Iată cea mai mare bază de date stelară din istorie - a doua versiune a telescopului spațial Gaia este publică

Cercetătorii pot afla despre poziția spațială și mișcarea a aproape o mie de ori mai multe stele decât înainte și se poate face o hartă tridimensională mai exactă a Căii Lactee ca niciodată.

mari

Cel mai semnificativ proiect astronomic al deceniului cu nava spațială astrometrică Gaia lansată la sfârșitul anului 2013 este încă în desfășurare. Gaia, finanțat de Agenția Spațială Europeană, efectuează măsurători de poziție și luminozitate extrem de precise din iulie 2014. Aceste date fac, de asemenea, posibilă determinarea poziției spațiale a mai mult de un miliard și jumătate de stele observate și de acolo până la cartarea tridimensională a Căii Lactee și studiul mișcărilor sale.

După procesarea măsurătorilor efectuate în primele 22 de luni de funcționare a navei spațiale, pe baza cantității uimitoare de date care au fost acum lansate, putem fi siguri că va avea loc o altă descoperire în cunoașterea propriei noastre galaxii, Calea Lactee.

Importanța astrometriei astăzi

Astronomia este în prezent una dintre disciplinele cu cea mai rapidă creștere. Aproape în fiecare săptămână, este publicată o altă realizare uimitoare sau pur și simplu spectaculoasă în domeniul cosmologiei, astrofizicii sau chiar cercetării planetare. Ramura astronomiei, care a fost cultivată din cele mai vechi timpuri, astrometria - adică determinarea poziției corpurilor cerești - prin natura sa nu promite rezultate spectaculoase, dar importanța sa este incontestabilă. Acest lucru se datorează faptului că măsurarea foarte precisă a poziției este esențială pentru succesul oricărui câmp de observație. Gândiți-vă doar că există aproximativ 200 de miliarde de stele în Calea Lactee și, pentru a naviga între ele, trebuie să știți foarte precis poziția stelelor individuale. Măsurând în mod repetat poziția cu diferența de timp adecvată, mișcarea relativă a stelelor poate fi, de asemenea, mapată. Mai mult, observând poziția instantanee a fiecărei stele din două puncte finale ale unei linii de bază suficient de lungi (mai precis o secțiune), distanța corpului ceresc în cauză poate fi determinată și din deplasarea paralactică măsurată în acest mod. Cu privire la extinderea triangulației utilizate în mod obișnuit în geodezie la corpurile cerești, așa-numitul paralela trigonometrică a fost descrisă în detaliu aici în legătură cu primele date Gaia.

Și cunoașterea distanței este esențială dacă vrem să caracterizăm orice corp ceresc sau sistemul lor. Energia emisă de două surse de lumină care par a avea aceeași luminozitate poate fi extrem de diferită dacă, de exemplu, un obiect este o stea din apropiere și celălalt este un grup de stele în afara Căii Lactee care nu poate fi descompus în stele individuale cu telescoape mari.

O mulțime de metode au fost dezvoltate și aplicate de astronomi pentru a determina distanțele cosmice, dar fie nu sunt suficient de exacte, fie fac presupuneri care sunt doar aproximative. Există o singură metodă care nu necesită simplificare sau condiții suplimentare: această paralaxă trigonometrică.

Astrometrie cu instrumente astronomice spațiale

Deși cercetarea astrofizică și cosmologică predomină în astronomia de astăzi, importanța astrometriei în determinarea localizării și mișcării corpurilor cerești nu este mai bine indicată decât în ​​ultimele decenii prin funcționarea navei spațiale special în scopuri astrometrice. Deși măsurătorile în spațiu sunt mult mai scumpe decât măsurătorile cu binoclu terestru, faptul că îmbunătățesc precizia cu un ordin de mărime merită cu siguranță costul suplimentar.

Astrometria spațială s-a născut încă de la sfârșitul secolului al XX-lea: sonda spațială a Agenției Spațiale Europene (ESA), numită Hipparcos, a făcut măsurători în jurul Pământului între 1989 și 1993. Când a fost publicat în 1997 un catalog al valorilor exacte ale milisecundei ale poziției și mișcării a 118.000 de stele măsurate de Hipparcos, era deja clar că era nevoie urgentă de a îmbunătăți în continuare precizia măsurării. Între timp, a început planificarea pentru următoarea misiune spațială astrometrică și lobby pentru a face planul o realitate.

Noua navă spațială a fost numită GAIA ca un acronim format din inițialele interferometrului astrometric global pentru astrofizică. Când s-a dovedit că metoda interferometriei nu a putut realiza îmbunătățirea planificată de sută la mie de ori a preciziei de măsurare unghiulare - dar, desigur, s-au găsit alte soluții pentru creșterea preciziei - numele misiunii a fost redenumit inteligent: Gaia a devenit Gaia în schimb a fostei GAIA. pierdut. Gaia în mitologia greacă era zeița pământului, mama lui Uranus, zeul cerului. Așa că numele a rămas, doar ortografia sa a fost schimbată.

Sonda astrometrică Gaia a fost inclusă în programul ESA în 2000, iar faza de implementare a început în 2006. După un proces îndelungat de proiectare, fabricare și inspecție la sol a instrumentelor, sonda a fost lansată în decembrie 2013 într-o călătorie care se așteaptă să transforme semnificativ cunoștințele astronomice. Măsurătorile științifice au început în vara anului 2014 și vor funcționa neîntrerupt timp de cel puțin cinci ani. Mai mult, există speranța unei prelungiri a perioadei de măsurare de cel puțin doi ani, iar aplicația așteaptă examinarea de către managerii relevanți ai ASE.

Programul de măsurare și performanța lui Hipparcos și Gaia au fost, de asemenea, comparate în articolul nostru anterior. Printre altele, Gaia își depășește predecesorul în perioada perioadei de măsurare. Acest lucru este important, deoarece pentru a se asigura că deplasarea paralactică repetitivă periodic poate fi separată în mod fiabil de mișcarea stelei și de alte efecte ale schimbării poziției (de exemplu, mișcarea orbitală în cazul stelelor binare sau cauzată de o planetă care orbitează steaua, este, de asemenea, de originea gravitațională). dintr-o deplasare periodică foarte mică), poziția cerească a stelelor trebuie măsurată de mai multe ori pe parcursul mai multor ani. Dintr-o serie de măsurători de cinci ani, mișcarea aparentă cauzată de paralaxă poate fi acum separată în mod fiabil de deplasarea reală a tuturor celorlalte origini.

Marele avantaj al măsurătorilor astrometrice în spațiu față de măsurătorile terestre este că, scăpând de efectul de distorsionare al atmosferei, se poate măsura o diferență unghiulară arbitrar mare, adică se poate realiza astrometrie globală în loc de astrometrie relativă la sol - numai cu telescoape între instrument., astronomul poate să nu se limiteze la măsurarea diferențelor unghiulare foarte mari. În ceea ce privește metoda de măsurare a astrometriei spațiale și a numărului de pixeli Gaia, camera CCD a înregistratorului mondial este prezentată în detaliu în videoclipul ESA de mai jos.

În astrometria spațială, poate cea mai dificilă sarcină este evaluarea datelor de măsurare. În cazul lui Gaia, acest proces a început în momentul primelor măsurători și se desfășoară de atunci, implicând date din ce în ce mai recente. Poziția cerească aparentă a fiecărui obiect măsurat - mai mult de un miliard și jumătate de stele în cazul lui Gaia, fără a lua în considerare micile corpuri cerești din sistemul solar - este comparată cu poziția măsurată a tuturor celorlalte obiecte în orice moment de măsurare, deci din ce în ce mai multe date sunt incluse în timp.analiza. Ca rezultat al procesării datelor folosind echipamente de ultimă generație, pot fi determinate diferențe unghiulare și direcționale din ce în ce mai precise.

De asemenea, este o mare provocare să fixezi punctul de plecare și direcțiile de bază ale sistemului de referință. Pentru a face acest lucru, profesioniștii folosesc surse punctuale foarte îndepărtate - și, prin urmare, imperceptibil de scăzute, autopropulsate - care emit radiații radio.

Din măsurătorile astrometrice globale, pe lângă coordonatele sursei investigate și auto-mișcarea de-a lungul celor două axe de coordonate, se poate determina și paralaxa sa, și de la aceasta distanța. Pe lângă măsurarea poziției, Gaia surprinde și spectre ale obiectelor care trec în fața senzorului său. Măsurătorile spectroscopice în intervalul de lungimi de undă relativ îngust pot fi utilizate pentru a determina viteza vizuală a stelei (a treia componentă a mișcării spațiale care nu poate fi determinată din măsurători astrometrice pe parcursul mai multor ani), dar spectrul oferă și informații despre compoziția chimică și proprietățile fizice ale stelei. .

Evaluarea continuă a datelor măsurate de instrumentele Gaia nu permite publicarea imediată a rezultatelor, dar chiar și comunicarea frecventă a rezultatelor nu ar fi o strategie adecvată. Prin urmare, persoanele responsabile de funcționarea Gaia și de gestionarea Consorțiului de procesare și analiză a datelor (DPAC) au decis să facă disponibile rezultate din ce în ce mai exacte ale măsurătorilor pe o perioadă mai lungă de timp, aproximativ la fiecare doi ani. Atâta timp cât Gaia funcționează, acestea sunt, desigur, doar rezultate parțiale, dar sunt încă extrem de importante.

Există doar un singur tip de excepție de la această politică de comunicare. Reglementările stricte permit astronomilor din întreaga lume să fie informați imediat cu privire la sursele de lumină cerești care luminează sau se estompează neobișnuit de repede. Un grup de lucru DPAC monitorizează constant dacă există o schimbare bruscă a luminozității în comparație cu valorile de luminozitate măsurate anterior ale obiectelor măsurate. Dacă există una - și mai mult de o zi printre cele aproape 1,6 miliarde de stele din programul de măsurare - cele mai promițătoare, împreună cu alte informații disponibile, vor fi făcute publice cât mai curând posibil, astfel încât astronomii interesați să poată urmări interesul astrofizic fenomen tranzitoriu.accesibil cu binoclu și alte instrumente. La compilarea programului de măsurare al lui Gaia, aspectele astrometriei au fost principiile călăuzitoare, astfel încât corpurile cerești strălucitoare sau care se estompează brusc pot reveni la câmpul de vedere al telescopului lui Gaia săptămâni sau luni.

Modificările tranzitorii ale luminozității sunt alertate ca parte a unei Alerte științifice. Unul dintre grupurile de cercetare ale Institutului de Astronomie Miklós Thege Konkoly Thege al Academiei Maghiare de Științe monitorizează erupțiile stelelor tinere printre obiectele anunțate în timpul alarmei și examinează, de asemenea, modul de a găsi cât mai multe stele tinere predispuse la erupții, pe baza pe măsurătorile de lumină rare ale lui Gaia.

Prima versiune de date a lui Gaia

Rezultatele parțiale ale măsurătorilor efectuate în primele 16 luni de funcționare a sondei au fost publicate în septembrie 2016. În acea perioadă, doar coordonatele cerești, mișcarea proprie și paralaxa celor mai strălucitoare două milioane de stele au devenit cunoscute, iar măsurările Hipparcos din un sfert de secol mai devreme au fost luate în considerare la determinarea mișcării proprii. Acuratețea măsurătorilor lui Gaia, precum și succesul misiunii, este bine indicată de faptul că datele de măsurare de abia un an și jumătate au dat paralaje mai precise decât nava spațială astrometrică anterioară, Hipparcos, acoperind o set de date pe patru ani.

Baza de date Gaia a devenit imediat populară printre astronomi. În anul bun și jumătate de la prima lansare, au fost publicate sute de articole, în medie cel puțin una pe zi, folosind primele rezultate publicate de Gaia. Nu este surprinzător că astronomii așteaptă cu nerăbdare date mai noi și mai exacte și, bineînțeles, nu numai pentru cele două milioane de stele lansate până acum, ci pentru fiecare corp ceresc observat de Gaia.

Despre datele care se publică acum

În cele 45 de luni de la începerea măsurătorilor în scopuri științifice, instrumentele plasate la bordul Gaia au detectat 52 de terabyți de date. A doua versiune a lui Gaia este ușor întârziată în comparație cu ceea ce a fost planificat inițial, dar în ceea ce privește conținutul, oferta sa este mult mai bogată. După procesarea măsurătorilor efectuate pe Gaia în primele 22 de luni de funcționare pe 25 aprilie 2018, următoarele date vor deveni publice:

  • Locație și luminozitate de 1.692.919.135 stele,
  • 1 331 909 727 stelele au, de asemenea, propria mișcare și valoarea paralelei,
  • Temperatura suprafeței de 161.497.595 stele,
  • 76 956 778 stele diametru și luminozitate (lumină),
  • Viteza vizuală de 7.224.631 stele.

Acestea sunt cu adevărat numere astronomice! Până acum, o bază de date care conținea atât de multe informații nu exista în astronomie. Dar ce înseamnă aceste cifre pentru cei mai puțin experimentați în astronomie?

Un miliard și jumătate de stele reprezintă aproximativ 1% din constelația Căii Lactee, propria noastră galaxie. Pe baza celor 1,3 miliarde de stele, ale căror mișcări de sine și paralaxă au devenit cunoscute pe lângă coordonatele lor din pachetul de date publicat acum, se poate crea o hartă tridimensională mai exactă a Căii Lactee ca niciodată. A treia componentă a mișcării spațiale este acum cunoscută din viteza vizuală de doar 7,2 milioane de stele (cea mai strălucitoare), astfel încât mișcările din sistemul de lapte, adică schimbările dinamice din galaxia noastră, pot fi monitorizate doar într-o măsură limitată pentru timp fiind.

Cunoașterea temperaturii și luminozității stelelor este esențială pentru a trage concluzii astrofizice. În loc de o descriere detaliată, ne referim aici doar la diagrama de stare de bază a astrofizicii, diagrama Hertzsprung - Russell, în care locația unei stele dezvăluie multe despre starea de dezvoltare, vârsta etc. a stelei. Axa orizontală a diagramei arată temperatura de suprafață (efectivă) a stelei sau altă cantitate echivalentă (tip spectral, indicele de culoare) și luminozitatea sau luminozitatea absolută echivalentă de-a lungul axei verticale. Desigur, nu suntem în măsură să prezentăm diagrama pe baza datelor care nu sunt încă publice, dar acum a devenit cunoscută, dar diagrama bazată pe datele publicate în septembrie 2016 arată astfel:

Dintre numeroasele stele, luminozitatea a 550.737 stele s-a dovedit a fi variabilă. Acest lucru este atât mult cât și puțin. Judecând după faptul că până acum am cunoscut mult mai puține (până la două sute de mii) de stele că strălucirea lor nu este constantă. Și dacă presupunem că strălucirea a aproape fiecare zecime din stelele din programul de măsurare al lui Hipparcos a fost variabilă în timp, numărul de stele variabile preconizate a fi descoperite în Calea Lactee este de așteptat să depășească o sută de milioane. În comparație, jumătate de milion de stele variabile care sunt publicate acum par mici. Dintre stelele variabile, mai mulți cercetători de la Institutul Astronomic al Academiei Maghiare de Științe sunt, de asemenea, implicați în analiza datelor stelelor pulsante de tip cepheid și RR Lyrae ca membri ai Gaia DPAC.

Ca parte a bazei de date publicate acum, putem afla, de asemenea, poziția a 14.099 planete solare, împreună cu timpul tuturor observațiilor. Pe baza acestora, orbitele asteroizilor pot fi specificate. Datele publicate acum despre asteroizi sunt mai degrabă un aperitiv. Baza de date finală a lui Gaia va conține date despre aproape 300.000 de asteroizi.

Următoarea versiune va trebui să aștepte din nou aproximativ doi ani. Până atunci, vor fi disponibile date importante despre stelele duble. Dar datele disponibile acum sunt, de asemenea, o adevărată comoară pentru astronomii din întreaga lume.