Misija Gaia: Izmerili bomo galaksijo in vesolje

Predvajaj

satelit Gaia Evropske vesoljske agencije

Zvezde so zelo daleč. Če bi Zemljo pomanjšali na velikost kroglice kemičnega svinčnika, bi bilo naše Sonce pomaranča, oddaljena 15 metrov. Najbližja zvezda za Soncem bi bila v tem merilu mandarina v Dubaju. Razdalje do bolj oddaljenih objektov v vesolju si je težko predstavljati. Če bi Zemljo pomanjšali na velikost atomskega jedra in bi imela razdalja do Sonca le še velikost enega atoma, bi bila velikost naše galaksije le še en meter in bi bile najbolj oddaljene galaksije do sto kilometrov daleč.

Torej razdalj v vesolju ni lahko meriti. Večinoma si pomagamo tako, da primerjamo, kako svetli so videti posamezni objekti. Če vemo, da sta dva objekta v resnici enako svetla, je tisti, ki je videti temnejši, tak zato, ker je dlje. Taka primerjava med razdaljami objektov v vesolju je koristna vendar tudi težavna, saj le redko vemo, kako svetel je v resnici opazovani objekt. Pri zvezdah v naši okolici obstaja veliko bolj zanesljiv način za določanje njihovih oddaljenosti. Če primerjamo smer, v kateri vidimo dano zvezdo z dveh oddaljenih opazovališč, lahko ob pomoči preproste geometrije ugotovimo, kako daleč je.

Žal ta geometrijska metoda odpove, če zaradi motenj  v zemeljski atmosferi smeri proti objektu ne moremo določiti dovolj natančno. Z zemeljskega površja so tako lahko izmerili razdalje do le nekaj deset Soncu najbližjih zvezd. Satelit Hipparcos Evropske vesoljske agencije je pred dvema desetletjema naš doseg razširil do nekaj sto let potovanja svetlobe oddaljenih zvezd. Čez teden dni bo Evropska vesoljska agencija izstrelila satelit Gaia, ki bo dosegel zvezde, katerih svetloba do Zemlje potuje 50 tisoč let. Tak izjemni napredek je torej dober razlog za pogovor z našim današnjim gostom prof. Markom Cropperjem, ki je med petimi najbolj zaslužnimi znanstveniki za tehnološki napredek, na katerega je Evropa lahko ponosna.

INTERVJU

Mullardov laboratorij za znanost o vesolju (Mullard Space Science Laboratory) je največja britanska univerzitetna raziskovalna skupina, ki se ukvarja s preučevanjem vesolja. Je del univerzitetnega kolidža v Londonu, ki je po različnih lestvicah med najboljšimi tremi univerzami v Evropi. Profesor Cropper, vi ste eden od direktorjev za astrofizikalne raziskave tega laboratorija. Bi lahko na kratko izpostavili nekaj najpomembnejših dosežkov laboratorija v zadnjih letih in desetletjih?

MSSL je bila ena od prvih univerzitetnih skupin, ki  so raziskovale vesolje po drugi svetovni vojni. Vključena je bila v številne satelitske odprave, prva med njimi  pa je bila Ariel 1 leta 1962. To je bil prvi mednarodni projekt v z vezi s sateliti, izpeljan v sodelovanju z Američani. To je bilo le nekaj let po Sputniku, ki je bil izstreljen leta 1957. Od tedaj smo sodelovali v številnih odpravah Evropske vesoljske agencije, na primer SOHO, Cluster, XMM Newton, v prihodnje pa bomo sodelovali na primer pri vesoljskem teleskopu Jamesa Webba in seveda misiji Gaia. Poleg tega smo seveda sodelovali tudi z drugimi pomembnimi vesoljskimi agencijami, predvsem z Naso, Japonci, Sovjeti, Rusi in Kitajci.

19. december letos bo poseben dan za kakih 500 evropskih raziskovalcev. Tega dne bodo ob 10.12 dopoldne po našem času iz Kourouja v francoski Gvajani izstrelili vesoljsko odpravo Gaia Evropske vesoljske agencije. Gaia bo merila velikost naše Galaksije in vsega vesolja, tako da bo natančno izmerila razdalje do milijarde  njenih zvezd. Kako bo to mogoče?

Mark Cropper

Mark Cropper

Pravzaprav je to zelo preprosto. Delamo na enak način kot mi, ko gledamo z dvema očesoma in tako lahko ocenimo razdaljo. S preprosto triangulacijo ugotovimo razdaljo do predmeta. Če nam je nekaj bliže, sta očesi pod nekoliko drugačnim kotom, kot sta, če je neka stvar bolj daleč. Pri taki meritvi koristi, če sta očesi čim bolj narazen, saj se potem sliki bolj razlikujeta. Najbolje bi bilo imeti dva satelita Gaia na nasprotnih točkah Zemljinega tira okoli Sonca. Seveda nimamo dveh satelitov, a Gaia obroži Sonce vsako leto in tako je po 6 mesecih na drugi strani Sonca. Kot bi imeli dve očesi med seboj oddaljeni 300 milijonov kilometrov. Torej lahko meritve, pridobljene v razmiku 6 mesecev, uporabimo za merjenje razdalj. A celo tako je zelo težko izmeriti dovolj natančno, saj so zvezde res zelo daleč. Meriti moramo tako natančno, da bi lahko izmerili celo debelino človeškega lasu na razdalji med Londonom in Parizom. To pa je že velikanski tehnološki podvig in možnost, ki jo imamo le v Evropi. Ko vam to uspe in umerite razdalje do značilnih zvezd in drugih objektov v vesolju, lahko tako določite tudi razdalje do bližnjih in bolj oddaljenih galaksij. Prav natančnost, ki jo bo v astronomijo prinesla Gaia, nam bo omogočila, da bomo razdalje v vesolju določali veliko natančneje, kot smo lahko doslej.

Več kot desetletje ste bili med vodilnimi razvijalci spektrometra za radialno hitrost, ki je ena ključnih naprav na Gaii. Zakaj je tako pomembno vedeti, kako hitro se nam zvezda približuje ali se od nas oddaljuje?

No, spektrometer  za radialno hitrost, kot pove že ime, meri del hitrosti v smeri proti nam ali proč od nas. Osrednji cilj satelita Gaia je ugotoviti, kako je nastala in kako se je razvijala naša galaksija Rimska cesta. To ugotovimo z opazovanjem današnje lege in gibanja velikega števila zvezd. Za vsako zvezdo moramo ugotoviti šest števil: tri nam povedo lego zvezde, tri pa njeno hitrost. Iz teh 6 števil za vsako zvezdo lahko po Newtonovih zakonih izračunamo sile težnosti med zvezdami, iz teh sil pa dobimo mase vpletenih zvezd, saj je sila po Newtonovem zakonu sorazmerna z maso. S spektrometrom za radialno hitrost merimo eno od treh števil, ki določajo hitrost telesa. Torej je to temeljni del rezultatov satelita Gaia. S spektrometrom pa določamo tudi astrofizikalne lastnosti zvezd, na primer njihovo površinsko temperaturo, kemično sestavo, razvojno stopnjo in starost. Torej lahko ločimo različne generacije zvezd, to pa je tudi pomembno za razumevanje razvoja galaksije.  Meritvi radialne hitrosti in fizikalnih lastnosti zvezd sta dva glavna razloga za to, da je ta spektrometer del Gaie.

Profesor Cropper, v preteklosti ste s svojim delom že zelo pripomogli k boljšemu razumevanju tesnih dvojnih zvezd, ki si med seboj lahko izmenjujejo maso in celo sevajo rentgensko svetlobo. Nam lahko Gaia odpre nova obzorja tudi v razumevanju takih posebnih objektov?

Gotovo, z Gaio bomo ne le bolje razumeli našo galaksijo kot celoto, ampak izvedeli precej novega tudi o vsaki izmed milijarde zvezd, ki jih bo opazovala. Še posebej bodo to zvezde z izbruhi, ki lahko postanejo zelo svetle in ste jih omenili v vprašanju. Te izbruhe, ki jih bo odkrila Gaia, bodo potem opazovali tako profesionalni kot ljubiteljski astronomi. Izjemno dragoceno bo, da bomo zaznali prav vse take zvezde, saj smo morali doslej delati z veliko manjšimi vzorci takih zvezd. Te eruptivne zvezde so zelo pomemben laboratorij, v katerem lahko preučujemo naravne pojave v ekstremnih pogojih, ki nam na Zemlji niso dosegljivi. Bo pa Gaia odkrila tudi še nepoznane planete okoli drugih zvezd, pa telesa v našem Osončju, ki so onkraj tirnice planeta Neptuna in še mnogo dlje od Plutona. Zaznali bomo tudi doslej neznane asteroide, ki bi bili v prihodnosti lahko nevarni za Zemljo. Gaia bo torej odkrila res veliko novega.

Profesor Cropper, vodite razvoj ene največjih optičnih kamer, ki jih bodo poslali v vesolje. Ob koncu tega desetletja bo ta kamera del odprave Evklid in nam bo posredovala slike podobno natančne kot Hubblov vesoljski teleskop, le da bo vsaka zajela več kot 100-krat obsežnejše območje neba. Seveda se veselimo novih čudovitih slik vesolja, od katerih bo vsaka zabeležena kar s 576 milijoni točk. Kaj pa bo Evklid prispeval k znanosti?

Evklid nam bo povedal, iz česa je večina vesolja. To sta predvsem temna energija in temna snov, za kateri je veliko ljudi že slišalo. Vemo, da širjenje vesolja nekaj s časom pospešuje. Da se vesolje širi, vemo že skoraj sto let. Šele pred kratkim pa smo ugotovili, da se to širjenje postopno tudi pospešuje. To pospeševanje zahteva veliko energije. Ne vemo, od kod izvira. Razjasnitev tega vprašanja je ena glavnih nalog misije Evklid. Ob tem večina snovi v vesolju ni običajna snov, kakršno poznamo. Kaj natančno je, ne vemo. In še nedavno ne samo nismo poznali izvora te temne energije – ampak sploh nismo vedeli, da obstaja. To je približno tako, kot da še nedavno ne bi poznali večine zemeljskega površja, ki se razteza onkraj domačega kraja. Ne samo da ga ne bi poznali, ampak sploh ne bi vedeli, da onkraj domače doline obstaja še kaj. Evklid bo najmočnejše orodje, s katerim bomo skušali odgovoriti na ta osnovna in zelo pomembna vprašanja o vesolju in snovi v njem.

Torej so nova spoznanja zelo vznemirljiva?

Seveda, to so tako osnovna vprašanja, da ne zanimajo le fizikov. Vsi bi radi vedeli, kaj je tam zunaj.

 Komaj čakamo in najlepša hvala za pogovor –  pogovor  z vami, profesor Mark Cropper, je bil užitek.

Tudi meni je bilo v veselje.