Taiteilijan näkemys avaruudessa työskentelevästä Gaia-observatoriosta. Kuva ESA. |
Tähtitieteessä mahdollisimman kattavat tähtiluettelot ovat
olennainen osa tiedettä. Eikä pelkästään luettelo, vaan tähtien paikat,
ominaisliikkeet ja spektrit ovat erittäin tärkeitä luettelojen tietoja. Hyvin
monet nykyisinkin toimivat observatoriot ovat aikoinaan perustettu
tähtiluettelojen tekemistä varten.
Nykyaikana on siirrytty luettelojen tekemisessä
avaruusaikaan. Avaruudessa kartoitustyötä tekevät satelliitit välttyvät ilmakehän
aiheuttamilta virheiltä ja luetteloista pystytään tekemään aikaisempaa
tarkempia ja monipuolisempia. Aivan lähiviikkoina (lokakuun loppupuolella) Euroopan
avaruusjärjestö (ESA) laukaisee Gaia-observatorion, joka tulevan viiden vuoden
aikana tekee miljardin tähden kartoituksen.
Gaian kartoittama tähtimäärä on laajin mitä milloinkaan on
pystytty luetteloimaan, mutta siitä huolimatta se on vain 0,5–1 % Linnunradan
kaikista tähdistä. Niinpä luetteloon päätyvät vain Linnunradassamme
lähietäisyydellä olevat tähdet. Tästä rajoittuneisuudesta huolimatta
kartoitustyö antaa tutkijoille työkaluja Linnunradan tutkimiseen.
Luonnollisesti koko tähtitiede tieteenä hyötyy hankkeesta mitä suurimmassa
määrin.
Gaia kartoittaa kaikki näkyvissä olevat tähdet 20m
kirkkauteen[1] asti. Hieman kirkkaimpien tähtien (≥15m)
paikat Gaia määrittää 24 mikrokaarisekunnin tarkkuudella. Tarkkuus on riittävä
määrittämään hiuksen vahvuuden 1000 km etäisyydeltä. Paikanmäärityksen tarkkuus
merkitsee myös sitä, että lähitähtien etäisyydet pystytään määrittämään
aikaisempaa suuremmalla 0,001 % tarkkuudella. Etäämpänä olevien (≥ 30 000 valovuotta)
tähtien etäisyysmittauksessa saavutetaan 20 % tarkkuus.
Gaian tähtikartoitukseen käytettäviä kaukoputkia on kaksi 1,45
× 0,5 m peiliä, joiden polttoväli on 35 metriä. Ne ovat toisiinsa nähden 106,5°
kulmassa. Näistä valo johdetaan apupeilien avulla ccd-kameraan ja muihin
optisiin mittalaitteisiin. Optisen reitin kaksi viimeistä peiliä, ccd-kamera ja
mittalaiteet ovat yhteisiä molemmille kaukoputkille.
Tähtien etäisyydet määritetään havaitsemalla tähtien
parallaksia ja kuinka se muuttuu ajan myötä. Tulevan viiden vuoden aikana
observatorio tekee havaintoja jokaisesta tähdestä 70 kertaa. Observatorio sijoitetaan
LaGrangen-pisteeseen L2, joka sijaitsee maapallolta katsoen vastakkaisella
puolella kuin Aurinko. Sijoituspaikka on hyvin edullinen, sillä niin Aurinko
kuin Maa ja Kuu jäävät samalle puolelle taivaanpalloa ja observatorio kiertäessään L2-pistettä tarvitsee vain hyvin vähän ohjausta
(=polttoainetta).
Gaian teleskooppien suuren herkkyyden ansiosta se kykenee
havaitsemaan tuhansia asteroidivyöhykkeen kappaleista. Erityisesti
aurinkokunnan pienkappaleista Maata lähestyvät asteroidit (NEO) ovat luonnollisia
havaintokohteita. Näitä uskotaan havaittavan useita tuhansia. Tutkijoita
kiinnostaa erityisesti NEO-asteroidien radat ja Gaia pystyy tuottamaan hyvin
suuren määrän havaintotietoa myös näistä kohteista.
Gaialla on vielä kolmaskin kohdetyyppi, jota se pystyy
havainnoimaan erityisen suurella tarkkuudella ja joilla on suuri tieteellinen
merkitys. Kohderyhmä on tähdet, joilla on radoillaan kiertäviä
eksoplaneettaoja. Kohteiden havaitsemiseen Gaian instrumenttien ominaisuudet
ovat mitä ihanteellisimmat: Tarkka astrometrinen paikanmääritys paljastaa eksoplaneettojen
aiheuttaman tähtien huojunnan järjestelmän massakeskipisteen ympäri ja tarkka
kirkkauden määritys puolestaan paljastaa eksoplaneetat, jotka kiertoradallaan
joutuvat tähden eteen. Tähdestä tuleva valo himmene joksikin aikaa, ja himmeneminen
on mitattavissa. Toistuessaan voimme päätellä tähteä kiertävän planeetan
kiertoajan, radan kaltevuuden ja planeetan massan. Spektrometriset havainnot
puolestaan voivat kertoa planeetan lämpötilasta, mahdollisesta ilmakehästä ja
sen paineesta, sekä sen, löytyykö planeetoilta vettä, happea ja metaania?
Huomautukset
[1] Tähtitaivaan kohteille on määritetty kirkkaus
(=magnitudi) asteikolla, jossa yleisesti himmein paljain silmin näkyvä tähti on
kirkkaudeltaan 6m. Pieni m-kirjain yläindeksinä viittaa tähtitieteessä
käytössä olevaa kirkkausasteikkoon. Mitä pienempi kirkkautta osoittava luku on,
sitä kirkkaampi kohde, esimerkiksi Siriuksen kirkkaus on noin –1,5m
, täysikuun noin –12,5m ja Auringon noin –27,5m.
Yhden kirkkausyksikön ero merkitsee noin 2,51-kertaista ja viiden yksikön ero merkitsee 100-kertaista eroa kirkkaudessa. Gaian
havaitsemat himmeimmät tähdet (20m) ovat noin 1/400 000 siitä
kirkkaudesta mitä paljain silmin pystytään havaitsemaan täysin pimeässä
paikassa.