ARI homepageWas ist Gaia?
Gaia ist eine geplante astronomische Weltraummission der Europäischen Weltraumagentur ESA, mit der rund 1 Prozent der Sterne unserer Milchstraße astrometrisch, photometrisch und spektroskopisch mit höchster Präzision vermessen werden soll. Gaia baut auf der Europäischen Tradition der Erstellung von präzisen Sternkarten auf, die mit der Hipparcos-Mission der ESA in den 1980er Jahren in exemplarischer Weise demonstriert wurde. Während jene Mission einhunderttausend Sterne mit hoher Präzision und über eine Million Sterne mit geringerer Genauigkeit katalogisierte, wird Gaia eine Milliarde Sterne mit bisher unerreichter Genauigkeit kartographisch erfassen.Der Name des Astrometrie-Satelliten Gaia leitet sich ab von dem Akronym für "Globales Astrometrisches Interferometer für die Astrophysik". Das kennzeichnet die ursprünglich für dieses Teleskop geplante Technik der optischen Interferometrie. Inzwischen hat sich jedoch das Messprinzip geändert, so dass das Akronym nicht mehr zutrifft. Trotzdem bleibt es bei dem Namen Gaia, um die Kontinuität in dem Projekt zu gewährleisten.
Wissenschaftliche Ziele
Das wichtigste wissenschaftliche Ziel der Gaia-Mission besteht darin, mit Hilfe ihrer Sternmessungen den Ursprung und die Entwicklung unserer Milchstraßen-Galaxie aufzuklären. Die von Gaia gesammelten Messdaten werden es den Astronomen erlauben, besser als jemals zuvor zu verstehen, wo, wann und wie die Sterne entstanden sind und wie sie ihre Umgebung mit Materie anreichern, wenn sie sterben. Gaia wird mit bisher unerreichter Genauigkeit die Entfernungen (Parallaxen) und Bewegungen (Eigenbewegungen, Radialgeschwindigkeiten) von ungefähr einer Milliarde Sternen bestimmen, was den Astronomen ein klareres Bild von der Struktur und der Entwicklung unseres Milchstraßensystems geben wird.
Die Positions- und Parallaxengenauigkeit wird für helle Sterne (bis 15mag) besser sein als 25 Mikrobogensekunden und bei schwächsten Sternen (bei 20mag) auf rund 300 Mikrobogensekunden abfallen. Selbst dieser Wert von 0,3 Millibogensekunden ist noch besser als die bisher genauesten Messungen an sehr hellen Sternen (Hipparcos: 0,5-2 Millibogensekunden). Außerdem werden für eine Milliarde Sterne Helligkeit und Farben mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Für die hellsten 100-200 Millionen Sterne wird Gaia zusätzlich gut aufgelöste Spektren liefern, aus denen Radialgeschwindigkeit, Temperatur, Oberflächengravitation und chemische Zusammensetzung der Sterne bestimmt werden können.
Daraus wird neben den Informationen über die Struktur und Entwicklung der Milchstraße auch eine große Vielfalt von neuen Erkenntnissen über den inneren Aufbau, die Entstehung und Entwicklung von Sternen gewonnen werden.
Die zeitliche Änderung der Gravitationskonstante G soll mit einer Genauigkeit
von weniger als 10-13/Jahr erfasst werden. Die relativistische
Lichtablenkung durch die Schwerkraft der Sonne wird mit einer Genauigkeit von
rund einem Millionstel gemessen werden, und die Lichtablenkung durch die
Schwerkraft der Planeten wird erstmals überhaupt nachgewiesen werden.
Darüber hinaus dürfte Gaia die größte Entdeckungsmaschine in der Astronomie werden. Abschätzungen lassen vermuten, dass Gaia folgende Anzahlen neuer Himmelsobjekte entdecken wird:
- bis zu einer Million Asteroiden und Kometen innerhalb unseres Sonnensystems
- dreißigtausend Planeten außerhalb unseres Sonnensystems
- fünfzigtausend "misslungene" Sterne, sogenannte Braune Zwerge
- mehrere hunderttausend erloschene Sternüberreste, sogenannte Weiße Zwerge
- zwanzigtausend explodierende Sterne, sogenannte Supernovae
- hunderttausende weit entfernte aktive Galaxien, sogenannte Quasare
Kosten
Die Kosten der ESA für die Mission einschließlich Start, Bodenkontrolle und Nutzlast belaufen sich auf ungefähr 577 Millionen Euro. Die Kosten für die wissenschaftliche Datenreduktion (die von den Mitgliedsländern der ESA aufgebracht werden müssen) werden auf etwa 120 Millionen Euro geschätzt.Start
Gaia soll Ende 2011 mit einer russischen Soyuz-Fregat Rakete vom Europäischen Raumfahrtbahnhof Kourou in Französisch-Guyana gestartet werden.Umlaufbahn
Nach dem Start benötigt Gaia ungefähr einen Monat, um ihren Stationierungsort beim Lagrange-Punkt L2 zu erreichen. Der L2-Punkt ist ungefähr 1,6 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, was der vierfachen Mondentfernung entspricht. Dieser gravitative Gleichgewichtspunkt läuft in festem Abstand mit der Erde um die Sonne und ermöglicht einen ungestörteren Blick auf das Weltall als dies von einer Erdumlaufbahn möglich wäre.Geplante Missionsdauer
Gaia ist für eine fünfjährige Missionsdauer ausgelegt.Konstruktion
Die nahezu kreisförmige Anordnung von Solarzellen und "Sonnenschirm" beherrscht das äußere Erscheinungsbild von Gaia. Darüber befindet sich eine Kuppel, die die Nutzlast beherbergt. Unterhalb der Nutzlast befindet sich eine zylindrische Versorgungseinheit, die so wesentliche Komponenten wie Antriebseinheit, Datenübertragungssystem und Stromversorgung enthält. Der Satellit ist 3-Achsen-stabilisiert und wird seine langsame Rotation dazu nutzen, den durch das Gesichtsfeld laufenden Himmel kontinuierlich abzutasten. Nutzlast und Versorgungseinheit liegen während des wissenschaftlichen Betriebs stets im kühlenden Schatten des "Sonnenschirms".Abmessungen
Wenn sich die Solarzellen entfaltet haben, wird Gaia einen Durchmesser von elf Metern haben. Die Nutzlast-Kuppel hat einen Durchmesser von ungefähr drei Metern und eine Höhe von zwei Metern. Die Versorgungseinheit hat ebenfalls drei Meter Durchmesser und einen Meter Höhe.Masse und Leistungsaufnahme
Beim Start wird Gaia eine Masse von ungefähr 2030 kg haben, wozu die Nutzlast 690 kg beiträgt, und Gaia wird eine Gesamtleistungsaufnahme von 1720 Watt aufweisen, wovon die Nutzlast ungefähr 830 Watt verbraucht.Industriebeteiligung
Mehrere Industriestudien, die etwa 15 Millionen Euro verbraucht haben, wurden im Jahre 2005 zum Abschluss gebracht. Im Februar 2006 beauftragte die ESA die Firma EADS/Astrium mit dem Bau von Gaia. Am 11. Mai 2006 wurde schließlich der Bauvertrag von Gaia zwischen der ESA und Astrium unterzeichnet.Hauptinstrumente
Gaia trägt drei wissenschaftliche Hauptinstrumente, die gemeinsam von einem Spiegelteleskop mit zwei weit voneinander getrennten Gesichtsfeldern am Himmel versorgt werden. Das Teleskop hat keinen kreisförmigen, sondern einen rechteckigen Primärspiegel der Größe 1,45m mal 0,5m. Alle Instrumente schauen auf die gleichen um 106,5 Grad getrennten Himmelsabschnitte. Die beiden Gesichtsfelder sind etwa 0,7 auf 1,4 Grad groß, überdecken am Himmel also etwa die vierfache Fläche der Sonnen- bzw. der Vollmondscheibe.Astrometrie
Ein Feld von 76 CCD Detektoren wird die Himmelsobjekte registrieren. Das Detektorfeld wird während der Gaia-Mission die Sternpositionen und die Sternbewegungen am Himmel mit hoher Präzision erfassen.Photometrie
Vierzehn zusätzliche CCD-Detektoren werden Helligkeit und Farben in einem breiten Wellenlängenbereich messen.Spektroskopie
Das Radialgeschwindigkeits-Spektrometer (RVS) benutzt dasselbe kombinierte Gesichtsfeld wie das astrometrische und das photometrische Instrument. Es arbeitet mit 12 CCD-Detektoren, deren spektroskopische Informationen die Ableitung der Sternbewegungen entlang der Sichtlinie erlauben. Zusammen mit dem Photometer wird es auch eine genaue Klassifikation vieler der beobachteten Objekte erlauben.Betrieb
Die Bodenkontrolle und alle wissenschaftlichen Operationen werden vom European Space Operations Centre (ESOC in Darmstadt) ausgeführt unter Verwendung der Bodenstation in Cebreros (Spanien).