A Gaia két éve: sikerek és kihívások
(Rovat: Űrcsillagászat Európában, Távoli világok kutatói - 2016.09.08 07:15.)

Két évvel ezelőtt kezdte öt évesre tervezett égboltfelmérését az európai űrszonda. Az első katalógus hamarosan elérhető lesz a csillagászok számára.

Az Európai Űrügynökség (ESA) tudományos programjának egyik zászlóshajója, a Gaia 2013 decemberében startolt. A Nap–Föld rendszer L2 jelű Lagrange-pontja környezetében működik, a Földtől mintegy másfél millió km távolságban „kifelé”, vagyis a Nappal ellentétes irányban. A Nap körüli keringési ideje itt megegyezik a Földével: 1 év. Hat hónapos, a vártnál tovább húzódó kezdeti kalibrációs és tesztidőszak után tudományos megfigyeléseit 2014. július 25-én kezdte meg. Az égbolt szisztematikus feltérképezése pedig két évvel ezelőtt, 2014. augusztus 21-én indult.

A Gaia űrszonda az L2 librációs pontnál. (Fantáziakép: ESA)

A Gaia programja során a Tejútrendszer több mint egymilliárdnyi csillagáról gyűjt adatokat. Elsődleges feladata a csillagok pontos égi helyzetének, illetve a koordináták változásának – az ún. sajátmozgásnak – a meghatározása. Galaxisunk csillagainak a látszó pozíciója éves periódussal változik, a Földnek a Nap körüli keringése miatt – ez az évi parallaxis jelensége. Minél közelebb van egy csillag, annál nagyobb e változás amplitúdója. Parallaxisméréssel tehát a csillag térbeli pozíciójának a harmadik komponense, a tőlünk mért távolsága is meghatározható. A Gaia emellett méri a csillagok fényességét, és közülük a fényesebbeknek a színképét is meghatározza. A szonda célpontjai között nem csak a Tejútrendszer csillagai, de a Naprendszer kis égitestjei, sőt távoli aktív galaxismagok (kvazárok) is szerepelnek.

A Gaia úgy készíti el az eddigi legrészletesebb és legpontosabb égboltfelmérést, hogy folyamatos tengely körüli forgása során több alkalommal végigpásztázza a teljes égboltot. Két távcsövének látóiránya 106,5°-kal tér el. A leképezés egy komplex, összesen több mint egymilliárd pixelből összetevődő CCD-rendszerre történik – ez a legnagyobb kamera, amely valaha űreszközön működött. Az első két működési évben mintegy 50 milliárdszor vonultak át égi objektumok a Gaia távcsövei előtt, a szonda 110 milliárd fényességmérést végzett és 9,4 milliárd színképet vett fel. Az óriási adatmennyiség és a megfigyelések összetett jellege nagy kihívás elé állította a projekten dolgozó kutatók és szoftverfejlesztők csapatát. Munkájuk első, a teljes csillagászközösség számára hozzáférhető eredményére már csak szeptember 14-éig kell várni: ekkor hozzák nyilvánosságra a Gaia katalógusának első, egyelőre még csak kezdeti és korlátozott adattartalmú változatát.

A sikerhez, a jól működő űreszközhöz azonban nem egy váratlan probléma megoldásán keresztül vezetett az út. Ezeken az ESA, a kutatók közössége és a gyártó űripari konzorciumot vezető Airbus Defence and Space együttműködésével tudtak úrrá lenni. A legkorábban jelentkező gondok egyike volt, hogy a távcsövek érzékenysége a vártnál gyengébb volt. Mint kiderült, vízjég fagyott ki egyes optikai elemeken. Önmagában a jelenség nem volt váratlan, hiszen a leggondosabb előkészületek ellenére is maradnak vízmolekulák az űreszköz anyagában. A mértéke azonban igen! A távcsőtükröket felszerelték fűtéssel, amivel sikerült többé-kevésbé elpárologtatni a kifagyott vizet, de a bevonat túlságosan hamar újrakeletkezett. Számos alkalommal el kellett végezni a fűtést, mire normalizálódott a helyzet. Utoljára 2015 júliusában volt szükség erre a műveletre, és csak most, egy évvel később kezd lassan ismét felgyűlni a jég. Nemsokára megint fűtenek, de ez a probléma végül is megnyugtatóan megoldódott.

A Gaia testét a Nap közvetlen sugárzásától és így a túlmelegedéstől, a hőtágulás okozta mechanikai torzulásoktól egy 10 m átmérőjű árnyékoló ernyő védi. Az ernyő peremén levő szálakról azonban a szórt napfény bejut az optikába, és a detektorokban a vártnál nagyobb háttérzajt okoz. A fényesebb csillagok megfigyelését ez nem zavarja, de a halványabbakét igen. Végeredményben a Gaia még detektálható leghalványabb célpontjai, a 20 magnitúdó körüli fényességű csillagok esetében a pozíciómeghatározás pontosságát ez jelenség a tervezett 300 milliomod ívmásodpercről 500 milliomod ívmásodpercre rontja. Ettől még a Gaia természetesen továbbra is a valaha épített legpontosabb égboltfelmérő szonda marad.

Ilyenek lehetnek a fénylést okozó szálak a Gaia árnyékolásának szélén. (Kép: ESA / Airbus DS)

Ugyancsak meglepetésként érte a szakembereket a vártnál több apró mechanikai rázkódás. Ezek a legjobb hőszigetelés ellenére is fellépő tágulások és összehúzódások miatt jönnek létre, és alkalmanként igen kicsi, de a pontos műszerekkel érzékelhető &#ugrásokat” okoznak a műholdtest forgástengelyének helyzetében, amit a csillagok pontos pozícióméréseihez természetesen korrekcióba kell venni. Szoftveres megoldással ez lehetséges. Hasonló jellegű problémát okoznak egyébként a mikrometeorit-becsapódások is, amelyekre előzetesen számítottak is. Viszonylag nagyobb becsapódások havonta néhány alkalommal következnek be. Mostanra kiderült, hogy szerencsére a tudományos adatok minőségét ezek nem rontják jelentősen.

Végül, de nem utolsósorban a szonda beüzemelésekor komoly aggodalmat okoztak a két távcsőtengely szögét extrém pontossággal mérő lézeres műszertől érkező adatok. Az alapszög pontos, csupán 0,5 milliomod ívmásodperces (!) hibával terhelt értékének ismerete elengedhetetlen a precíz csillagászati mérésekhez. Akármilyen pontosan is építették meg a szondát, akármilyen érzéketlen is az anyaga a hőtágulásra, és akármennyire jó is a hőszigetelés, a szög változhat az idő függvényében a mechanikai torzulások következtében. A szög értékét 15 percenként határozzák meg. A kellemetlen meglepetés az volt, hogy az adatok periodikus változásokat mutattak az alapszögben, méghozzá a vártnál százszor nagyobb mértékben. A vizsgálatok kiderítették, hogy a tervezettnél jelentősebb hőtágulás a kiváltó ok, s nem a mérőműszer szolgáltat rossz adatokat. A mérések alapján a hatás jól modellezhető, az tudományos adatok feldolgozása során korrigálható.

Az alapszöget pontosan mérő műszer (Basic Angle Monitor, BAM), még a Földön. (Kép: TNO / Fred Kamphues)

Összességében elmondható, hogy a start óta eltelt idő alatt a Gaia csapata állandó tanulási folyamaton ment keresztül. Mivel az űreszköz és a mérései rendkívül összetettek, nem meglepő, hogy olyan gondok is felléptek menet közben, amikre előzetesen nem számítottak. Erőfeszítéseik eredményeképp a nem várt problémákat a jelek szerint sikerül megnyugtatóan kezelni. Így a Gaia jó úton halad afelé, hogy beváltsa a hozzá fűzött reményeket, s elkészítse az eddigi legpontosabb égtérképet. A program végére több mint egymilliárd csillag pozícióját és sajátmozgását ismerjük majd, a pontosság pedig akár százszor jobb lesz, mint az eddigi csúcs, az ugyancsak európai Hipparcos műhold katalógusáé.