كتب غايا مسبار فضائي

التاريخ

التلسكوب الفضائي غايا له ما سبقه وهو مرصد هيباركوس الفضائي الذي أرسلته وتتابعه الوكالة الأوروبي لأبحاث الفضاء إيسا (1989-1993). مهمتها في أكتوبر 1993 والتي اقترحها لينارت لندجرين من جامعة لوند، بالسويد ومايكل بريمان من وكالة الفضاء الأوروبية إيسا ، وكانت استجابة لدعوة تقديم مقترحات على المدى الطويل للبرامج العلمية لوكالة الفضاء الأوروبية. وقد اعتمدت اللجنة برنامج العلوم ESA باعتبارها حجر الزاوية للمهمة رقم 6 في 13 تشرين الأول 2000 ، والمرحلة B2 من المشروع الذي أذن في 9 فبراير 2006، مع شركة استريوم لتحمل مسؤولية تجهيز غايا وأجهزتها.

اسم "GAIA" هو في الأصل اختصار ل Global Astrometric Interferometer for Astrophysics ، وهذا يعني "مقياس التداخل الشمولي في فيزياء الكون " . وهو اسم يختلف بعض الشيء عن المشروع الحديث الذي اختاره العلماء لكي يخلف ويكمل مهمة هيباركوس . فقد اصبح الهدف هو قياس المجرة في 3 أبعاد وتحديد دقيق لمواقع النجوم فيها وتوزيعها، بحيث تأتي بنتائج أدق عما سجله مسبار هيباركوس.

التكلفة الإجمالية للبعثة نحو 650 مليون يورو، بما في ذلك التصنيع والإطلاق والمتابعة العملية والعلمية.

الأهداف

بعثة الفضاء غايا تعمل على تحقيق الأهداف التالية:

• تحديد اللمعان الذاتي )ضياء) للنجم الذي يتطلب معرفة دقيقة للمسافة بيننا وبين النجم . فالرصد من مراصد المراقبة الأرضية لا تسطيع القياس بدقة كبيرة بسبب الغلاف الجوي وما يمتصه من ترددات من طيف الأشعة الضوئية، وكذلك في الحدود التي تكفلها دقة قياس الأجهزة.
• مشاهدة أضعف الأجرام لمعانا وتقديم تفسير أشمل عن ضياء النجوم. سيقوم غايا بقياس أكثر دقة للأجرام السماوية بغرض الحصول على بيانات كافية لزيادة دقة البحث العلمي، وفهم الكون.
• هناك حاجة لدراسة عدد كبير من الأجرام في دراسات أكثر دقة عن مراحل تطور النجوم . رصد عدد كبير من الأجرام في مجرتنا ، وهذا مهم جدا من أجل فهم "ديناميات" (حركات النجوم) مجرتنا، أي دراسة القوى المحركة لها . فإننا نعرف مثلا أن المجرة تدور حول نفسها دورة كل نحو 250 مليون سنة، وتحتوي على نحو 100 مليار من النجوم . نلاحظ أن مليارا من النجوم والذي ستقوم غايا برصده انما يشكل نحو من 1٪ فقط من محتوى مجرة درب التبانة من النجوم.
• قياس الخصائص الفلكية والحركية للنجوم وهذا ضروري من أجل فهم مختلف التجمعات النجمية ، فمنها تجمعات كروية ووتجمعات نجمية مفتوحة ، وسيستطيع تلسكوب الفضاء غايا قياس البعيد منها أيضا بدقة لم تسبق من قبل .

من أجل تحقيق أهداف أطروحة الإنجاز، من المتوقع أن غايا سوف تنجز التالى:

• تحديد الموقع، وبعد المسافة، الحركة الخاصة الدورية لـ 1 بليون نجم بدقة حوالي 20 ميكرو ثانية قوسية/الثانية μas عند قدر ظاهري 15 ، وبدقة 200 ميكروثانية قوسية في الثانية لنجوم ذات سطوع قدره الظاهري 20 .
• تعيين مواقع النجوم ذات سطوع بقدر ظاهري 10 بدقة 7/1.000.000 من الثانية قوسية/الثانية (7 مايكروثانية قوسية/الثانية) (وهذا يعادل قياس قطر شعرة من بعد 1000 كم)، وبدقة تبلغ 12 - 25 مايكروثانية قوسية/ثانية لنجوم ذات سطوع بقدر ظاهري V = 15 ، ودقة بين 100 - 300 ميكروثانية قوسية/الثانية لنجوم سطوعها الظاهري 20 ، وهذا يتوقف على لون النجم.
• سيتم قياس حوالي 20 مليون نجم مع دقة مسافة 1٪ وسيتم قياس حوالي 200 مليون نجم بدقة أفضل من 10٪. وسوف تسجل مسافات دقيقة إلى 10٪ في اماكن بعيدة مثل مركز المجرة، أى على بعد 30.000 سنة ضوئية من الأرض.
• قياس السرعة العرضية لـ 40 مليون نجم بدقة أفضل من 0.5 كم / ثانية.
• اشتقاق الوسيط في الغلاف الجوي للنجوم (درجة الحرارة الفعالة والجاذبية السطحية)، وكذلك metallicities منها الوفرة الكيميائية للأهداف أكثر إشراقا من V = 17.
• قياس مدارات وتوجهات ألف كوكب خارج المجموعة الشمسية بدقة وقياس الكتلة الفعلية بإستخدامطرق الكشف الخاصة بالقياسات الفلكية الكوكب.
• الكشف عن انحناء الأشعة الضوئية بسبب مجال جاذبية نجم أو عدة نجوم، كما تنبأ به ألبرت أينشتاين نظرية النسبية العامة، وبالتالي مراقبة مباشرة بنية الزمكان.
• إكتشاف الكويكبات المحتملة كويكبات أتيرا في مدارات تقع بين الأرض والشمس، وهي منطقة يصعب على التلسكوبات الأرضية مراقبتها أساسا لأن هذه المنطقة تصبح مرئية فقط في السماء بالقرب من ساعات النهار.
• كشف ما يصل إلى 500,000 كوازار.

المركبة الفضائية

سيتم إطلاق غايا على الصاروخ سويوز ST-B مدعوما بالمرحلة العليا فريجات-MT إلى نقطة الشمس والأرض لاغرانج L2 وتقع ما يقرب من 1.5 مليون كيلومتر من الأرض . والنقطة L2 حيث توفر المركبة الفضائية مع البيئة الحرارية مستقرة جدا.

سيكون هناك وصف المدار Lissajous الذي سوف يتجنب حالات الكسوف من الشمس من قبل الأرض، والتي من شأنها أن تحد من كمية الطاقة الشمسية الفضائية يمكن استردادها من خلال الألواح الشمسية وبالتالي زعزعة التوازن الحراري. بعد الإطلاق، ونشرت 10 M ظل شمسى. ظلة تواجه دائما الشمس، محققة التبريد لجميع مكونات التلسكوب والمحرك غايا باستخدام الألواح الشمسية على ظل شمسى

الأجهزة العلمية

حمولة غايا يتكون من ثلاثة أجهزة رئيسية هي:

1. معدات القياسات الفلكية (ASTRO) تقوم بتعيين بدقة مواقع النجوم من القدر الظاهري 7و5 حتي 20 عن طريق قياس مواضعهم الزاوية . ومن خلال تجميع قياسات كل نجم عبر فترة زمنية 5 سنوات، فيكون من الممكن تعيين تزيح النجم، وبالتالي تعيين المسافة بينه وبيننا . وكذلك تعيين حركته الزاوية - وهي حركة النجم التي نراها على صفحة السماء .
2. المعدات الضوئية(BP / RP) تسمح بتسجيل أطياف النجوم في نطاق طول الموجة "الضوئية" بين 320-1000 نانومتر وذلك للقدر الظاهري من السطوع بين 5,7 إلى 20. يتم استخدام المقياس الضوئي الأزرق والأحمر (BP / RP) لتعيين الخواص النجمية: مثل درجة الحرارة والكتلة والعمر والتركيب الكيميائي. يتم قياس الضوء متعدد الألوان بواسطة اثنين من منشورات السيليكا تقوم بتحليل الضوء الساقط ثم يتم تسجيلها . الفوتومتر الأزرق (BP) يعمل في نطاق الطول الموجي 330- 680 نانومتر ، والفوتومتر الأحمر (RP) يغطي النطاق الموجي 640 - 1050 (تعادل 6.400 أنجستروم - 10.500 أنجستروم).
3. مطياف السرعة الشعاعية (RVS) : وهو يستخدم لتعيين سرعة الأجسام السماوية على طول خط البصر من خلال الحصول على أطياف عالية الدقة الطيفية في النطاق الطيفي 847-874 نانومتر (خطوط طيف أيون الكالسيوم) لأجرام يصل قدرها الظاهري 17 . وسيتم قياس السرعات الشعاعية بدقة تصل إلى 1 كيلومتر في الثانية (لنجوم ذات قدر طاهري V = 11.5) و30 كم/الثانية للقدر الظاهري V = 17.5 . وتعتبر قياسات السرعات الشعاعية مهمة لتصحيح التسارع المنظور الذي هو نتيجة للحركة على امتداد اتجاه الرؤية . " وجهاز RVS يكشف سرعة النجم على طول اتجاه الرؤية من "غايا" عن طريق قياس انزياح دوبلر لخطوط طيف الامتصاص في المطياف عالي الدقة .

من أجل الحفاظ على التأشير الدقيق للتركيز على نجوم على بعد سنوات ضوئية عديدة فلا توجد أجزاء في "غايا" متحركة. فإن الأجهزة داخل غايا مثبتة على مناضد جامدة من السيليكون الكربونى، والتي توفر بنية مستقرة ا، لا تتمدد أو تنكمش بسبب الحرارة. لهذا يتم التوجيه وتركيز الرصد بالاستعانة بنفاثات غاز بارد، تنفث الغاز بقدر 1.5 ميكروغرام من النيتروجين/الثانية.

رابط الاتصال مع القمر الصناعي "غايا" حوالي 3 ميغابت / ثانية في المتوسط، في حين أن المحتوى الكلي اللابؤري يمثل العديد من جيجابت / ثانية. بناء على ذلك ستسجل بضع عشرات من بكسل حول كل جرم سماوي يقاس .

مبادئ القياس

على الرغم من اسمها، غايا لا استخدم في الواقع التداخل لتحديد مواقع النجوم. في وقت التصميم الأصلي، ويبدو التداخل أفضل وسيلة لتحقيق الإنجاز المستهدف .

مستوى المعلومات على جهاز العرض، واختبارها كشاشة، وكم بكسل يتم رسمها على الشاشة ولكن في وقت لاحق في التصميم على تلسكوب التصوير. على نحو مماثل لسابقتها هيباركوس، غايا يتكون من اثنين من التلسكوبات توفير اتجاهين مراقبة مع الثابت، زاوية بينية واسعة . المركبة الفضائية تدور باستمرار حول محور عمودي على خطوط اثنين من التلسكوبات "عن الأنظار. محور تدور بدوره له سبق طفيف عبر السماء، مع الحفاظ على نفس الزاوية إلى أحد بواسطة صفها بدقة قياس الأوضاع النسبية للكائنات من مراقبة كل الاتجاهات، ويتم الحصول على نظام صارم من المرجعية.

خصائص التلسكوب الرئيسية هما:

• 01:45 × 0.5 م المرآة الأولية لكل تلسكوب
• 1.0 × 0.5 م البؤري مجموعة من المتوقع الضوء من كل من التلسكوبات. هذا بدوره يتكون من 106 أجهزة اقتران الشحنات CCD من 4500 - 1966 لكل بكسل .

وسيراعى في كل الكائنات السماوية في المتوسط حوالي 70 مرة خلال المهمة، والتي من المتوقع ان تستمر 5 سنوات. وهذه القياسات تساعد في قياس البيانات من النجوم: 2 المقابلة لموقف الزاوية لنجم معين في السماء، (2) لمشتق من موقف النجم على مر الزمن (الحركة) وأخيرا، تزيح من أي مكان يمكن حساب مسافة النجم. ويتم قياس السرعة الشعاعية للنجوم الأكثر إشراقا من قبل المطياف ومراقبة تأثير دوبلر.