Družice Gaia se chystá na start

Petr Kubala  |  Vesmír

Jeden z největších evropských vesmírných projektů zmapuje miliardu hvězd v Galaxii.

Jako by to bylo včera, kdy se po stole většiny astronomů válely CD se spoustou pro laika nesrozumitelných tabulek. Vědci doslova hltali data z družice Hipparcos, která pracovala mezi léty 1989 a 1993. Bohužel krátce po vynesení na oběžnou dráhu se nezažehl motor a Hipparcos se na geostacionární dráhu nedostal. Na druhou stranu nebyly naplněny ani nejčernější obavy a družici se podařilo trochu povytáhnout díky korekčním motorům.

Nakonec byly postupně vydány dva katalogy: Hipparcos s údaji o 120 tisících hvězdách a Tycho s méně přesnými údaji o milionu a ve druhém vydání dokonce o 2,5 milionech hvězd. Přestože se později ukázalo, že údaje z družice Hipparcos nejsou zcela přesné a je potřeba je revidovat, jednalo se o značný průlom. Došlo k podstatnému zlepšení našich znalostí zejména o vzdálenostech hvězd.

Dříve byla známa vzdálenost jen stovky hvězd s přesností větší než 5%, díky družici Hipparcos to bylo 7 000 hvězd. S přesností lepší než 10% jsme nově znali vzdálenosti 20 000 hvězd a obecně se dá říci, že máme slušné povědomí o hvězdách do vzdálenosti 500 světelných let. Samozřejmě pouze o těch, které byly objeveny. Červení nebo hnědí trpaslíci se vzhledem ke své zářivosti hledají dost špatně.

Gaia přichází

Nová družice Gaia má do značné míry navázat na práci svého předchůdce. Projekt se začal plánovat jen pár let po zveřejnění katalogů Hipparcos a Tycho a to zejména zásluhou Lennarta Lindegrena (Lund University, Švédsko) a Michaela Perrymana (ESA).

Start

Pokud půjde vše dobře, odstartuje Gaia na svou misi 19. prosince v 10:12 našeho času a to stejně jako Hipparcos z evropského kosmodromu Kourou. Jiný bude jen nosič. Hipparcos vynesla raketa Ariane, zatímco Gaia bude na vrcholku rakety Sojuz, kterou Evropská kosmická agentura už nějaký ten pátek kupuje od Rusů. Cílem je librační centrum L2 vzdálené 1,5 milionů kilometrů od Země. Kromě Sojuzu bude Gaia potřebovat také urychlovací stupeň Fregat.

Evropský průvodce po Galaxii

Jakmile Gaia dorazí do místa určení, začne nejméně pět let trvající skenování oblohy. V hledáčku je miliarda hvězd naší Galaxie, což je sice výrazně méně než 1% celkové populace, ale i tak se jedná o výrazný posun vpřed a to nejen v porovnání s družicí Hipparcos. Na konci mise bude k dispozici velká trojrozměrná mapa našeho hvězdného okolí.

Gaia během své mise vyprodukuje 1 PB dat, na které bychom potřebovali na 200 tisíc DVD. Část dat bude uložena také v České republice.

Schema družice Gaia. Zdroj: ESA
Schema družice Gaia. Zdroj: ESA

Pod kapotou má Gaia dva dalekohledy a tři vědecké přístroje: BP/RP (červený a modrý fotometr), RVS (spektrometr pro měření radiálních rychlostí) a ASTRO.

Dva dalekohledy mají za cíl dostat fotony ze vzdálených hvězd do vědeckých přístrojů. Na tubus a „kulaté“ zrcadlo však zapomeňte. Primární zrcadla mají tvar čtverce o ploše 0,7 metrů čtverečních (1,4×0,5 m). Každý z dalekohledů se skládá z několika zrcadel. Přestože má Gaia průměr jen 3,5 m (se solárními panely 10 m), urazí světlo uvnitř družice dráhu 35 metrů, než se konečně dostane k některému z vědeckých přístrojů.

Vědecké vybavení

ASTRO – jedná se o přístroj k astrometrickým účelům. Jeho úkolem bude přesné měření pozice objektů na obloze.

RVS – bude měřit radiální rychlosti hvězd prostřednictvím Dopplerova jevu (posun absorpčních čar ve spektru).

BP / RP – fotometrický přístroj se podívá na zoubek jasnosti, hmotnosti, teplotě a chemickému složení hvězd.

Paralaxa

Jedním z hlavních úkolů družice Gaia je změření vzdálenosti cílových hvězd. Pomůckou k tomu bude paralaxa. Jedná se o úhel, pod kterým by byla od dané hvězdy vidět úsečka o délce 1 AU (tedy střední vzdálenosti Země od Slunce).

Schema paralaxy. Zdroj: ESA
Schema paralaxy. Zdroj: ESA

Vzhledem k pohybu Země kolem Slunce opisuje každá hvězda na obloze malou elipsu, jejíž velká poloosa má hodnotu paralaxy. U hvězd, které se nacházejí v rovině ekliptiky, je tato elipsa redukována na úsečku; u hvězd blízko pólu ekliptiky je téměř kružnicí. Nejbližší hvězda od Slunce má paralaxu něco přes 0,77 obloukových vteřin.

Astrometrie (konečně) na scéně

V 60. až 80. letech se astronom Peter Van de Kamp pokoušel nalézt první planety mimo Sluneční soustavu a až do své smrti věřil, že objevil dvě oběžnice slavné Barnardovy hvězdy. Van de Kamp i mnoho dalších astronomů využilo astrometrii. Představte si, že nastoupíte do stroje času a vydáte se třeba do éry dinosaurů nebo naopak do velmi vzdálené budoucnosti. Pokud jste vášnivý astronom amatér, nemůže vám uniknout, že se noční obloha změnila k nepoznání. Souhvězdí vypadají zcela jinak. Všechny hvězdy se totiž pohybují, přezdívku stálice získaly pouze proto, že jejich vlastní pohyb není pouhým okem během lidského života postřehnutelný.

Nejrychleji se pohybuje zmíněná Barnardova hvězda a to 10,34″ ročně, takže vzdálenost odpovídající průměru měsíčního úplňku urazí za 280 let.

Pokud bychom pozorovali některou hvězdu dostatečně dlouho, zjistili bychom, že se pohybuje po přímce (vyloučíme-li pohyb Země kolem Slunce). V okamžiku, kdy okolo hvězdy obíhá planeta, která ji gravitačně ovlivňuje, připomíná pohyb hvězdy vlnovku.

Astrometrie je hodně zajímavá metoda se spoustou možností a to včetně určení parametrů oběžné dráhy planety, které jsou jinými metodami obtížně zjistitelné. Bohužel do dnešních dní se ji nepodařilo zcela dostatečně uvést v život. Máme zde sice několik možných exoplanet, objevených astrometrií, ale nad jejich existencí visí více než velké otazníky. Dobrým příkladem je nepotvrzená exoplaneta VB 10 b. Naopak slušnou šanci má astrometrický objev exoplanety HD 176051 b.

Gaia při závěrečných testech. Zdroj: ESA
Gaia při závěrečných testech. Zdroj: ESA

Po zrušení některých projektů je Gaia v dohledné době jediným kosmickým dalekohledem, který se zaměří na astrometrii hvězd a může tak přinést i objevy exoplanet touto metodou.

Nečekejme však objevy planet zemského typu. Typickým objevem bude planeta o hmotnosti 2–5 Jupiterů, která obíhá ve vzdálenosti 2 až 4 AU. To je docela dobrá zpráva, neboť dosavadní metody jsou nakloněny spíše objevům planet s krátkou oběžnou dobou. Důležitá bude skutečná délka mise, na odhalení nejvzdálenějších planet je potřeba spousta času. Podle simulací by Gaia takto mohla najít až několik tisíc planet.

Často se uvádí, že Gaia bude nacházet planety také tranzitní metodou. Existence planety se v tomto případě projeví periodickými poklesy jasnosti hvězdy. Na rozdíl od Keplera a dalších kosmických lovců exoplanet nebude Gaia pozorovat jedno zorné pole (nebo několik málo zorných polí), ale celou oblohu. Vzhledem k tomu, že se dlouho „nezdrží“ na jednom místě, lze očekávat objevy pouze planet s krátkou oběžnou dobou (řádově dny) a díky přesnosti družici Gaia navíc půjde převážně o plynné obry typu Neptunu a Jupiteru, případně o super-země u červených trpaslíků.

Během stavby družice zjistil Kepler, že obří exoplanety s krátkou oběžnou dobou (horcí jupiteři) nejsou tak běžní, jak naznačovaly do značné míry zkreslené výsledky pozemských lovců exoplanet. Počet objevených exoplanet tranzitní metodou družicí Gaia tak bude patrně menší, než se původně čekalo.

Kromě exoplanet a zpřesnění parametrů miliardy hvězd se očekávají objevy hnědých trpaslíků, planetek a komet.

Tip: Stránky družice Gaia

Nejčtenější