Космический телескоп “Gaia”

“Gaia” (изначально от Global Astrometric Interferometer for Astrophysics; в русской транскрипции Гайя или Гея) — космический телескоп Европейского космического агентства, преемник проекта Hipparcos. ИСЗ был выведен на орбиту 19 декабря 2013 года. 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.

Задачи

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 звезд 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

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

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. 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. Всего в каждом телескопе 6 зеркал. При этом оба телескопа проецируют изображение в одну фокальную плоскость, а разделение изображений возложено на цифровую обработку. Для части фотосенсоров дополнительно используется набор дифракционных решеток.

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

Из-за постоянного вращения усложняется связь с Землей. 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 решеток, которые используют электронное отклонение луча.

Стоимость

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

Запуск

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». 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.

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

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. В последующие четыре месяца аппарат продолжил тестирование и калибровку бортовых приборов.

Орбита

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

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. 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

“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 приведет к потере энергоснабжения и значительному тепловому шоку.

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

Результаты работы телескопа

В сентябре 2016 года научной командой GAIA опубликован первый набор данных (Data Release 1, DR1), составленный по результатам наблюдений за 14 месяцев с июля 2014 по сентябрь 2016 года. В данном наборе опубликованы позиции (с точностью около 10 mas) и яркость 1,1 миллиарда звезд, а также рассчитаны подробные параметры для более чем 2 миллионов звезд, общих для “Gaia” и каталога Tycho-2 (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.

По материалам Wikipedia