Дослідники можуть дізнатися про просторове положення та рух майже у тисячу разів більше зірок, ніж раніше, і можна зробити більш точну тривимірну карту Чумацького Шляху, ніж будь-коли раніше.

зіркові

Найважливіший астрономічний проект десятиліття з астрометричним космічним кораблем Gaia, запущений в кінці 2013 року, все ще триває. Gaia, що фінансується Європейським космічним агентством, проводить високоточні вимірювання положення та яскравості з липня 2014 року. Ці дані також дозволяють визначити просторове положення спостережуваних понад півтора мільярда зірок, а звідти - до тривимірного картографування Чумацького Шляху та вивчення його рухів.

Після обробки вимірювань, зроблених протягом перших 22 місяців експлуатації космічного корабля, на основі дивовижної кількості даних, які зараз були опубліковані, ми можемо бути впевнені, що відбудеться ще один прорив у пізнанні нашої власної галактики - Чумацького Шляху.

Значення астрометрії сьогодні

В даний час астрономія є однією з найбільш швидкозростаючих дисциплін. Майже щотижня публікується чергове дивовижне чи просто вражаюче досягнення в галузі космології, астрофізики чи навіть досліджень планет. Галузь астрономії, яка культивується з найдавніших часів, астрометрія - тобто визначення положення небесних тіл - за своєю природою не обіцяє вражаючих результатів, але її значення безперечне. Це пов’язано з тим, що надточне вимірювання положення є важливим для успіху будь-якого поля спостереження. Подумайте лише, що в Чумацькому Шляху приблизно 200 мільярдів зірок, і щоб переміщатися між ними, вам потрібно дуже точно знати положення окремих зірок. Повторно вимірюючи положення з відповідною різницею в часі, відносний рух зірок також можна відобразити. Більше того, спостерігаючи миттєве положення кожної зірки з двох кінцевих точок достатньо довгої базової лінії (точніше ділянки), відстань відповідного небесного тіла також може бути визначена за паралактичним переміщенням, виміряним таким чином. Про продовження триангуляції, яка зазвичай використовується в геодезії, до небесних тіл, т. Зв тригонометричний паралакс був детально описаний тут у зв'язку з першими даними Геї.

А знання відстані є важливим, якщо ми хочемо охарактеризувати будь-яке небесне тіло чи їх систему. Енергія, яку випромінюють два джерела світла, які, схоже, мають однакову яскравість, може бути надзвичайно різною, якщо, наприклад, один об’єкт є сусідньою зіркою, а інший - сузір’ям не Чумацького Шляху, яке неможливо розбити на окремі зірки за допомогою великих телескопів.

Астрономами розроблено та застосовано безліч методів для визначення космічних відстаней, але вони або недостатньо точні, або роблять припущення лише приблизні. Існує лише один метод, який не вимагає спрощення або додаткових умов: це тригонометричний паралакс.

Астрометрія з космічними астрономічними приладами

Хоча астрофізичні та космологічні дослідження переважають у сучасній астрономії, значення астрометрії у визначенні місця розташування та переміщення небесних тіл не кращим чином вказується, ніж в останні десятиліття, експлуатацією космічних кораблів спеціально для астрометричних цілей. Хоча вимірювання в космосі набагато дорожче, ніж вимірювання наземним біноклем, той факт, що вони покращують точність на порядок, однозначно вартий додаткових витрат.

Космічна астрометрія народилася ще в кінці 20 століття: космічний зонд Європейського космічного агентства (ЕКА), який називається Hipparcos, проводив вимірювання навколо Землі між 1989 і 1993 роками. Коли в 1997 році був опублікований каталог значень положення та руху 118 000 зірок, виміряних Гіппаркосом, з точністю до мілісекунд, вже було ясно, що існує нагальна необхідність подальшого вдосконалення точності вимірювань. Тим часом розпочалось планування наступної астрометричної космічної місії та лобіювання для втілення цього плану в реальність.

Новий космічний корабель був названий GAIA як абревіатура, утворена з ініціалів Глобального астрометричного інтерферометра для астрофізики. Коли стало ясно, що інтерферометрія не може досягти запланованого в тисячу разів поліпшення кутової точності вимірювань - але, звичайно, були знайдені інші рішення для підвищення точності - назву місії було спритно перейменовано: Gaia замість GAIA, як скорочення вже мало сенс. втрачено. Гея в грецькій міфології була богинею землі, матір'ю Урана, богом неба. Тож назва залишилася, змінено лише її правопис.

Астрометричний космічний корабель Gaia був включений до програми ESA в 2000 році, а етап впровадження розпочався в 2006 році. Після тривалого процесу проектування, виготовлення та наземного огляду приладів, зонд був запущений у грудні 2013 року в подорож, яка, як очікується, суттєво трансформує астрономічні знання. Наукові вимірювання розпочалися влітку 2014 року і триватимуть безперервно принаймні протягом п’яти років. Більше того, є надія на продовження періоду вимірювання щонайменше на два роки, і заявка очікує на розгляд відповідних керівників ЄКА.

Програма вимірювання та продуктивність Hipparcos та Gaia також були порівняні в нашій попередній статті. Серед іншого, Gaia перевершує свого попередника за тривалістю періоду вимірювання. Це важливо, оскільки для забезпечення того, щоб періодично повторювані паралактичні переміщення можна було надійно відокремити від власного руху зірки та інших наслідків зміни положення (наприклад, рух орбіти у випадку двійкових зірок або спричиненого планетою, що обертається навколо зірки, це також має значення гравітаційне походження) .з дуже невеликого періодичного переміщення), небесне положення зірок повинно вимірюватися багато разів протягом декількох років. З серії вимірювань, що тривали п’ять років, очевидний рух, спричинений паралаксами, тепер можна надійно відокремити від фактичного переміщення всіх інших джерел.

Великою перевагою астрометричних вимірювань у космосі перед земними є те, що позбувшись спотворюючого ефекту атмосфери, можна виміряти довільно велику кутову різницю, тобто глобальну астрометрію можна здійснити замість відносної астрометрії на землі - лише за допомогою телескопів між приладом., астроном не може обмежитися вимірюванням дійсно великих кутових різниць. З точки зору методу вимірювання космічної астрометрії та кількості пікселів Gaia, ПЗС-камера світового рекордера детально показана на відео ESA нижче.

У космічній астрометрії, мабуть, найскладнішим завданням є оцінка даних вимірювань. У випадку з Геєю цей процес розпочався під час перших вимірювань і з тих пір тривав, залучаючи все новіші дані. Явне небесне положення кожного вимірюваного об'єкта - понад півтора мільярда зірок у випадку з Геєю, не враховуючи малих небесних тіл у Сонячній системі - порівнюється з виміряним положенням усіх інших об'єктів і робиться для всіх вимірювань разів. аналіз. В результаті обробки даних із використанням найсучаснішого обладнання можна визначити дедалі точніші кутові та спрямовані різниці.

Також великим викликом є ​​фіксація вихідної точки та основних напрямків системи відліку. Для цього професіонали використовують дуже віддалені - і, отже, непомітно низькі самохідні - точкові джерела, що випромінюють радіовипромінювання.

На основі глобальних астрометричних вимірювань, крім координат досліджуваного джерела та саморуху вздовж двох координатних осей, також може бути визначений його паралакс, а від нього і відстань. На додаток до вимірювання положення, Гея також фіксує спектри об'єктів, що проходять перед датчиком. Спектроскопічні вимірювання у відносно вузькому діапазоні довжин хвиль можуть бути використані для визначення зорової швидкості зірки (третьої складової просторового руху, яку неможливо визначити з астрометричних вимірювань протягом декількох років), але спектр також надає інформацію про хімічний склад та фізичні властивості зірки .

Постійна оцінка даних, виміряних за допомогою приладів Gaia, не дозволяє негайно опублікувати результати, але навіть часте повідомлення результатів не буде відповідною стратегією. Тому особи, відповідальні за роботу компанії Gaia та управління Консорціумом з обробки та аналізу даних (DPAC), вирішили робити приблизно точніші результати вимірювань протягом більш тривалого періоду часу приблизно кожні два роки. Поки Гея працює, це, звичайно, лише часткові результати, але вони все одно надзвичайно важливі.

Існує лише один тип винятків із цієї комунікаційної політики. Суворі правила дозволяють астрономам усього світу негайно інформувати про небесні джерела світла, які надзвичайно швидко яскравіють або згасають. Робоча група DPAC постійно контролює, чи спостерігається раптова зміна яскравості порівняно з раніше виміряними значеннями яскравості вимірюваних об'єктів. Якщо серед майже 1,6 мільярдів зірок у програмі вимірювань є одна - і більше одного дня - найперспективніша, разом з іншою доступною інформацією, буде оприлюднена якомога швидше, щоб зацікавлені астрономи могли відстежувати астрофізично цікаві транзиторне явище. доступне за допомогою біноклів та інших інструментів. При складанні вимірювальної програми Геї аспекти астрометрії були керівними принципами, тому раптово світяться або згасаючі небесні тіла можуть повернутися в поле зору телескопа Геї лише через тижні або місяці.

Перехідні зміни яскравості оповіщаються як частина наукового оповіщення. Одна з дослідницьких груп Інституту Міклоша Теге Конколи Теге Угорської академії наук відстежує виверження молодих зірок серед об'єктів, оголошених під час тривоги, а також досліджує, як знайти якомога більше молодих зірок, схильних до виверження, на основі даних Геї рідкісні вимірювання яскравості.

Перший випуск даних Геї

Часткові результати вимірювань, проведених протягом перших 16 місяців роботи зонда, були опубліковані у вересні 2016 року. Тоді стали відомими лише небесні координати, саморух і паралакс найяскравіших двох мільйонів зірок, а вимірювання Гіппаркоса за чверть століття раніше враховувались при визначенні саморуху. Про точність вимірювань Геї, а також про успіх місії добре свідчить той факт, що ледь півторарічні дані вимірювань забезпечували більш точні паралакси, ніж попередній астрометричний космічний корабель Гіппаркос, що охоплював повний чотирирічні ряди даних.

База даних Gaia відразу стала популярною серед астрономів. Протягом півтора року після першого випуску було опубліковано сотні статей, у середньому щонайменше по одній на день, використовуючи перші опубліковані результати Геї. Не дивно, що астрономи з нетерпінням чекають нових і точніших даних, і, звичайно, не тільки для двох мільйонів зірок, випущених до цього часу, але і для кожного небесного тіла, яке спостерігав Гея.

Про дані, які зараз публікуються

За 45 місяців з початку вимірювань для наукових цілей прилади, розміщені на борту Gaia, виявили 52 терабайта даних. Другий випуск Геї трохи затримався порівняно з тим, що планувалося спочатку, але за змістом його пропозиція набагато багатша. Після обробки вимірювань, зроблених 25 квітня 2018 року протягом перших 22 місяців роботи Геї, наступні дані стануть відкритими:

  • Розташування та яскравість 1 692 919 135 зірок,
  • 1 331 909 727 зірок також мають власний рух і значення паралаксу,
  • Температура поверхні 161 497 595 зірок,
  • 76 956 778 зірок діаметр і світність (світловіддача),
  • Візуальна швидкість 7 224 631 зірок.

Це справді астрономічні цифри! До цього часу в базі даних, що містить стільки інформації, в астрономії не існувало. Але що ці цифри означають для тих, хто менш досвідчений в астрономії?

1,5 мільярда зірок - це приблизно один відсоток сузір’я Чумацького Шляху, нашої власної галактики. На основі 1,3 мільярда зірок, чий саморух і паралакс стали відомими на додаток до своїх координат в опублікованому нині пакеті даних, можна створити більш точну тривимірну карту Чумацького Шляху, ніж будь-коли раніше. Третя складова просторового руху тепер відома за візуальною швидкістю лише 7,2 млн. Зірок (найяскравішою), тому рухи в молочній системі, тобто динамічні зміни в нашій галактиці, можуть контролюватися лише обмежено протягом певного часу буття.

Знання температури і світності зірок є важливим для астрофізичних висновків. Замість детального опису ми тут маємо на увазі лише основну діаграму стану астрофізики, діаграму Герцпрунга - Рассела, на якій розташування зірки багато вказує на стан розвитку, вік тощо. Горизонтальна вісь діаграми показує поверхневу (ефективну) температуру зірки або іншу еквівалентну величину (спектральний тип, індекс кольору), а вздовж вертикальної осі світність або еквівалентну абсолютну яскравість. Звичайно, ми не можемо представити діаграму на основі даних, які ще не є загальнодоступними, але зараз це відомо, але діаграма на основі даних, опублікованих у вересні 2016 року, виглядає так:

З багатьох зірок яскравість 550 737 зірок виявилася змінною. Це багато і мало одночасно. Судячи з того, що до цього часу ми знали набагато менше (до двохсот тисяч) зірок, що їх яскравість не є постійною. І якщо ми припустимо, що яскравість майже кожної десятої зірки в програмі вимірювань Гіппаркоса з часом змінювалась, кількість змінних зірок, які, як очікується, будуть виявлені в Чумацькому Шляху, перевищуватиме сто мільйонів. Для порівняння, півмільйона змінних зірок, які зараз публікуються, здаються невеликими. Серед змінних зірок кілька дослідників з Астрономічного інституту Угорської академії наук також беруть участь в аналізі даних пульсуючих зірок типу цефеїд та типу RR Lyrae, як члени DPA Gaia.

Як частина бази даних, що вийшла зараз, ми можемо також з’ясувати положення 14 099 астероїдів у Сонячній системі разом із часом усіх спостережень. На основі цих можна визначити орбіти астероїдів. Дані, опубліковані зараз про астероїди, є скоріше закускою. Остаточна база даних Геї міститиме дані про майже 300 000 астероїдів.

Наступного випуску знову доведеться чекати приблизно два роки. На той час будуть доступні важливі дані про подвійні зірки. Але наявні зараз дані також є справжньою скарбницею для астрономів усього світу.