На Землю продолжает поступать поток информации с космического аппарата Гайя. Его программа – определение параметров и оценка изменений этих параметров во времени для более миллиарда космических объектов.

   Все материалы о звездах нашей Галактики, о других галактиках, квазарах, экзопланетах, малых телах Солнечной системы и др. публикуются и находятся в свободном доступе, что служит базой для новых исследований космоса учеными всего мира.

                Рис. 1.

   Телескоп Европейского космического агентства Гайя был запущен и выведен на орбиту российской ракетой “Союз-СТ” и разгонным блоком “Фрегат” в декабре 2013 г. Орбита представляет собой фигуры Лиссажу вокруг точки Лагранжа L2.

    Точки Лагранжа системы Солнце-Земля – это точки, в которых притяжение со стороны Солнца равно притяжению со стороны Земли (рис. 2).

                                                                                  Рис. 2

    Точка Л2 находится на продолжении радиуса орбиты Земли вокруг Солнца в стороне, противоположной Солнцу (рис. 3). Находясь вблизи точки L2, космический аппарат, массой которого в данной системе можно пренебречь, вращается вместе с Землей вокруг Солнца, оставаясь дальше от Солнца, чем Земля, на 1.5 млн км.

                                         Рис. 3

   Фигуры Лиссажу космического аппарата Гайя – незамкнутые эллиптические орбиты, окружающие точку L2, которая все время остается в одном общем для всех этих орбит фокусе.

                                                                  Рис. 4

   Гайя совершает оборот вокруг собственной оси за 6 часов, обозревая полосу на небесной сфере, эта полоса непрерывно смещается, так как ось вращения прецессирует, описывая конус (рис. 4). В результате всех этих движений телескопы космической обсерватории сканируют все небо (рис. 5). Перечисленные движения с учетом всех мыслимых поправок за счет гравитационного влияния окружающих тел и других факторов дают возможность КА Гайя за планируемые 5.5 лет работы наблюдать каждый объект 70 раз.

                                                                           Рис. 5

   Сложное движение КА Гайя контролируется с Земли специальной системой телескопов. Положение в пространстве оценивается с точностью в 150 метров (по сравнению с космическими расстояниями эта величина меньше точки), а скорость по орбите – с точностью 2.5 миллиметра в секунду.

   Космическая обсерватория Гайя оснащена «самым современным оборудованием, центральным узлом которого является оптическая система, состоящая из 106 ПЗС-матриц, общим разрешением 1000 мегапикселей и диаметром 3 метра.» Преобразование необработанной информации в достоверные трехмерные координаты с высокой точностью является чрезвычайно сложной процедурой, поэтому ее выполняют 450 ученых и программистов.

   Когда Гайя достигла расчетной орбиты, развернулся «зонт» - экран площадью в 100 квадратных метров. Экран защищает приборы от солнечной радиации и помогает сохранять температуру космического аппарата минус 100 градусов Цельсия. Это необходимо, так как тень Земли в точке Л2 имеет гораздо меньший диаметр, чем орбита Гайя вокруг этой точки, поэтому космический аппарат все время освещен Солнцем. Обращенная к Солнцу поверхность экрана покрыта солнечными батареями, обеспечивающими работу оборудования.

                                                    Рис. 6

   Телескопы Гайя направлены в сторону, противоположную Солнцу. Преимущество такого положения в том, что они обращены к открывающемуся перед ними космосу, Солнце, Земля и Луна не попадают в их поле зрения и не мешают наблюдениям (рис. 7).

                                       Рис. 7

   По уже полученным результатам работы Гайя впервые опубликован трехмерный каталог 1 142 000 000 звезд, это примерно один процент от числа звезд в Галактике. На его основе составлена объемная карта Галактики.  Для получения объемного изображения наблюдаются две координаты в картинной плоскости, третья в радиальном направлении – расстояние до звезды.

   Положение звезд в картинной плоскости определяется двумя телескопами. Второй наблюдает ту же область через 106.4 минуты после первого. Благодаря такому режиму детекторы смогут обнаружить самые незначительные погрешности положения самих телескопов в пространстве, так как наблюдаемые объекты находятся так далеко, что за это время не успевают сместиться. Координаты на небесной сфере – угловые. Точность их определения достигает милли-  и даже микросекунд дуги в зависимости от предмета наблюдений.

   Расстояния определяются методом тригонометрического параллакса,  базисом служит диаметр орбиты L2 вокруг Солнца – более 300 000 000 км. Это самый точный, непосредственный способ оценки расстояний. Сравнение с результатами, полученными другими методами, позволяет оценить  точность этих методов.

   Яркость звезд и других объектов измеряется с помощью фотометра с фильтрами для нескольких интервалов длин волн. Яркость оценивается с точностью до тысячных долей звездной величины. Самые слабые наблюдаемые объекты имеют яркость в 400 000 раз меньшую, чем самые слабые звезды, доступные нашему глазу (расчет представлен в комментарии).

   Находящйеся на борту спектрограф с дифракционной решеткой служит для измерения доплеровских смещений спектральных линий (радиальные скорости, оценка расстояний) и получения ряда астрофизических  характеристик наблюдаемых небесных тел  (светимость, температура, химический состав и др.).

   Наблюдение каждого объекта 70 раз в течение 5.5 лет дает возможность определить величину и направление его скорости в трехмерном пространстве, проследить за изменением его яркости и других характеристик, обнаружить сверхновые в далеких галактиках, открыть планеты других звезд.

   Сведения о некоторых исследованиях, которые проводятся и смогут производиться в будущем на базе данных, передаваемых КА Гайя, публикуются уже сейчас.  Эти работы  будут новым этапом в изучении Вселенной.