Η Γαία είναι μια φιλόδοξη διαστημική αποστολή του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος ESA με κύριο σκοπό τον υπολογισμό της θέσης και της ταχύτητας ενός δισεκατομμυρίου άστρων του Γαλαξία μας.

Η ανάλυση των σχετικών δεδομένων θα επιτρέψει στους αστρονόμους να δημιουργήσουν μια ακριβή τρισδιάστατη απεικόνιση της κατανομής τους σε όλα τα μήκη και τα πλάτη του Γαλαξία, αλλά και να εξάγουν συμπεράσματα για τα πρώτα στάδια σχηματισμού του, καθώς και την μετέπειτα εξέλιξή του (Φωτογρ. Copyright ESA/ATG medialab; background: ESO/S. Brunier).

Το πράσινο φως για την υλοποίηση της διαστημικής αποστολής Γαία δόθηκε από τον ESA τον Οκτώβριο του 2000. Περίπου 13 χρόνια αργότερα, στις 19 Δεκεμβρίου 2013, η Γαία εκτοξεύθηκε από το Ευρωπαϊκό Διαστημικό Κέντρο στο Κουρού της Γαλλικής Γουιάνας, με προορισμό το επονομαζόμενο σημείο L2, που ονομάστηκε έτσι προς τιμήν του Γάλλου μαθηματικού Joseph Luis Lagrange (1736-1813), ο οποίος πρώτος υπολόγισε την θέση του.

Το σημείο αυτό, γύρω απ’ το οποίο θα τεθεί σε τροχιά η Γαία, βρίσκεται περίπου 1,5 εκατομμύρια km μακριά από την Γη και σε κατεύθυνση αντιδιαμετρική απ’ τον Ήλιο, ώστε τα δεδομένα που θα συλλέγει να μην παρεμποδίζονται από τις εκλείψεις.

Η διαστημοσυσκευή Γαία θα διεξάγει ακριβέστατες τηλεσκοπικές, φασματικές και φωτομετρικές μετρήσεις, προκειμένου να προσδιορίσει την ακριβή θέση, καθώς και τις φυσικές ιδιότητες ενός δισεκατομμυρίου άστρων, όπως την φωτεινότητα, την θερμοκρασία, τη μάζα και τη χημική τους σύσταση.

Πολύ περισσότερο, με την επανάληψη καθ’ όλη την διάρκεια της αποστολής της αυτών των μετρήσεων έως και 70 φορές για κάθε άστρο, οι επιστήμονες θα μπορέσουν να υπολογίσουν την ακριβή απόσταση, την ταχύτητα και την διεύθυνση της κίνησής τους, συγκροτώντας έτσι ένα πολύτιμο αρχείο για την μεταβολή αυτών των αστρικών παραμέτρων σε σχέση με τον χρόνο.

Τέλος, ο τεράστιος αυτός όγκος των δεδομένων, που με το πέρας της πενταετούς αποστολής της Γαίας υπολογίζεται ότι θα αντιστοιχεί σε 1,5 εκατομμύριο CD ROM ή σε 200.000 DVD, θα επιτρέψει στους αστρονόμους να κατασκευάζουν τον ακριβέστερο μέχρι σήμερα τρισδιάστατο χάρτη των άστρων του Γαλαξία μας, καθώς διαγράφουν τις τροχιές τους γύρω από το Γαλαξιακό κέντρο.

Παρόλο που τα περισσότερα άστρα του Γαλαξία μας γεννήθηκαν και εξελίχθηκαν στο εσωτερικό του, υπάρχουν πολλά ακόμη, που γεννήθηκαν σε άλλους, μικρότερους γαλαξίες, οι οποίοι στην διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών σταδιακά συγχωνεύθηκαν με τον δικό μας.

Επειδή, όμως, κάθε άστρο διατηρεί κάποια στοιχεία της εποχής στην οποία γεννήθηκε, η λεπτομερής καταγραφή της θέσης, της κίνησης, της φωτεινότητας και του χρώματός τους, θα επιτρέψει στους αστρονόμους να ανασυνθέσουν την ιστορία του Γαλαξία μας, αλλά και να προσδιορίσουν εκείνα τα άστρα, τα οποία ενδεχομένως προέρχονται από τους μικρούς γαλαξίες-δορυφόρους που «αφομοίωσε» ο Γαλαξίας μας.

Με άλλα λόγια, η ανάλυση των δεδομένων που θα συλλέξει η Γαία θα επιτρέψει στους αστρονόμους να «δουν» πίσω στον χρόνο, σε μια εποχή που ο Γαλαξίας μας ήταν ακόμη νέος, διευρύνοντας τις γνώσεις τους για πολλά και αναπάντητα ερωτήματα που σχετίζονται με την γέννηση, την δομή και την εξέλιξή του.

Η διαστημοσυσκευή Γαία δεν είναι, όμως, η πρώτη διαστημική αποστολή αυτού του είδους. Το 1989, για παράδειγμα, ο ESA εκτόξευσε τον δορυφόρο «Ίππαρχο», τον πρώτο δορυφόρο που είχε σχεδιάσει, προκειμένου να καταγράψει τις θέσεις των άστρων του Γαλαξία μας.

Με το πέρας της αποστολής του «Ιππάρχου», οι αστρονόμοι είχαν συγκροτήσει έναν κατάλογο με τις ακριβείς θέσεις 118.000 άστρων, καθώς και έναν δεύτερο, με τις θέσεις περισσότερων από 2 εκατομμύρια άστρων, με σχετικά χαμηλότερη ακρίβεια.

Τα δεδομένα, όμως, που θα συλλέξει η Γαία δεν θα αυξήσουν μόνο κατά πολύ τον αριθμό των παρατηρούμενων ουράνιων σωμάτων, αλλά η ακρίβεια των σχετικών μετρήσεων θα είναι εκπληκτική.

Είναι χαρακτηριστικό ότι τα επιστημονικά όργανα της Γαίας θα της επιτρέψουν να υπολογίσει την θέση του κάθε άστρου με ακρίβεια 200 φορές μεγαλύτερη απ’ αυτήν του «Ιππάρχου».

Συνήθως, οι μεταβολές αυτές στην θέση και την κίνηση ενός άστρου καταγράφονται ως μικροσκοπικές γωνίες. Συγκριτικά, ο «Ίππαρχος» μπορούσε να υπολογίσει την γωνία που αντιστοιχούσε στο ύψος ενός αστροναύτη που στεκόταν στην επιφάνεια της Σελήνης, ενώ η Γαία θα μπορεί να υπολογίσει την γωνία που αντιστοιχεί στον αντίχειρά του.

Καθόλη, όμως, την διάρκεια της πενταετούς επισκόπησης των άστρων του Γαλαξία μας, η διαστημοσυσκευή Γαία είναι δεδομένο ότι θα κάνει και πολλές άλλες ανακαλύψεις, που σχετίζονται με διαφορετικά ερευνητικά πεδία, όπως με την μελέτη του Ηλιακού Συστήματος, την γαλαξιακή αστρονομία, την κοσμολογία και την γενική θεωρία της σχετικότητας.

Οι αστρονόμοι είναι βέβαιοι ότι χάρη στις εκπληκτικής ακρίβειας μετρήσεις που θα πραγματοποιήσει, τα δεδομένα που θα συλλέξει θα οδηγήσουν στην ανακάλυψη πολλών νέων εξωπλανητών, αστεροειδών του Ηλιακού Συστήματος, παγωμένων ουράνιων σωμάτων της Ζώνης Kuiper, καφέ νάνων, ακόμη και σουπερνόβα και κβάζαρ.

Ειδικότερα, για τα άστρα που βρίσκονται μέχρι την απόσταση των περίπου 150 ετών φωτός μακριά από τον Ήλιο, η Γαία αναμένεται να ανακαλύψει κάθε εξωπλανήτη στο μέγεθος του Δία και με περίοδο περιφοράς γύρω από το άστρο του τα 1,5-9 έτη.

Αυτό θα επιτευχθεί με την καταγραφή των μικροσκοπικών ταλαντώσεων της θέσης των άστρων, οι οποίες προκαλούνται από την βαρυτική έλξη των πλανητών, που πιθανώς κινούνται σε τροχιά γύρω τους. Οι πρώτες εκτιμήσεις, μάλιστα, μιλούν για την πιθανή ανίχνευση τουλάχιστον 10.000 πλανητών εκτός του Ηλιακού μας Συστήματος, αριθμός που στην καλύτερη περίπτωση μπορεί να εκτιναχθεί και στις 50.000.

Η Γαία, όμως, αναμένεται να ανακαλύψει και δεκάδες χιλιάδες καφέ νάνους, τα γνωστά «αποτυχημένα» άστρα των αστρονόμων, τα οποία ονομάζονται έτσι επειδή ουδέποτε συσσώρευσαν πάνω τους την ελάχιστη ύλη που απαιτείται, προκειμένου να αρχίσουν οι πυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης στο εσωτερικό τους, όπως συμβαίνει με τα «κανονικά» άστρα.

Πλησιέστερα στην διαστημική μας γειτονιά, η Γαία θα συμβάλει στις προσπάθειες των αστρονόμων να ανιχνεύσουν αστεροειδείς, που είτε βρίσκονται σε κοντινές τροχιές προς την Γη είτε ανήκουν στη γνωστή Ζώνη των Αστεροειδών, η οποία εκτείνεται μεταξύ της τροχιάς του Άρη και του Δία, καθώς και κομήτες ή άλλα παγωμένα ουράνια σώματα, που βρίσκονται στα πέρατα του Ηλιακού Συστήματος, στην επονομαζόμενη Ζώνη Kuiper.

Υπολογίζεται ακόμα ότι η Γαία θα ανιχνεύσει περίπου 100.000 σουπερνόβα σε άλλους, απομακρυσμένους, γαλαξίες, πριν τα εκρηγνυόμενα αυτά άστρα φτάσουν στο μέγιστο της φωτεινότητάς τους, γεγονός που θα αποτελέσει ένα σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης για τους αστρονόμους που μελετούν αυτά τα ουράνια σώματα ή που θέλουν να τα χρησιμοποιήσουν για να υπολογίσουν την απόσταση των γαλαξιών που τα φιλοξενούν.

Τέλος, τα δεδομένα που θα συλλέξει η Γαία θα επιτρέψουν στους επιστήμονες να διεξαγάγουν τον πιο ενδελεχή και αυστηρό έλεγχο βασικών προβλέψεων της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, όπως είναι η καμπύλωση του φωτός.

Η καμπύλωση του φωτός προκαλείται κάθε φορά που το φως ενός απομακρυσμένου ουράνιου σώματος διέρχεται δίπλα από ένα άλλο.

Για παράδειγμα, το φως ενός μακρινού άστρου που διέρχεται δίπλα από τον Ήλιο υφίσταται μια ανεπαίσθητη καμπύλωση από το βαρυτικό πεδίο του Ήλιου, με αποτέλεσμα να φαίνεται ότι η θέση του άστρου αυτού στον ουρανό έχει, έστω και ελάχιστα, μετατοπιστεί.

Η Γαία θα έχει την δυνατότητα να καταγράψει αυτήν την μετατόπιση στην θέση απομακρυσμένων ουράνιων σωμάτων με εκπληκτική ακρίβεια, επιτρέποντας στους αστρονόμους να συγκρίνουν τα δεδομένα αυτών των παρατηρήσεων με τις θεωρητικές αποκλίσεις που προκύπτουν μέσα από την επίλυση των σχετικών εξισώσεων της γενικής σχετικότητας.

Η Γαία εισήλθε επιτυχώς στην προβλεπόμενη τροχιά της γύρω από το σημείο L2 στις 14 Ιανουαρίου 2014 και έκτοτε οι επιστήμονες που ελέγχουν την διαστημοσυσκευή από την Γη πραγματοποιούν τις απαραίτητες ρυθμίσεις των τηλεσκοπίων και των άλλων επιστημονικών της οργάνων, ώστε να αρχίσει όσο το δυνατόν συντομότερα την συλλογή δεδομένων.

π