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GAIA
Daten über eine Milliarde Sterne
von Stefan Deiters
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19. Dezember 2013

Der europäische Astrometriesatellit Gaia ist heute Morgen erfolgreich gestartet. Gaia soll rund eine Milliarde Sterne unserer Milchstraße mit bislang unerreichter Genauigkeit vermessen und den Astronomen so ein besseres Verständnis über das dreidimensionale Erscheinungsbild unserer Heimatgalaxie vermitteln. Dazu wird Gaia ab Frühjahr kommenden Jahres täglich im Schnitt 40 Millionen Sterne erfassen.

Gaia

Gaia soll über fünf Jahre rund eine Milliarde Sterne erfassen. Bild: ESA / ATG medialab / ESO / S. Brunier (Hintergrund)

Der europäische Astrometrie-Satellit Gaia ist heute um 10.12 Uhr MEZ an Bord einer Sojus-Trägerrakete vom europäischen Raumfahrtbahnhof in Kourou aus gestartet. Nach der Abtrennung der ersten drei Stufen wurde etwa zehn Minuten später die Fregat-Oberstufe gezündet, um Gaia zunächst auf einen Parkorbit in 175 Kilometern Höhe zu bringen. Die zweite Zündung der Fregat elf Minuten später beförderte Gaia dann auf eine Übergangsbahn, auf der der Satellit 42 Minuten nach dem Start von der Raketenoberstufe abgetrennt wurde.

Anschließend stellte das Team im Raumflugkontrollzentrum ESOC der ESA in Darmstadt die Verbindung für die Telemetrie- und Lageregelungsbefehle her, so dass das Raumfahrzeug seine Systeme hochfahren konnte. Der 10,5 Meter durchmessende Sonnenschild, auf dem auch die Solarzellen montiert sind, wurde in einem zehnminütigen automatischen Vorgang entfaltet, der etwa 88 Minuten nach dem Start abgeschlossen war.

Inzwischen befindet sich die Sonde auf dem Weg zum sogenannten Lagrange-Punkt 2, der 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt auf der sonnenabgewandten Seite unseres Planeten liegt. Diesen Punkt wird Gaia in etwa drei Wochen erreicht haben. Morgen und in rund 20 Tagen sind dazu noch zwei entscheidende Triebwerkszündungen vorgesehen. Am Lagrange-Punkt 2 angekommen, beginnt eine etwa viermonatige Phase, in der der Satellit betriebsbereit gemacht und auf seine wissenschaftliche Mission zur Erfassung von rund einer Milliarde Sternen der Milchstraße vorbereitet wird.

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Gaia soll dabei nicht nur die genaue Position der Sterne mit bislang unerreichter Genauigkeit messen, sondern auch Informationen über ihre Helligkeit, chemische Zusammensetzung und Bewegung durchs All liefern. Aus den Daten wollen Astronomen eine dreidimensionale Karte unserer Milchstraße erstellen. Die darin enthaltenen Informationen werden für Forscher aus ganz unterschiedlichen Bereichen der Astronomie wichtig sein.

Fünf Jahre lang soll Gaia dazu jeden Tag im Schnitt 40 Millionen Sterne beobachten und so über den gesamten Missionszeitraum rund eine Milliarde Sterne bis zu 70 Mal erfasst haben. Von 99 Prozent dieser Sterne gab es bislang keine genauen Entfernungsmessungen. Die uns nächstgelegenen Sterne wird Gaia dabei mit einer Genauigkeit von 0,001 Prozent vermessen können, Sterne in der Nähe des galaktischen Zentrums noch immer mit einer Präzision von immerhin 20 Prozent. Gaia soll dabei noch Sterne erfassen können, die etwa eine Millionen Mal lichtschwächer sind als Sonnen, die sich gerade noch mit bloßem Auge erkennen lassen.

Um dies alles zu bewerkstelligen, befindet sich an Bord von Gaia ein extrem leistungsfähiges Abbildungssystem, bei dem es sich im Prinzip um eine Digitalkamera mit fast einer Milliarde Pixeln handelt. Zum Vergleich: Die Kamera eines modernen Smartphones verfügt heute über einen Chip mit vielleicht zehn Millionen Pixeln. Die erwarteten Datenmengen sind daher enorm: Insgesamt dürften während der Mission ein Petabyte an Daten anfallen, also eine Million Gigabyte. Dies entspricht etwa 200.000 DVDs mit Daten.

Diese enormen Datenmengen stellen auch ganz neue Anforderungen an die Erfassung, Aufbereitung und Archivierung auf der Erde. Und daran sind auch Astronomen aus Deutschland beteiligt: So entstand beispielsweise am Astronomischen Rechen-Institut (ARI) in Heidelberg, das Teil des Zentrums für Astronomie der Heidelberger Universität ist, eine Software, die die korrekte Funktion aller Systeme an Bord und die Qualität der wissenschaftlichen Rohdaten überwacht.

Sie übernimmt den sogenannten "First Look" auf die übertragenen Daten und umfasst rund 350.000 Programmzeilen in der Computersprache Java. Sie wurde größtenteils von den Mitarbeitern der Gaia-Gruppe am ARI geschrieben. Jeden Tag wird die Software einen umfassenden Bericht über den Zustand der Systeme an Bord und die technische Integrität und wissenschaftliche Qualität der Daten erstellen.

Allein schon diese Informationen werden aber so umfangreich sein, dass kein Mensch sie täglich lesen und begutachten kann. "Statt dessen sucht unsere Software in den Zahlen, Tabellen und Diagrammen des Berichts nach Abweichungen und markiert diese", erklärt Dr. Michael Biermann, der Leiter des Heidelberger "First-Look"-Teams. "So kann der jeweils diensthabende First-Look-Wissenschaftler sehr rasch und gezielt nach Zusammenhängen mit anderen Daten und nach möglichen Ursachen von Problemen forschen und Abhilfen vorschlagen." So hofft das Team sicherstellen zu können, dass keine wertvollen Daten verlorengehen oder sich die Messgenauigkeit unbemerkt verschlechtert.

Der wahre Wert von Gaia liegt aber in den Daten, die der Satellit über die Sterne der Milchstraße liefert: "Von den Daten, die Gaia zur Erde funken wird, erhoffen Astronomen unter anderem Erkenntnisse über die Entstehung und Entwicklung unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße", so ARI-Direktorin Prof. Dr. Eva Grebel.

"Gaia ist eine Entdeckungsmaschine, ein galaktischer Zensus: Wir bekommen dank der Präzision des Teleskops eine sehr genaue räumliche Vorstellung von dem, was uns umgibt. Dabei sitzen wir mittendrin in der Milchstraße und können deshalb nur mit besonderen Anstrengungen überhaupt einen kompletten Überblick über unsere Heimatgalaxie gewinnen", unterstreicht Dr. Dietmar Lilienthal, Gaia-Projektleiter im Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). 

Trotz der vielen Aufgaben, die noch auf alle beteiligten Wissenschaftler warten, dürfte am heutigen Tag erst einmal die Erleichterung darüber vorherrschen, dass "ihr" Satellit nun endlich im All ist. Auf diesen Moment haben alle nämlich lange warten müssen: Die Vorbereitungen für Gaia begannen bereits vor 19 Jahren, allein die Bauzeit des Satelliten betrug sieben Jahre.

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siehe auch
Gaia: Satellit für die nächste Astronomengeneration - 15. Mai 2001
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