zelenyikot


Открытый космос Зеленого кота

Космос ближе, чем кажется


Previous Entry Share Next Entry
Миллиард пикселей для миллиарда звезд
zelenyikot
На следующей неделе в космос отправится уникальный телескоп, который сможет «пересчитать» около миллиарда звезд вокруг Земли.



Сколько звезд на небе? Этот вопрос, наверное, волновал человечество с тех времен когда оно научилось считать. Невооруженным глазом с Земли можно увидеть около 5-6 тыс. звезд. Если забраться повыше в горы – то чуть больше. Если взять телескоп, то возможности значительно увеличатся, но предел все равно найдется.

На сегодня каталогизировано около 2,5 млн. звезд. Конечно, это число не соответствует количеству звезд даже в нашем рукаве галактики, что уж там говорить о Вселенной. Об остальных числах мы знаем только в теории, на основе экстраполяции и математических моделей.

В 2000 году Европейское космическое агентство решило подойти к вопросу на современном уровне техники. Эта идея легла в основу научной миссии Gaia, которая потребовала 13 лет на разработку и обошлась более чем 600 млн. евро.




Gaia должна решить несколько научных задач:

1) Определить местоположение одного миллиарда звезд яркостью вплоть до +20-й звездной величины. Эта яркость в 400 тыс. раз слабее чем способен различить человеческий глаз.
2) Определить спектр и провести фотометрию этих звезд. Таким образом получится установить к какому типу звезд относятся наблюдаемые объекты, и, если повезет, найти возле них экзопланеты.
3) Измерить скорость перемещения звезд и крупных галактических структур в нашей «половине» Галактики.
4) Построить трехмерную карту нашей части Галактики.

Телескоп будет запущен в точку L2 системы Солнце-Земля – туда, где сила притяжения Земли и Солнца компенсируется центробежной силой летящего аппарата.



Там он будет двигаться по особой орбите, которую называют «орбитой Лиссажу».



Предполагается, что за время своего пятилетнего функционирования Gaia произведет 70 полных съемок всего небосвода. Это позволит картографировать расположение звезд, определить расстояние до них, оценить направление и скорость их движения. Подобное будет достигнуто при помощи эффекта параллакса.



Телескоп посмотрит на нашу галактику с двух точек, подобно тому как мы смотрим двумя глазами, благодаря чему видим объемное изображение и можем ориентироваться в пространстве. Для Gaia такими «глазами» станет съемка из двух положений, разнесенных на противоположные стороны орбиты.

Космический телескоп Gaia по форме напоминает бочку, размером с автобус, но его конструкция отличается от, к примеру, Hubble, который тоже имеет цилиндрическую форму. Фактически Gaia - это два телескопа, которые смотрят по сторонам под углом 102 градуса, а внутри устроены как перископ. Система зеркал, проецирует свет звезд от двух телескопов на одну фотоматрицу.



Выдающиеся возможности Gaia, во многом объясняются устройством ПЗС-матрицы, которая создает изображения. Этот космический телескоп - самый большой фотоаппарат, за пределами Земли. Его разрешение составляет 938 мегапикселей, а физический размер матрицы: 1 метр на 50 см. Предыдущий рекордсмен - охотник за экзопланетами Kepler имеет разрешение в 95 мегапикселей.

Возможность одновременного приема изображений сразу с двух телескопов, реализована не только за счет размеров матрицы, но и ее строения и программной обработки сигналов. Ученые решили, что тьма, разделяющая звезды, не должна занимать лишнее место на матрице и решили проецировать свет сразу с двух сторон, увеличивая, тем самым, вдвое количество работающих пикселей, на один момент времени.



Чтобы не запутаться в том откуда пришел сигнал, а так же, для реализации других научных целей, ПЗС-матрица разделена на несколько активных участков, у каждого из которых есть своя функция.



За счет вращения телескопа, проецируемое изображение движется слева направо (если смотреть на изображенную схему. На видео - наоборот). Первым делом свет попадает на две полоски элементов (слева светло-синие на схеме), каждая из которых принимает данные от одного телескопа. Благодаря ним и выстраивается звездная карта. В момент фиксации первой планкой фотоэлементов, каждой звезде выделяется собственное «окно» на матрице, которое следует вместе с движением света звезды. Благодаря такой технологии процессор не путает откуда какая звезда светит.

Во время наблюдения звезды на самой широкой главной части матрицы (голубая на схеме) производится фотометрия, т.е. измеряется степень светимости звезды и некоторые внутренние процессы, которые влияют на изменение яркости. Именно в этот момент есть вероятность зафиксировать прохождение планеты: т.н. транзитный метод. Единичного наблюдения будет мало, но когда подведут итоги 70 осмотров, тогда можно будет делать более уверенные выводы.
Предполагается, что Gaia сможет найти более 10 тыс. экзопланет, что примерно в три раза больше чем у Kepler.

Темно-синяя и красная полоски сенсоров произведут спектрометрические исследования на длине волн синего и красного цвета. Так мы узнаем больше о химическом составе звезд, их температуре и возрасте.

Группа сенсоров, обозначенная зеленым, предназначается для исследований методом допплеровской спектроскопии или радиальных скоростей. За счет определения красного смещения, метод позволит определить отклонения звезды, вызванные воздействием планеты, вращающейся на орбите.



Четыре сенсора предназначены для настройки и калибровки телескопа.

Очевидно, что для таких наблюдений требуется высочайшая точность в стабилизации на орбите и в температуре. Оптические сенсоры размещаются на пластине из карбида кремния, который практически не меняет своего объема независимо от нагрева или охлаждения.



Сам телескоп защищается от солнечного света щитом, диаметром 10,5 метра. Это позволит снизить температуру на матрице и зеркалах до -110 градусов Цельсия. Такой холод снижает шумы матрицы, а значит повышает качество получаемых данных.

Gaia ежедневно будет создавать 50 Гб данных, которые будут передаваться со скоростью 10 Мбит/с антенной Х-диапазона.

По результатм этого амбициозного проекта, мы не просто пересчитаем все окрестные звезды, но и сможем, наконец, детально представить, как выглядит галактика Млечный путь и создать ее трехмерную модель.



Полетит Gaia 19 декабря 2013 г. с космодрома Куру во Французской Гвиане, на ракете-носителе «Союз» с разгонным блоком «Фрегат».



promo zelenyikot december 8, 07:51 25
Buy for 800 tokens
Я не только пишу о космосе, но могу и рассказать о любимых темах для широкой или узкой аудитории. За последние два года я уже провел несколько десятков лекций во многих городах России. Часто приглашают на фестивали науки, профориентационные мероприятия для студентов, на конференции и выставки.…

  • 1
2.5 млн.звезд????? Ух,не представляю,как исследовать каждую планету.) И не представляю.как считали.) Я давно бы сбился со счета.

Планет пока известно гораздо меньше. Я думаю пока имеет смысл сконцентрировать внимание на самых ближних, нет особого смысла отвлекаться на далекие.

Удачного запуска. Приятно, что российская (советская) "семёрка" продолжает свой путь.

Европейцы молодцы.

А про СПЕКТР слышно что-нибудь ? Вроде 2 года назад запускали, говорили - прорыв! мы щас всю вселенную обсмотрим! И с тех пор - тишина, жив нет неизвестно.

Вы имеете в виду "Спектр-Р"?
Кое что слышно:
http://zelenyikot.livejournal.com/2582.html
http://zelenyikot.livejournal.com/7927.html
Но, к сожалению, не так много как хотелось бы. Но радиоастрономия сложная наука, а по человечески некому объяснить в чем там суть.

А каково участие России в создании самого спутника? И в обработке результатов?

Самого спутника, насколько я знаю, никакое. Для России тут чисто бизнес.

Эх, главное, чтобы Гая не столкнулась с телескопом Гершель,
с обсерваторией Планк, да с НАСОвским аппаратом WMAP.
Они же тоже по орбитам Лиссажу в точке либрации L2 вертятся.
:)

Гершель уже отправили в самостоятельное путешествие. Думаю точка L2 большая - поместятся )

(Deleted comment)
Да комета ISON всё. Вроде даже остатков не разглядели. Может в двадцатых числах декабря какая информация появится, когда мы сблизимся с тем, что от нее осталось.

(Deleted comment)
(Deleted comment)
Размах проекта впечатляет! Жаль, про телескопы не рассказали. Их характеристики тоже интересно было бы узнать.

Там телескопы - это просто система зеркал, которая свет доставляет на матрицу.

Спасибо за сообщение - перевесил бы у себя, но сразу бросаются в глаза неточности (их, возможно, больше, но пока внимательно не читал):

1) В точке L2 гравитационные силы от Земли и Солнца вовсе не уравновешиваются, ведь эта точка - не между Землей и Солнцем, а по другую сторону от Солнца (между Землей и Солнцем - точка L1, там давно сидит-летает, к примеру, солнечная обсерватория SOHO). В точке L2, как и в других точках Лагранжа, гравитационное воздействие Земли и Солнца на наш маломассивный объект уравновешено действующей на него центробежной силой.

2) Название космического телескопа - Gaia, а не Gaya.

3) Неудачное выражение, сбивающее с толку - "Gaya произведет 70 полных съемок всего небосвода". Лучше, по-моему, сказать или добавить, что каждый небесный объект будет наблюдаться 70 раз. Ведь именно благодаря многократным наблюдениям можно будет создать трехмерную карту нашей части Галактики. Возможно, тут я просто придираюсь, не настаиваю на поправке.


Хотел оставить комментарий на хабре, но не смог. За статью- спасибо.
Скорость для передачи в 10 Гбит/с в иксе, это что-то нереальное.. Посмотрел на сайте ESA, пишут про 200 ТБ несжатых данных и линию в 8,7 Мбит/с
http://sci.esa.int/gaia/50523-gaia-phased-array-antenna-delivered-and-integrated/

А сколь она в пункт назначения лететь будет? Не могу найти упоминания. Наверняка со всякими гравитационными манёврами.

Что-то не могу найти. Встретилось упоминание нескольких месяцев. Думаю не больше трех этот путь займет.

Всё будет происходить без гравитационных маневров - на "Фрегате".

Как-то в небо погляжу, а там фигуры Лиссажу!

Техника развивается "семимильными" шагами и это прекрасно.
Кстати, интересно, почему в широком доступе отсутствуют фотографии "обратной" стороны луны или их не существует совсем?

Что за глупости про Луну? Луна сейчас доступна почти вся в разрешении 50 см на пиксель, а местами и до 20 см на пиксель.

(Deleted comment)

2,5 млн. это не цифра

это число

Re: 2,5 млн. это не цифра

Верно. Однажды около автоматических камер хранения на Белорусском вокзале в Мокве заметил табличку - "Не набирайте однозначных цифр!". Интересно, а какие еще бывают цифры, подумалось.

Так все-таки, по результатам работы спутника мы сможем составить трехмерную карту всего Млечного пути, или только нашего рукава?

Нашего рукава с высокой точностью, а чем дальше, тем меньше звезд разглядим и точность определения положения будет снижаться, т.к. параллакс слабоват. Но, в принципе, приближенную модель всей Галактики построить получится.

Вангую - не взлетит

а так хотелось бы

А если взлетит, вы сгорите от стыда?

Я так понимаю, что из-за огромного количества информации алгоритмы будут отсекать всё, что не подходит под параметры звезды, да?
то есть "размазанные" на несколько пикселей галактики в данные не попадут?
было бы интересно посмотреть на галактики, лежащие в плоскости нашей Галактики - про них информации обычно меньше, чем про те, что у полюсов.

Галактики и яркие квазары попадут. Просто основное внимание ученых будет приковано к звездам, у которых можно определить местоположение и скорость.

Главное, чтоб не накрылся при взлёте. Будет обидно.

С 2008 года все наши неудачные запуски, а их ведь довольно много было, происходили при выводе на орбиту только российских КА. С чем это может быть связано? Есть ли какие-то версии, кроме конспирологических?

Edited at 2013-12-13 12:29 pm (UTC)

Теряли и коммерческие аппараты. Например "Зенит" в "Морском запуске" в начале года американский Иридиум утопил.
Более высокая надежность, скорее всего, связана с тем, что иностранцы осуществляют дополнительный контроль сборки.

Ух ты как! Ничегошеньки про спектры, сенсоры не поняла (оптика не мое))), но то, что в Космос запустят огромный фотоаппарат ясно. Ждем фотки.

Крутейшая крутизна!

Спасибо! Как всегда основательно.
Сделал перепост http://marstraktor.livejournal.com/113518.html

А не было подобных проектов по картографированию с Земли? Реально странно, что только 2,5 млн. звезд известно, для современных телескопов и вычислительных мощностей это очень мало. Логично было бы объединить телескопы в сеть в рамках одного проекта и в свободное от более ценных научных исследований время сканировать небо, ведя перепись звезд. Что-то типа проекта распределенных вычислений, которые, кстати, здесь тоже вполне бы пригодились.

не вижу солнечных батарей - он на плутноии чтоли работает?

У Европы плутония нет. Солнечные батареи с обратной стороны щита.

я наверное пропустил, или не было написано? а через какое время он достигнет точки L2 и "займётся" полноценной деятельностью?

Долетел за 4 недели. Сейчас настраивает оборудование. К научной работе приступит к лету.

Пардон, но получается ли, что вычисляя параллакс такой-то звезды, мы пренебрегаем движением Солнца, а значит и Земли, относительно этой звезды? Оно настолько пренебрежительно малО?

Самому было это интересно, но получается да. Точнее, мне кажется, поскольку все звезды так или иначе движутся в том же направлении, что и Солнце по орбите вокруг центра Галактики, относительно друг друга они не сильно сдвигаются с места.

  • 1
?

Log in