Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

Was ist Gaia?

Gaia ist eine große astronomische Weltraummission der europäischen Weltraumorganisation ESA, die am 19. Dezember 2013 gestartet ist, welche astrometrische, photometrische und spektroskopische Messungen für ungefähr ein Prozent aller Sterne unserer Milchstraße mit sehr hoher Präzision durchführt. Gaia baut auf dem europäische Erbe in der hochgenauen Vermessung von Sternpositionen auf, welche in den späten achtziger Jahren mit der ESA-Mission HIPPARCOS einen Höhepunkt erreichte. Während diese Mission einhunderttausend Sterne mit hoher und über eine Million Sterne mit geringerer Genauigkeit vermessen hat, kartiert Gaia mehr als eine Milliarde Sterne mit unerreichter Präzision.

Gaias Name geht ursprünglich auf das  Akronym "Global Astrometric Interferometer for Astrophysics" zurück.  Darin spiegelte sich die Technik der optischen Interferometrie wieder, die ursprünglich für dieses Weltraumteleskop Verwendung finden sollte. Inzwischen hat sich aber das Konstruktionsprinzip verändert. Obwohl das Akronym daher keine Bedeutung mehr hat, bleibt der Name "Gaia" aus Gründen der Kontinuität  erhalten.


Ziele

Gaias Hauptziel ist eine Bestandsaufnahme der Sterne um den Ursprung und die darauffolgende Entwicklung der Milchstraße aufzuklären. Darüber hinaus wird Gaia die größte astronomische Entdeckungsmaschine sein. Abschätzungen zufolge wird Gaia folgende Anzahlen von Himmelsobjekten entdecken:

  • bis zu einer Millionen Kleinplaneten und Kometen in unserem Sonnensystem;
  • dreißigtausend Planeten außerhalb unseres Sonnensystems
  • fünfzigtausend braune Zwerge;
  • einige hunderttausend stellare Überreste, sogenannte Weiße Zwerge;
  • zwanzigtausend Sternexplosionen, sogenannte Supernovae;
  • einige hunderttausend weit entfernte aktive Galaxien, sogenannte Quasare;
  • einige hundert Gravitationslinsen-Ereignisse.

Kosten

Die gesamte Mission, einschließlich der Kosten für den Start, der operationelle Betrieb am Boden und die Nutzlast kosten die ESA ungefähr 750 Millionen Euro. Die Kosten für die wissenschaftliche Datenreduktion (welche von den ESA Mitgliedstaaten getragen werden) kosten weitere mehrere hundert Millionen Euro (depending on the length of the mission).

Foto: ESA

Start

Gaia wurde am 19. Dezember 2013 um 10:12 MEZ mit einer russischen Sojus-Fregat Trägerrakete von ESAs Weltraumbahnhof Kourou in den Weltraum gebracht.

Orbit

Nach dem Start benötigte Gaia 26 Tage um zum sogenannten Lagrange-Punkt L2 zu gelangen. Dieser befindet sich ungefähr 1.5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt (das entspricht viermal der Entfernung zum Mond) in der Gegenrichtung zur Sonne. L2 befindet sich im gravitativen Gleichgewicht im System Erde-Sonne und bewegt sich zusammen mit der Erde um die Sonne; von dort ist die Sicht zum Himmel weniger versperrt als in einem Orbit um die Erde.

Geplante Missionsdauer

Gaia ist so gebaut, daß es seine Mission in fünf Jahre erfüllen kann.

Aufbau

Das fast kreisförmige Sonnenschutzschild mit Solarzellen dominiert das Aussehen von Gaia. Über diesem befindet sich eine geodätische Kuppel in dem sich das Nutzlast-Modul befindet. Unterhalb der Nutzlast ist das zylindrische Versorgungsmodul, welches wichtige Systeme wie das Antriebsmodul, Kommunikationseinheiten und die Energieversorgung enthält. Das Raumschiff ist dreiachsenstabilisiert und rotiert langsam mit unterschiedlicher Ausrichtung, um auf diese Weise den Himmel mit seinen zwei Gesichtsfeldern abzutasten.

Masse und Energieversorgung

Beim Start besaß Gaia eine Masse von etwa 2030 kg, davon entfielen 690 kg auf die Nutzlast. Der Energieverbrauch beträgt 1720 W, die Nutzlast alleine verbraucht 830 W.

Größe

Mit aufgefaltetem Sonnensegel hat Gaia einen Durchmesser von mehr als 10 m. Die Nutzlastkuppel ist ca. 3 m breit und 2 m hoch. Das Versorgungsmodul ist 3 m breit und 1 m hoch.

Industriebeteiligung Industrial

Die industriellen Studien kosteten ungefähr 15 Millionen Euro und wurden im Jahre 2005 abgeschlossen. Im Februar 2006 erhielt die Firma EADS/Astrium (jetzt Airbus Defence and Space) den Auftrag, Gaia zu bauen. Seitdem wurde Gaias Flug-Hardware von einem großen europäischen Weltraumindustrie-Konsortium unter der Führung von Astrium konstruiert und gebaut. Anfang 2012 wurden alle wichtigen Teile der Hardware ausgeliefert und bei Atrium in Toulouse zusammengebaut.

Was ist an Bord?

Gaia enthält drei wissenschaftliche Hauptinstrumente, die ihr Licht von einem Teleskop mit zwei weit voneinander entfernten Gesichtsfeldern am Himmel erhalten. Das Teleskop besitzt zwei rechteckige Hauptspiegel mit einer Größe von jeweils 1,45 mal 0,5 m. Jedes der Instrumente sieht gleichzeitig zwei Regionen am Himmel, die 106,5 Grad auseinander liegen.

Astrometrie

Eine Anordnung von 76 CCD-Detektoren (Charge Coupled Device) macht Aufnahmen von den Himmelsobjekten. Dieses Instrument vermißt präzise die Position der Sterne und ihre Bewegung am Himmel im Laufe der Gaia-Mission.

Photometrie

Vierzehn weitere CCD-Detektoren mesen die Helligkeiten und Farben der Sterne über einen weiten Wellenlängenbereich.

Spektroskopie

Das Radialgeschwindigkeits-Spektrometer (RVS) benutzt das selbe kombinierte Gesichtsfeld wie die astrometrischen und photometrischen Instrumente. Das Licht des Spektrographen wird mit Hilfe von 12 CCD-Detektoren eingefangen. Dadurch erhält man spektroskopische Information, so dass auch die Bewegung der Stern entlang der Sehlinie gemessen werden kann. Zusammen mit dem Photometer wird das RVS-Instrument auch eine genaue Klassifikation vieler der beobachteten Himmelsobjekte erlauben.

Wissenschaftliche Leistungsfähigkeit

Gaia wird die Position (Koordinaten), Parallaxen (ein Maß für die Entfernung) und die jährlichen Eigenbewegungen von ungefähr einer Milliarde Sterne messen. Für die hellsten 100 Millionen Sterne wird die Genauigkeit von der Größenordnung 20 Mikrobogensekunden oder weniger betragen. Für die lichtschwächeren Sterne wird die Genauigkeit zwar geringer sein, aber immer noch unübertroffen groß sein. Selbst die schwächsten Sterne werden genauer als eine Millibogensekunde gemessen. Für alle eine Milliarde Sterne werden Helligkeit und Farben bestimmt. Für die hellsten 100-200 Millionen Sterne wird Gaia zusätzlich gut aufgelöste Spektren aufnehmen, aus denen sich Radialgeschwindigkeit, Temperaturen, Oberflächenschwerebeschleunigung und chemische Zusammensetzung bestimmen lassen.

Eine historische Bemerkung

Gaia wird ein Milliarde Parallaxen messen. Die allererste Messung einer Sternparallaxe durch Friedrich Wilhelm Bessel im Jahre 1838 markierte einen wichtigen Schritt in der Geschichte hin zu der modernen Astronomie. Hier findet man Bessels Originalveröffentlichung in deutscher Sprache, in der es um die Parallaxe (=Entfernung) der Sterns 61 Cygni geht.

Bearbeiter: Webmaster
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