Miljardin tähden tähtiluettelo

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 20^m kirkkauteen^[1] asti. Hieman kirkkaimpien tähtien (≥15^m) 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 6^m. Pieni m-kirjain yläindeksinä viittaa tähtitieteessä käytössä olevaa kirkkausasteikkoon. Mitä pienempi kirkkautta osoittava luku on, sitä kirkkaampi kohde, esimerkiksi Siriuksen kirkkaus on noin –1,5^m , täysikuun noin –12,5^m ja Auringon noin –27,5^m.

Yhden kirkkausyksikön ero merkitsee noin 2,51-kertaista ja viiden yksikön ero merkitsee 100-kertaista eroa kirkkaudessa. Gaian havaitsemat himmeimmät tähdet (20^m) ovat noin 1/400 000 siitä kirkkaudesta mitä paljain silmin pystytään havaitsemaan täysin pimeässä paikassa.