Weltraumteleskop Gaia soll eine Milliarde Sterne der Milchstraße analysieren
Die europäische Sonde Gaia ist vom Weltraumbahnhof Kourou auf ihre mehrjährige Reise zu den Sternen gestartet. Bis 2018 soll das neue Weltraum-Teleskop Positionen, Entfernungen und Bewegungen von einer Milliarde Sternen messen und erstmals eine 3D-Karte unserer Milchstraße erstellen.
Gaia bestimmt die Position der hellsten Sterne in der Milchstraße. Die Sensoren arbeiten dabei so genau, dass man selbst eine Ein-Euro-Münze auf dem Mond erkennen könnte. Auch die Datenmenge ist beeindruckend: insgesamt fällt auf der Mission ein Petabyte an – das entspricht dem Speichervolumen von 200.000 DVDs.
Foto: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
„Gaia ist eine Entdeckungsmaschine, ein galaktischer Zensus“, schwärmt Dietmar Lilienthal, Gaia-Projektleiter im Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), der live beim Start des Satelliten im französisch-guyanaischen Kourou dabei gewesen ist. „Wir bekommen dank der Präzision des Teleskops eine sehr genaue räumliche Vorstellung von dem, was uns umgibt. Dabei sitzen wir mittendrin in der Milchstraße und können deshalb nur mit besonderen Anstrengungen überhaupt einen kompletten Überblick über unsere Heimatgalaxie gewinnen.“ Aus den Daten erhoffen sich die Forscher Antworten auf das Woher und Wohin unserer kosmischen Heimat zu erhalten.
Die Ziele sind hoch gesteckt: Gaia soll Positionen, Bewegungen, Entfernungen, Zusammensetzung und Geschwindigkeiten von einer Milliarde Sternen – das entspricht etwa einem Prozent aller Sterne der Milchstraße – mit höchster Präzision astrometrisch, photometrisch und spektroskopisch vermessen und dabei die räumliche Struktur und Dynamik der Galaxis erkunden. Es geht um die Frage nach der Genese und Entwicklung unserer kosmischen Heimat.
Weltraumkamera hat Auflösung von einer Milliarde Pixel
Das Weltraumobservatorium Gaia, das seinen Namen der Personifikation der Erde in der griechischen Mythologie verdankt, ist 2030 Kilogramm schwer und rund drei Meter groß. Es verfügt über zwei hochpräzise Teleskope und eine Kamera mit 106 einzelnen, lichtempfindlichen Sensoren und einer Auflösung von einer Milliarde Pixel. Das Observatorium beobachtet in jedem seiner zwei Gesichtsfelder im Schnitt 250 Sterne pro Sekunde. Insgesamt entsteht ein Datenberg von einem Petabyte, das entspricht dem Speichervolumen von 200.000 DVDs.
Auch für den Flugbetrieb haben Ingenieure das Gaia-Teleskop mit einer Reihe neuer Technologien ausgestattet, darunter Mikro-Antriebsdüsen für die Lageregelung anstelle von Reaktionsrädern und eine elektronisch steuerbare Phased-Array-Antenne anstelle einer steuerbaren Antennenschüssel. Beides wird nötig sein, um den Bedarf an äußerst präziser Zielausrichtung und Positionierung der Mission zu erfüllen und um die notwendige Genauigkeit der Sternenbeobachtung zu erreichen.
Lift-off der Sonde Gaia in Kourou: Sie wird in den kommenden Jahren die Sonne umrunden und die räumliche Struktur unserer Galaxis erkunden. An Bord ist eine Kamera mit einer gigantischen Auflösung von einer Milliarde Pixel. An der Mission sind auch deutsche Wissenschaftler beteiligt.
Quelle: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Nach etwa einem Monat soll Gaia an seinem Ziel, dem zweiten Lagrange-Punkt L2, ankommen – rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. An diesem Punkt heben sich die Gravitationskräfte von Sonne und Erde auf, so dass Gaia die Sonne im Gleichtakt mit der Erde mindestens fünf Jahre umrundet.
Neben der Zusammensetzung unserer Milchstraße wollen die Wissenschaftler mit Gaia auch Wechselwirkungen mit anderen Galaxien wie den Magellanschen Wolken oder dem Andromeda-Nebel erforschen. Die Messgenauigkeit der Positionen für die hellsten Sterne ist dabei mit zehn bis 20 Mikrobogensekunden bis zu 100-mal höher als bei der Vorläufer-Mission Hipparcos. Mit dieser Auflösung könnte man eine Ein-Euro-Münze auf dem Mond entdecken.
400 Wissenschaftler aus 24 ESA-Ländern sind an Mission beteiligt
Das umfangreiche Datenmaterial von Gaia wird sich auf alle wichtigen Bereiche der astronomischen Forschung auswirken. So erwarten die Wissenschaftler weitere Entdeckungen kosmischer Objekte in signifikanten Größenordnungen: darunter bis zu 250.000 Asteroiden und Kometen innerhalb unseres Sonnensystems, zehntausende Exoplaneten und Planetensysteme, tausende Braune Zwerge mit geringer Masse, hunderttausende Weiße Zwerge mit geringer Leuchtkraft, tausende von Supernovae und hunderttausende der energiereichen Quasare.
Mithilfe von Gaia könnte sogar die mysteriöse Dunkle Materie analysiert werden, die in unserer Milchstraße reichlich vorhanden sein könnte – jene unsichtbare Substanz, die wir nur aufgrund ihrer Schwerewirkung auf andere Objekte erkennen können.
Gebaut wurde Gaia vom europäischen Raumfahrtkonzern EADS Astrium. An der Mission der europäischen Raumfahrtagentur ESA arbeiten insgesamt mehr als 400 Wissenschaftler aus 24 ESA-Ländern. Aus Deutschland sind vier Hochschulen beteiligt: das Astronomische Rechen-Institut (ARI) am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg, das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) und das Lohrmann-Observatorium der TU Dresden. Deren Aufgabe ist vor allem die Bereitstellung spezieller Software, um die gigantischen Datenmengen von Gaia weiter zu verarbeiten, die federführend im Europäischen Raumflugkontrollzentrum ESOC der ESA in Darmstadt empfangen werden.
Europa will führende Rolle in Präzisionsastronomie übernehmen
Deutschland unterstützt zusätzlich zu seinen ESA-Beiträgen den wissenschaftlichen Betrieb und die Datenauswertung von Gaia mit rund 15 Millionen Euro, das sind etwa zehn Prozent des Budgets. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) steuert dabei die deutschen Anteile des Projekts aus dem nationalen Raumfahrtprogramm. „Das Gaia-Teleskop bedeutet eine neue wissenschaftliche Qualität – Europa wird damit weltweit eine führende Rolle in der Präzisionsastronomie übernehmen“, erklärte DLR-Vorstandsvorsitzender Professor Johann-Dietrich Wörner, derzeit Vorsitzender des ESA-Rates.
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