GAIA: первая «перепись населения» в масштабах Галактики
Европейское космическое агентство планирует произвести с помощью спутника GAIA («Гея») наиболее подробную на сегодняшний день «перепись населения» нашей Галактики. Масштаб научных задач GAIA таков, что он может считаться самым
Проектом GAIA (от греческого «Гея» — Мать-Земля) предполагается вывести в космос в декабре 2011 года астрометрический телескоп, целью которого станет получение точной информации о положениях, тангенциальных и радиальных скоростях звезд, а также расстояниях до звезд. Эти данные позволят составить стереоскопическую картину кинематики объема пространства, где будут достаточно репрезентативно представлены основные группы звездного «населения» Галактики — в совокупности около миллиарда звезд. С другой стороны, многоцветная фотометрия звезд (измерение светимости в разных спектральных полосах) даст представление об их физических характеристиках — температуре, содержании химических элементов, размере, массе, возрасте. Все эти данные помогут досконально изучить структуру и эволюционную историю Галактики. Помимо получения информации о звездном «населении» Млечного Пути, GAIA проведет поиск планетных систем у 30 тыс. ближайших к нам звезд, сможет открыть несколько сотен тысяч новых астероидов и комет в Солнечной системе и уточнить положения около миллиона других галактик, полумиллиона квазаров, а также зарегистрировать до 100 тыс. вспышек сверхновых звезд в других галактиках.
Принцип работы GAIA основан на сканировании всей «небесной» сферы в процессе медленного вращения спутника вокруг своей оси с периодом 3 часа. Информация будет регистрироваться при помощи 3 телескопов. Два астрометрических телескопа, развернутые друг относительно друга на угол приблизительно 106 градусов, должны одновременно регистрировать два участка небесной сферы. В их фокальных плоскостях будут установлены ПЗС приемники (прибор с зарядовой связью), состоящие из массива 170 матриц объемом в 9 мегапикселей каждая. Приемники будут работать в режиме TDI (time delay integration), при котором звезда во время экспозиции движется вдоль строки ПЗС-матрицы с некоторой скоростью, и с той же самой скоростью ведется «переливание» заряда из одного пикселя в соседний. Режим TDI обеспечивает интегрирование заряда по всей строке и позволяет повысить предел обнаружимости объекта и фотометрическую точность.
Кроме астрометрических матриц в фокальных плоскостях пары больших телескопов будут установлены ПЗС-фотометры, с помощью которых будет проведена 4-цветная широкополосная фотометрия. Благодаря тому что мониторинг угла между осями астрометрических телескопов и времени прохождения звезд производится с высокой точностью, происходит одномерное измерение относительного положения двух звезд с точностью около 10 микросекунд дуги. В фокальной плоскости третьего телескопа устанавливаются спектрограф для определения лучевых скоростей, а также 11 ПЗС-фотометров для проведения 11-цветной фотометрии. По окончании 5-летней наблюдательной кампании, на протяжении которой происходит накопление информации со скоростью 1 Мб/с, одномерные измерения подвергаются глобальной редукции с использованием математического метода цепного замыкания, что даст возможность определить мгновенные положения, скорости, абсолютные параллаксы и физические характеристики всех наблюдавшихся объектов.
Сердцем инструмента являются 1,5 гигапиксельные приемные камеры трех телескопов. Чтобы оценить масштаб приемного устройства GAIA напомним, что космический телескоп Хаббла снабжен 16-мегапиксельной камерой, и даже будущий космический телескоп «Кеплер», предназначенный для поиска внесолнечных планет, будет иметь всего лишь 84-мегапиксельный приемник. Учитывая ключевую роль приемного устройства, Европейское космическое агентство объявило тендер на изготовление ПЗС-матриц, который недавно выиграла английская электронная компания e2v Technologies. Как сообщает New Scientist, стоимость подписанного 9 июня 2005 года контракта составляет $17,3 млн., что при общем бюджете проекта (включая изготовление самого спутника, его запуск, обслуживание, обработку информации и получение научных результатов), равном €450 млн., свидетельствует о том, насколько важен этот элемент конструкции телескопа. e2v Technologies специализируется в технологии производства чипов, работающих в очень широком диапазоне спектра — от ближней ультрафиолетовой области (300 нм) до дальней инфракрасной области (800 нм). Этого удается достичь за счет того, что после нанесения чипов на основание, сделанное из карбида кремния, материала с очень низким коэффициентом расширения, подложка затем шлифуется и утончается от первоначальной толщины 620 микрон до 16 микрон, после чего для укрепления на сенсор наносится слой эпоксидной смолы толщиной 10 микрон.
«С одной стороны, только сенсоры, изготовленные по технологии утончения основания, способны работать в ближней ультрафиолетовой области, — говорит главный инженер компании e2v Technologies Питер Пул (Peter Pool), — с другой, приемное устройство должно быть достаточно прочным, чтобы в течение 5 лет выдержать непрекращающуюся бомбардировку космическими лучами. Уменьшение срока эксплуатации значительно снизит эффективность всего проекта, поскольку точность измерения тангенциальных скоростей и параллаксов звезд напрямую зависит от интервала времени, на протяжении которого производятся измерения мгновенных положений. Исключительные научные задачи требуют исключительных технологий».
