Описание миссии
Гайя - это миссия Европейского Космического Агентства, которая осуществит перепись тысячи миллионов звезд нашей галактики. Гайя проведет около сотни наблюдений за каждой из целевых звезд в течение пятилетнего периода, точно измерив их расстояния, перемещения, изменения яркости. Ожидается, что Гайя откроет сотни тысяч новых астрономических объектов, таких как внесолнечные планеты и умирающие звезды, называемые коричневыми карликами. В пределах нашей Солнечной системы Гайя также сможет обнаружить десятки тысяч астероидов.
Побочное выгоды миссии включают обнаружение и определение параметров десятков тысяч внесолнечных планетных систем, всестороннее исследование различных объектов: от малых тел Солнечной системы до около 10 миллионов далеких галактик и 500 000 квазаров. Также Гайя предоставит возможность проведения новых точных тестов общей теории относительности.
Объекты исследований телескопа Гайя
Основываясь на проверенных принципах миссии Гиппаркос, Гайя попытается решить одну из самых трудных на сегодняшний день задач современной астрономии: создать чрезвычайно точную трехмерную карту более чем тысячи миллионов звезд, расположенных как в нашей галактике, так и за ее пределами. Гайя также зафиксирует их движение, которое поможет объяснить их происхождение и последующую эволюцию. Благодаря комплексной фотометрической классификации Гайя сможет выяснить детальные физические характеристики каждой наблюдаемой звезды: светимость, температуру, гравитацию и элементарный состав. Подобная всесторонняя перепись звездного населения предоставит базу данных наблюдений, которая станет основой для разрешения огромного количества важных вопросов, связанных с происхождением, структурой и теорией эволюции нашей галактики.
Область обзора телескопа Гайя
Гайя сможет получить такие обширные данные благодаря многократному измерению положений астрономических объектов до 20 звездной величины. Бортовые приборы гарантируют, что различные типы звезд, суперновые, источники всплесков, случаи эффекта микролинзирования и астероиды будут точно идентифицированы и каталогизированы. Точность в 10 микроарксекунд для 15-ой звездной величины сравнимая с возможностью измерения диаметра человеческого волоса на расстоянии 1000 километров, предоставит возможность измерения расстояний с точностью до 10% расстояния до центра галактики, т.е. 30 000 световых лет.
Возможности телескопа Гайя
Основная цель миссии - пролить свет на происхождение и историю нашей галактики, проверить различные теории образования и эволюции звезд. Это возможно благодаря тому, что звезды малых масс живут гораздо дольше современного возраста вселенной и потому оставляют в своих атмосферах ископаемые детали своего происхождения. По результатам работы Гайя будут точно идентифицированы остатки периодически разрушаемого аккреационного мусора, исследовано распределение темной материи, определены функции светимости звезд главной последовательности, зафиксированы и категоризированы быстро проходящие фазы звездной эволюции, определены точные рамки возраста, внутренней структуры и эволюции всех типов звезд, систематизированы звездообразование, динамика и кинематика в Локальной группе галактик.
Гайя сможет обнаружить огромное количество экзотических объектов: будут открыты тысячи внесолнечных планет, определены их точные орбиты и массы, десятки тысяч коричневых и белых карликов, около 50 000 суперновых. Исследование Солнечной системы возможно поможет обнаружить десятки тысяч астероидов и даже новых объектов за орбитой Нептуна, включая плутоноиды. Гайя проследит искривление солнечного света под воздействием всей солнечной сферы, а, следовательно, сможет непосредственно наблюдать структуру пространства-времени.
Космический аппарат
Аппарат содержит три оптических телескопа, которые могут точно указать положение звезд и расщепить спектр их света для анализа. Сам по себе аппарат может быть разделен на две части: отсек полезной нагрузки и рабочий отсек. В первом содержатся телескопы и приборы, во втором - система двигателей и система связи, а также другие системы жизнеобеспечения аппарата, необходимые для его функционирования и возвращения данных на Землю. Разделяют два отсека солнцезащитный экран и солнечные батареи.
Схема аппарата Гайя
Отсек полезной нагрузки расположен внутри куполообразной конструкции, называемой теплоизолятором. Два из трех телескопов одинаковы и предназначены для точного измерения положения звезд. Каждый из этих Астротелескопов состоит из трех сферических прямоугольных зеркал для фокусирования звездного света. Размер самого большого из зеркал составляет 1.4 метров. Каждое из зеркал сфокусирует звездный свет на матрицу электронных детекторов. Они вычислят положение и яркость обнаруженных Гайей астрономических объектов. Таким образом, положение астрономических объектов будет многократно измерено в течение нескольких лет.
Третий телескоп имеет иную конструкцию. Он называется Спектротелескопом и предназначен для выяснения направления движения астрономических объектов. Прибор определит, куда движутся объекты: от нас или по направлению к нам. Впоследствии эти данные могут быть использованы совместно с данными Астротелескопов для получения полной картины движения астрономических объектов в космосе. Спектротелескоп также сможет выяснить яркость астрономических объектов в нескольких различных цветовых каналах. Эту информацию астрономы используют для определения физических параметров астрономических объектов.
Все зеркала и приборы трех телескопов крепятся к шестиугольному каркасу, расположенному под термоизолятором. Три независимых окна в обшивке обеспечивают телескопам возможность обозревать вселенную. Аппарат будет медленно вращаться, охватывая взглядом всю небесную сферу. Рабочий отсек будет изготовлен из алюминия в форме конического корпуса и армирован панелями из пластика обогащенного углеродным волокном.
Ожидается, что каждый день Гайя будет осуществлять 8-часовые сеансы связи с Землей. В течение этого времени аппарат будет передавать на Землю данные наблюдений и телеметрию собственного состояния. Мощность передатчика Гайи всего 17 Ватт, менее чем одна пятая мощности стандартной 100-ваттной электрической лампочки. Но даже этот слабый сигнал будет легко обнаружен наземной станцией - 32-метровой радиоантенной в Перте, Австралия.
Гайя будет всегда направлена противоположно Солнцу. После запуска, аппарат раскроет так называемую "юбку", предназначенную для выполнения двух функций. Во-первых, она послужит солнцезащитным тентом. Она надежно скроет телескопы в отсеке полезной нагрузки и позволит их температуре опустится до значения -100°C. Таким образом, состояние телескопов и их оптических систем будет поддерживаться в оптимальных условиях.
Другой функцией солнцезащитного экрана является генерация энергии для аппарата. Поскольку оборотная сторона экрана будет постоянно освещаться Солнцем, ее поверхность будет покрыта солнечными батареями. Солнцезащитный экран и "юбка" с солнечными батареями - единственная развертываемая конструкция на Гайе. Она состоит из шести независимых панелей, которые будут сложены при запуске. Как только Гайя окажется в космосе, аппарат развернет эти панели почти круглым веером диаметром 9.5 метров.
Экспедиция
Гайя будет выведена на Солнечную орбиту радиусом на 1.5 миллионов километров больше орбиты Земли. Это положение называется второй точкой Лагранжа и позволяет аппарату постоянно держаться наравне с Землей, а также предоставляет стабильные температурные условия, удобную точку обзора (поскольку Солнце, Земля и Луна находятся за пределами поля зрения телескопа) и низкий уровень радиации. Планируется, что аппарат будет функционировать в течение 5 лет.
Предыстория
Миссия ESA Гиппаркос превзошла все ожидания: был получен каталог с данными о более чем 100 000 звезд с очень высокой точностью и более миллиона звезд с меньшей точностью. Гиппаркос обладал такой чувствительностью, что если бы он был направлен на Землю, он смог бы зафиксировать удлинение человеческого волоса на 1 миллиметр с расстояния в 1 километр. Результатом миссии стали 16 томов данных.
Между тем, технологии совершенствовались, улучшалось качество детекторов. С увеличением мощности компьютерных процессоров возросли возможности бортовой обработки данных. Оптика была усовершенствована с появлением технологии, основанной на применении карбида кремния. Поэтому ученые задумались об отправке в космос еще одной миссии с теми же задачами, что и у Гиппаркоса, но с гораздо большей окупаемостью.
Новая миссия сможет каталогизировать 1000 миллионов звезд. Направленная на Землю Гайя сможет зафиксировать рост человеческого волоса с расстояния 10 000 километров. Результатом миссии станут 160 000 томов данных.
Преемница миссии Гиппаркос, Гайя была одобрена в 2000 году, как основная миссия ESA для запуска в 2011 году.
Наверх
Компиляция материала и перевод с английского
© 2005, Кирилл Юдин
