Gaia (Satellit)

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Gaia ist eine geplante Satellitenmission der ESA, die eine Milliarde Sterne mit bisher unerreichter Genauigkeit kartographisch erfassen soll. Gaia baut auf der Hipparcos-Mission in den 1990er Jahren auf, die einhunderttausend Sterne mit hoher Präzision und über eine Million Sterne mit geringerer Genauigkeit katalogisierte.

Der Name des Astrometrie-Satelliten Gaia leitet sich ab von dem Akronym für „Globales Astrometrisches Interferometer für die Astrophysik“. Das kennzeichnet die ursprünglich für dieses Teleskop geplante Technik der optischen Interferometrie. Inzwischen hat sich jedoch das Messprinzip geändert, so dass das Akronym nicht mehr zutrifft. Trotzdem bleibt es bei dem Namen Gaia, um die Kontinuität in dem Projekt zu gewährleisten.

Inhaltsverzeichnis 1 Ziele 2 Kosten 3 Start 4 Umlaufbahn 5 Geplante Missionsdauer 6 Raumfahrzeug 6.1 Konstruktion 6.2 Abmessungen 6.3 Masse 7 Industriebeteiligung 8 Hauptinstrumente 8.1 Astro 8.2 Spectro 9 Betrieb 10 Weblinks

[Bearbeiten] Ziele

Gaias wichtigstes wissenschaftliches Ziel besteht darin, mit Hilfe seiner Sternmessungen den Ursprung und die Geschichte unserer Milchstraßen-Galaxie aufzuklären. Die von Gaia gesammelten Messdaten werden es den Astronomen erlauben, besser als jemals zuvor zu verstehen, wo, wann und wie die Sterne entstanden sind und wie sie ihre Umgebung mit Materie anreichern, wenn sie sterben. Gaia wird mit bisher unerreichter Genauigkeit die Entfernungen (Parallaxen) und Bewegungen (Eigenbewegungen, Radialgeschwindigkeiten) von ungefähr einer Milliarde Sternen bestimmen, was den Astronomen eine deutlichere Vorstellung von der Struktur und der Entwicklung unseres Milchstraßensystems geben wird.

Der Parallaxengenauigkeit wird besser sein als 7µas (1µas = 10^-6as) für helle Sterne bis 10mag und bei dunklen Sternen bis 20mag auf höchstens 300µas abfallen. Die zeitliche Änderung der Gravitationskonstante G, dG/dt /G, soll mit einer Abweichung von weniger als 10^-13/a erfasst werden.

Gaia dürfte die größte Entdeckungsmaschine in der Astronomie werden. Abschätzungen lassen vermuten, dass Gaia folgende Anzahlen neuer Himmelsobjekte entdecken wird:

1. Bis zu einer Million Asteroiden und Kometen innerhalb unseres Sonnensystems.
2. Dreißigtausend Planeten außerhalb unseres Sonnensystems.
3. Fünfzigtausend „misslungene“ Sterne, sogenannte Braune Zwerge.
4. Mehrere hunderttausend erloschene Sternüberreste, sogenannte Weiße Zwerge
5. Zwanzigtausend explodierende Sterne, sogenannte Supernovae.
6. Hunderttausende weit entfernte Aktive Galaxien, sogenannte Quasare.

[Bearbeiten] Kosten

Industriestudien wurden an die beiden größten europäischen Satellitenhersteller EADS Astrium und Alcatel Alenia Space zum Preis von ungefähr 15 Millionen Euro vergeben und liefen bis 2005. Die Studien wurden von der ESA bezahlt. Nach der Auswahl des Auftragnehmers hat die ESA am 11. Mai 2006 den Bau von Gaia für 317 Mio. € bei EADS Astrium in Auftrag gegeben.[1] Die gesamte Mission einschließlich Start, Bodenkontrolle und Nutzlast wird ungefähr 560 Millionen Euro kosten.

[Bearbeiten] Start

Gaia soll Ende 2011 mit einer russischen Sojus-2-Rakete vom Europäischen Raumfahrtbahnhof Kourou in Französisch-Guyana gestartet werden.

[Bearbeiten] Umlaufbahn

Nach dem Start benötigt Gaia ungefähr 6 Monate, um den Lagrange-Punkt L2 zu erreichen. Der L2-Punkt ist ungefähr 1,6 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, was der vierfachen Mondentfernung entspricht. Dieser gravitative Gleichgewichtspunkt läuft in festem Abstand mit der Erde um die Sonne und ermöglicht einen ungestörteren Blick auf das Weltall als dies von einer Erdumlaufbahn möglich wäre.

[Bearbeiten] Geplante Missionsdauer

Gaia ist für eine sechsjährige Missiondauer ausgelegt einschließlich der sechsmonatigen Reise zum Beobachtungsort L2.

[Bearbeiten] Raumfahrzeug

[Bearbeiten] Konstruktion

Die nahezu kreisförmige Anordnung von Solarzellen und Sonnenschild beherrscht das äußere Erscheinungsbild von Gaia. Darüber befindet sich eine Kuppel, die die Nutzlast beherbergt. Unterhalb der Nutzlast befindet sich eine konische Versorgungseinheit, die solch wesentliche Komponenten wie Antriebseinheit, Datenübertragungssystem und Stromversorgung enthält. Der Satellit ist 3-Achsen-stabilisiert und wird seine langsame Rotation dazu nutzen, den durch das Gesichtsfeld laufenden Himmel kontinuierlich abzutasten.

[Bearbeiten] Abmessungen

Wenn sich die Solarzellen entfaltet haben, wird Gaia einen Durchmesser von elf Metern haben. Die Nutzlast-Kuppel hat einen Durchmesser von ungefähr drei Metern und eine Höhe von zwei Metern. Die Versorgungseinheit hat ebenfalls drei Meter Durchmesser und 1,1 m Höhe.

[Bearbeiten] Masse

Beim Start wird Gaia eine Masse von ungefähr 1.700 kg haben, wozu die Nutzlast 800 kg, die Versorgungseinheit 600 kg und der Treibstoff 270 kg beitragen.

[Bearbeiten] Industriebeteiligung

Zu Beginn der Entwicklung wurden zwei konkurrierende Systemstudien an EADS Astrium und Alcatel Alenia Space vergeben. Darüber hinaus liefen zu dieser Zeit zehn weitere kleinere technische Studien. Am 2. Februar 2006 wurde EADS Astrium als Hauptauftragnehmer für die Mission ausgewählt. Damit geht das Projekt in die Phase B2. Am 11. Mai 2006 wurde schließlich der Bauvertrag von Gaia zwischen der ESA und Astrium unterzeichnet [2].

[Bearbeiten] Hauptinstrumente

Gaia trägt zwei wissenschaftliche Hauptinstrumente, nämlich Astro und Spectro.

[Bearbeiten] Astro

Es wird zwei identische Astro-Teleskope auf Gaia geben. Beide besitzen rechteckige Primärspiegel der Größe 1,4 m x 0,5 m. Zwei weitere Umlenkspiegel reflektieren das Licht in die Brennebene. Die beiden Instrumente schauen auf unterschiedliche Himmelsregionen, die um einen Winkel von 106° voneinander entfernt sind. Ein Mosaik von 200 CCD-Detektoren wird die Himmelsobjekte registrieren. Sie werden während der Gaia-Mission die Positionen der Sterne und ihre Bewegungen am Himmel mit höchster Präzision bestimmen.

[Bearbeiten] Spectro

Das Spectro-Instrument besitzt mit einem quadratischen Primärspiegel von 0,5 m Seitenlänge einen kleineren Primärspiegel als die Astro-Teleskope. Es ist ebenfalls ein 3-Spiegelteleskop. Sein Blick aufs Weltall wird von 40 kleineren und sechs großen CCD-Detektoren eingefangen. Die großen Detektoren liefern spektroskopische Informationen, sodass die Bewegung der Sterne entlang des Sehstrahls gemessen werden kann. Die übrigen 40 messen die Helligkeit der Sterne in verschiedenen Spektralbereichen und erlauben so eine präzise Klassifizierung der beobachteten Himmelsobjekte.

Beide Instrumente werden von der ESA bezahlt und unter der gemeinsamen Verantwortung von ESA, den Industrie-Partnern und den Forschungsgruppen betrieben.

[Bearbeiten] Betrieb

Die Bodenkontrolle und alle wissenschaftlichen Operationen werden vom European Space Operations Centre (ESOC in Darmstadt) ausgeführt unter Verwendung der Bodenstation in Cebreros (Spanien).

[Bearbeiten] Weblinks

• ESA Overview über Gaia (englisch)
• ESA Factsheet über Gaia (englisch)
• Gaia Homepage des ESA (englisch)
• Gaia Homepage des Astronomischen Rechen-Instituts/ZAH in Heidelberg (englisch)
• Presseerklärung von EADS-Astrium zur Auftragserteilung, nennt auch weitere interessante Deteils über Gaia. (deutsch)