ดาวเทียมไกอา

ไกอา
ภาพยานไกอาในจินตนาการของศิลปิน
ประเภทภารกิจ	มาตรดาราศาสตร์ กล้องโทรทรรศน์อวกาศ
ผู้ดำเนินการ	องค์การอวกาศยุโรป
COSPAR ID	2013-074A
SATCAT no.	39479
เว็บไซต์	www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia
ข้อมูลยานอวกาศ
ผู้ผลิต	EADS Astrium e2v Technologies
มวลขณะส่งยาน	2,029 กก.[1]
มวลแห้ง	1,392 กก.
มวลบรรทุก	710 กก.[2]
ขนาด	4.6 × 2.3 ม.
กำลังไฟฟ้า	1,910 วัตต์
เริ่มต้นภารกิจ
วันที่ส่งขึ้น	Not recognized as a date. Years must have 4 digits (use leading zeros for years < 1000).[3]
จรวดนำส่ง	Soyuz ST-B/Fregat-MT
ฐานส่ง	ศูนย์อวกาศเกียนา
ผู้ดำเนินงาน	อาเรียนสเปซ
ลักษณะวงโคจร
ระบบอ้างอิง	จุด L2
ระบบวงโคจร	วงโคจรลีซาฌู
ระยะใกล้สุด	263,000 กม.[4]
ระยะไกลสุด	707,000 กม.[4]
คาบการโคจร	180 วัน
วันที่ใช้อ้างอิง	2014
กล้องโทรทรรศน์หลัก
เส้นผ่านศูนย์กลาง	1.45 × 0.5 ม.
พื่นที่รับแสง	0.7 ม.^2
อุปกรณ์
ASTRO: อุปกรณ์มาตรดาราศาสตร์ BP/RP: อุปกรณ์วัดแสง RVS: สเปกโทรมิเตอร์วัดความเร็วแนวเล็ง

แบบจำลองยานไกอา

ยานไกอามองจากอีกมุม

ยานไกอาขณะกำลังอยู่ในช่วงท้ายของก่อสร้างในปี 2013

ไกอา (Gaia) เป็นดาวเทียมที่ถูกส่งไปโดยองค์การอวกาศยุโรป (ESA) ซึ่งเป็นภารกิจกล้องโทรทรรศน์อวกาศเพื่อวัตถุประสงค์ในการทำมาตรดาราศาสตร์ โดยถือเป็นผู้สืบทอดของภารกิจดาวเทียมฮิปปาร์โคสที่เสร็จสิ้นภารกิจไปก่อนหน้า

เป้าหมายหลักคือการวัดตำแหน่งของดาวฤกษ์ประมาณ 1 พันล้านดวงอย่างเที่ยงตรง ตรวจสอบระยะห่างและการเคลื่อนที่เฉพาะของดาวฤกษ์เหล่านั้น

ดาวเทียมไกอาถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 19 ธันวาคม 2013 โดยใช้จรวดโซยุซ[5] และเริ่มการสังเกตทางวิทยาศาสตร์เมื่อวันที่ 25 กรกฎาคม 2014

วัตถุประสงค์

เป้าหมายของดาวเทียมไกอาคือ:

• ในการหากำลังส่องสว่างของดาวฤกษ์จำเป็นต้องทราบระยะทาง การจะบรรลุเป้าหมายนี้โดยไม่ต้องอาศัยสมมุติฐานทางฟิสิกส์จำเป็นต้องวัดค่าพารัลแลกซ์ดาวฤกษ์เป็นหลัก หอดูดาวภาคพื้นดินไม่สามารถทำการวัดได้อย่างเที่ยงตรงเพียงพอเนื่องจากความแปรปรวนของบรรยากาศ
• การสังเกตการณ์วัตถุจาง ๆ ทำให้ได้ฟังก์ชันความส่องสว่างที่เที่ยงตรงยิ่งขึ้น เพื่อให้ได้ตัวอย่างที่เป็นกลาง จำเป็นต้องสังเกตวัตถุทั้งหมดที่มีระดับความสว่างตามค่าที่กำหนด
• เพื่อศึกษาขั้นตอนที่ดำเนินไปอย่างรวดเร็วในวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ จำเป็นต้องสังเกตการณ์วัตถุให้มากขึ้น การสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้าจำนวนมากในทางช้างเผือก ก็มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจการเปลี่ยนแปลงของทางช้างเผือก แม้แต่ 1 พันล้านดวงก็ยังถือว่าน้อยกว่า 1% ของดาวในทางช้างเผือกทั้งหมด
• การวัดระยะทางและการเคลื่อนที่ของดาวมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจดารากรต่าง ๆ โดยเฉพาะดาวที่อยู่ห่างไกล

ดาวเทียมไกอาจะทำการสร้างแผนที่สามมิติของดาราจักรทางช้างเผือกที่มีความเที่ยงตรงสูงมาก ด้วยการใส่เพิ่มข้อมูลการเคลื่อนไหวที่เหมาะสมลงในแผนที่สามมิติ ทำให้สามารถอนุมานถึงต้นกำเนิดของดาราจักรและวิวัฒนาการในอนาคตได้ การวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปียังให้รายละเอียดลักษณะทางกายภาพของดาวฤกษ์ที่สังเกตแต่ละดวง รวมถึงกำลังส่องสว่าง อุณหภูมิ ความโน้มถ่วง และธาตุองค์ประกอบ การสำรวจสำมะโนดาวฤกษ์ ขนาดใหญ่นี้จะให้ข้อมูลพื้นฐานสำหรับการตอบคำถามสำคัญต่าง ๆ เกี่ยวกับต้นกำเนิด โครงสร้าง และวิวัฒนาการของดาราจักรของเรา นอกจากนี้แล้วก็ยังได้ทำการวัดเควซาร์, ดาราจักร, ดาวเคราะห์นอกระบบ, วัตถุในระบบสุริยะ ฯลฯ จำนวนมากไปด้วยในเวลาเดียวกัน

นอกจากนี้ไกอายังถูกคาดหวังว่าจะ:

• วัดระยะทางได้มากกว่า 1 พันล้านดวงที่มีโชติมาตรปรากฏไม่เกินอันดับ 20
• เพื่อระบุตำแหน่งของดาวฤกษ์ที่อันดับ 10 ลงมาให้ได้เที่ยงตรงโดยมีความคลาดเคลื่อนภายใน 7 ไมโครพิลิปดา ดาวฤกษ์อันดับ 15 ลงมาภายใน 12-25 ไมโครพิลิปดา และดาวฤกษ์อันดับต่ำกว่า 20 ภายใน 100-300 ไมโครพิลิปดา
• เพื่อระบุระยะทางของดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุดด้วยความเที่ยงตรงคลาดเคลื่อนเพียง 0.001% และระยะห่างของดาวฤกษ์ภายในระยะ 30,000 ปีแสงจากศูนย์กลางดาราจักรด้วยความคลาดเคลื่อน 20%
• เพื่อระบุความเร็วตามแนวตั้งฉากของดาวฤกษ์ 40 ล้านดวงด้วยความเที่ยงตรงคลาดเคลื่อนน้อยกว่า 0.5 กม./วินาที
• วัดวงโคจรและความเอียงของวงโคจรของดาวเคราะห์นอกระบบ 1,000 ดวงอย่างแม่นยำ และระบุมวลที่แท้จริงของดาวเหล่านั้น

นอกจากนี้ยังถูกคาดหวังว่าจะมีการค้นพบดาวเคราะห์น้อยที่ยังไม่รู้จักจำนวนมากในบริเวณระหว่างโลกและดวงอาทิตย์ ซึ่งยากต่อการสังเกตด้วยกล้องโทรทรรศน์โลกในช่วงเวลากลางวัน[6]

ตัวยาน

ดาวเทียมไกอาถูกปล่อยด้วยจรวดโซยุส 2 ไปยังจุดลากร็องฌ์ L₂ ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 1.5 ล้านกิโลเมตร จุดลากร็องฌ์ L₂ อยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิคงที่มาก ซึ่งโลกเคลื่อนที่ตามวงโคจรลีซาฌู ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงการบดบังโดยดวงอาทิตย์

เช่นเดียวกับดาวเทียมฮิปปาร์โคส ดาวเทียมไกอาก็ประกอบด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่หันไปยัง 2 ทางที่คงที่ ดาวเทียมจะหมุนรอบแกนที่ตั้งฉากกับแนวสายตาของกล้องโทรทรรศน์ทั้งสอง แกนหมุนเคลื่อนตัวเล็กน้อยเมื่อเทียบกับท้องฟ้า แต่ยังคงทำมุมเดียวกันกับดวงอาทิตย์ ระบบอ้างอิงที่อยู่นิ่งได้มาจากการวัดตำแหน่งสัมพัทธ์อย่างแม่นยำจากทิศทางการสังเกตทั้งสอง

วัตถุท้องฟ้าแต่ละชิ้นถูกสังเกตโดยเฉลี่ยประมาณ 70 ครั้งในช่วงระยะเวลาของภารกิจ การสังเกตการณ์เหล่านี้ช่วยระบุค่าต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งดาวฤกษ์ ส่วนความเร็วแนวเล็งของดาวฤกษ์ถูกวัดโดยใช้ปรากฏการณ์ด็อพเพลอร์โดยสเปกโทรมิเตอร์ที่ติดอยู่กับระบบกล้องโทรทรรศน์ของไกอา

อุปกรณ์มวลมากภายในดาวเทียมไกอาประกอบด้วยอุปกรณ์ดังต่อไปนี้:

• กล้องโทรทรรศน์แต่ละตัวมีกระจกเงาปฐมภูมิขนาด 1.4 x 0.5 ม.
• แถวลำดับระนาบโฟกัสขนาด 1.0 x 0.5 ม. ฉายแสงจากกล้องโทรทรรศน์ทั้งสอง ภาพนี้ถูกส่งไปยัง CCD 106 ตัวที่มีขนาด 4500 x 1966 พิกเซล

อุปกรณ์ในยานไกอาแบ่งออกเป็นสามส่วนแยกกัน

• อุปกรณ์มาตรดาราศาสตร์สำหรับวัดมุมของดาวที่มีโชติมาตรปรากฏอันดับ 5.7 ถึง 20
• เครื่องมือวัดแสงวัดสเปกตรัมในช่วงความยาวคลื่น 320-1,000 นาโนเมตรของดาวที่มีโชติมาตรปรากฏอันดับ 5.7 ถึง 20
• สเปกโทรมิเตอร์ความละเอียดสูงวัดความเร็วแนวเล็งของดาวฤกษ์ได้ถึงที่โชติมาตรปรากฏอันดับ 17 โดยการหาสเปกตรัมความละเอียดสูงในช่วงความยาวคลื่น 847-874 นาโนเมตร (เส้นดูดกลืนแคลเซียมไอออน)

การสื่อสารกับตัวดาวเทียมเกิดขึ้นที่ความเร็วเฉลี่ย 1 เมกะบิตต่อวินาที แต่ปริมาณข้อมูลในบางช่วงเวลาอาจสูงถึงจิกะบิตต่อวินาที ดังนั้นจึงอาจมีการเชื่อมโยงลงเป็นสิบพิกเซลต่อภาพ ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องมีการตรวจหาหรือสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้า ณ ตรงนั้น กระบวนการดังกล่าวมีความซับซ้อนเป็นพิเศษเมื่อสำรวจบริเวณที่มีความหนาแน่นของดาวฤกษ์สูง

ภารกิจ

ภารกิจไกอาได้รับการพัฒนาขึ้นในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิทยาศาสตร์ระยะยาว ESA Horizon 2000 Plus ที่ถูกกำหนดขึ้นในปี 2000 ได้รับการรับรองเมื่อวันที่ 13 ตุลาคม 2000 เป็นภารกิจหลักลำดับที่ 6 และได้รับการยืนยันให้อยู่ในระยะ B2 ของโครงการเมื่อวันที่ 9 กุมภาพันธ์ 2006 EADS Astrium รับผิดชอบด้านฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ แรกเริ่มเดิมทีมีแผนจะปล่อยตัวในเดือนพฤศจิกายน 2012 โดยมีค่าใช้จ่ายประมาณ 650 ล้านยูโร รวมการผลิต การปล่อยยาน และการดำเนินงานภาคพื้นดิน

ปริมาณข้อมูลทั้งหมดที่ส่งจากยานอวกาศระหว่างตลอดภารกิจจะมีขนาดเมื่อถูกบีบอัดประมาณ 60 TB และจะเป็น 200 TB เมื่อคลายการบีบอัดแล้ว การประมวลผลข้อมูลเป็นความรับผิดชอบของกลุ่มสมาคมการประมวลผลและวิเคราะห์ข้อมูล ซึ่งได้รับเลือกจากองค์การอวกาศยุโรปในเดือนพฤศจิกายน 2006 กลุ่มสมาคมการประมวลผลและวิเคราะห์ข้อมูลมีนักบินอวกาศและวิศวกรประมาณ 400 คนจาก 20 ประเทศในยุโรป รวมถึงผู้เข้าร่วมจากศูนย์ดาราศาสตร์อวกาศยุโรป ซึ่งเป็นองค์กรภายใต้องค์การอวกาศยุโรปซึ่งมีสำนักงานใหญ่อยู่ใกล้กรุงมาดริด เงินทุนมาจากประเทศสมาชิกที่เข้าร่วมและนำไปจำนำจนกว่าจะมีการผลิตสารบัญแฟ้มขั้นสุดท้ายของไกอาขึ้นมา

การเผยแพร่ข้อมูล

เมื่อวันที่ 14 กันยายน 2016 ESA ได้เผยแพร่ Gaia Data Release 1 (DR1) ซึ่งเป็นการวิเคราะห์ข้อมูลจากผลการสังเกตการณ์ 14 เดือนแรกของดาวเทียมไกอา สารบัญแฟ้มนี้บันทึกตำแหน่งของดาวมากกว่าหนึ่งพันล้านดวง ซึ่งประมาณ 2 ล้านดวงประกอบด้วยการเคลื่อนที่เฉพาะและข้อมูลพารัลแลกซ์ดาวฤกษ์[7][8][9]

ในเดือนพฤษภาคม 2018 ได้มีการเผยแพร่ Gaia Data Release 2 (DR2) ซึ่งวิเคราะห์ข้อมูลการสังเกตการณ์ตั้งแต่เดือนกรกฎาคม 2014 ถึงพฤษภาคม 2016 โดย DR2 เพิ่มจำนวนดาวที่บันทึกไว้เป็น 1.7 พันล้านดวง ในจำนวนนั้นมีประมาณ 1.1 พันล้านดวงที่ประกอบด้วยข้อมูลการเคลื่อนที่เฉพาะ และพารัลแลกซ์ดาวฤกษ์ นอกจากนี้ DR2 ยังบันทึกการเปลี่ยนแปลงความสว่างดาวและ ความเร็วแนวเล็งด้วย[10]

ในเดือนธันวาคม 2020 มีการประกาศการเผยแพร่ข้อมูลครั้งที่ 3 ฉบับปล่อยล่วงหน้า Early Data Release 3 (EDR3) ซึ่งบันทึกดาวได้ 1.8 พันล้านดวง การเผยแพร่ข้อมูลครั้งที่ 3 นี้ได้ถูกแบ่งเผยแพร่เป็นส่วน ๆ โดย EDR3 คือส่วนแรกในจำนวนนั้น[11] วันที่เผยแพร่ EDR3 ถูกเลื่อนให้ช้าออกไปเนื่องจากผลกระทบของการระบาดทั่วของโควิด-19[12] หลังจากนั้น DR3 ฉบับเต็มจึงได้รับการเผยแพร่ในวันที่ 13 มิถุนายน 2022[11][12]

อ้างอิง

1. "GAIA (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) Mission". ESA eoPortal. สืบค้นเมื่อ 2014-03-28.
2. "Frequently Asked Questions about Gaia". ESA. 2013-11-14.
3. "Gaia Liftoff". ESA. 2013-12-19.
4. "Gaia enters its operational orbit". ESA. 2014-01-08.
5. "10億の星を立体地図に　天体位置測定衛星「ガイア」打ち上げ". AstroArts. 2013-12-20. สืบค้นเมื่อ 2017-09-19.
6. ESA Portal - Mapping the Galaxy, and watching our backyard
7. "Gaia's billion star map hints at treasures to come". ESA. 2016-09-14. สืบค้นเมื่อ 2017-09-19.
8. "10億個以上の星を記録、「ガイア」の初カタログ公開". AstroArts. 2016-09-20. สืบค้นเมื่อ 2017-09-19.
9. L. Lindegren (2016). "Gaia Data Release 1 Astrometry: one billion positions, two million proper motions and parallaxes". Astronomy & Astrophysics. 595: id.A4, 32 pp. Bibcode:2016A&A...595A...4L. doi:10.1051/0004-6361/201628714.
10. "17億個の星の地図が完成、ガイアの第2期データ公開". AstroArts. 2018-05-01. สืบค้นเมื่อ 2021-01-25.
11. "18億個の天体を含む「ガイア」最新データ公開". AstroArts. 2020-12-10. สืบค้นเมื่อ 2021-01-25.
12. "Gaia - News 2020". ESA. สืบค้นเมื่อ 2021-01-25.