сам зонд коштував 450 мільйонів євро, і близько 250 мільйонів євро додатково виділялося на наземну обробку даних[9]. Виготовлення апарата було завершено з дворічним відставанням від графіку та 16% перевищенням бюджету, головним чином через труднощі, що виникли під час полірування десяти дзеркал із карбіду кремнію, а також збирання та тестування оптичної системи телескопа[10].

Цілі ред.

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 застосовують як стандартні свічки для вимірювання відстаней до галактик, але відстані до них самих визначено з великими похибками. 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 повніше уявлення про функцію світності зір. Gaia спостерігатиме 1 мільярд зір, що становить близько 1% в галактиці Чумацький Шлях[10].
  • Для кращого розуміння швидших етапів еволюції зір (таких як класифікація, частота, кореляції та безпосередньо спостережувані атрибути рідкісних фундаментальних і циклічних змін). Цього необхідно досягти шляхом детального обстеження та переогляду великої кількості об'єктів протягом тривалого періоду. 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 поставлено такі завдання:

Загальні відомості ред.

Телескоп працює в оптичному діапазоні. Він виведений на орбіту навколо другої точки Лагранжа (L2), розташованої на відстані близько 1,5 мільйонів кілометрів від Землі в протилежному від Сонця напрямку. 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 й 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 ред.

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[17][18].

Космічний апарат ред.

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 ред.

На борту Gaia перебувало три інструмента:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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 ред.

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 ред.

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, вони доступні через Інтернет.

14 вересня 2016 року на основі спостережень за перші 14 місяців роботи, було опубліковано перший набір даних (Gaia DR1)[19], 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[20]. 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[21]. Публікація остаточного повного каталогу очікувалася в 2022 році[22].

Примітки ред.

  1. . 
  2. Gaia-FAQ auf den ESA-Webseiten, https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia/Frequently_Asked_Questions_about_Gaia
  3. [aanda.org The Gaia Mission] (PDF). Т. 595. 2016. с. 3. doi:10.1051/0004-6361/201629272. 
  4. Іван Крячко, ред. (11 жовтня 2023). Новий набір даних від «Ґайя»: рідкісні лінзи, ядра зоряних скупчень і непередбачувана наука. Український астрономічний портал (за інформацією з сайту www.esa.int). Процитовано 13 жовтня 2023. 
  5. https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/data-release-3
  6. а б ESA Gaia overview. ESA. 
  7. Gaia spacecraft set for launch on mission to map a billion stars. Theguardian. 13 грудня 2013. 
  8. Davis, Nicola (13 грудня 2013). Gaia spacecraft set for launch on mission to map a billion stars. the Guardian (англ.). Архів оригіналу за 12 червня 2019. Процитовано 6 травня 2018. 
  9. [sci.esa.int Media kit for Gaia Data Release 1]. 2016-09. с. 9. 
  10. а б Svitak, Amy (2 вересня 2013). Galaxy charter. Aviation Week & Space Technology: 30. 
  11. Perryman, M.A.C; Pace, O. (August 2000). GAIA – Unraveling the Origin and Evolution of Our Galaxy. ESA Bulletin. 103. 
  12. Bailer-Jones, C. A. L. та ін. (2013). The Gaia astrophysical parameters inference system (Apsis). Astronomy & Astrophysics. 559: A74. Bibcode:2013A&A...559A..74B. arXiv:1309.2157. doi:10.1051/0004-6361/201322344. 
  13. Kordopatis, G.; Recio-Blanco, A.; De Laverny, P.; Bijaoui, A.; Hill, V.; Gilmore, G.; Wyse, R. F. G.; Ordenovic, C. (2011). Automatic stellar spectra parameterisation in the IR Ca ii triplet region. Astronomy & Astrophysics. 535: A106. Bibcode:2011A&A...535A.106K. arXiv:1109.6237. doi:10.1051/0004-6361/201117372. 
  14. Casertano, S.; Lattanzi, M. G.; Sozzetti, A.; Spagna, A.; Jancart, S.; Morbidelli, R.; Pannunzio, R.; Pourbaix, D.; Queloz, D. (2008). Double-blind test program for astrometric planet detection with Gaia. Astronomy and Astrophysics. 482 (2): 699–729. Bibcode:2008A&A...482..699C. arXiv:0802.0515. doi:10.1051/0004-6361:20078997. 
  15. GAIA – Exoplanets. European Space Agency. 27 червня 2013. Архів оригіналу за 29 September 2013. 
  16. Mapping the galaxy, and watching our backyard. ESA. July 2004. 
  17. Europe Launching Gigapixel Probe To Map Milky Way – TechCrunch. techcrunch.com (амер.). Архів оригіналу за 6 травня 2018. Процитовано 6 травня 2018. 
  18. Для космического телескопа Gaia собрана самая большая CCD-матрица. 3DNews - Daily Digital Digest (рос.). Архів оригіналу за 6 травня 2018. Процитовано 6 травня 2018. 
  19. Data Release 1. ESA (англ.). Last Update: 17 September 2019. Архів оригіналу за 6 червня 2019. Процитовано 6 травня 2018. 
  20. Data Release 2. ESA (англ.). Last Update: 17 September 2019. Архів оригіналу за 6 травня 2018. Процитовано 6 травня 2018. 
  21. Gaia Early Data Release 3 overview. Gaia. Released 3 December 2020. Архів оригіналу за 25 січня 2022. 
  22. Gaia Data Release Scenario - Cosmos. www.cosmos.esa.int (en-GB). Архів оригіналу за 29 квітня 2018. Процитовано 6 травня 2018. 

Посилання ред.