Weltraumteleskop Gaia

Fast zwei Milliarden Sterne erfasst

Von Jan Hattenbach
11.12.2020
, 11:02
Das europäische Weltraumteleskop Gaia hat inzwischen mehr als 1,8 Milliarden Sterne der Milchstraße kartiert.
Das europäische Weltraumteleskop Gaia hat die Postionen und Helligkeiten von inzwischen mehr als 1,8 Milliarden Sternen der Milchstraße kartiert. Der nun erweiterte Sternenkatalog wird Astronomen für Jahrzehnte als Referenz dienen.

Wie viele Sterne bevölkern unseren Teil der Galaxis? Wie weit sind sie entfernt, und wohin bewegen sie sich? Der europäische Satellit Gaia wird wohl niemals den Bekanntheitsgrad des Weltraumteleskops Hubble erreichen, doch dank seiner Beobachtungen kennen die Astronomen nun ziemlich genau die Antworten auf diese Fragen. Seit sieben Jahren ist Gaia im All; seine Messungen waren bereits Grundlage für mehr als 3600 wissenschaftliche Arbeiten.

In der vergangenen Woche haben die an der Mission beteiligten Astronomen den nunmehr dritten und jüngsten Datensatz, den sogenannten „Early Data Release 3“ (EDR3) veröffentlicht. Dieser enthält präzise Koordinaten und Helligkeitswerte von mehr als 1,8 Milliarden Sternen der Milchstraße, hundert Millionen mehr als in dem zweiten Datensatz, der vor zwei Jahren publiziert worden war. Zu mehr als 1,4 Milliarden dieser Sterne liegen nun auch exakte Angaben ihrer Entfernungen und Bewegungen vor. Astronomen sprechen von einem der umfangreichsten jemals zusammengestellten Kataloge der Wissenschaftsgeschichte.

Parallel zur Veröffentlichung des EDR3, der über eine Online-Datenbank für jedermann frei zugänglich ist, wurden vier Demonstrationsarbeiten vorgelegt, die das Potential der neuen Daten belegen sollen. Eine dieser Arbeiten legt nahe, dass unsere Milchstraße in ihrer Vergangenheit offenbar eine Kollision mit einer Zwerggalaxie erlebt hat.

Gaia hat auch die beiden Magellanschen Wolken im Blick.
Gaia hat auch die beiden Magellanschen Wolken im Blick. Bild: AFP

Eine zweite Arbeit weist nach, dass die Große Magellansche Wolke – eine Begleitgalaxie der Milchstraße – so wie unsere Galaxis die Gestalt einer Spirale hat. In einer weiteren Studie haben Forscher die absolute Beschleunigung berechnet, die unser Sonnensystem im Universum erfährt: Diese beträgt danach sieben Millimeter pro Sekunde und Jahr. Eine derart präzise Angabe ist laut der beteiligten Wissenschaftler nur mit den neuen Gaia-Daten möglich geworden.

Grundlage für die Erforschung des gesamten Universums

Seine eigentliche Bedeutung wird der Sternenkatalog der rund 800 Millionen Euro teuren und von der europäischen Weltraumagentur Esa geplanten und betriebenen Mission in der Zukunft zeigen. Die ermittelten Distanzen zu den Sternen sind für fast jede astronomische und astrophysikalische Untersuchung von fundamentaler Bedeutung. Nur mit diesen Daten lassen sich beispielsweise entscheidenden Parameter wie Größe, Leuchtkraft oder Gesamtmasse der erfassten Sterne exakt bestimmen. Aus den Distanzen der nächstgelegenen Sterne lassen sich darüber hinaus die Entfernungen zu Objekte hochrechnen, die noch ferner sind als die beobachtbaren Galaxien. Die Gaia-Daten liefern also die Grundlage für die Erforschung des gesamten Universums und werden den Astronomen für Jahrzehnte als Referenz dienen.

Um die Entfernungen zu den Sternen zu ermitteln, verwendet Gaia das gleiche Verfahren, das Astronomen schon im neunzehnten Jahrhundert erfolgreich genutzt haben: Da sich die Position der Sonde während eines Umlaufs der Erde verändert, führen die Sterne innerhalb eines Jahres eine periodische Pendelbewegung aus. Dieser als Parallaxe bekannte Effekt lässt sich mit Hilfe des „Daumensprungs“ nachvollziehen: Hält man den Daumen ausgestreckt vor sich und betrachtet ihn abwechselnd mit dem linken und dem rechten Auge, „springt“ der Finger hin und her. Entsprechendes geschieht mit den Sternpositionen während eines Erdumlaufs: Aus der Größe der Pendelbewegung lassen sich die Distanzen ausrechnen.

Wie ein stationärer Schatten

Die Parallaxen sind umso größer, je näher die Sterne sind, und liegen bereits bei den sonnennächsten Sternen im Bereich von millionstel Winkelgrad. Vom Erdboden aus sind mit der Parallaxenmethode nur die allernächsten Sterne messbar; Gaias Vorgänger, der 1989 von der Esa gestartete Satellit Hipparcos, lieferte die Parallaxen bereits von rund 200.000 Sternen. Gaias Himmelsdurchmusterung bedeutet also einen gewaltigen Fortschritt – und doch machen die Sterne des neuen Katalogs nur ein bis zwei Prozent der Sterne der Milchstraße aus. Dafür werden die Messungen mit jedem weiteren Sonnenumlauf genauer. Die Parallaxen des EDR3 sind 30 Prozent präziser als die Daten des 2018 veröffentlichten Katalogs. Bis zur nächsten Veröffentlichung der Gaia-Beobachtungen in zwei Jahren soll die Genauigkeit der Messungen nochmals übertroffen werden.

Das europäische Weltraumteleskop Gaia in einer künstlerischen Darstellung
Das europäische Weltraumteleskop Gaia in einer künstlerischen Darstellung Bild: dpa

Dann wird die Esa auch entscheiden, ob Gaia tatsächlich bis zum Jahr 2025 betrieben werden kann. Es wäre die zweite Verlängerung der Mission: Gaia war am 13. Dezember 2013 vom europäischen Raumfahrtzentrum Kourou in Französisch-Guayana gestartet und sollte ursprünglich fünf Jahre lang seinen Dienst tun. Im Jahr 2019 entschied sich die Esa, ihren „Sternenzähler“ mindestens bis 2022 zu betreiben.

Gaia befindet sich nicht in einem Erdorbit wie das Hubble-Teleskop, sondern im sogenannten Lagrange-Punkt L2, der etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt ist. Da die Sonde aus Sicht der Erde dort der Sonne genau gegenüberliegt, bewirkt die kombinierte Anziehungskraft von Sonne und Erde eine Umlaufgeschwindigkeit, die genau derjenigen der Erde um unser Gestirn entspricht: Das etwa vier mal zwei Meter große und rund 1,5 Tonnen schwere Teleskop begleitet unseren Planeten bei seinem Lauf um die Sonne also wie ein stationärer Schatten, ohne dabei der Erde nahe zu kommen. Auf diese Weise kann Gaia mit seinen Kameras im Laufe eines Jahres den gesamten Himmel durchmustern.

Quelle: F.A.Z.
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