– Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Hvem, Hvad, hvor > > Landmåling på himlen > Gaia - et kvantespring...

23. juni 2010

Gaia - et kvantespring for astrometrien 

Den første astrometriske satellit, Hipparcos og dens observationer fra 1989-93 betød et kvantespring med hensyn til nøjagtighed og antal af stjerner med nøjagtigt målte afstande, egenbevægelser og positioner. I 2013 opsendte ESA en endnu større astrometrisk satellit, Gaia, som betyder et nyt kvantespring for astrometrien.

Et forslag til en ny astrometrisk satellit med navnet Roemer blev fremlagt af Erik Høg i september 1992. Den vigtigste nye idé i Roemer var at anvende CCD detektorer. En CCD er en to-dimensional detektor med høj effektivitet og den er mange størrelsesordener bedre end den fotoelektriske detektor i Hipparcos, der kun målte én stjerne ad gangen. Fordelen ved at bruge en CCD var i og for sig banal i 1990, da Erik Høg's design af en ny astrometrisk mission begyndte. Det eneste spørgsmål var: hvordan skulle man anvende CCDen.

100.000 gange større effektivitet

Af observatoriets elektronikingeniør, Ralph Florentin Nielsen lærte Erik Høg i 1991 hvad en CCD kan udrette. Men i de år var der tvivl om brugen af CCDer til astrometri, for eksempel blev stabiliteten betvivlet. Derfor blev forskellige muligheder arbejdet igennem, men det endte med, at CCDen blev anbragt direkte i teleskopets brændplan, fordi det ville give langt den største astrometriske effektivitet. Brug af mange CCDer og muligheden for at observere tusindvis af stjerner samtidigt ville give mindst 100.000 gange større astrometrisk effektivitet end Hipparcos med et teleskop af samme åbning.

Skiftende design-forslag

Roemer blev foreslået i 1992, og forslaget var så realistisk og overbevisende, at en udvikling straks begyndte, skønt alle ellers var optaget af arbejdet med Hipparcos. I efteråret 1993 forelagde den svenske astronom Lennart Lindegren sammen med andre et helt nyt design af en astrometrisk satellit kaldet GAIA, som var baseret på interferometriske teleskoper, hvad der virkede meget lovende dengang.

ESA indkaldte forslag til studier i 1993 og en gruppe, hvor Erik Høg var med, foreslog at studere både 'en stor Roemer og en interferometrisk satellit', GAIA. Den interferometriske satellit blev undersøgt af industrien i 1997, men blev forladt i januar i 1998, da man besluttede kun at arbejde videre med Roemer konceptet. Navnet GAIA, hvor det store "I" står for interferometri, blev dog bibeholdt indtil omkring 2003, da det blev ændret til Gaia.

Design tager form

Design af optik og detektering gennemgik store forandringer efter 1998, idet satellitten måtte formindskes, og der var problemer med vægt og omkostninger. Det endelige design i 2005 var meget simplere og passede til det beløb, ESA havde til rådighed, hvilket faktisk var det samme som for Hipparcos missionen, når man omsætter til nutidens økonomi. Der er to teleskoper med 1.45 x 0.50 m2 åbninger og en brændplan på 0.7 x 0.7 grader med 106 store CCDer, som tjener til: detektering af stjerner, astrometri, fotometri og spektroskopi. Ændringerne førte til en ringere nøjagtighed, f. eks. 25 microbuesekunder i stedet for 11 ved stjerner af V=15 størrelsesklasse, hvad der stadig er inden for den oprindelige målsætning.

Det endelige Gaia design af 2005
Der er to teleskoper med 1.45 x 0.50 m2 åbning og kun een brændplan på 0.7 x 0.7 grader med i alt 106 store CCDer, der udfører: detektering af stjerner, astrometri, fotometri og spektrometri. De to store spejle modtager lys fra to retninger på himlen, der ligger 106.5 grader fra hinanden, og som forenes via et dobbeltspejl ved en mellemliggende brændplan. Alle spejle og hele monteringen er fremstillet af siliciumkarbid, som gennem meget lille termisk udvidelse sikrer stor stabilitet. Industripartneren er EADS-Astrium, faktisk det samme firma som stod for Hipparcos og for designet i 1997.

En milliard stjerner på himlen

Gaia missionen vil kunne levere astrometriske data af stor nøjagtighed allerede få år efter opsendelsen, og man vil have de endelige resultater omkring 2020. Astrometrien vil omfatte alle stjerner på hele himlen til 20. størrelsesklasse, idet man får afstande, positioner og bevægelser til brug i astrofysikken og til andre formål. De fotometriske data for den samme milliard stjerner til 100 tidspunkter gennem fem, seks eller måske ti år vil give en enestående basis for undersøgelser af stjerners variabilitet.

Disse data vil blive anvendt til mangfoldige undersøgelser af vor egen og de nærmeste galakser for at forstå stjerners og galaksers dannelse og deres hele udvikling samt det gådefulde mørke stofs rolle i universet.