Observerer Gaia fra Jorden for at forbedre sine stjernekort

Mens ESA's Gaia-mission har undersøgt mere end en milliard stjerner fra rummet, astronomer har regelmæssigt overvåget satellittens position på himlen med teleskoper over hele verden, herunder European Southern Observatory i Chile, at forfine Gaias kredsløb yderligere og i sidste ende forbedre nøjagtigheden af ​​dens stjernetælling.

For et år siden, Gaia-missionen udgav sit længe ventede andet sæt data, som inkluderede højpræcisionsmålinger – positioner, afstandsindikatorer og egenbevægelser - af mere end en milliard stjerner i vores Mælkevejsgalakse. Kataloget, baseret på mindre end to års observationer og næsten fire års databehandling og analyse af et samarbejde mellem omkring 450 videnskabsmænd og softwareingeniører, har muliggjort transformationsstudier inden for mange områder af astronomi, genereret mere end 1000 videnskabelige publikationer inden for de seneste 12 måneder.

I mellemtiden i rummet, Gaia bliver ved med at scanne himlen og indsamle data, der bliver knækket til fremtidige udgivelser for at opnå endnu højere præcision på stjernernes position og bevægelse og muliggøre stadigt dybere og mere detaljerede undersøgelser af vores plads i kosmos. Men for at nå den nøjagtighed, der forventes for Gaias endelige katalog, det er afgørende at lokalisere satellittens position og bevægelse fra Jorden.

Til dette formål, flyvedynamikeksperterne på ESA's operationscenter gør brug af en kombination af teknikker, fra traditionel radiosporing og rækkevidde til samtidig observation ved hjælp af to radioantenner - den såkaldte delta-DOR-metode. I en unik og ny tilgang for ESA, den jordbaserede sporing af Gaia inkluderer også optiske observationer leveret af et netværk af mellemstore teleskoper over hele planeten.

Det Europæiske Sydobservatoriums (ESO) 2,6 meter VLT Survey Telescope (VST) i Chile registrerer Gaias position på himlen i omkring 180 nætter hvert år.

"Dette er et spændende jord-rum samarbejde, ved at bruge et af ESO's verdensklasseteleskoper til at forankre de banebrydende observationer af ESA's milliardstjernelandmåler, " siger Timo Prusti, Gaia-projektforsker ved ESA.

"VST er det perfekte værktøj til at udvælge Gaias bevægelse, " tilføjer Ferdinando Patat, leder af ESO's Observing Programs Office. "At bruge et af ESO's førsteklasses jordbaserede faciliteter til at styrke banebrydende rumobservationer er et fint eksempel på videnskabeligt samarbejde."

Ud over, det to meter lange Liverpool-teleskop placeret på La Palma, Kanariske øer, Spanien, og Las Cumbres Optical Global Telescope Network, som driver to meter teleskoper i Australien og USA, har også observeret Gaia i løbet af de sidste fem år som en del af Ground Based Optical Tracking (GBOT) kampagnen.

"Gaia-observationer kræver en særlig observationsprocedure, " forklarer Monika Petr-Gotzens, som har koordineret udførelsen af ​​ESO's observationer af Gaia siden 2013. "Rumfartøjet er, hvad vi kalder et 'bevægende mål', da det bevæger sig hurtigt i forhold til baggrundsstjerner - at spore Gaia er noget af udfordringen!"

På disse billeder er Gaia blot en lysprik blandt de mange stjerner, som satellitten selv har målt, så en omhyggelig kalibrering er nødvendig for at transformere denne mængde observationer til meningsfulde data, der kan inkluderes i bestemmelsen af ​​satellittens kredsløb.

Dette krævede at bruge data fra Gaias anden udgivelse til at identificere stjernerne i hvert af billederne indsamlet i løbet af de seneste fem år og beregne satellittens position på himlen med en præcision på 20 millibuesekunder eller bedre (et buesekund svarer til størrelsen af ​​en Euro mønt set fra en afstand af cirka fire kilometer).

"Dette er en udfordrende proces:vi bruger Gaias målinger af stjernerne til at kalibrere Gaia-rumfartøjets position og i sidste ende forbedre dets målinger af stjernerne, " forklarer Timo.

De jordbaserede observationer giver også nøgleinformation til at forbedre bestemmelsen af ​​Gaias hastighed gennem rummet, som skal kendes med en præcision på nogle få millimeter i sekundet. Dette er nødvendigt for at korrigere for et fænomen kendt som aberration af lys - en tilsyneladende forvrængning i retningen af ​​indkommende lys på grund af den relative bevægelse mellem kilden og en observatør - på en måde, der svarer til at vippe ens paraply, mens man går gennem regnen.

"Efter omhyggelig og langvarig databehandling, vi har nu opnået den nøjagtighed, der kræves for, at de jordbaserede observationer af Gaia kan implementeres som en del af kredsløbsbestemmelsen, siger Martin Altmann, leder af GBOT-kampagnen fra Astronomisches Rechen-Institut, Center for Astronomi ved Heidelberg Universitet, Tyskland, som arbejder i tæt samarbejde med kolleger fra Paris Observatory i Frankrig.

GBOT-oplysningerne vil blive brugt til at forbedre vores viden om Gaias kredsløb, ikke kun i kommende observationer, men også for alle de data, der er blevet indsamlet fra Jorden i de foregående år, fører til forbedringer i de dataprodukter, der vil blive inkluderet i fremtidige udgivelser.