Start: 19. Dezember 2013
Der Wissenschaftssatellit Gaia, benannt nach der Erdgöttin aus der griechischen Mythologie, erforscht unsere kosmische Nachbarschaft, unsere "Heimatgalaxie". Die Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA soll von möglichst vielen Sternen unserer Galaxis einen möglichst umfangreichen Satz von Kenngrößen sammeln. Die Wissenschaftler streben die Vermessung von etwa einem Prozent unserer Milchstraße, also von rund einer Milliarde Sternen, an.
Der Satellit wird Positionen, Entfernungen, Eigenbewegungen, Helligkeit, Farben und Temperaturen messen. Zu mehr als 100 Millionen Sternen wird Gaia zudem Radialgeschwindigkeiten, also die Sternbewegung auf den Beobachter zu oder von ihm weg, und Sternspektren - die Aufspaltung der beobachteten Strahlung - ermitteln. Der Satellit wurde am 19. Dezember 2013 mit einer Sojus-Rakete vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana gestartet und soll fünf Jahre lang Daten aufzeichnen.
Gaia teilt sich in ein Nutzlast- und ein Servicemodul auf. Das Nutzlastmodul besteht aus zwei Teleskopen und drei Instrumenten. Das Servicemodul enthält das Antriebssystem und die Kommunikationssysteme.
Gaia hat bereits jetzt die Vorläufermission HIPPARCOS (HIgh Precision PARallax COllecting Satellite) bei weitem übertroffen. HIPPARCOS vermaß in den Jahren 1989 bis 1993 rund einhunderttausend Sterne mit hoher Präzision und etwa 2,5 Millionen Sterne mit geringerer Genauigkeit. Durch die ambitionierten Genauigkeitsanforderungen wird die Astrometrie als älteste Teildisziplin der Astronomie endgültig auch zu einem Instrument der Gewinnung physikalischer Informationen über die Himmelskörper.
Wissenschaftliche Ziele
Für die helleren etwa 50 Millionen Sterne wird eine Positionsgenauigkeit von etwa sieben Milliardstel Grad erreicht. Diese Messgenauigkeit ist etwa 50-fach höher als die genauesten HIPPARCOS-Messungen an hellen Sternen. Sie entspricht dem Durchmesser einer 1-Euro-Münze in der Entfernung des Mondes.
Zur Auswertung der Daten werden derzeit multidimensionale stellarstatistische Methoden entwickelt, um Informationen über die Struktur und Entwicklung unserer Galaxis zusammenzustellen und für Modellrechnungen aufzubereiten. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Erstellung dreidimensionaler Modelle der Milchstraße und ihrer näheren Umgebung. Hierbei interessieren sich die Astronomen insbesondere für die räumliche sowie die Geschwindigkeitsverteilung der Sterne in den Spiralarmen unserer Galaxis und im galaktischen Halo, einer sphärischen Ansammlung von Kugelsternhaufen, alten Sternen und dünnem Gas. Es wird erwartet, dass die umfangreiche Datenmenge von Gaia Antworten zu zahlreichen Fragen liefert, zum Beispiel:
Darüber hinaus erwarten die Wissenschaftler, dass die etwa zehnmal die gesamte Himmelskugel abtastende Durchmusterung von Gaia mit rund 800 Einzelmessungen für jedes Objekt während der geplanten fünfjährigen Missionsdauer zu einer Vielzahl weiterer Entdeckungen führen werden:
Das umfangreiche Datenmaterial von Gaia wird sich auf alle wichtigen Bereiche der astronomischen Forschung auswirken. So ermöglicht die sehr hohe Messgenauigkeit beispielsweise experimentelle Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie. Ab 2014 werden erste Zwischenergebnisse der Mission verfügbar sein. Die endgültigen Ergebnisse werden allerdings erst im Jahre 2021 erwartet.
Wissenschaftliche Nutzlast
Die beiden Teleskope des Gaia-Observatoriums besitzen jeweils einen rechteckig geformten Hauptspiegel von 1,45 x 0,45 Metern Größe sowie einen Sekundär- und einen Tertiärspiegel zur Abbildung. Die Gesichtsfelder der Teleskope liegen 106,5 Grad auseinander. An Bord befinden sich drei Hauptinstrumente, welche über die beiden Teleskope simultan Objekte in zwei unterschiedlichen Beobachtungsrichtungen betrachten können. Auf diese Weise lassen sich äußerst genaue relative Positionsabstände messen.
In der gemeinsamen Brennebene der Teleskope befinden sich insgesamt 106 CCD-Detektoren, die sich zu einer 930 Megapixel-Kamera mit einer physikalischen Fläche von 42 x 93 Quadratzentimetern zusammensetzen. Bei den CCDs (Charge-coupled Device) handelt es sich um lichtempfindliche Detektor-Chips. Das Detektorfeld gliedert sich in drei Hauptinstrumente: Einen astrometrischen, photometrischen und spektroskopischen Bereich.
Zum astrometrischen Instrument gehört ein CCD-Feld zur Aufnahme von ungefiltertem Licht für die Astrometrie, der hochgenauen Messung von Sternpositionen und Sternbewegungen. Das photometrische Instrument misst Helligkeiten, Farben und Temperaturen der Sterne über einen weiten Wellenlängenbereich.
Das spektroskopische Instrument, das Radialgeschwindigkeits-Spektrometer liefert für die helleren Sterne hoch aufgelöste Spektren.
Außerdem befinden sich auf dem Detektorfeld noch ein Wellenfrontsensor sowie ein Basiswinkel-Monitor zur ständigen Kontrolle des Winkels zwischen den beiden Teleskopen.
Deutsche Beträge zu Gaia
Das DLR hat sich im Rahmen der Mission zur Übernahme der folgenden Aufgaben verpflichtet:
Die deutschen Beiträge werden durch das DLR Raumfahrtmanagement im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) finanziert und durch das Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH), die Technische Universität Dresden, das Astrophysikalische Institut Potsdam (AIP) und das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg realisiert. Die Institute erbringen ihre Beiträge im Rahmen des DPAC (Data Processing and Analysis Consortium), das europaweit mehr als 380 Mitarbeiter umfasst.
Als Hauptauftragnehmer für die Gaia-Mission wurde EADS Astrium ausgewählt. Die Finanzierung des Satelliten, der Sojus-Fregat-Trägerrakete, der wissenschaftlichen Instrumentierung und des operationellen Betriebs liegt in der Verantwortung der Europäischen Weltraumorganisation ESA.
Die wissenschaftliche Datenauswertung und die Erstellung der erforderlichen Rechenverfahren zur Feinjustierung der Geräte und Interpolation der Daten werden von den ESA-Mitgliedsstaaten mit zusätzlichen 120 Millionen Euro finanziert.
Kenndaten der Gaia-Mission
Lissajous-Bahn um den zweiten Lagrange-Punkt (L2), 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt
Kenndaten der Raumsonde
Nutzlastzylinder: 3 x 2 Meter Service-Modul: 3 x 1 Meter Spannweite des Solar-Arrays: 11 Meter
bei Sternen bis zur 15. Größenklasse circa 20 Mikrobogensekunden, bei Sternen bis zur 20. Größenklasse circa 0,3 Millibogensekunden