2010-09-21: Sonda Gaia otrzymała pierwsze zwierciadła

wtorek, 21 września 2010

3 września misja Gaia osiągnęła kolejny kluczowy punkt przygotowań. Europejska sonda Gaia otrzymała pierwsze lustro główne. W październiku EADS Astrium dostarczy drugie zwierciadło.

Sonda kosmiczna Gaia będzie wyposażona w dwa bliźniacze teleskopy, każdy składający się z 4 zwierciadeł (numerowanych od M1 do M4). Kolejne dwa lustra (M5, M6) skierują zebrane światło do ogniska optycznego. Obecnie udało się skompletować 6 z 10 zwierciadeł: M3A (0,65 × 0,275 m), M4A i M4B (0,19 × 0,07 m), lustra M5 i M6 (0,54 × 0,36 m), oraz lustro M1A (1,49 × 0,54 m).

Wszystkie lustra wykonane są ze spieków węgliku krzemu, materiału od niedawna wykorzystywanego do wyrobu takich elementów. Podłoża wykonała francuska firma Boostec. Węglik krzemu wybrano z uwagi na wytrzymałość i sztywność. Jest lekki i jednocześnie zapewnia dużą przewodność cieplną. Szlifowaniem luster zajmuje się Sagem, przed którym to procesem naniesiono dodatkową powłokę z węgliku krzemu, za co odpowiadała niemiecka Schunk Kohlenstofftechnik. Dokładność wykonania lustra wynosi 10 nanometrów, co oznacza, że gdyby lustro powiększyć do rozmiarów Oceanu Atlantyckiego, nierówności miałyby wysokość najwyżej kilku centymetrów. Ich kształt został zaś wyliczony tak, aby nie wprowadzały do obrazu aberracji chromatycznej, związanej z różnym kątem załamywania się promieni świetlnych o różnych długościach fal (kolorach). Jednocześnie ich rozmiar i kształt musiał być kompatybilny z ładownią rakiety Sojuz-Fregat.

Po szlifowaniu nanosi się powierzchnię refleksyjną, z warstwy srebra. Na nią zaś nanosi się powłoki dielektryczne, chroniące mechanicznie warstwę srebra i poprawiającą odbijalność w całym zakresie fal (320-1000 nm), który ma badać Gaia.

Gaia będzie sondą astrometryczną, tak jak będzie mierzyła położenie, odległość i ruch gwiazd (np. prędkość radialną). Zaproponowana w 2000 roku jest następczynią podobnej misji o nazwie Hipparcos, trwającej od 1989 do 1993 roku. Była to rewolucyjna, pierwsza misja astrometryczna, również wykonana przez ESA. Pozwoliła ona w 1997 roku uzyskać pierwszy katalog z dokładnymi położeniami ponad 100 000 gwiazd. W 2000 roku opublikowano poszerzony katalog Tycho-2, zawierający położenia 2,5 miliona gwiazd Drogi Mlecznej. Gaia, która ma wystartować w listopadzie 2012 roku, będzie wykonywała podobne pomiary unosząc się w punkcie L2 układu Słońce-Ziemia (około 1,5 miliona kilometrów od Ziemi), gdzie siły grawitacyjne obu ciał niemal się równoważą.

Od Gai oczekuje się, że wykona pomiary położenia około 1 miliarda gwiazd o jasnościach do 20 magnitudo, z dokładnością 20 mikrosekund łuku, dla gwiazd o jasności magnitudo 15, i 200 mikrosekund łuku, dla gwiazd o jasności magnitudo 20. Będzie też prowadziła pomiary spektrofotometryczne i monitorowała przestrzeń bliską Ziemi pod kątem ciał niebieskich mogących zderzyć się naszą planetą. Zaletą sondy Gaia w tej dziedzinie będzie możliwość obserwacji nieba niewidocznego z dziennej strony Ziemi i duże pole widzenia, około 0,7 stopnia.

Misja sondy ma potrwać około 5 lat. W tym czasie wykona pełny przegląd nieba, każdą z badanych gwiazd oglądając około 70 razy, co jest konieczne do dokładnego pomiaru odległości. Wyniki obserwacji będą miały objętość około 200 TB. Do 2020 roku zespół specjalnie powołanego konsorcjum DPAC (Data Processing and Analysis Consortium), obejmujący około 400 astronomów i informatyków z 20 krajów, przygotuje wynikowy katalog pomiarów.

Pomiary położeń i odległości gwiazd pozwolą wykonać trójwymiarowe mapy Naszej Galaktyki i badać efekty relatywistyczne. Spektrofotometria pozwala zaś na badanie własności i fizyki gwiazd: ich wielkości, temperatury, jasności, grawitacji, czy składu chemicznego. Pomiary jasności i prędkości radialnych gwiazd umożliwią również detekcję egzoplanet wokół nich. W zawiązku z tym ESA i placówki naukowe od kilku lat ćwiczą z amatorami fotometrii teleskopowej (do czego wystarczy średniej wielkości teleskop amatorski i cyfrowy aparat fotograficzny) alerty obserwacji gwiazd. Ich celem jest spontaniczne zwoływanie amatorów do obserwacji wybranej gwiazdy w celu zebrania jak największej ilości pomiarów zmian jej jasności, co pozwala na wyznaczenie własności potencjalnej egzoplanety.

Źródła

Hubert Bartkowiak – Gaia otrzymuje lustra – Kosmonauta.net, 21 września 2010