Gaia: Die größte Entdeckungsmaschine der Astronomie
(Special)

Gäbe es für außergewöhnliche Astronomie-Projekte Auszeichnungen wie in der Filmindustrie, dann wäre die in Kürze beginnende, ehrgeizige ESA-Sternenkartierungsmission Gaia ein heißer Kandidat für mindestens einen „Oscar“.

Am 20. Dezember soll die 2030 Kilogramm schwere ESA-Raumsonde mit einer Sojus-Trägerrakete vom europäischen Weltraumhafen Sinnamary/Kourou in Französisch-Guayana starten. Ihr Weg führt sie in den ersten vier Wochen zu dem in 1,5 Millionen Kilometer entfernt liegenden exklusiven Beobachtungsplatz „L2“. An diesem Lagrange-Punkt L2 heben sich die Gravitationskräfte von Sonne und Erde und die nach aussen gerichtete Zentrifugalkraft auf, so dass Gaia die Sonne im Gleichtakt mit der Erde mindestens fünf Jahre umrundet.

Die Ziele sind hoch gesteckt: Gaia soll die Positionen, Bewegungen, Entfernungen, Zusammensetzung und Geschwindigkeiten von einer Milliarde Sternen – das entspricht etwa einem Prozent aller Sterne der Milchstraße – mit höchster Präzision astrometrisch, photometrisch und spektroskopisch vermessen und dabei die räumliche Struktur und Dynamik der Galaxis erkunden. Es geht um die Frage nach der Genese und Entwicklung unserer kosmischen Heimat. Die sehr hohe Messgenauigkeit ermöglicht zudem experimentelle Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie.

Wer sich mit den Anforderungen vertraut macht, die Gaia erfüllen soll, wird schon nach wenigen Schritten von der Unmöglichkeit des Unterfangens überzeugt sein. Nur ein Beispiel: Um die Positionen der Sterne auf den Abbildungen „in die realen Positionen der Sterne umzurechnen, muss die absolute Orientierung des drei Meter hohen Satelliten im Weltraum auf etwa einen Atomdurchmesser genau bekannt sein – und zwar für jeden Zeitpunkt während der fünfjährigen Mission“, berichtet Ulrich Bastian, Mitglied des 13-köpfigen Gaia-Science-Teams der ESA. Ein Atomdurchmesser entspricht 0,3 Nanometer, das sind 0,000000003 Meter.

Dennoch haben Wissenschaftler, Techniker und Ingenieure Lösungswege gefunden. Zu den Wunderwerken der Raumsonde gehören die eine Milliarde Pixel starke Digitalkamera aus 106 CCD-Sensoren, die Elektronik zur Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung und die Mikrotriebwerke für die Lageregelung in der Umlaufbahn.

„Gaia ist die größte Entdeckungsmaschine der Astronomie. Dadurch wird Europa zum Vorreiter in Sachen Präzisionsastronomie“, betont Álvaro Giménez Cañete, ESA-Direktor für Wissenschaft und robotische Exploration.

Das umfangreiche Datenmaterial von Gaia wird sich auf alle wichtigen Bereiche der astronomischen Forschung auswirken. So erwarten die Wissenschaftler weitere Entdeckungen kosmischer Objekte in signifikanten Größenordnungen: bis zu 250 000 Asteroiden und Kometen innerhalb unseres Sonnensystems, zehntausende Exoplaneten und Planetensysteme, tausende Braune Zwerge, hunderttausende Weiße Zwerge, tausende von Supernovae und hunderttausende Quasare. Mithilfe von Gaia könnte sogar die mysteriöse Dunkle Materie analysiert werden, die in unserer Milchstraße reichlich vorhanden sein muss – jene unsichtbare Substanz, die wir nur aufgrund ihrer Schwerewirkung auf andere Objekte erkennen können.

Das Gaia-Special

Die folgenden Artikel liefern interessante Details und spannende Hintergrundinformationen zur europäischen Astrometriemission Gaia, die den Auftakt einer neuen Generation hochpräziser Observatorien zur Beantwortung grundlegender Fragen zum Kosmos einläutet:

A. Er revolutionierte die Astrometrie: Hipparcos
B. Zwei Jahrzehnte Vorbereitungszeit
C. Im Fokus: Unsere Heimatgalaxis namens Milchstraße
D. Wissenschaftliche Ziele
E. Raumsonde mit Mikrotriebwerken
F. Die größte Digitalkamera
G. Wie arbeiten die Hauptinstrumente?
H. Missionsbetrieb und deutsche Beteiligung
I.  Die Mission Gaia im Überblick