Astronautika: misije

Pre četvrt stoleća jedan Šveđanin je predložio misiju za optičko merenje položaja i udaljenosti zvezda. ESA je prihvatila izazov i 2006. počela da pravi hardver nazvavši ga skraćeno 'Gaia'– Global Astrometric Interferometer for Astophysics. U međuvremenu koncept je promenjen ali je ime ostalo. Cena misije se na kraju popela na $1 milijardu, iako je kasnila 2 godine i prevršila budžet za 16%, uglavnom zbog problema sa poliranjem i testiranjem 10 ogledala. Danas je misija pri samom kraju planiranog radnog veka, a da li će biti produžena za još 4 godine ostaje da se vidi... Do sadašnji rezultat: dva neviđena kataloga sa preko milijardu zvezda!

g1
Astroonomska opservatorija 'Gaia'.

Evropska kosmička agencija je 19. decembra 2013. lansirala kosmičku opservatoriju 'Gaia', u to vreme jednu od najambicioznijih naučnih projekata u svetu. Bio je to galaktički istraživač koji je rešio da prouči tričavih milijardu zvezda u Kumovoj slami, kosmički arheolog koji će rekonstruisati istoriju same Galaksije. Ukratko, mašina čija će otkrića uneti revoluciju u astronomiji u narednim decenijama. 'Gaiu' je u orbitu ponela ruska raketa 'Sojuz ST-B'/'Fregat-MT' lansirana sa rampe kompleksa ELS(Ensemble de Lancement Soyouz) u Sinnamary u Francuskoj Gijani. Bila je to misija VS06(Vol Soyouz 06) kompanije 'Arianespace'.

Glavni cilj opservatorije je bio da koristeći paralaksu određuje boju, udaljenost i brzinu astronomskih objekata u Kumovoj slami, i tako stvori trodimenzionalnu kartu Galaksije sa do tada neviđenom tačnošću. Ona meri pozicije zvezda na nebu sa neverovatnom preciznošću, a zahvaljujući kretanju Zemlje oko Sunca moguće je preko paralakse odrediti njihove udaljenosti. 'Gaia' je do sada posmatrala preko milijardu zvezda – ~1% svih zvezda u Galaksiti (!) – vizuelne magnitude do 20-22 sa preciznošću od 20 mikrolučnih sekundi(µas).

Prema projektu, od 'Gaie' se očekuje da će izmeriti udaljenost oko 20 miliona zvezda sa preciznošću od 1% ili bolje, i oko 200 miliona sa preciznošću boljom od 10%. Istom preciznošću bi trebalo da bude određen i centar naše galaksije, udaljen oko 30.000 sv. godina. Takođe, očekuje se da bude otkriveno 200.00 novih belih patuljaka i 50.000 novih braon patuljaka, kao i makar 500.000 kvazara! Uz to, zadatak 'Gaie' je da u krugi od 200 parseka (650 sv. godina) otkrije najmanje 10.000-20.000 egzoplaneta!

Takođe, opservatorija bi trebala da meri i tangecijalne brzine oko 40 miliona zvezda sa preciznošću većom od 0,5 km/sec.

Interesantno je da je zadatak 'Gaie' da istraži i naš komšiluk. Recimo, sada znamo orbite za samo 500.000 asteroida – od 'Gaie' se očekuje da taj broj digne na 105-106! Orbite postojećih asteroida biće oko 30 puta preciznije izračunate, s tim što će biti utvrđeno najmanje 1600 asteroida prečnika većeg od 1 km koji seku Zemljinu orbitu (trenutno se zna stotinjak)

Uprkos imenu, 'Gaia' zapravo za određivanje položaja zvezda ne koristi interferometriju. U vreme konstruisanja letilice, interferometrija se činila kao najbolji način za postizanje najbolje rezolucije, ali je kasnije odlučeno da se upotrebi imidžing teleskop. Slično kao i njegova prethodnica 'Hipparcos'[1](ali sa 100 puta većom preciznošću), 'Gaia' poseduje dva teleskopa sa fiksnim uglom između njih od 106,5°. Letilica konstantno rotira oko ose upravne na vidna polja dva teleskopa 4 puta dnevno. Osa rotacije poseduje i blagu precesiju, održavajući isti ugao prema Suncu. Primarno ogledalo svakog teleskopa ima dimenzije 1,45×0,5 metara (žižina daljina 35 m!), a površina fokusne ravnina koju se svetlost oba teleskopa projektuje ima dimenzije 1,0×0,5 metara, i tu se nalazi 106 detektora CCDsa 4500×1966 piksela svaki, u totalu 937,8 megapiksela.

Tokom 5-godišnje misije, svaki nebeski objekat će u proseku biti posmatran oko 70 puta, što je pomoglo u pravljenju neverovatno precizne mape neba. Zbog fizičkih ograničenja rakete 'Sojuz', 'Gaia' nema optimalni štit od zračenja, pa Esini inženjeri očekuju da pred kraj misije – a to je sada – performanse uređaja počnu da opadaju.

Da bi se na kraju dobio katalog nebeskih objekata sa očekivanim rezultatima, biće potrebno uzeti u obzir svojstva svetlosti, degradaciju optike i uglove nestabilnosti. Najprecizniji rezultati za paralaksu, položaj i kretanje očekuje se od sjajnijih zvezda, onih magnitude 3-12. Standardna očekivana devijacija za te zvezde iznosi 6,7 mikrolučnih sekundi. 

'Gaia' nosi tri glavna instrumenta:

  • Astrometrijski instrument Astrosluži za određivanje položaja zvezda magnituda od 5,7 do 20 merenjem ugaonog položaja. Kombinovanjem merenja svake zvezde tokom 5 godina trajanja misije omogućiće određivanje njihove paralakse, pa tako i udaljenosti i kretanja preko neba.
  • Fotometrijski instrument BP/RPmeri sjaj zvezda magnitude do 20. Plavi i crveni fotometri (BP/RP) mere svojstva zvezda kao što su temperatura, masa, starost i sastav.
  • Spektrometar radijalne brzine (RVS) se koristi za određivanje brzine nebeskih objekata duž linije pogleda putem spektra velike rezolucije (Doplerov pomak apsorbcionih linija). Radijalna brzina se meri sa preciznošću između 1 km/s i 30 km/s. 

Da bi održao preciznost fokusa na zvezdama udaljenim mnogo svetlosnih godina, letilica nema pokretnih delova. Podsistemi letilice su postavljeni na silicijum-karbidni ram otporan na uticaje toplote. Kontrola položaja se održava malim trasterima koji mogu da ispuštaju 1,5 μg hladnog azota u sekundi. Azota je na početku bilo 60 kg.

g2
Optički sistem 'Gaie'
, sa različitim setovima ogledala postavljenim u silicijum-karbini torus. CCD kamera je postavljena gore. Optički sistem 'Gaie' ima 10 ogledala i sočiva. M1, M2 i M3 su ogledala prvog teleskopa; M'1, M'2 i M'3 su ogledala drugog teleskopa.

g3
Jedno od dva primarna ogledala.

g4
Silicijum-karbidni torus kao nosač optike.

g5
106 CCDsenzora 'Gaine' kamere sa milijardu piksela. To je najveća digitalna kamera ikad lansirana u kosmos.

g6
Fokusna ravan 'Gaie' sa 106 CCD-a podeljena na 3 instrumenta. 14 CCD je odgovorno za pravljenje mape neba, dok se 63 koristi za astrometrijska merenja. Sledećih 14 se koristi za utvrđivanje boja zvezda, a preostali za merenje brzina zvezda.

g7
Poređenje veličina primarnih ogledala poznatih optičkih teleskopa ('Gaia' je dole levo). Tačkaste linije označavaju ogledalo adekvatne površine prikupljanja svetlosti. U donjem redu su teniski i košarkaški tereni radi poređenja. (Veća slika.)

'Gaia' je lansirana pomoću rakete 'Sojuz ST-B'u decembru 2013. Satelit se 43 sekunde posle lansiranja odvojio od Lavočkinovog dodatnog stepena 'Fregat-MT'(S5.92), i krenuo ka Lagranžovoj tački L2sistema Sunce-Zemlja (SEL2) udaljenoj ~1.500.000 km od Zemlje; tamo je stigao 20 dana kasnije. Tačka L2pruža letilici vrlo stabilno gravitaciono i termalno okruženje. Da bi izbegla blokadu Sunca Zemljom koristi se Lissajousova orbita, čime se obezbeđuje stalno napajanje solarnih panela energijom i ne narušava termička ravnoteža. Nakon lansiranja, otvoren je suncobran prečnika 10 metara. On je uvek okrenut ka Suncu i tako čuva sve komponente teleskopa na niskoj temperaturi i pokreće 'Gaiu' posredstvom solarnih ćelija koje se nalaze na površini.

Faza testiranja i kalibriranja, koja je započeta dok je 'Gaia' bila na putu ka SEL2, trajala je sve do kraja 2014. Nakon još 6 meseci (problem sa nepravilnom svetlošću u detektoru), satelit je 25. jula 2014. započeo naučne operacije koristeći specijalni skenirajući režim koji je intenzivno snimao regije u blizini polova ekliptike; od 21. avgusta iste godine 'Gaia' je počela da radi u normalnom skenirajućem režimu pokrivajući ostatak neba.

Mada je u originalu bilo planirano da 'Gaia' posmatra zvezde slabije magnitude od 5,7[2], testovi sprovedeni tokom pripremne faze su pokazali da 'Gaia' može da autonomno identifikuje zvezde magnitude 3. Kada je 'Gaia' u julu 2014. ušla u regularni režim rada, konfigirisana je da obrađuje zvezde magnitudskog raspona 3-20. Van tih granica, koriste se specijalne procedure za skeniranje podataka za preostalih 230 zvezda sjajnijih od magnizude 3.

12. septembra 2014. 'Gaia' je otkrila prvu supernovu u drugoj galaksiiji. 3. jula 2015. objavljena je karta gustine zvezda u Mlečnom putu bazirana na otkrićima 'Gaie'. Do avgusta 2015, obrađeno je preko 50 milijardi tranzita preko fokusne ravni, 110 milijardi fotometrijska osmatranja i 9,4 milijarde spektroskopskih osmatranja...

Prvi katalog, 'Gaia DR1', koji je obuhvatao 14-mesečna osmatranja, objavljen je u septembru 2016. i uključivao je položaje i magnitude za 1.142.679.769 zvezda (to je oko 0,5% čitave populacije zvezda) koristeći jedino svoje podatke, karakteristike oko 3000 promenljivih zvezda i položaje i magnituda preko 2000 vangalaktičkih izvora...

Drugi katalog (DR2) pojavio se 25. aprila 2018, i bazira se na 22-mesečnim opservacijama obavljenim do 2016. U njemu se nalaze pozicije, paralakse i pravci kretanja za oko 1,3 milijarde zvezda i pozicije još 300 miliona zvezda, crveni i plavi fotometrijski podaci za oko 1,1 milijardu zvezda i jednobojnu fotometriju za još 400 miliona zvezda, i radijalnu brzinu za oko 7 miliona zvezda magnitude od 4 do 13. u katalogu se nalaze i dodatni podaci za preko 14.000 objekata solarnog sistema. Koordinate u DR2 koriste 'Gain' nebeski referentni sistem (Gaia-CRF2), koji je bazira na posmatranjima 492.006 kvazara, koji su deo Međunarodnog neneskog referentnog sistema. Konačni katalog će biti objavljen 2022. i obuhvataće oko 12% zapremine galaksije

g8
Ovo nije slika, već prikaz preko milijardu tačaka koje su unešene u katalog DR1 sa galaktičkim koordinatama. (Veća slika.)


Na osnovu podataka, moguće je prikazati evoluciju sazvežđa Orion u sledećih 450.000 godina. https://youtu.be/MK6v9G06Ks8


Evolucija nebesa u sledećih 5 miliona godina. Prikaz oko 2 miliona zvezda. https://youtu.be/87lgSRVUSxM

g9
Ova mapa prikazuje podatke o našoj galaksiji. Boje prikazuju gustinu zvezda koje su u katalogu (obuhvaćena je skoro svaka zvezda u blizini našeg Sunca). Niko nije očekivao da postoji rupa u međuzvezdanom medijumu (prašina, gas i čestice) u pravcu galaktičkog centra, tako da možemo da kroz nju vidimo mnoge zvezde (zato je centar takve boje).(Veća slika.)

g10
Pogled sa strane koji je simulirao superkompjuter MareNostrum. Kao što se vidi, 'Gaia' će kartografisati čitavu debljinu diska u našem regionu galaksije.


Prema rezultatima 'Gaie', zvezda Gliese 710će za 1,35 miliona godina proleteti na samo 0,21 svetlosnu godinu (13.365 AJ) od Sunca! To znači da će zvezda probušiti Ortov oblak i izazvati pljusak kometa – makar 10 svake godine! Kada nam bude najbliža, to će biti najsjajnija zvezda na nebu! ESA je izračunala da će u budućnosti pored nas proleteti najmanje još 16 zvezda! Ako te zvezde imaju planete, eto nama belaja! Jedva čekam da vidim rezultate... https://youtu.be/zpagMLf2yOg


14.099
asteroida (do sada) iz 'Gainog' drugog kataloga DR2.https://youtu.be/Fv8iq6jIfdE


https://youtu.be/bbfb8VhH7L0

'Gaia' je satelit težine 2030 kg (sa 400 kg goriva), koji je konzorcijum EADS Astriumnapravio za Esu. Sastoji se od dve sekcije, od teretnog modula teškog 710 kg i servisnog modula od 920 kg. Teretni modul sadrži teleskope i tri instrumenta integrisana u kamere. Optički sistem se nalazi u karbidnom toroidnom ramu, neobično čvrstom i stabilnom. Servisni modul poseduje avioniku, pogonski sistem i solarne panele. 'Gaia' ima visinu od 4,4 metra i prečnik 3,8 metara, a veliki suncibran održava temperaturu teleskopa na -110°C. Solarni paneli proizvode struju jačine oko 2300 W. 

g11
Elementi 'Gaie'. 

'Gaia' komunicira sa Zemljom u proseku osam puta svakog dana koristeći Esine stanice Cebreros(Španija) i New Norcia(Australija). Do sada je stiglo oko 200.000 DVD-ja informacija, pa nije ni čudo što je prikupljanje, čuvanje i obrada podataka jedna od najvažnijih delova misije.


https://youtu.be/agd35PvQw5g

g13
'Gaia' tokom montaže.

g14
Testiranje otvaranja suncobrana.

g15
Satelitski suncobran ima prečnik 10 metara!

g16
Lansiranje!


https://youtu.be/WKh4552E3co

g17
Faze lansiranja ruske rakete.

 

[1]Takođe evropska misija, koja je napravila katalog Tycho-2, koji sadrži 2.539.913zvezda, njenih paralaksi (i udaljenosti), koordinata i pravaca kretanja… kompletisrajući 99% svih zvezda veće magnitude od 11 (gledano sa Zemlje).

[2]Metod star 2,5 milenijuma za određivanje sjaja zvezda gledano sa Zemlje. Postoji logaritamska skala sjaja, u kojoj je razlika između dva broja oko , ili oko 2,512. Sunce ima magnitudu -26,7, Mesec -12,74, najsjajnija zvezda na našem nebu, Sirijus -1 itd. Kako broj raste, tako je zvezda tamnija; najsitnija zvezda koju vidimo ima magnitudu oko 6,5 i njih na nebu ima oko 9500.

Gaia misija – nova RCB zvezda detektovana u Malom Magelanovom oblaku
Lansirana Geja
Najvažniji događaji u kosmonautici 2013.

Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Komentari   
dragovic
0 #2 dragovic 05-09-2018 23:25
Jel da? Strašna misija a o njoj se nigde ne govori ništa. Šteta što se pare ne daju za takve misije a ne za THAD-ove I sličnu buraniju.
BojanB
+1 #1 BojanB 05-09-2018 16:07
Grandiozno, prelepo.. nemam tako velike reči.
Dodaj komentar