Kartograph der Milchstraße

Es sind beeindruckende Zahlen: Von über einer Milliarde Sternen in unserer Milchstraße soll Gaia die genauen Positionen, Helligkeiten und Farben messen. Dabei erfasst das europäische Weltraum-Observatorium noch Himmelsobjekte, die eine Million Mal schwächer leuchten als die schwächsten mit bloßen Augen am Firmament erkennbaren Sterne. Und das Ganze nicht nur einmal, sondern gleich siebzigmal im Laufe der geplanten Lebensdauer der Mission von fünf Jahren. Damit nicht genug, hoffen die Himmelsforscher außerdem auf die Entdeckung zahlloser neuer Himmelsobjekte: bis zu einer Million Asteroiden und Kometen, 30 000 Planeten bei anderen Sternen, 20 000 Supernovae und Hunderttausende von Quasaren.

„Die Anzahl der wissenschaftlichen Fragen, denen wir mit diesen Daten nachgehen können, ist immens“, sagt Anthony Brown von der Sternwarte Leiden in den Niederlanden, ein Mitglied des Gaia Science Teams. „Gaia wird mit Sicherheit unser Bild der Milchstraße revolutionieren. Darüber hinaus enthüllt eine derart umfangreiche Durchmusterung des Himmels stets viele überraschende Phänomene, die das Universum bislang vor uns verborgen hat.“

Aufbau des Gaia-Teleskops

Für den 19. Dezember 2013 ist der Start der kosmischen Wundermaschine geplant. Etwa eine halbe Milliarde Euro kostet die anspruchsvolle Mission. Mit zwei jeweils 145 Zentimeter langen und 45 Zentimeter breiten Spiegeln beobachtet Gaia gleichzeitig zwei am Himmel um 106,5 Grad auseinanderliegende Regionen, die jeweils etwa die vierfache Fläche der Vollmondscheibe überdecken. Die simultane Verwendung von zwei Spiegeln mit unterschiedlichen Blickrichtungen ermöglicht den Forschern, die Winkelabstände zwischen weit auseinander liegenden Himmelsobjekten direkt zu bestimmen. Das ist sehr viel genauer, als solche Distanzen über die Aneinanderreihung vieler kleiner Winkelabstände zu ermitteln.

Gaia wartet mit noch einem weiteren Superlativ auf: Mit insgesamt 930 Megapixeln, verteilt auf 106 CCD-Bildsensoren (charge-coupled devices), ist das Instrument die bislang größte Digitalkamera im Weltall. Ein Hauptfeld von 61 CCDs erfasst die Positionen der Sterne mit einer Genauigkeit, die bei helleren Sternen etwa dem Durchmesser einer Euromünze in der Entfernung des Mondes entspricht. Mehrere separate Reihen von CCD-Sensoren registrieren parallel dazu die Helligkeiten, die Farben und die Spektren der Sterne.

Gaia soll nicht die Erde umkreisen, sondern am sogenannten Lagrange-Punkt L2 stationiert werden und gemeinsam mit der Erde die Sonne umrunden. An diesem auf der sonnenabgewandten Seite 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernten Ort gleichen sich die Anziehungskräfte von Erde und Sonne einerseits, sowie die Fliehkraft der Umlaufbahn andererseits gerade so aus, dass eine – bis auf gelegentliche Bahnkorrekturen – antriebslose Begleitung der Erde auf ihrem Orbit möglich ist. Und Sonne, Erde und Mond befinden sich weit entfernt „im Rücken“ des Teleskops, so dass diese hellen Objekte bei den empfindlichen Beobachtungen nicht stören.

Im Gegensatz zu einem Observatorium auf einer Umlaufbahn um die Erde kann Gaia deshalb rund um die Uhr ungestört den Himmel abscannen. Das Raumfahrzeug dreht sich dafür alle sechs Stunden einmal um sich selbst, um einen kompletten Kreis am Himmel zu erfassen. Die Rotationsachse selbst dreht sich wie bei einem taumelnden Kreisel alle 63 Tage; auf diese Weise überdecken die Beobachtungen schließlich den gesamten Himmel.

Die von Gaia gelieferten Datenmengen sind enorm: Die Forscher rechnen mit einer Million Gigabyte, das entspricht der Speicherkapazität von 200 000 DVDs. Im „Gaia Data Processing and Analysis Consortium“ DPAC arbeiten über vierhundert Experten an der Aufbereitung der Daten. Mit der vollständigen Veröffentlichung aller Ergebnisse der Mission ist erst 2022 zu rechnen. Aber bereits 22 Monate nach dem Start soll es einen ersten Katalog mit den Positionen und Helligkeiten aller von Gaia erfassten Himmelsobjekte geben.