Gaia (изначально от ; в русской транскрипции Гайя или Гея) — космический телескоп оптического диапазона Европейского космического агентства (ЕКА), преемник проекта «Hipparcos». Главная задача телескопа — составить подробную карту распределения звёзд нашей Галактики.
Он был выведен на орбиту ИСЗ 19 декабря 2013 годаGaia launch set for 19 December. . Менее чем через месяц после запуска он достиг гало-орбиты, расположенной в 1,5 млн км от Земли, около точки Лагранжа L2 системы Земля—Солнце. Разработка миссии Gaia заняла 13 лет и обошлась в 740 млн евроСегодня состоится запуск спутника Gaia 19 декабря 2013.
Данные Gaia позволили составить трёхмерную карту части нашей Галактики с указанием данных почти двух миллиардов звёзд: координат, параллаксов, направления движения, лучевой скорости и яркости. Для большой доли звёзд указана также информация о кратности, фотометрической изменчивости и астрофизических параметрах. За весь срок работы аппарата каждый запланированный объект мог наблюдаться около 150 раз. Многократные измерения положения звёзд позволили получить данные об их собственном движении.
Помимо этого, ожидалось, что телескоп сможет открыть около 10 тыс. экзопланет, а также астероиды и кометы в Солнечной системе.
За время работы аппарат произвёл более трёх триллионов наблюдений. 15 января 2025 года было объявлено, что аппарат завершил сбор научных данных. Продолжается обработка данных, которые лягут в основу будущих версий каталога. Первый каталог данных Gaia Data Release 1 (DR1), опубликованный 14 сентября 2016 года, был основан на наблюдениях, полученных с 25 июля 2014 по 16 сентября 2015. Каталог DR2, основанный на наблюдениях с 25 июля 2014 по 23 мая 2016, опубликован 25 апреля 2018 года. Каталог DR3, основанный на 34 месяцах наблюдений (25 июля 2014 — 28 мая 2017), вышел 13 июня 2022 года; ему предшествовал Early Data Release 3 (EDR3), основанный на том же периоде наблюдений и вышедший 3 декабря 2020. Выход каталога DR4 ожидается в конце 2026 года (данные за 66 месяцев наблюдений), а полный каталог DR5 — к концу десятилетия.
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 тел измерялись с помощью двух разнонаправленных телескопов, плоскость обзора которых перпендикулярна оси вращения. Радиальная скорость звёзд измерялась с помощью одного спектрометра, также установленного на Gaia.
Точность измерения параллакса и местоположения для ярких звёзд (до 15 m) 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 тыс. тел, что в несколько раз больше, чем у телескопа «Кеплер».
Конструкция
Аппарат имеет размеры 4,6 × 2,3 м. Для максимальной тепло- и светозащиты телескоп оснащён разворачивающимся экраном площадью 100 м2.
Инструменты Основным инструментом телескопа Gaia был 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«Для космического телескопа Gaia собрана самая большая CCD-матрица» // 3DNews, 11.07.2011.. 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 метраGaia Instrument Information. Gaia Mission Section // spaceflight101, 2013. Всего в каждом телескопе 6 зеркалThe Gaia Telescopes , Carme Jordi 2009-08-25. При этом оба телескопа проецируют изображение в одну фокальную плоскость, а разделение изображений возложено на цифровую обработку. Для части фотосенсоров дополнительно используется набор дифракционных решёток.
Для осуществления сканирования телескоп комбинировал несколько видов вращений. За счёт вращения вокруг собственной оси телескопа осуществлялось основное сканирование, в ходе которого оба телескопа снимали кольцевой участок небесной сферы высотой 0,7 градуса. За счёт прецессии осуществлялся медленный поворот этого кольцевого участка.
Из-за постоянного вращения усложняется связь с Землёй. 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 решёток, которые использовали электронное отклонение луча. Скорость передачи данных составляла несколько кб/с загрузки и выгрузки в S-диапазоне, 3—8 Мбит/с загрузки в X-диапазоне.
Стоимость ЕКА предполагало общую стоимость проекта, включающую стоимость аппарата, средств выведения и наземного контроля, равной приблизительно 577 млн евро. Контракт на разработку и постройку самого телескопа, стоимостью 317 млн евро, получила европейская компания EADS Astrium. Стоимость последующей научной обработки данных (будет разделена между странами-участницами ЕКА) оценивается в €120 млн.
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 годаЗапуск в космос «самой большой цифровой камеры в мире» отложили до декабря // Lenta.ru, 24 окт 2013.
Запуск состоялся 19 декабря 2013 года в 09:12:18 UTC«Союз-СТ-Б» с телескопом «Гайя» стартовал с космодрома Куру // НК, 19.12.2013, в 09:54 UTC (13:54 мск) космический аппарат отделился от разгонного блока «Фрегат»Европейский телескоп успешно отделился от разгонного блока // НК, 19.12.2013.
8 января 2014 года аппарат успешно достиг своей целевой гало-орбиты вокруг точки L2. Параметры орбиты — 263 × 707 × 370 тыс. км, полный оборот по орбите около 180 днейGaia enters its operational orbit , The European Space Agency (ESA) 2014-01-08. В последующие четыре месяца аппарат продолжил тестирование и калибровку бортовых приборов.
Орбита
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 составляет 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 находился в стабильных условиях, недоступных на околоземной орбите. За несколько лет работы аппарату почти не потребовалось включений двигателя для коррекции собственной орбиты.
Запланированная длительность миссии Gaia была рассчитана на пять лет эксплуатации. Орбита спутника была рассчитана так, чтобы в течение примерно 6 лет не попадать в область тени или полутени от Земли, так как даже короткое затмение приведёт к потере энергоснабжения и значительному тепловому шокуGaia: The L2 Orbit , Fran¸cois Mignard 2009-08-25.
За весь срок работы каждый запланированный объект наблюдался около 150 раз. Многократные измерения положения звёзд позволили получить данные об их собственном движении.
На октябрь 2020 года миссия была продлена до конца 2022 года. В 2022 году было принято решение о продлении миссии до 2025 годаEXTENDED OPERATIONS CONFIRMED FOR SCIENCE MISSIONS . В связи с полным израсходованием газа для двигателей ориентации 15 января 2025 года миссия была прекращена, продолжительность набора данных составила 10,5 года.
Научные результаты
В сентябре 2016 года научной командой Gaia опубликован первый набор данных (, )Gaia Data Release 1: Summary of the astrometric, photometric, and survey properties / Gaia Collaboration, Brown, A.G.A., Vallenari, A., et al., 2016b; Astronomy & Astrophysics manuscript no. aa29512-16, September 9, 2016, составленный по результатам наблюдений за 14 месяцев с июля 2014 по сентябрь 2015 года. В данном наборе опубликованы позиции (с точностью около 10 mas) и яркость 1,1 миллиарда звёзд, а также рассчитаны подробные параметры для более чем 2 миллионов звёзд, общих для Gaia и ( — ), 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 25 апреля 2018 года Европейское космическое агентство на своём сайте сообщило о создании самой детализированной в истории человечества трёхмерной карты нашей галактики, содержащей информацию о точном расположении и передвижении почти 1,7 млрд звёзд, а также о 14 тыс. астероидах Солнечной системы. Второй набор данных (, ) проходил в период с 25.07.2014 по 23.05.2016. Планируется, что Gaia будет передавать информацию на Землю до 2020 года для улучшения трёхмерной карты 19 сентября 2018 года астрономы объявили об открытии подструктур в Млечном Пути, вызванных гравитационным возмущением, которое произошло 300—900 миллионов лет назад. Гравитационное возмущение произошло в результате столкновения Млечного Пути с галактикой в Стрельце 20 сентября 2018 года была опубликована работа на основе данных телескопа Gaia, в которой объявлено об открытии звёзд, прибывших в Млечный Путь извне В ноябре 2018 года был открыт новый спутник Млечного Пути — галактика Насос 2. По размеру она схожа с Большим Магеллановым Облаком, хотя в десять тысяч раз более тусклая. На момент открытия поверхностная яркость галактики Насос 2 являлась самой низкой среди всех известных галактик, также она примерно в 100 раз более рассеянная, чем так называемые ультрадиффузные галактики К августу 2019 года учёные из Санкт-Петербургского государственного университета проанализировали информацию, полученную от европейского космического телескопа Gaia, и уточнили данные о движении и точном местоположении нескольких миллионов звёзд В декабре 2019 года было обнаружено звёздное скопление . Возраст вновь открытого скопления составляет 117 млн лет и оно находится на окраине Млечного пути, вблизи Магелланового газового потока, соединяющего Млечный путь с Большим и Малым Магеллановыми Облаками. Учёные смогли уточнить расстояние до Магелланова потока, которое до сих пор было трудно оценить. Согласно этим новым данным, расстояние до края Магелланова потока составляет около 90 тыс. св. лет — что примерно вдвое меньше, по сравнению с предыдущими оценками В январе 2020 года была обнаружена «волна Рэдклиффа» — мощный поток из газа и новорождённых звёзд 3 декабря 2020 года был опубликован третий набор данных , ещё более детализирующий и дополняющий трёхмерную карту Млечного Пути, составленную по результатам наблюдений за 34 месяца с 25 июля 2014 года по 28 мая 2017 года. Данный набор содержит информацию о точном расположении и передвижении 1,8 млрд звёзд. Около 40 карликовых галактик, обнаруженных с помощью космического телескопа Gaia в пределах 1,4 млн св. лет от Млечного Пути, движутся намного быстрее, чем другие галактики, такие как Гайя-Энцелад или карликовая эллиптическая галактика в Стрельце. Скорости этих галактик говорят о том, что они приблизились к Млечному Пути около 2 млрд лет назадFrançois Hammer et al. Gaia EDR3 proper motions of Milky Way dwarfs. II: Velocities, Total Energy and Angular Momentum , Submitted on 23 Sep 2021 (v1), last revised 26 Nov 2021 (this version, v4) (PDF , ResearchGate , April 2021)