Gaia
Gaia — космічний телескоп Європейського космічного агентства, головною ціллю якого є точне визначення положень зір на небі, зокрема вимірювання відстаней до них паралактичним методом. Місія Gaia є науковою наступницею місії ЕКА Hipparcos (1989-1993), але досліджує в 10 000 разів більше об’єктів і визначає їхні позиції в 200 разів точніше. Gaia спеціалізується на об’єктах від 3 до 21 зоряної величини, втрачаючи як найяскравіші, так і занадто тьмяні зорі. Для понад мільярда зір Gaia провела астрометричні та фотометричні вимірювання безпрецедентної точності. Повторні спостереження того ж об'єкта дозволяють визначити його власний рух небом. Для об’єктів із до 16 зоряної величини також аналізується спектр, за яким можна визначити радіальну швидкість, спектральний клас, температуру та інші дані.
Назва Gaia спочатку була абревіатурою від "Global Astrometric Interferometer for Astrophysics" (глобальний астрометричний інтерферометр для астрофізики)[1][2] і відсилала до техніки оптичної інтерферометрії, яка спочатку планувалася для цього телескопа[3]. Попри те, що принцип вимірювання на етапі проєктування було змінено, назву зберегли, але її написання було змінено з GAIA на Gaia. Назва є відсилкою до богині землі Геї в грецькій міфології.
2000 року Gaia затвердили як пріоритетну місію ЄКА, а 2006 року було замовлено будівництво космічного апарата. 19 грудня 2013 року космічний апарат запустили з космодрому Куру за допомоги російської ракети-носія Союз-СТ-Б і невдовзі після того вивели на орбіту Ліссажу навколо точки Лагранжа L2 у системі Сонце—Земля. Планувалося, що місія має тривати до 25 липня 2019 року, однак її продовжили до кінця 2025 року. Від початку місії було видано три каталоги: Gaia DR1 з 1,1 мільярда об’єктів, Gaia DR2 з 1,7 мільярда об’єктів і Gaia EDR3 з 1,8 мільярда об’єктів. Оголошено про подальше розширення та вдосконалення каталогів[4]. Усі опубліковані дані вільнодоступні через Інтернет[5].
Ініціатори проєкту Gaia Леннарт Ліндегрен і Майкл Перрімен 2022 року за доробок у космічній астрометрії отримали премію Шао.
Історія
Космічний телескоп Gaia бере свій початок від місії Європейського космічного агентства (ESA) Hipparcos (1989–1993). Проєкт Gaia запропонували в жовтні 1993 року Леннарт Ліндегрен (Лундська обсерваторія, Швеція) та Майкл Перріман (ESA). Вони подали його на конкурс довгострокових наукових програм ESA Horizon 2000+[fr]. Науковий програмний комітет ESA затвердив проект 13 жовтня 2000, а фазу B2[прояснити] було дозволено 9 лютого 2006 року, коли EADS Astrium взяла на себе відповідальність за обладнання. Назва «Gaia» спочатку була абревіатурою від Global Astrometric Interferometer for Astrophysics, що позначало оптичну техніку інтерферометрії, яку планувалося застосувати на космічному апараті. Попри те, що під час розробки концепцію було змінено, і абревіатура більше не застосовується, назву Gaia залишили як відображення неперервності проєкту[6].
Загальна вартість місії становить близько 740 мільйонів євро, включаючи виробництво, запуск і наземне забезпечення[7][8]. Сам зонд коштував 450 мільйонів євро, і близько 250 мільйонів євро додатково виділялося на наземну обробку даних[9]. Виготовлення апарата було завершено з дворічним відставанням від графіку та 16% перевищенням бюджету, головним чином через труднощі, що виникли під час полірування десяти дзеркал із карбіду кремнію, а також збирання та тестування оптичної системи телескопа[10].
Цілі
Космічна місія Gaia має наступні цілі:
- Щоб визначити світність зорі, необхідно знати відстань до неї. Одним із небагатьох способів досягти цього без спеціальних фізичних припущень є паралакс зорі, але атмосферні впливи та інструментальні похибки погіршують точність вимірювань паралакса. Наприклад, цефеїди застосовують як стандартні свічки для вимірювання відстаней до галактик, але відстані до них самих визначено з великими похибками. Таким чином, залежні від них величини, такі як швидкість розширення Всесвіту, залишаються неточними. Точне вимірювання відстаней до них має великий вплив на розуміння інших галактик і, отже, всього космосу (див. шкала космічних відстаней).
- Спостереження за найслабшими об'єктами забезпечать повніше уявлення про функцію світності зір. Gaia спостерігатиме 1 мільярд зір, що становить близько 1% в галактиці Чумацький Шлях[10].
- Для кращого розуміння швидших етапів еволюції зір (таких як класифікація, частота, кореляції та безпосередньо спостережувані атрибути рідкісних фундаментальних і циклічних змін). Цього необхідно досягти шляхом детального обстеження та переогляду великої кількості об'єктів протягом тривалого періоду. Спостереження за великою кількістю об’єктів у Галактиці також важливо для розуміння динаміки галактики.
- Вимірювання астрометричних і кінематичних властивостей зір необхідне для розуміння різноманітних зоряних популяцій, особливо найвіддаленіших.
Для досягнення цих цілей перед місією поставлено такі завдання:
- Визначити положення, паралакс і власний рух 1 мільярда зір із точністю близько 20 кутових мікросекунд (мкс[усталений термін?]) для зір 15 величини і 200 мкс — для зір 20 величини.
- Визначити координати зір до десятої величини з точністю до 7 мкс, для зір до 15-ї величини визначити координати з точністю від 12 до 25 мкас, а для зір до 20-ї величини — із точністю від 100 до 300 мкас (залежно від їх кольору).
- Таким чином, відстань до близько 20 мільйонів зір буде виміряно з точністю 1% (чи краще), а відстані до близько 200 мільйонів зір буде виміряно з точністю краще 10%. Точність у межах 10% буде досягнуто аж до Галактичного центру, що перебуває на відстані 30 000 світлових років.[11]
- Виміряти тангенціальну швидкість 40 мільйонів зір із точністю краще 0,5 км/с.
- Отримати атмосферні параметри (ефективну температуру, міжзоряне поглинання на лінії зору, поверхневу гравітацію, металічність) для всіх спостережуваних зір[12], а також деякі більш детальні хімічні склади для цілей, яскравіших за V = 15[13].
- Точно виміряти нахил орбіт тисячі позасонячних планет, визначивши їх справжню масу за допомогою астрометричних методів виявлення планет[14][15].
- Точніше виміряти викривлення світла гравітаційним полем Сонця, передбачене Загальною теорією відносності Альберта Ейнштейна та вперше виявлене Артуром Еддінгтоном під час сонячного затемнення 1919 року, а отже, безпосередньо спостерігати за структурою простору-часу[6].
- Потенціал для виявлення астероїдів групи Атіри, орбіти яких повністю лежать всередині орбіти Землі, і які важко спостерігати земними телескопами, оскільки вони завжди перебувають поблизу Сонця, на ділянках неба, які можна спостерігати лише вдень (чи майже вдень)[16].
- Виявити до 500 000 квазарів.
Загальні відомості
Телескоп працює в оптичному діапазоні. Він виведений на орбіту навколо другої точки Лагранжа (L2), розташованої на відстані близько 1,5 мільйонів кілометрів від Землі в протилежному від Сонця напрямку. Для максимального тепло- та світло-захисту телескоп оснащений великим екраном площею близько 100 квадратних метрів.
Передбачається, що за допомогою Gaia буде складена тривимірна карта нашої Галактики із зазначенням координат, напрямку руху й кольору більше мільярда зір. Крім цього, телескоп мав відкрити близько 10 тис. екзопланет, сотні тисяч квазарів і змінних зір, тисячі нових та наднових зір, а також астероїди й комети в Сонячній системі. Одним із завдань місії є перевірка загальної теорії відносності.
Стартова маса — 2030 кг (710 кг — корисне навантаження, 920 кг — службовий модуль і 400 кг — паливо).
Особливості
Основним інструментом телескопу Gaia є цифровий сенсор, найбільший із коли-небудь створених для місій у космосі. Він складається зі 106 окремих CCD-матриць розміром 4,7 x 6 см кожна, загальним розміром близько 1 Гігапікселя[17][18].
Космічний апарат
Gaia був запущений компанією Arianespace ракетою-носієм "Союз СТ-Б" з розгінним блоком "Фрегат-СБ" з космодрому Куру у Французькій Гвіані 19 грудня 2013 року о 09:12 UTC (06:12 за місцевим часом). Супутник відокремився від розгінного блоку ракети через 43 хвилини після запуску о 09:54 UTC[19][20].
Апарат попрямував до точки Лагранжа L2 на орбіті Сонця-Землі, розташованої приблизно за 1,5 мільйона кілометрів від Землі, і прибув туди 8 січня 2014 року[21]. Точка L2 забезпечує космічному апарату дуже стабільне гравітаційне і теплове середовище. Там він використовує орбіту Ліссажу, яка дозволяє уникнути блокування Сонця Землею, що обмежило б кількість сонячної енергії, яку супутник міг би виробляти за допомогою своїх сонячних батарей, а також порушило б теплову рівновагу космічного апарату. Після запуску було розгорнуто сонцезахисний козирок діаметром 10 метрів. Козирок завжди повернутий до Сонця, завдяки чому всі компоненти телескопа залишаються прохолодними, а живлення Gaia здійснюється за допомогою сонячних панелей на його поверхні. Ці фактори та матеріали, використані при його створенні, дозволяють Gaia функціонувати в умовах від -170°C до 70°C[22].
Наукові інструменти
Інші компоненти:
|  Комбінований світловий шлях телескопів, структура площини фокусування та інструментів:
|
Телескоп
Gaia містить два телескопи, що мають спільну фокальну площину. Лінії спостереження телескопів розділені основним кутом. Обидва телескопи є тридзеркальними анастигматами з позаосьовою конфігурацією Корша. Вхідні зіниці розташовані на головних дзеркалах прямокутної форми і мають розміри 1,45×0,5 м. Об’єднувач променів на вихідній зіниці об’єднує оптичні шляхи. Два пласкі дзеркала, що розташовані далі, згинають шлях світла в комбінованому промені до фокальної площини. Таким чином, загальна кількість дзеркал дорівнює 10.[24]
Фокусна відстань обох телескопів становить 35 м, що забезпечує масштаб пластини 58,9 × 176,8 mas/піксель уздовж і поперек напрямів сканування відповідно. Прямокутна апертура дозволяє одновимірно об’єднувати ПЗЗ-зображення в поперечному напрямку сканування для тьмяних зір, суттєво зменшує шум зчитування ПЗЗ-знімка та пропускну здатність низхідного зв’язку з мінімальним впливом на астрометрію.[24]
Кожен телескоп складається з чотирьох однакових наборів дзеркал (від M1 до M4). Два додаткових дзеркала (M5 і M6) використовуються обома телескопами, щоб спрямувати світло в одну фокальну площину. Телескопи мають приводи, які можуть рухати дзеркала в межах 5°, але вони працювали лише під час фази калібрування та після періоду нагріву. Обидва телескопи спрямовано на однакові за розміром ділянки неба, які рознесено на 106,5°; кожну з ділянок спостерігає один телескоп.[25] Два поля зору мають розмір приблизно 1,4° × 0,7°, тож вони охоплюють приблизно вчетверо більшу площу диска Сонця або повного місяця на небі.[26]
Хоча всі дзеркала прямокутні, вони значно відрізняються за розміром і формою. Головні дзеркала (M1) увігнуті й мають розмір 1,46 × 0,51 м, а опуклі вторинні дзеркала (M2) мають розмір 0,35 × 0,16 м. Світло від останньої пари відбивається на увігнуті третинні дзеркала (M3), розмір яких становить 0,65 × 0,28 м. Оптику доповнюють плоскі поєднувальні дзеркала М4 (розміри 0,19 × 0,07 м), а також дзеркала М5 і М6 (розміри 0,55 × 0,34 м).[26]
Усі десять дзеркал виготовлені зі спеченого карбіду кремнію та мають захищену срібну поверхню з високим відбиттям. Це дозволило побудувати легку, але надзвичайно жорстку конструкцію, що важливо не лише для продуктивності дзеркала під час експлуатації, але й для мінімізації деформацій, спричинених гравітаційним полем Землі.[27]
Камера
AF – астрометричне поле
BP – синій фотометр
RP – червоний фотометр
RVS – спектрограф радіальної швидкості
WFS – датчик хвильового фронту
BAM – монітор базового кута
Світло від обох телескопів падає на спільну площину фокусування. Там об’єкти виявляються за допомогою поля із загалом 106 високочутливих ПЗЗ-детекторів з розмірами 6 см × 4,7 см[28] і роздільною здатністю 4494 × 1966 пікселів, разом датчики мають близько мільярда пікселів, тому її ще називають «камерою з мільярдом пікселів».[29] Це камера з найвищою роздільною здатністю, яка коли-небудь використовувалася в космосі. ПЗЗ-матриці виявляють довжини хвиль 330-1050 нм[30], тобто в ультрафіолетовому та інфрачервоному діапазонах, які виходять за межі здатності людського ока сприймати приблизно 400-760 нм.
Телескопи Gaia працюють із науковими інструментами, щоб точно визначати розташування зір та їхню швидкість, а також розкладати їхнє світло на спектр для аналізу. Основу Gaia складають три інструменти, що відповідають за вимірювання в астрометрії, фотометрії та спектрометрії.[31]
Астрометрія
Астрометричний інструмент (Astro), який визначає чітке положення зір шляхом вимірювання їхнього кутового положення. Астрометричні вимірювання Gaia виконуються з використанням концепції глобальної астрометрії, успішно продемонстрованої Hipparcos. Gaia вимірює відносну відстань між тисячами зір, які одночасно наявні в об’єднаному полі зору. Астрометричне поле у фокальній площині дискретизується матрицею з 62 ПЗЗ, кожна з яких зчитується в режимі інтеграції із затримкою в часі, синхронізованому зі скануючим рухом супутника.[32] Gaia проводить вимірювання для майже 2000 мільйонів зір, яскравіших за G ≈ 20,7 mag, зв’язуючи об’єкти з малими та великими кутовими віддаленнями в мережу, у якій кожен об’єкт підключений до великої кількості інших об'єктів у кожному напрямку. Кожна зоря проходить через астрометричний інструмент у середньому ~12 разів на рік, що призводить до ~630/1260 проходів ПЗЗ-детектора за номінальний/розширений (п’ять/десять років) термін служби місії. Gaia не спостерігає виключно за зорями: спостерігаються всі точкові об’єкти, яскравіші за G ≈ 20,7 mag, включаючи об’єкти Сонячної системи, такі як астероїди та об’єкти поясу Койпера, квазари, наднові, кратні зорі тощо. ПЗЗ-детектори Gaia мають розмір пікселя 10 мкм (59 кутових мілісекунд) у напрямку сканування (також відомому як напрямок уздовж сканування), а астрометричний інструмент був розроблений для роботи з щільністю об’єктів до приблизно 750 000 зір на квадратний градус. У переповнених полях спостерігаються лише найяскравіші зорі, тому що в таких зонах ліміт заповнення сягає більше ніж 20,7 зоряної величини.[33]
Фотометрія
Фотометричний інструмент (BP/RP), який вимірює потоки випромінювання зір в діапазоні 320–1000 нм для визначення їх астрофізичних характеристик.[34]
Основною метою фотометричного приладу є вимірювання спектрального розподілу енергії всіх спостережуваних об’єктів. Це вимірювання є критично важливим у двох аспектах: воно потрібне для корекції виміряних положень центроїда в основному астрометричному полі для систематичних хроматичних зсувів і для визначення астрофізичних характеристик, таких як ефективна температура, маса, вік, склад і хімічні властивості для всіх зір.[34]
Інструмент містить два фотометри, «блакитний» (ВР) для хвиль довжиною 330-680 нм та «червоний» (RP), що охоплює хвилі довжиною 640-1050 нм. Також інструмент може проводити багатоколірну фотометрію за допомогою призми. Дисперсійна призма слугує за основу інструмента, завдяки чому зоряне світло не фокусується в PSF-подібній плямі, а розсіюється вздовж напрямку сканування в спектрі з низькою роздільною здатністю. Прилад складається з двох призм з плавленого кремнезему низької роздільної здатності, які розсіюють все світло, що потрапляє в поле зору. Обидві призми мають відповідні широкосмугові фільтри для блокування небажаного світла. Фотометричний прилад інтегрований з астрометричними та спектроскопічними приладами та телескопами; фотометричні ПЗЗ розташовані у фокальній площині Gaia. У результаті світло та об’єкти, що надходять із двох напрямків огляду двох телескопів, накладаються на фотометричні ПЗЗ-матриці. Призми розташовані між останнім дзеркалом телескопа (M6) і фокальною площиною, близько до останньої, і фізично підтримуються радіатором CCD.[34]
Фотометричні спостереження збираються за допомогою фотометричного приладу з такою ж кутовою роздільною здатністю, що й астрометричні спостереження, і для всіх об’єктів, які спостерігаються астрометрично, щоб:
- мати можливість хроматичної корекції астрометричних спостережень;
- надавати астрофізичну інформацію для всіх об’єктів, включаючи астрофізичну класифікацію (наприклад, тип об’єкта, такий як зоря, квазар тощо) та астрофізичні характеристики (наприклад, міжзоряне почервоніння та ефективна температура для зір, фотометричні червоні зсуви для квазарів тощо);
- мати можливість реконструювати фотометричні часові ряди для фотометрично змінних об'єктів.[33]
Спектрометрія
Спектрометр радіальних швидкостей (RVS), отримує спектри з високою роздільною здатністю в діапазоні 847–874 нм, що застосовується для вимірювання променевої швидкості для зір до 17 величини. Інформація про радіальну швидкість разом із паралаксом та власним рухом дозволяє визначити повний вектор швидкості зорі відносно Сонця.
Основною метою інструменту Radial є отримання спектрів для найяскравіших 100–150 мільйонів зір на небі, до 17-ї зоряної величини. Ці спектри, в основному завдяки отриманій інформації про радіальні швидкості, мають вирішальне значення для вивчення кінематичної та динамічної історії Чумацького Шляху.[35]
Прилад RVS — це спектрограф інтегрального поля середньої роздільної здатності (R = λ/∆λ ~ 11 500) ближнього інфрачервоного діапазону (847–874 nm), який розсіює все світло, що потрапляє в поле зору. Прилад RVS інтегрований з астрометричними та фотометричними приладами та телескопами; RVS CCD розташовані у фокальній площині Gaia. RVS використовує (астрометричну) функцію Sky Mapper для виявлення та підтвердження об’єктів. Об’єкти для спостереження RVS відібрані на основі вимірів, зроблених раніше на червоному фотометрі. Світло від об’єктів, що надходить з двох напрямків огляду двох телескопів, накладається на ПЗЗ-матриці RVS.[35]
Спектроскопічні спостереження збираються за допомогою спектроскопічного приладу для всіх об’єктів до GRVS ≈ 16 mag, щоб:
- надавати значення радіальних швидкостей за допомогою вимірювань доплерівського зсуву з використанням крос-кореляції;
- надавати (починаючи з Gaia Data Release 3) астрофізичну інформацію, таку як міжзоряне почервоніння, параметри атмосфери та швидкості обертання, для зір яскравіших за GRVS ≈ 12 mag;
- надавати (починаючи з Gaia Data Release 3) вміст елементів для зір яскравіших за GRVS ≈ 11 mag.[33]
Спектроскопічний прилад може впоратися з щільністю об’єктів приблизно до 35 000 зір на квадратний градус. У більш щільних областях спостерігаються лише найяскравіші зорі, тому що ліміт спектроскопічної повноти стає яскравішим за 16-у зоряну величину в таких областях.[33]
Обробка даних зондом
Блок обробки відео (VPU) Gaia має за основу інженерну модель (EM), що відповідає за обробку в режимі реального часу та управління даними про зорі, які передаються вузлом фокальної площини. VPU містить спеціальну плату попередньої обробки, розроблену компанією Astrium, а для основної частини обробки — плату SCS750 PowerPC від Maxwell Technologies, Inc., Сан-Дієго, США.[36] Дані обробляються комп’ютерною системою з модульною архітектурою, яка відповідає розташуванню детекторів. Для збору даних система обробки даних має сім блоків обробки відео (VPU), по одному блоку на кожен ряд детекторів. Кожен VPU містить спеціальний препроцесор CWICOM (CCSDS Wavelet Image COMpression ASIC), розроблений Astrium, який в основному відповідає за швидке стиснення даних і генерацію пакетів даних.[37] Кожен з цих пристроїв має потужність обробки понад 1000 MIPS. З такою величезною обчислювальною потужністю Gaia має більше можливостей для обробки чисел і гнучкості, ніж будь-який інший супутник, раніше створений ESA.[36]
Також є загальний, окремо керований твердотільний накопичувач 800 Гбіт для зберігання результатів.[38] Після віднімання бітів для виправлення помилок коду Ріда-Соломона ефективна ємність пам’яті становить 120 гігабайт.[39] У середньому щодня спостерігається до 40 мільйонів об’єктів, проводиться від 400 до 500 мільйонів вимірювань, в результаті чого отримується близько 40 ГБ даних.[40]
Усі дані обробляються в режимі реального часу без буферизації, а датчики зчитуються синхронізовано з тією ж швидкістю, що й об’єкти рухаються через детектори. Відмова одного із семи блоків обробки відео мало б вплинула на результати. На початку місії були часті перезавантаження VPU, проте оновлення програмного забезпечення VPU до версії 2.8 у квітні 2015 року вирішило цю проблему.[41]
Стартова та тестова фази
Стартовий етап
Запуск відбувся 19 грудня 2013 року о 9:12 ранку UTC[42] за допомогою чотириступінчастої російської ракети "Союз-СТ" з розгінним ступенем "Фрегат"[43] з Космічного центру Гвіани поблизу Куру у Французькій Гвіані. Спочатку запланований на 20 листопада 2013 року, він був перенесений з технічних причин[44]. Стартова маса зонда становила 2030 кг, з яких 710 кг припадало на корисне навантаження, 920 кг на службовий модуль і 400 кг на паливо[45].
Ступінь Фрегат вийшов на орбіту на висоті 175 км. Через одинадцять хвилин він був запущений знову, вивівши зонд на перехідну орбіту. "Фрегат" відокремився через 42 хвилини після зльоту, а сонцезахисний екран був розгорнутий майже через 90 хвилин[46][42][47].
Тестовий етап
8 січня 2014 року Gaia вийшла на орбіту навколо точки Лагранжа L2 Сонце-Земля[48]. Точка L2 розташована на лінії Сонце-Земля приблизно в 1,5 мільйонах кілометрів позаду Землі, що приблизно в чотири рази більше, ніж відстань від Землі до Місяця. Ця гравітаційна точка рівноваги обертається навколо Сонця на фіксованій відстані від Землі і дозволяє більш безперебійно бачити космос, ніж з орбіти нижче від Землі. Gaia прийняла орбіту Ліссажу на відстані 263 000 км × 707 000 км × 370 000 км навколо L2[49], таким чином гарантуючи, що вона не буде входити в затемнення (в тінь Землі щодо Сонця) протягом приблизно п’яти років, оскільки тепловий баланс Gaia потрібно дуже ретельно контролювати[50]. Останнє вплине на енергопостачання та тимчасово знизить якість зображення через теплове розширення оптичних компонентів при зміні температури[51]. Зонд проходив інтенсивні випробування протягом приблизно півроку під час етапу введення в експлуатацію, а також передачі даних, обробки даних і позиціонування. Робота, виконана для підключення всіх компонентів сервісного модуля Gaia, пройшла добре, наукове навантаження Gaia також працювало відмінно. Однак ближче до початку введення в експлуатацію було виявлено ряд проблем, що впливали на продуктивність корисного навантаження, зокрема: забруднення, розсіяне світло і періодичні варіації основного кута[52][53]. Розсіяне світло збільшує фон, який виявляє Gaia, і, отже, пов’язаний із цим шум. Вплив є найбільшим для найслабших зір, але мінімальним - для яскравіших зір[54].
Калібрування
Фаза випробувань завершилася 18 липня 2014 року. А 25 липня 2014 року, Gaia розпочав фазу калібрування, скануючи небо протягом 28 днів, під час чого проводилися інтенсивні вимірювання полюсів екліптики та розпочався збір наукових даних[55]. Протягом цих 28 днів Gaia працював у режимі Закону сканування полюсів екліптики (Ecliptic Poles Scan Law, EPSL), у якому два небесних полюси вимірювалися двічі з кожним обертом. Для вимірювання полюсів перед стартом був створений Каталог полюсів екліптики (EPC, пізніше Gaia Ecliptic Pole Catalog, GEPC). Каталог GEPC V. 3.0 містить 612 946 об'єктів із поля в один квадратний градус кожен на північному та південному полюсах. Північний полюс відносно бідний на зорі і містить 164 468 об'єктів, тоді як південний полюс все ще знаходиться в районі Великої Магелланової Хмари і містить 448 478 об'єктів[56].
Номінальна операція
Після калібрування вимірювання було розширено, щоб охопити всю область неба. Відтоді Gaia перебуває в Законі про номінальне сканування (Nominal Scanning Law, NSL), у звичайному «режимі сканування». Спочатку гідразинові двигуни повинні були коригувати курс зонда приблизно раз на місяць. Згодом інтервал між коригуючими маневрами збільшився та становив від 3 до 4 місяців[57].
Наземний контроль
Наземне управління (Mission Operation Centre, MOC) знаходиться в Європейському центрі космічних операцій (European Space Operations Centre, ESOC) у Дармштадті, Німеччина. Наземне управління використовує дані телеметрії та відповідає за планування траєкторії польоту, відстеження положення, напрямку та швидкості та внесення будь-яких коригувань курсу. Він відповідає за зв’язок, передає план спостереження на зонд і обслуговує програмне забезпечення на борту, забезпечує синхронізацію годинників і контролює роботу комп’ютерів, використання пам’яті тощо. ESOC втручається в разі несподіваної події або при виникненні операційного збою, аналізує проблеми, намагається мінімізувати наслідки та повертає зонд у нормальний режим роботи. Наземний контроль також дбає про калібрування двигунів і навігаційних приладів. Він відповідає за планування та розподіл відповідних можливостей завантаження мережі ESTRACK, враховуючи потреби інших місій, що виконуються одночасно. Для місії задіяні три наземні станції (Cebreros, Іспанія, New Norcia, Австралія та Malargüe, Аргентина). Дані з усіх трьох антен збираються на наземному диспетчері та пересилаються звідти до Європейського центру космічної астрономії (European Space Astronomy Centre, ESAC)[58]. ESOC обробляє дані наземного оптичного пристрою стеження (Ground Based Optical Tracking, GBOT) для визначення положення та реконструкції траєкторії, що є основою для точного розрахунку положення об’єкта[59].
Наукові операції
У той час як ESOC управляє космічним корабель і контролює його комунікації, увесь науковий контроль належить Науково-операційному центру (Science Operation Centre, SOC), який розташований поблизу Мадрида, Іспанія[60]. Усі оцінки наукових даних, а також наукові операції, зберігання, управління та розповсюдження даних здійснюються через ESAC у Віллафранці[61]. SOC вибирає стратегію спостереження (закон сканування), здійснює генерування наукового розкладу, тобто прогнозованої бортової швидкості передачі даних відповідно до закону оперативного сканування та моделі неба, створює файл уникнення, що містить періоди часу, коли перерви в науковому зборі виявляться особливо шкідливими для кінцевих продуктів місії та інше. Вчені знають щільність зір і, отже, кількість згенерованих даних, і передають цю інформацію в ESOC для планування потреб у зв’язку[62].
Стратегія спостереження
Спостереження проводиться з контрольованої орбіти Ліссажу навколо точки Лагранжа L2. Під час фази спостереження зонд безперервно обертається навколо власної осі з високою точністю на постійній швидкості, при цьому швидкість обертання синхронізована зі швидкістю зчитування датчиків. За шість годин зонд використовує свої два поля спостереження, щоб зафіксувати об’єкти у вузькій смузі неба на 360°, перпендикулярній до осі обертання. Оскільки два поля спостереження знаходяться на відстані 106,5°, об’єкт проходить через обидва поля спостереження одне за одним з інтервалом 106,5 хвилин. Окремі датчики охоплюються за 4,4 секунди; цей час також є часом експозиції. Вісь обертання не вказує в фіксованому напрямку в просторі, а рухається дуже повільно, круговим рухом і описує коло за 63 дні, так що смуга спостереження потім рухається далі, і таким чином оглядається все небо. У середньому кожен об’єкт на небі спостерігається близько 70 разів. Протягом усього періоду спостереження зонд із сонцезахисним екраном знаходиться під кутом 45° до сонця[63]. Для виявлення об’єкти повинні бути меншими за 500-600 mas у діаметрі, що виключає виявлення планет і деяких їхніх супутників, а також деяких астероїдів.
Наземний оптичний блок стеження
Для точних розрахунків позиція зонда повинна бути відома дуже точно в будь-який час, зокрема, повинна бути відома довжина базової лінії для вимірювання паралакса. Абсолютна швидкість по відношенню до барицентру Сонячної системи має бути відома з точністю до 2,5 мм/с, а абсолютне положення – з точністю до 150 м[64]. Щоб визначити відстань до зонда, ESOC проводить регулярні вимірювання часу проходження радіосигналів з точністю до 5 метрів. Швидкість у радіальному напрямку до та від спостерігача може бути визначена як 0,1 мм/с за допомогою доплерівського вимірювання[65].
Дуже точним методом вимірювання положення є метод Delta-DOR, для якого потрібні дві антени, розташовані на великій відстані одна від одної, які з точністю до міліметра одночасно відстежують космічний зонд. Станції посилають сигнали, які приймає космічний корабель і негайно відправляє назад. Визначається різниця в часі між моментом надсилання сигналу та моментом надходження сигналу на дві станції. В принципі, це відповідає різниці вимірювання часу двостороннього проходження, на основі якого можна тріангулювати відстань і позицію. Відстань до космічного корабля визначається шляхом вимірювання часу, який потрібен радіосигналу для проходження до космічного корабля та назад на Землю[66]. Delta DOR може забезпечити для Gaia вимірювання з точністю приблизно до 22 метрів. Однак неможливо зробити дві антени мережі ESTRACK доступними протягом усього періоду спостереження, оскільки інші місії також мають доступ до антен[65].
Цю проблему вирішує наземний оптичний блок стеження (Ground Based Optical Tracking, GBOT): протягом усього періоду місії оптичні телескопи регулярно дивляться на зонд і записують його положення та час, щоб точне положення зонда обчислювалося для будь-якого заданого часу[59]. Цю процедуру було успішно випробувано перед запуском на набагато меншому зонді WMAP і космічному телескопі Планка, обидва з яких працювали на L2[67]. Положення оцінюється відносно еталонних зір. Оскільки їх положення, паралакси та рухи стають більш відомими лише після спостереження та оцінки, визначення положення повторюється рекурсивно з покращеними даними: точніше визначення положення зонда, у свою чергу, покращує точність вимірювань положення опорних зір і так далі. GBOT не може спостерігати за зондом протягом п’яти-семи днів під час повного місяця, оскільки в цей час Місяць знаходиться в напрямку L2 від Землі та затіняє Гею. Протягом цього часу вимірювання дельта DOR можуть компенсувати прогалини, щоб уникнути втрати якості даних про місцезнаходження зонда. ESOC оцінює як радіовимірювання, так і спостереження з GBOT для реконструкції орбіти[68].
Телескопи стеження включають 2,5-метровий оглядовий телескоп ESO VLT (VST) у Параналі в Чилі, 2-метровий Ліверпульський телескоп у Роке-де-лос-Мучачос, Ла-Пальма, Іспанія, і 2-метрові телескопи Фолкс на півночі та півдні, які знаходяться у обсерваторії Халеакала на Мауї Айленд (Гаваї, США) та обсерваторія Сайдінг Спрінг в Австралії відповідно. Ці телескопи працюють частково автоматично[68]. Деякі з них також беруть участь у «Мережі спостереження за об’єктами Сонячної системи Gaia» (Gaia Follow-Up Network for Solar System Objects, Gaia-FUN-SSO) у відстеженні орбіт нещодавно знайдених об’єктів Сонячної системи[69].
Маневр Гері Уайтхеда
16 липня 2019 року, через день після закінчення номінального терміну експлуатації, зонд був виведений на іншу орбіту з найбільшим коригуючим маневром з моменту запуску. Якби попередній курс був збережений, зонд увійшов би в тінь Землі в серпні та листопаді 2019 року. У цьому випадку електропостачання, а отже, зв'язок і дослідницькі операції були б перервані. Викликані зміни температури мали б негативний вплив на наукові операції протягом кількох тижнів. Маневр був названий на честь Гері Вайтхеда, члена команди управління, який помер місяцем раніше. У маневрі використовувалася спеціальна комбінація керуючих сопел, у якій орієнтація зонда на Сонце залишається незмінною в будь-який час, так що сонячне світло не потрапляє на холодну частину зонда або чутливі телескопи та сонячні батареї зберігають свою орієнтацію. У той же час ця можливість була використана для широкомасштабного тестування різних систем і для калібрувань, які в іншому випадку перервали б наукові операції[70]. Загалом контрольні сопла вистрілили дев’ять разів, щоб досягти загальної зміни швидкості 14 м/с. На новій орбіті зонд не буде входити в тінь Землі до кінця місії до 2026 року. Коригувальний маневр тривав цілу добу з декількома короткими фазами горіння, щоб паливо було рівномірно розподілено в баках, на процес було витрачено 10 кг палива. Після маневру Gaia протягом року працювала за законом зворотного прецесійного сканування. Вісь обертання прецесує в протилежному напрямку, що покращує стан астрометричного рішення[71][72].
До 16 липня 2019 року, 1817-го дня і кінця тривалості номінальної місії, 129 705 110 100 об'єктів було виявлено датчиками з 1 278 521 799 553 астрометричними вимірюваннями за допомогою 62 астрометричних і 14 ПЗЗ-матриць Skymapper. Було проведено 258 759 786 958 фотометричних вимірювань за допомогою 14 синіх і червоних фотометрів ПЗЗ. Прилад RVS для розрахунку радіальної швидкості зафіксував 25 125 452 190 спектрів і 8 394 259 584 об'єкта[73].
Продовження місії, запаси палива та завершення місії
Паливо, що перевозиться, перевищує номінальну тривалість місії 5 років + ½ року для фази випробувань. Запланована номінальна місія тривала до 25 липня 2019 року і була продовжена Комітетом з наукової програми (Science Programme Committee, SPC) ESA до 2020 року, а потім до 2022 року[74][75]. 13 листопада 2020 року місію знову продовжили до грудня 2025 року, це рішення було підтверджено на міністерській конференції ESA наприкінці 2022 року. Очікується, що у Gaia закінчиться холодний газ у другому кварталі 2025 року, що означає, що подальша робота більше не має сенсу. Тим не менш, робота над обробкою даних і подальшими публікаціями триватиме[76][77].
У випадку, якщо вихід на орбіту Ліссажу в точці Лагранжа L2 не відбувся належним чином, зонд мав додаткове паливо для подальшої корекції, щоб бути в безпеці, щоб усе ще мати можливість досягти L2. Таким чином, хімічне паливо може стабілізувати зонд у точці L2 протягом десятиліть, але очікується, що запасів азоту для двигунів на холодному газі вистачить лише на 10 ± 1 рік[78].
Після завершення місії Gaia покине орбіту Ліссажу навколо точки Лагранжа Земля-Сонце L2 і вийде на стабільну орбіту Кеплера навколо Сонця. Це також стосується випадків, коли паливо вичерпається або зонд більше не можна буде контролювати.
Технічні обмеження
Обмежені обчислювальні потужності
Області неба з дуже високою щільністю зір, такі як сусідні галактики та найщільніші ділянки Чумацького Шляху, такі як вікно Бааде з дуже великою кількістю об'єктів у невеликому просторі, створюють проблему для внутрішньої обробки даних. Хоча власні обчислювальні блоки зонда мають високу продуктивність, кількість об'єктів, які можна обробити за один проміжок часу, обмежена. Яскравіші об'єкти автоматично отримують пріоритет, тому дані від слабших об'єктів втрачаються. Однак Gaia буде аналізувати ці регіони кілька разів з різними характеристиками, щоразу реєструючи більше нововідкритих об'єктів[79][80]. Для найбільш густонаселених районів існує обмеження в 1 050 000 об'єктів на квадратний градус[81].
Для таких дуже щільних областей існує інший тип оцінки, в якому дані з датчиків Skymapper зчитуються безпосередньо з оперативної пам'яті семи VPU і формують безперервні смуги, що містять всі об'єкти з області одного з двох телескопів, включаючи ті, що лежать поза межами магнітної величини. Ця форма обробки даних може працювати під час звичайного виявлення об'єкта, не впливаючи на нього. Ці дані схожі на фотографію і не містять жодних позицій, кольорів чи калібрувань. Ці дані із зоряних смуг мають аналізуватися за допомогою зовсім іншого процесу і поки що не враховані в Gaia DR3. Оброблені таким чином ділянки неба - Омега Центавра, Вікно Бааде, Стрілець I, Мала Магелланова Хмара, Велика Магелланова Хмара, Мессьє 22, Мессьє 4, 47 Тукана і NGC 4372. Картографам також вдалося зробити знімок телескопа Джеймс Вебб[82]. Перша оцінка цих зображень Омеги Центавра була опублікована в Gaia Focused Product Release (Gaia FPR) 10 жовтня 2023 року, в якій було зафіксовано 526 587 нових зір. Для цієї оцінки можлива лише загальна зоряна величина G із загальним калібруванням, використовуючи приблизне калібрування кольору на основі усереднених даних (псевдоколір).
Обмежена пропускна здатність лінії зв'язку
Gaia виробляє велику кількість даних, які повинні бути прийняті європейською 35-метровою антенною мережею ESTRACK. З усіх місій Gaia висуває найвищі вимоги до антенної мережі. Регіони з малою кількістю зір дають менше даних, а регіони з великою кількістю зір - більше. Щоденне використання планується заздалегідь, щоб оптимально використати необхідний час роботи антени.Хоча ЄКА розширило можливості отримання даних до 8,7 Мбіт/с, усіх трьох антен все ще недостатньо, коли потрібно проаналізувати регіони з особливо високою щільністю зір. Іноді, наприклад, коли поле зору близьке до галактичної площини, кількість даних навіть перевищує обсяг, який можуть прийняти всі три станції разом. Коли небо сканується кілька разів, інтелектуальна сітка даних вирішує, які з менш важливих даних видалити[83].
Чутливі до насичення датчики
Для об'єктів, яскравість яких перевищує 3, датчики більше не можуть видавати точні значення. Кількість цих дуже яскравих об'єктів порівняно невелика. Існують інші способи отримання необхідних даних для цих об'єктів, щоб остаточний зоряний каталог був повним і для цих об'єктів. ПЗС-матриці Skymapper менш чутливі, тому ці дані можна використовувати для аналізу яскравих об'єктів. Об'єкти зі зоряною величиною G ≤ 6 зазвичай мають вищу невизначеність вимірювань.
Пошкодження датчиків внаслідок випромінювання
Сенсори піддаються неминучому ушкодженню під впливом космічного випромінювання. Частинки, що потрапляють на сенсори, можуть спричинити незворотні пошкодження, які проявляються у вигляді пошкоджених пікселів або повного виходу з ладу окремих пікселів чи цілих рядів пікселів. Програмне забезпечення може розпізнавати дефектні пікселі і виключати їх з обробки даних. Є досить надлишкових даних, щоб підтримувати правильне функціонування протягом запланованого терміну служби зонда. Більшість частинок сонячного вітру можна утримати подалі від сонячного щита; решта частинок - це переважно високоенергетичні галактичні або позагалактичні частинки з інших напрямків. На початку місії сонячна активність і, відповідно, радіаційне навантаження були нижчими за середні, що мало позитивний ефект. В реальності проблема виявилася приблизно в 10 разів нижчою від прогнозованих значень.
Проблеми
Системи зонда функціонують, а якість наукових даних відповідає очікуванням. Однак були деякі незначні несправності та обмеження, звичайні для таких складних космічних місій.
| Проблема | Короткий опис | Джерела |
|---|---|---|
| Розсіяне світло | Сонячне світло потрапляло в оптику телескопа обхідними шляхами. Виявилося, що, з одного боку, арамідні волокна, оброблені в сонячному екрані, в деяких місцях виступають за край екрану і викликають розсіювання світла, а з іншого боку, світло також досягає апертур телескопа через дифракцію на краю сонячного екрану, внаслідок чого отримується подальше багаторазове віддзеркалення на поверхнях зонда. | [84] |
| Відкладення льоду | За даними детекторів зонду спостерігалося швидке «згасання» зір. Це явище виникало через осадження кристалів льоду на дзеркалах телескопа. Причиною забруднення, ймовірно, є волога, що потрапила з Землі в секцію теплопостачання космічного апарату, і волога, що затримується в армованих вуглецевим волокном компонентах, яка повільно виводиться назовні. Для усунення зледеніння дзеркала телескопу нагрівали 6 разів | [86] |
| Відхилення в кутах нахилу телескопа | Інтерферометр, встановлений на борту, показав періодичну зміну кута між двома телескопами приблизно в одну мілісекунду від самого початку роботи. Астрономи Gaia очікують, що цей ефект можна буде відкалібрувати і, таким чином, обчислити на основі вимірювань | [86] |
| Дефектна форсунка | Під час випробувань з'ясувалося, що один з клапанів сопла на хімічних двигунах не відкривається. Його було успішно замінено на резервний до самого кінця місії | [88] |
| Встановлення місцезнаходження | Маючи зоряну величину від 20 до 21.2, Gaia була більш ніж на дві зоряні величини слабшою, ніж зонди WMAP і Planck, через що було складно з належною точністю визначати місцезнаходження телескопу. Якщо спочатку планувалося використовувати 1-2-метрові телескопи, то зараз використовуються 2-3-метрові телескопи. | [86] |
| Несправність головної антени | Головна антена через температурні коливання вимикалася шість разів, що вплинуло на корисне навантаження і стабільність основного кута між двома телескопами. Причиною стала несправність одного з двох основних передавачів. На момент оприлюднення повідомлення антена працює. | [87] |
| Несправність накопичувача | Під час місії контролер сховища даних виходив з ладу чотири рази: 5 квітня 2015 року, 29 квітня 2015 року, 29 листопада та 12 серпня 2016 року. Щоразу сховище відновлювало роботу, але певна кількість наукових даних могла не зберегтися протягом цього часу | [87] |
| Зоряні датчики | 29 жовтня 2015 року регулятор положення автоматично переключився з зоряного датчика 1 на зоряний датчик 2. Того ж дня з'явилася можливість переключитися назад на перший зоряний датчик. Після аналізу було виявлено три зорі, які мали слабкі сусідні зорі, не зазначені в каталозі, що призводило до хибних спрацьовувань. 20 квітня 2017 року каталог зоряного датчика 1 було оновлено, а три проблемні об'єкти видалено | [87] |
Старт
Запуск телескопа було здійснено 19 грудня 2013 року з космодрома Куру у французькій Гвіані, за допомогою ракети-носія «Союз» із розгінним блоком «Фрегат». 8 січня 2014 року космічний апарат досягнув цільової орбіти поблизу другої точки Лагранжа. Після тестування обладнання та усіх систем космічного апарата у липні 2014 року почалась наукова частина місії.
Результати
На відміну від місії Hipparcos, немає особливих прав на дані. Усі результати місії будуть опубліковані в кілька етапів, і жодних обмежень на їх використання не буде. Усі опубліковані дані доступні в архіві Gaia в Інтернеті[91].
Ще до перших великих публікацій для певних об'єктів видавалися так звані наукові попередження, якщо для астрономів була особлива причина негайно спостерігати за певним об'єктом. Такими подіями є, наприклад, покриття, вибухнаднової зорі, відкриття навколоземних астероїдів тощо. З вересня 2014 року Gaia спостерігає наднові зорі в інших галактиках[92]. Перша карта густнини зір була опублікована в липні 2015 року[93].
На етапі планування місії передбачалися щорічні випуски, але цієї частоти дотриматися не вдалось. Початкові моделі передбачали, що Gaia спостерігатиме близько мільярда об’єктів зоряною величиною 20 і більше. Другий каталог Gaia вже значно перевищив прогнози[94]. Зі збільшенням кількості об’єктів вимоги до обчислень зростають непропорційно, обчислювальні моделі довелося змінити, а плани публікації виявилися надто оптимістичними, і їх довелося кілька разів переносити.
Індексація об'єктів
Об'єкти в каталогах Gaia мають унікальний ідентифікаційний номер (ID). Оскільки окремі релізи не залежать один від одного, ці ідентифікатори можуть змінюватися між окремими релізами. Унікальну специфікацію об'єктів можна отримати, лише вказавши разом з ідентифікатором реліз даних, який використовується (наприклад, Gaia DR2 2123836077760594432).
Gaia DR1
14 вересня 2016 року були опубліковані перші набори даних з Gaia DR1 за результатами 14 місяців спостережень. Результати DR1 такі: Визначені положення та зоряна величина в діапазоні G (два параметри) для 1,1 мільярда зір, 400 мільйонів з яких раніше не були занесені в каталоги[94]. Визначені положення, зоряна величина, паралакс, відстань і кутова швидкість для понад 2 мільйонів зір за допомогою астрометричного рішення Tycho-Gaia (TGAS, п’ять параметрів). Дані про положення з каталогу Hipparcos і каталогу Tycho 2 були включені та використані разом із положеннями з Gaia для розрахунку кутових швидкостей. Вивчені криві інтенсивності та специфічні властивості вибраних змінних зір, включаючи 2595 зір типу RR Ліри та 599 цефеїд. Визначені положення та зоряна величина для понад 2000 квазарів у підкаталозі GCRF1[95][96].
У Галактиці трикутника, розташованій на відстані 2,4 мільйона світлових років від нас, Gaia зафіксувала близько 40000 найяскравіших зір із приблизно 40 мільярдів зір, що є у цій галактики[97]. Перша публікація з 1,1 мільярда об’єктів вже на 10% перевищила очікування в 1 мільярд об'єктів, незважаючи на деякі недоліки у спостереженнях.
Початковий список джерел Gaia (IGSL)
Зрештою, Gaia має створити каталог, який базуватиметься виключно на її власних даних. Однак для того, щоб мати змогу віднести дані до об'єкта і порівняти записи з об'єктами з інших зоряних каталогів, початковий каталог 1 222 598 530 об'єктів під назвою The Initial Gaia Source List (IGSL) V. 3.0 було скомпоновано з кількох попередніх каталогів[98].
Попередні каталоги для калібрування зоряних величин не могли бути використані, оскільки більшість цих об'єктів є надто яскравими, щоб їх можна було виявити за допомогою Gaia. З цієї причини каталог IGSL містить "Gaia Spectrophotometric Standard Star Catalog" - список близько 200 зір для фотометричного калібрування.
Консорціум обробки та аналізу даних (DPAC)
Обробка масивів даних через наземні комп’ютерні системи була проблемною. На відміну від деяких інших місій, необроблені дані не можна використовувати без подальшої обробки. ЄКА разом з DPAC довелося розробити нове програмне забезпечення, що може ефективно обробляти, архівувати та готувати до використання на Землі отримані дані. DPAC — це спільнота астрономів, інженерів і спеціалістів з програмного забезпечення, організованих у дев’ять робочих груп, які називаються координаційними підрозділами (CU), що також відповідають за калібрування зонда.
Дані з антенної мережі спочатку збираються, обробляються та архівуються в Європейському центрі космічної астрономії (ESAC), потім стають доступними для наукової обробки DPAC. Центр DPAC із центральним об’єднанням усіх даних розташований у Віллафранка-дель-Кастільо в Іспанії та надається за підтримки ЄКА.
Обробка даних відбувається в кілька етапів з використанням різних процедур, розподілених між робочими групами. Деякі процедури виконуються з щоденним обсягом даних, деякі з тими, які охоплюють увесь сегмент даних протягом кількох місяців, інші ж - використовують дані з кількох сегментів даних. Частина процедур виконується рекурсивно.
Загалом космічний корабель створив понад один петабайт даних протягом номінальної тривалості місії в п’ять років, що еквівалентно ємності даних 1,5 мільйона CD-ROM або 200 000 DVD. Витрати на подальшу обробку даних DPAC покриваються державними коштами, а не ЄКА.
Розташування
Обробка даних здійснюється командою з приблизно 450 учених і розробників із власними центрами обробки даних в шести місцях у різних країнах: Віллафранці, Барселоні, Кембриджі, Женеві, Турині та CNES у Тулузі[99]. Центр обробки даних CNES у Тулузі зберігає повний набір даних Gaia як резервну копію в іншому місці. Додаткові групи вчених і розробників у різних місцях розробляють комп’ютерні методи, які можна використовувати для виконання завдань CU. Окремі локації мають власні фінансові ресурси та приймають власні рішення щодо виконання своїх завдань та щодо обладнання, яке вони використовують.
Робочі групи
Перша група, CU1, відповідає за розробку програмного забезпечення та стратегію обробки даних. Друга група, CU2, відповідає за симуляції, які були необхідні для тестування програмного забезпечення перед використанням і для практики його використання. CU1 і CU2 були активні на дуже ранніх етапах проєкту, тоді як решта CU змогли почати повноцінну роботу лише після запуску зонда та надходження перших даних.
Три блоки відповідають за подальшу обробку астрономічних даних від різних детекторів. CU3 забезпечує астрометричні дані, положення та напрямок руху об’єктів у небі. Для виконання цих завдань потрібна більшість обчислювальних потужностей. CU3 забезпечує шлях від отримання необроблених телеметричних даних до астрометричного рішення, а також перший погляд на матеріал і видає наукові сповіщення. CU5 фокусується на фотометричних даних. CU6 обробляє спектроскопічні дані та використовує їх для визначення радіальних швидкостей і складу.
Інші команди працюють над оцінкою отриманих даних. CU4 вивчає об’єкти Сонячної системи, подвійні зорі, екзопланети та позагалактичні об’єкти. Змінні зорі досліджує CU7. CU8 поділяє всі спостережувані об’єкти на певні класи.
CU9 відповідає за перевірку та підготовку даних до публікації, публікацію попередніх і остаточних каталогів, розробку програмного забезпечення та інтерфейсів для надання даних, а також обслуговування відповідних серверів. CU9 продовжуватиме працювати на невизначений термін після припинення діяльності Gaia, навіть після того, як дані будуть повністю оброблені, а всі інші групи припинять свою працю. У майбутньому CU9 продовжуватиме розробляти нові методи, за допомогою яких можна буде оцінити дані відповідно до нових або додаткових критеріїв[99].
Gaia в культурі
Про місію Gaia було знято повнокупольний фільм Journey to a Billion Suns[100]. Фільм, створений у співпраці ЄКА, був показаний у 70 планетаріях світу[101].
7 грудня 2017 року Deutsche Post випустила марку Gaia, що коштувала 0,45 євро[102][103].
Можлива наступна місія
Gaia NIR – це дослідження, опубліковане ESA у 2017 році для наступної місії Gaia з подібною технологією та коштами, але призначене для спостережень у ближньому інфрачервоному діапазоні[104]. Станом на квітень 2022 року розробка необхідних достатньо точних в інфоачервоному діапазоні приладів спостереження є серйозною проблемою[105]. Однак зазначається, що повторення вимірювань Gaia, наприклад, через 20 років, у поєднанні з оригінальними вимірюваннями значно підвищить точність вимірювання власного руху зір[105].
Інше
18 лютого 2022 року Gaia, використовуючи датчики Skymapper, сфотографувала космічний телескоп Джеймса Вебба з відстані 1,02 мільйона кілометрів, коли він досяг точки Лагранжа L2[106].
Примітки
- ↑
{{cite web}}: Порожнє посилання на джерело (довідка) - ↑ Gaia-FAQ auf den ESA-Webseiten, https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia/Frequently_Asked_Questions_about_Gaia
- ↑ [aanda.org The Gaia Mission] (PDF). Т. 595. 2016. с. 3. doi:10.1051/0004-6361/201629272.
- ↑ Іван Крячко, ред. (11 жовтня 2023). Новий набір даних від «Ґайя»: рідкісні лінзи, ядра зоряних скупчень і непередбачувана наука. Український астрономічний портал (за інформацією з сайту www.esa.int). Процитовано 13 жовтня 2023.
- ↑ https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/data-release-3
- ↑ а б ESA Gaia overview. ESA.
- ↑ Gaia spacecraft set for launch on mission to map a billion stars. Theguardian. 13 грудня 2013.
- ↑ Davis, Nicola (13 грудня 2013). Gaia spacecraft set for launch on mission to map a billion stars. the Guardian (англ.). Архів оригіналу за 12 червня 2019. Процитовано 6 травня 2018.
- ↑ [sci.esa.int Media kit for Gaia Data Release 1]. 2016-09. с. 9.
- ↑ а б Svitak, Amy (2 вересня 2013). Galaxy charter. Aviation Week & Space Technology. с. 30.
- ↑ Perryman, M.A.C; Pace, O. (August 2000). GAIA – Unraveling the Origin and Evolution of Our Galaxy (PDF). ESA Bulletin. 103.
- ↑ Bailer-Jones, C. A. L. та ін. (2013). The Gaia astrophysical parameters inference system (Apsis). Astronomy & Astrophysics. 559: A74. arXiv:1309.2157. Bibcode:2013A&A...559A..74B. doi:10.1051/0004-6361/201322344.
- ↑ Kordopatis, G.; Recio-Blanco, A.; De Laverny, P.; Bijaoui, A.; Hill, V.; Gilmore, G.; Wyse, R. F. G.; Ordenovic, C. (2011). Automatic stellar spectra parameterisation in the IR Ca ii triplet region. Astronomy & Astrophysics. 535: A106. arXiv:1109.6237. Bibcode:2011A&A...535A.106K. doi:10.1051/0004-6361/201117372.
- ↑ Casertano, S.; Lattanzi, M. G.; Sozzetti, A.; Spagna, A.; Jancart, S.; Morbidelli, R.; Pannunzio, R.; Pourbaix, D.; Queloz, D. (2008). Double-blind test program for astrometric planet detection with Gaia. Astronomy and Astrophysics. 482 (2): 699—729. arXiv:0802.0515. Bibcode:2008A&A...482..699C. doi:10.1051/0004-6361:20078997.
- ↑ GAIA – Exoplanets. European Space Agency. 27 червня 2013. Архів оригіналу за 29 September 2013.
- ↑ Mapping the galaxy, and watching our backyard. ESA. July 2004.
- ↑ Europe Launching Gigapixel Probe To Map Milky Way – TechCrunch. techcrunch.com (амер.). Архів оригіналу за 6 травня 2018. Процитовано 6 травня 2018.
- ↑ Для космического телескопа Gaia собрана самая большая CCD-матрица. 3DNews - Daily Digital Digest (рос.). Архів оригіналу за 6 травня 2018. Процитовано 6 травня 2018.
- ↑ Clark, Stephen (19 December 2013). Mission Status Center. Soyuz Launch Report. Spaceflight Now.
- ↑ Amos, Jonathan (19 December 2013). BBC News – Gaia 'billion star surveyor' lifts off. BBC.
- ↑ Gaia project team (24 April 2014). Commissioning update. esa.
- ↑ Big History | WorldCat.org. search.worldcat.org (англ.). Процитовано 21 травня 2024.
- ↑ ESA Science & Technology - Payload Module. sci.esa.int. European Space Agency. Процитовано 17 травня 2024.
- ↑ а б Jos de Bruijne, Juanma Fleitas, Alcione Mora (December 2017). Gaia Data Release 1. The Spacecraft (PDF). European Space Agency and Gaia Data Processing and Analysis Consortium.
- ↑ Alcione Mora (December 2017). Gaia Data Release 1. Basic angle variation determination (PDF). European Space Agency and Gaia Data Processing and Analysis Consortium.
- ↑ а б Gaia mirrors ready to shine. ESA Science & Technology. European Space Agency. September 2011. Процитовано 27 травня 2024.
- ↑ ESA Science & Technology - First Gaia mirrors completed. sci.esa.int. European Space Agency. January 2010.
- ↑ ESA Science & Technology - The complete Gaia CCD array (flight model). sci.esa.int. European Space Agency.
- ↑ Michael Davidson (December 2017). Gaia Data Release 1. CCD cosmetics (PDF). European Space Agency and Gaia Data Processing and Analysis Consortium.
- ↑ Jos de Bruijne, Juanma Fleitas, Alcione Mora (December 2017). Gaia Data Release 1. Astrometric instrument (PDF). European Space Agency and Gaia Data Processing and Analysis Consortium.
- ↑ Gaia overview. www.esa.int (англ.). European Space Agency. Процитовано 17 травня 2024.
- ↑ Astrometric Instrument - Gaia - Cosmos. www.cosmos.esa.int. European Space Agency. Процитовано 17 травня 2024.
- ↑ а б в г Gaia Mission Science Performance - Gaia - Cosmos. www.cosmos.esa.int. European Space Agency. Процитовано 17 травня 2024.
- ↑ а б в Jos de Bruijne (August 2009). Gaia - Taking the Galactic Census. Photometric Instrument. European Space Agency.
- ↑ а б David Katz (August 2009). Gaia - Taking the Galactic Census. Radial Velocity Spectrometer Instrument. European Space Agency.
- ↑ а б ESA Science & Technology - Gaia video processing unit test model delivered. sci.esa.int. February 2009.
- ↑ GAIA Astrometry Mission - eoPortal. www.eoportal.org. December 2013.
- ↑ ESA Science & Technology - Payload Module. sci.esa.int. European Space Agency.
- ↑ Prusti, T.; Bruijne, J. H. J. de; Brown, A. G. A.; Vallenari, A.; Babusiaux, C.; Bailer-Jones, C. a. L.; Bastian, U.; Biermann, M.; Evans, D. W. (1 листопада 2016). The Gaia mission. Astronomy & Astrophysics (англ.). Т. 595. с. A1. doi:10.1051/0004-6361/201629272. ISSN 0004-6361.
- ↑ Programms in Progress – Gaia (PDF). ESA Bulletin. Т. 162. European Space Agency. April 2015.
- ↑ Gonzalo Gracia, Asier Abreu, Neil Cheek, Cian Crowley, Claus Fabricius, Juanma Fleitas, Alex Hutton, Alcione Mora, Hassan Siddiqui (December 2017). Gaia Data Release 1. Spacecraft status (PDF). European Space Agency and Gaia Data Processing and Analysis Consortium.
- ↑ а б Bergin, Chris (19 грудня 2013). Soyuz ST-B successfully launches Gaia space observatory. NASASpaceFlight.com (амер.). Процитовано 14 травня 2024.
- ↑ ESA Science & Technology - Launch Vehicle. sci.esa.int. Процитовано 16 травня 2024.
- ↑ Frequently Asked Questions about Gaia. www.esa.int (англ.). Процитовано 18 травня 2024.
- ↑ Gaia factsheet. www.esa.int (англ.). Процитовано 14 травня 2024.
- ↑ Gaia launch (PDF) (фр.). Процитовано 14 травня 2024.
- ↑ 20131206 Gaia launch - Gaia - Cosmos. www.cosmos.esa.int. Процитовано 16 травня 2024.
- ↑ Gaia enters its operational orbit. www.esa.int (англ.). Процитовано 15 травня 2024.
- ↑ Redaktion, Raumfahrer net (8 січня 2014). Gaia hat Zielorbit erreicht. Raumfahrer.net (de-DE) . Процитовано 15 травня 2024.
- ↑ Daniel Scuka. The flight dynamics expertise behind Gaia’s critical manoeuvre – Gaia blog (амер.). Gaia Blog (ESA). Процитовано 15 травня 2024.
- ↑ Fran¸cois Mignard (25 серпень 2009). Wayback Machine (PDF). web.archive.org (англ.). Процитовано 15 травня 2024.
- ↑ Commissioning update – Gaia blog (амер.). ESA. 24 квітня 2014. Процитовано 16 травня 2024.
- ↑ Prusti, T.; Bruijne, J. H. J. de; Brown, A. G. A.; Vallenari, A.; Babusiaux, C.; Bailer-Jones, C. a. L.; Bastian, U.; Biermann, M.; Evans, D. W. (1 листопада 2016). The Gaia mission. Astronomy & Astrophysics (англ.). Т. 595. с. A1. doi:10.1051/0004-6361/201629272. ISSN 0004-6361. Процитовано 16 травня 2024.
- ↑ Preliminary analysis of stray light impact and strategies – Gaia blog (амер.). ESA. 16 червня 2014. Процитовано 16 травня 2024.
- ↑ 20140729 commissioning review - Gaia - Cosmos. www.cosmos.esa.int. ESA. 29 липня 2014. Процитовано 16 травня 2024.
- ↑ Gaia Data Release 1 (PDF). European Space Agency and Gaia Data Processing and Analysis Consortium (англ.). 17 лютого 2017. с. 78—87. Процитовано 15 травня 2024.
- ↑ Gaia Data Release 1 (PDF). European Space Agency and Gaia Data Processing and Analysis Consortium (англ.). 18 грудня 2017. с. 31. Процитовано 15 травня 2024.
- ↑ Mission Operations (ESOC) - Gaia - Cosmos. www.cosmos.esa.int. Процитовано 16 травня 2024.
- ↑ а б 3.2.2 Ground Based Optical Tracking (GBOT)‣ 3.2 Properties of the input data ‣ Chapter 3 Astrometry ‣ Part II Gaia data processing ‣ Gaia Data Release 2 Documentation release 1.2. gea.esac.esa.int. Процитовано 16 травня 2024.
- ↑ Science Operations (ESAC) - Gaia - Cosmos. www.cosmos.esa.int. Процитовано 16 травня 2024.
- ↑ Mission Gaia. ESA (англ.). Процитовано 16 травня 2024.
- ↑ Prusti, T.; Bruijne, J. H. J. de; Brown, A. G. A.; Vallenari, A.; Babusiaux, C.; Bailer-Jones, C. a. L.; Bastian, U.; Biermann, M.; Evans, D. W. (1 листопада 2016). The Gaia mission. Astronomy & Astrophysics (англ.). Т. 595. с. A1. doi:10.1051/0004-6361/201629272. ISSN 0004-6361. Процитовано 16 травня 2024.
- ↑ Scanning Law - Gaia - Cosmos. www.cosmos.esa.int. Процитовано 16 травня 2024.
- ↑ Proceedings of Gaia Follow-up Network for Solar System Objects Workshop held at IMCCE-Paris Observatory (PDF). Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides Observatoire de Paris (англ.). 29 листопада - 1 грудня 2010. Процитовано 17 травня 2024.
- ↑ а б ESA Science & Technology - Where is Gaia and why do we need to know?. sci.esa.int. Процитовано 17 травня 2024.
- ↑ Report Concerning Space Data System Standards DELTA-DOR - technical characteristacs and performance (PDF). INFORMATIONAL REPORT CCSDS 500.1-G-2 (англ.). листопад 2019. Процитовано 17 травня 2024.
- ↑ ESA Science & Technology - NASA's WMAP poses for ESA's Gaia. sci.esa.int. Процитовано 17 травня 2024.
- ↑ а б Gaia Data Release 1. 3.2.2 Ground Based Optical Tracking (GBOT) (PDF). European Space Agency and Gaia Data Processing and Analysis Consortium (англ.). 17 лютого 2017. с. 162-163. Процитовано 17 травня 2024.
- ↑ Gaia FUN SSO. gaiafunsso.imcce.fr. Процитовано 17 травня 2024.
- ↑ Gaia’s biggest operation since launch. www.esa.int (англ.). Процитовано 18 травня 2024.
- ↑ Lindegren, L.; Klioner, S. A.; Hernández, J.; Bombrun, A.; Ramos-Lerate, M.; Steidelmüller, H.; Bastian, U.; Biermann, M.; Torres, A. de (1 травня 2021). Gaia Early Data Release 3 - The astrometric solution. Astronomy & Astrophysics (англ.). Т. 649. с. A2. doi:10.1051/0004-6361/202039709. ISSN 0004-6361. Процитовано 19 травня 2024.
- ↑ Whitehead Eclipse Avoidance Manoeuvre marks Gaia’s start of mission extension. cosmos.esa.int (англ.). ESOC. 17 липня 2019. Процитовано 20 травня 2024.
- ↑ Gaia Mission Status Numbers (англ.). ESA. Процитовано 20 травня 2024.
- ↑ ESA Science & Technology - Green light for continued operations of ESA science missions. sci.esa.int. Процитовано 18 травня 2024.
- ↑ ESA Science & Technology - Extended life for ESA's science missions. sci.esa.int. 14 листопада 2018. Процитовано 18 травня 2024.
- ↑ ESA Science & Technology - Extended operations confirmed for science missions. sci.esa.int. 13 жовтня 2020. Процитовано 18 травня 2024.
- ↑ ESA Science & Technology - Extended life for ESA's science missions. sci.esa.int. 7 березня 2023. Процитовано 18 травня 2024.
- ↑ Prusti, T.; Bruijne, J. H. J. de; Brown, A. G. A.; Vallenari, A.; Babusiaux, C.; Bailer-Jones, C. a. L.; Bastian, U.; Biermann, M.; Evans, D. W. (1 листопада 2016). The Gaia mission. Astronomy & Astrophysics (англ.). Т. 595. с. 18. doi:10.1051/0004-6361/201629272. ISSN 0004-6361. Процитовано 18 травня 2024.
- ↑ ESA Science & Technology - Gaia's snapshot of another galaxy (англ.). 1 вересня 2019.
- ↑ J. H. J. de Bruijne, M. Allen, S. Azaz, A. Krone-Martins, T. Prod’homme, D. Hestroffer: Detecting stars, galaxies, and asteroids with Gaia. In: Astronomy & Astrophysics. 576, Nr. A74 (DOI:10.1051/0004-6361/201424018) (aanda.org).
- ↑ Gaia Collaboration, T. Prusti et al.: The Gaia Mission. In: Astronomy & Astrophysics. 595, Nr. A1, S. 11 (DOI:10.1051/0004-6361/201629272) (aanda.org).
- ↑ ESA-Raumsonde fotografiert James Webb Telescop (нім.). 17 бернзня 2022.
- ↑ The Gaia Mission (PDF). aanda.org (англ.). doi:10.1051/0004-6361/201629272.
- ↑ Die Gaia-Mission der ESA: Den Himmelsvermesser Gaia plagen kleine Pannen. www.spektrum.de (нім.). Процитовано 15 травня 2024.
- ↑ Mora, A.; Biermann, M.; Bombrun, A.; Boyadjian, J.; Chassat, F.; Corberand, P.; Davidson, M.; Doyle, D.; Escolar, D. (1 серпня 2016). MacEwen, Howard A. (ред.). Gaia: focus, straylight and basic angle. с. 99042D. doi:10.1117/12.2230763. Процитовано 15 травня 2024.
- ↑ а б в г 20140729 commissioning review - Gaia - Cosmos. www.cosmos.esa.int. Процитовано 15 травня 2024.
- ↑ а б в г Gaia Early Data Release 3 Documentation release 1.0 (PDF) (англ.). Процитовано 15 травня 2024.
- ↑ Gaia Collaboration, T. Prusti et al.: The Gaia Mission. In: Astronomy & Astrophysics. 595, Nr. A1, S. 15 (DOI:10.1051/0004-6361/201629272) (aanda.org).
- ↑ Martin Altmann et al.: GBOT – Ground Based Optical Tracking of the Gaia satellite. In: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation. S. 6 (http://gbot.obspm.fr/gbotpipeline/spie9149-25.pdf).
- ↑ ESA Science & Technology - Gaia status update: safe mode and recovery. sci.esa.int. Процитовано 15 травня 2024.
- ↑ http://archives.esac.esa.int/gaia.
{{cite web}}: Пропущений або порожній|title=(довідка); Проігноровано невідомий параметр|abruf=(можливо,|access-date=?) (довідка); Проігноровано невідомий параметр|hrsg=(можливо,|publisher=?) (довідка); Проігноровано невідомий параметр|titel=(можливо,|title=?) (довідка) - ↑ http://sci.esa.int/gaia/54630-gaia-discovers-its-first-supernova/.
{{cite web}}: Пропущений або порожній|title=(довідка); Проігноровано невідомий параметр|abruf=(можливо,|access-date=?) (довідка); Проігноровано невідомий параметр|hrsg=(можливо,|publisher=?) (довідка); Проігноровано невідомий параметр|titel=(можливо,|title=?) (довідка) - ↑ http://sci.esa.int/gaia/56125-counting-stars-with-gaia/.
{{cite web}}: Пропущений або порожній|title=(довідка); Проігноровано невідомий параметр|abruf=(можливо,|access-date=?) (довідка); Проігноровано невідомий параметр|hrsg=(можливо,|publisher=?) (довідка); Проігноровано невідомий параметр|titel=(можливо,|title=?) (довідка); Проігноровано невідомий параметр|werk=(можливо,|work=?) (довідка) - ↑ а б Castelvecchi, Davide (1 вересня 2016). Detailed map shows Milky Way is bigger than we thought. Nature (англ.). Т. 537, № 7621. с. 459—459. doi:10.1038/nature.2016.20591. ISSN 1476-4687. Процитовано 23 травня 2024.
- ↑ Gaia DR1 info - Gaia - Cosmos. www.cosmos.esa.int (брит.). Процитовано 23 травня 2024.
- ↑ Gaia Collaboration: Gaia Data Release 1; Summary of the astrometric, photometric, and survey properties. In: Astronomy & Astrophysics. 595, Nr. A2 (DOI:10.1051/0004-6361/201629512) (aanda.org).
- ↑ ESA Science & Technology - An extragalactic star-forming region. sci.esa.int. Процитовано 23 травня 2024.
- ↑ R. L. Smart: The Initial Gaia Source List and the Attitude Star Catalog GAIA-C3-TN-OATO-RLS-004-02. (dms.cosmos.esa.int).
- ↑ а б The DPAC Consortium. https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dpac (англ.). Процитовано 13 серпня 2017.
- ↑ Journey to a Billion Suns (англ.).
- ↑ Journey to a Billion Suns has been shown at these places world-wide. planetariumshow.eu (англ.). Процитовано 23 листопада 2016.
- ↑ Gaia, Briefmarke zu 0,45 € (нім.). Deutsche Post AG. Процитовано 12 грудня 2018.
- ↑ Release of a German Gaia stamp (англ.). ESA. 8 грудня 2017. Процитовано 12 грудня 2018.
- ↑ Gaia NIR Study to Enlarge the Achievements of Gaia with NIR Survey (PDF) (англ.). ESA. Жовтень 2017.
- ↑ а б The Mission Summary (англ.). 28 квітня 2022. Процитовано 30 листопада 2023.
- ↑ ESA - Gaia snaps photo of Webb at L2 (англ.).
Посилання
- Сторінка Гайї на сайті ЄКА [Архівовано 3 червня 2020 у Wayback Machine.]
- http://www.4glaza.ru/G-project/2012/05/24/gori-gori-moya-zvezda-kto-ty-est-ugadayu-ya-eshhe-odin-shag-k-sozdaniyu-trexmernoj-karty-mlechnogo-puti/ [Архівовано 22 вересня 2013 у Wayback Machine.]
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
