Gestern habe ich über die Mondmission der chinesischen Raumfahrtagentur geschrieben und spekuliert, ob es in Zukunft Länder wie China oder Indien sind, die (bemannte) Flüge zu anderen Himmelskörper durchführen werden, da Europa, Russland und die USA wenig Ambitionen in diese Richtung zeigen. Aber was die wissenschaftlichen Forschungsmissionen angeht, haben auch die klassischen Raumfahrtnationen großes geplant. Eine besonders großartige Mission wird am 19. Dezember 2013 gestartet. Da schickt die Europäische Weltraumagentur ESA ihr Weltraumteleskop GAIA ins All. GAIA wird die Positionen von Sternen messen. Das klingt zuerst einmal wenig aufregend. Aber GAIA wird die komplette Astronomie revolutionieren.

Die Positionsbestimmung von Sternen, also die astronomische Disziplin der Astrometrie, gehört zu den ältesten Aufgaben von Forschern. Vor der Existenz der modernen Astrophysik, die im Wesentlichen erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts entstand und es uns heute erlaubt, die Natur, die Physik und die Entwicklung von Himmelskörper zu verstehen blieb den Astronomen auch nicht viel anderes übrig. Sie konnten damals fast nichts anderes tun, als Sternenkataloge zu erstellen. Sie versuchten, möglichst viele Sterne möglichst genau zu beobachten und ihre Position am Himmel zu bestimmen.

Heute, wo wir über die Natur schwarzer Löcher forschen oder die Bedingungen auf fremden Planeten; wo wir mit Raumsonden nach Leben auf dem Mars suchen und das letzte Licht des Urknalls beobachten erscheinen Sternkataloge ein klein wenig langweilig und unsexy. Aber deswegen sind die Kataloge nicht unwichtig geworden. Sie bilden das Fundament der astronomischen Forschung und ohne sie ist die gesamte moderne Astronomie nicht praktikabel. Wenn man nicht weiß, wie weit ein Stern entfernt ist, weiß man auch nicht, wie groß er tatsächlich ist; wie heiß er ist, und so weiter. Und angesichts der fundamentalen Bedeutung die eine genaue Bestimmung dieser Parameter für die Forschung hat ist es eigentlich erstaunlich, wie wenig Daten wir bisher gesammelt haben.

Ein Teil der Bonner Durchmusterung, ein Sternkatalog der in der Mitte des 19. Jahrhunderts von der Sternwarte in Bonn erstellt wurde.

Ein Teil der Bonner Durchmusterung, ein Sternkatalog der in der Mitte des 19. Jahrhunderts von der Sternwarte in Bonn erstellt wurde und heute am Argelander-Institut für Astronomie der Uni Bonn hängt.

Die derzeit genauesten und umfangreichsten Sternenkatalogen basieren auf den Messungen des Hipparcos-Satelliten, der 1989 ins Weltraum geflogen ist. Die Geschichte von Hipparcos und der Sternkarte die er erstellt hat, ist spannend wie ein Krimi und ich habe sie hier ausführlich beschrieben. Am Ende der ganzen Arbeit stand ein Katalog, der knapp eine Million Sterne umfasste und ihre Parameter einigermaßen genau beschrieb.

Eine Million. Das klingt viel – aber angesichts der Tatsache, dass es allein in unserer Milchstraße ungefähr 200 Milliarden Sterne gibt, ist es enorm wenig. Das sind nur 0,0005 Prozent aller Sterne unserer Heimatgalaxie und wenn wir aus diesen Daten zwar sehr viel gelernt haben, wissen wir auch, dass wir daraus keine umfassenden Erkenntnisse ableiten können. Die aber soll nun GAIA bringen.

GAIA hat zwei Teleskope mit rechteckigen Spiegeln die 145 mal 50 Zentimeter groß sind. Das ist wenig im Vergleich mit anderen Großteleskopen auf der Erde aber ganz ordentlich für ein Weltraumteleskop (vergleichbar mit dem Spiegel des Kepler-Teleskops, das in den letzten Jahren die Exoplanetenforschung revolutioniert hat). Zusätzlich ist GAIA mit einer ganzen Batterie von CCD-Detektoren ausgestattet, die das vom Teleskop aufgefangene Licht registrieren, speichern und die Bilder zur Erde senden können. Allein 62 Detektoren sind dafür da, die Position von Sternen so genau wie möglich zu bestimmen. 14 Detektoren werden für die Photometrie eingesetzt und ermöglichen die Bestimmung von Helligkeit und Farbe der Sterne. Und 12 Detektoren zeichnen die Spektren der Sterne auf, aus denen sich die Geschwindigkeit ablesen lässt, mit denen sie sich bewegen.

All diese Messungen werden mit bisher unerreichter Genauigkeit durchgeführt werden können. Die Position eines Sterns wird GAIA bis auf 25 Mikrobogensekunden genau bestimmen können; bei schwächer leuchtenden Sternen sind es immer noch 300 Mikrobogensekunden. Und selbst das ist noch genauer als die genauesten Messungen von Hipparcos die bei 500 Mikrobogensekunden lagen. Das besondere an GAIA ist aber nicht nur die Genauigkeit, sondern vor allem die Menge. Das Weltraumteleskop wird eine Milliarde Sterne vermessen!

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Kommentare (41)

  1. #1 Thomas Weisbach
    Chemnitz
    4. Dezember 2013

    Zur GAIA-Mission wird es in vielen deutschen Planetarien ein Programm geben, das in Zusammenarbeit zwischen ESA und den deutschsprachigen Planetarien entwickelt wurde…
    http://www.planetariumshow.eu
    Das Programm gibt es auch noch in vielen weiteren Sprachen. 😉

  2. #2 Laura
    4. Dezember 2013

    GAIA…hieß so nicht das Mondhotel in Frank Schätzings Buch Limit ?

  3. #3 Marcus
    4. Dezember 2013

    “GAIA hat ein Teleskop mit einem rechteckigen Spiegel der 145 mal 50 Zentimeter groß ist.”

    Kleine Korrektur: es sind *2* Hauptspiegel/Teleskope, die in unterschiedliche Richtungen schauen (das ist die Grundlage des Messprinzips).
    Weiter hinten im optischen System wird der Strahlengang kombiniert und landet dann auf einer gemeinsamen Fokalebene.

  4. #4 Florian Freistetter
    4. Dezember 2013

    @Marcus: Danke, das hab ich tatsächlich übersehen!

  5. #5 Sascha
    4. Dezember 2013

    Ich bin gespannt, was mit Big-Data-Mining dann noch so alles herausgefunden werden kann.

  6. #6 PDP10
    4. Dezember 2013

    @Florian:

    Ich glaube der Satz am Ende des sechsten Absatzes:

    “Und 12 Detektoren zeichnen die Spektren der Sterne auf, aus denen sich die Geschwindigkeit ablesen lässt, mit denen sie sich bewegen lassen.”

    möchte um ein ‘lassen’ gekürzt werden …

  7. #7 Lercherl
    4. Dezember 2013

    Eine Milliarde Sterne in 5 Jahren vermessen – das heißt mehr als 6 Sterne pro Sekunde. GAIA ist flott unterwegs!

  8. #8 Luk
    4. Dezember 2013

    Im “Sterne und Weltraum” gab es vor ein paar Monaten einen tollen zweiteiligen Artikel (http://www.sterne-und-weltraum.de/alias/dachzeile/projekt-gaja-die-sechsdimensionale-milchstrasse/1189150) falls jemand zugang dazu hat (oder dem Archiv einer Bibiothek).

    http://www.sterne-und-weltraum.de/news/erbsenzaehler-im-all/1205703 hier noch sonst ein paar zahlen.

    Im Artikel im Heft wird vieles über die Technik geschrieben, über die Herausforderungen die es gibt um überhaupt so genau zu werden (z.B. viele milliarden gleichungen mit vielen millionen unbekannten) usw.

  9. #9 JolietJake
    4. Dezember 2013

    Hoffentlich geht alles gut. Die Zahlen der geschätzten Entdeckungen sind ja atemberaubend!

  10. #10 Desolace
    4. Dezember 2013

    @Lercherl:
    Wie kommst du auf 6 Sterne pro Sekunde?
    1 000 000 in 5 Jahren, also 200000 pro Jahr, sind knapp 548 pro Tag und 23 pro Stunde.
    Immer noch beeindruckend, aber realistischer 😛

  11. #11 Florian Freistetter
    4. Dezember 2013

    @Desolace: “1 000 000 in 5 Jahren, “

    Da hast du drei Nullen vergessen… Milliarde, nicht Million. Aber GAIA fotografiert natürlich nicht jeden Stern einzelnen sondern gleich jede Menge Sterne auf einmal.

  12. #12 Psyclash
    4. Dezember 2013

    Ich habe wiedermal eine meiner am Thema vorbeigehenden Fragen, deren selbstständige Beantwortung vielfach länger dauert als sie hier zu tippen.

    Startet die Sojus nur wegen der Äquatornähe von Guyana aus und nicht von Baikonur? Bzw. Warum dann keine Ariane?

  13. #13 Desolace
    4. Dezember 2013

    @Florian:
    Hups, stimmt. Das kommt davon, wenn man ständig zwischen der englischen und nicht-englischen Skala hin- und herwechselt, irgendwann kommt man durcheinander und lässt bei den falschen Zahlen die Nullen weg….

    @Lercherl:
    Hab nix gesagt 😀

  14. #14 Hans
    Stuttgart
    5. Dezember 2013

    Hallo,

    “Was genau wir aus diesen Daten lernen werden, ist noch unklar. Aber wir werden definitiv etwas Neues lernen”
    DER Ansatz gefällt mir, erst mal sammeln und dann schauen was rauskommt ;-).
    Anderen Leuten gefällt der Ansatz aber nicht. Leider sehen das viele Leute negativ.
    Ich persönlich finde es ungemein spannend zu erfahren, wie unser Universum (vermutlich) funktioniert, wie der Raum um uns herum aufgebaut ist – aber sind wir doch mal ehrlich, es ist halt schon so, dass es für unser tägliches Leben im hier und jetzt, völlig ohne Belang ist, wo denn die Sterne, in Relation zur Sonne, genau stehen.
    Was ich mir schon den Mund fusslig reden muss um Grundlagenforschung, wie sie z. B in Cern geschieht zu verteidigen! Ok, das sehen die meisten Leute dann doch ein, da dies, der Name sagt es, die Grundlagen für weitere Entwicklungen legt.
    So und jetzt hoffe ich doch, dass es endlich mal wieder terminlich passend einen klatren Himmel gibt,. damit ich mit meinem Teleskop was sehe.

  15. #15 Geislwind
    5. Dezember 2013

    Sisyhos:
    Tagein tagaus Steineschubsen, ich krieg langsam die Krise…
    Gaia:
    Ach, lieber Sisyphos, schätze dich doch als glücklichen Menschen!
    Ich werde in den nächsten Jahren 1 000 000 000 Sterne vermessen um danach noch immer 199 Milliarden nicht vermessen zu haben…
    Und das in einer einer Galaxie, die eine unter Milliarden ist!

  16. #16 Captain E.
    5. Dezember 2013

    @Psyclash:

    Startet die Sojus nur wegen der Äquatornähe von Guyana aus und nicht von Baikonur? Bzw. Warum dann keine Ariane?

    Man nimmt bei Weltraummissionen, was man braucht – nicht mehr und selbstverständlich auf keinen Fall weniger. Die Ariane 5 wäre für diese Mission schlichtweg überdimensioniert, und warum sollte man von Baikonur aus starten, wenn man auf der eigenen Anlage eine passende Startrampe hat? Und natürlich mag die Sojus vom Äquator aus etwas mehr Nutzlast haben. Sicher bin ich mir da aber nicht, denn schließlich geht es nicht um den üblichen Start in den geostationären Orbit, der genau über dem Äquator verläuft. DIe niedrige Inklination von Kourou tut womöglich gar nichts zur Sache.

  17. #17 Alderamin
    5. Dezember 2013

    @Captain E.

    Richtig, wenn man vom Äquator aus startet, hat man ein wenig mehr Erddrehung als Anfangsgeschwindigkeit als von nördlicheren Breiten aus. Das bringt etwas mehr Nutzlast oder spart Treibstoff. Das ist einer der Gründe, warum man eine Sojus-Rampe in Kourou aufgestellt hat.

    Der andere Grund ist, dass man ohne viel Zusatzenergie nur auf Umlaufbahnen kommen kann, die den Startort überfliegen, und dazu müssen sie wenigstens eine solche Bahnneigung haben, die der geografischen Breite des Startortes entspricht. Man kommt also von Baikonur aus nicht ohne weiteres auf eine Bahn um den Erdäquator, sondern nur auf Bahnen mit wenigstens 45° Bahnneigung, das ist die geografische Breite von Baikonur. Ansonsten muss man im Weltraum zusätzliche Manöver fliegen, um die Bahnneigung zu verringern, das kostet Treibstoff. In stärker geneigte Umlaufbahnen gelangt man immer, man kann ja z.B. nach Norden starten und so eine polare Umlaufbahn erreichen (um ganz genau zu sein müsste man dafür ein wenig nach Nordwesten starten).

    GAIA wird im L2 der Erde stationiert, der liegt in der Ebene der Ekliptik bei 23,5° Neigung gegen den Äquator. Dahin kommt man “kostenlos” von Kourou aus (5° N) aber nur mit Zusatztreibstoff von Baikonur aus.

    Und das ist der Grund, warum der NASA-Weltraumbahnhof in Florida liegt und nicht etwa in Boston.

  18. #18 Roland
    5. Dezember 2013

    Hochinteressant finde ich auch den Lissajous-Tanz, den Gaia um L2 herum vollführt, um 6,3 Jahre lang den Kernschatten der Erde (roter Kreis) zu umfliegen und damit die Energieversorgung sicherzustellen und den thermischen Schock dort zu vermeiden: http://www.rssd.esa.int/SA/GAIA/docs/info_sheets/IN_L2_orbit.pdf

  19. #19 Roland
    5. Dezember 2013
  20. #20 Holger Voss
    Barcelona
    6. Dezember 2013

    @Florian Freistetter
    Nicht zu vergessen bei diesen Berechnungen ist, dass Gaia jeden Stern im Durchschnitt 70 mal beobachten wird im Verlauf der 5 Jahre. Dann wird das ganze doch wieder ziemlich beeindruckend!
    hvossgaia.wordpress.com

  21. #21 Florian Freistetter
    6. Dezember 2013

    @Holger Voss: “Dann wird das ganze doch wieder ziemlich beeindruckend!”

    Ach, es war auch vorher ziemlich beeindruckend. Alles an GAIA ist beeindrucken. Ich hoffe wirklich, dass beim Start alles gut geht…

  22. #22 Psyclash
    6. Dezember 2013

    Danke, Captain E(&Alderamin).

  23. #23 klauszwingenberger
    6. Dezember 2013

    Aus der ESA-Seite wird nicht ganz klar, bis in welche Entfernungen GAIA Parallaxen ermitteln kann. Für die Kalibrierung der Entfernungsleiter ist das ja von ganz wesentlicher Bedeutung (z.B. wieviele Cepheiden können damit neu vermessen werden?). Gibt es da eine Information?

  24. #24 Florian Freistetter
    6. Dezember 2013

    @Klauszwingenberger: GAIA schafft bei Sternen 20. Größeordnung noch eine Genauigkeit in der Parallaxenmessung von 300 Mikrobogensekunden.

  25. #25 klauszwingenberger
    6. Dezember 2013

    Ja, schon klar. Ich meinte etwas anderes: kann man die nächstliegenden Cepheiden, z.B. Polaris, so genau vermessen, dass man eine Entfernungsangabe mit etwa +/- 20 Lichtjahren wagen kann? Und reicht es z.B. endlich für eine präzise Entfernungsangabe für die Plejaden, die zur Zeit irgendwo zwischen 350 und 450 LJ schwankt? Das wäre ja auch für die Abschätzung der Extinktion ganz interessant. Alpha Cephei, weißt Du da näheres?

  26. #26 Florian Freistetter
    6. Dezember 2013

    @klauszwingenberger: Ach so. Bei der ESA sagt man dazu:

    “It will allow the nearest stars to have their distances measured to the extraordinary accuracy of 0.001%. Even stars near the Galactic centre, some 30 000 light-years away, will have their distances measured to within an accuracy of 20%.” (http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Gaia_overview)

    Bei den Plejaden sollte das also ziemlich genau gehen…

  27. #27 klauszwingenberger
    6. Dezember 2013

    Prima, danke!

  28. #28 Hans
    6. Dezember 2013

    Nur mal so nebenbei, falls es wieder welche vergessen: Jener Hans , von dem der Kommentar #14 stammt, ist ein anderer als ich.

  29. #29 Basilius
    BTOOOM!
    6. Dezember 2013

    @Hans
    schon klar, aber wer bist Du?
    0_0

  30. #30 AmbiValent
    6. Dezember 2013

    Ich nehme an, bei der hohen Genauigkeit ist nicht anzunehmen, dass mit GAIA Zwergplaneten entdeckt und als solche identifiziert werden können, weil sie sich im Zeitraum zwischen zwei Aufnahmen desselben Sternenfelds wohl aus dem Bild bewegen… aber man kann nicht alles haben.

  31. #31 Hans
    7. Dezember 2013

    #29 Basilius

    @Hans
    schon klar, aber wer bist Du?
    0_0

    Na ich bin ich. – Wer sonst? 😉

    Oder hast Du eine andere Antwort erwartet?

  32. […] haben sie so großartige Fracht mit dabei. GAIA wird die Astronomie revolutionieren; ich habe das früher schon ausführlich erklärt. Ich bin gerade auf dem Weg zum Europäischen Satellitenkontrollzentrum ESOC in Darmstadt und werde […]

  33. #33 walter
    18. Dezember 2013

    Für so etwas einmaliges wie GAIA zitiere ich auch was einmaliges: WOW !

    Bin gespannt, was man da draußen alles finden wird.

  34. […] GAIA-Satellit der Europäischen Weltraumagentur ESA wird die Astronomie revolutionieren. Laut Plan soll der Satellit am 19. Dezember 2013 um 10:12 MEZ mit einer Sojus-Rakete vom […]

  35. […] besser die Instrumente werden, desto mehr Asteroiden werden wir finden (das Weltraumteleskop GAIA wird demnächst sicher den einen oder anderen entdecken). Und desto besser werden wir dann auch die bisher noch unbekannten Regionen des Sonnensystems […]

  36. #36 Dino
    3. Mai 2014

    Hallo Florian,

    auf dem Gaia Blog auf der ESA Website ist ein Commissioning Update veröffentlicht worden. (24.04.2014 by emily)
    Dort ist von Problemen mit ” stray light! ” ice deposits” die Rede
    Kannst du das Ganze einordnen im Bezug auf die wissenschaftliche “Performance”, die Messgenaiigkeiten ect. ? Ist womöglich ein Design-Fehler in Betracht zu ziehen? Es gab da böse Kommentare …auch im Bezug auf die Öffentlichkeitsarbeit der ESA.

  37. #37 Florian Freistetter
    3. Mai 2014

    @Dino: Muss ich mir erstmal anschauen. Das ist aber eher was für nen Experten in Raumfahrttechnik bzw. nen Ingenieur – nicht unbedingt mein Spezialgebiet.

  38. […] von Daten in Zukunft immer wichtiger werden wird, ist aber kein großes Geheimnis. Missionen wie GAIA werden uns in Zukunft mit Daten geradezu überschwemmen und dann sollten wir vorbereitet sein, […]

  39. […] in unterschiedlicher Häufigkeit entstehen. Wenn wir in den nächsten Jahren (unter anderem dank der GAIA-Mission) einen halbwegs brauchbaren Überblick über die planetare Population unserer Milchstraße […]

  40. […] die großartige GAIA-Mission habe ich früher schon berichtet. Das Weltraumteleskop der Europäischen Weltraumagentur ESA ist 2013 ins All gestartet um die […]

  41. #41 Krypto
    24. April 2018

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