ESA Star Mapper - pouczająca wizualizacja pozycji gwiazd w otoczeniu Słońca

ESA udostępniła narzędzie Star Mapper, które z pomocą webowego interfejsu wizualizuje przestrzenny układ gwiazd w najbliższym otoczeniu Słońca. Do stworzenia tej prezentacji wykorzystano dane astrometryczne, które zebrał w latach 90. XX wieku satelita Hipparcos. Prezentacja jest bardzo pouczająca, bo nie tylko ciekawie pokazuje przestrzenną konfigurację gwiazd.

Dzięki narzędziu do animacji w czasie możemy zobaczyć jak dynamicznym układem jest Galaktyka i jak ulotny w długiej skali (dużo dłuższej niż życie człowieka) jest widziany na niebie układ gwiazd i zmienne kształty gwiazdozbiorów.

Mapa nieba z włączonymi informacjami o kolorach gwiazd, których pozycje mierzono

ESA Star Mapper znajdziemy na stronie internetowej o adresie sci.esa.int/star_mapper/. Przyda się mu jeszcze niejedna poprawka, ale nawet w obecnej postaci może być pouczającym narzędziem.

Star Mapper jest trójwymiarową mapą nieba, rzutowaną na płaszczyźnie komputerowego ekranu.

Wykonując ruchy kursorem myszy możemy zmienić kierunek widzenia. Kółkiem myszy zmienimy powiększenie. Przy maksymalnym powiększeniu znajdujemy się w centrum mapy, czyli na Ziemi. Oddalając się, zmieniamy położenie tak, by móc obserwować nasze otoczenie z zewnątrz. Maksymalnie z odległości około 1000 lat świetlnych.

Za pomocą suwaka Apparent Magnitude Filter możemy określić zakres jasności gwiazd, które chcemy wyświetlić. Są to jasności obserwowane, co oznacza, że są wypadkową jasności absolutnej (takie jasności miałyby gwiazdy gdyby wszystkie umieścić w odległości 10 parseków od Ziemi) oraz rzeczywistej odległości od Ziemi.

...i za około 100 tysięcy lat

Przyciskami Star Names i Constellations włączymy nazwy najważniejszych gwiazd i linie gwiazdozbiorów.

Bardzo pouczającą funkcją jest narzędzie symulacji zmian pozycji gwiazd z wykorzystaniem danych o ich prędkościach względnych. Dzięki temu przekonamy się, że układ gwiazd w naszym otoczeniu jest statyczny jedynie z naszej perspektywy czasowej. Klikamy na przycisk Motion, a następnie na przycisk odtwarzania (w prawo wybiegniemy w przyszłość, w lewo w przeszłość, a Today przywróci pozycje do obecnego stanu).

Warto w trakcie „podróży w czasie” mieć włączone linie gwiazdozbiorów. Zobaczymy jak się deformują z czasem co jeszcze lepiej ilustruje dynamikę całego otoczenia Słońca. Inne funkcje Star Mappera możecie odkryć już we własnym zakresie.

Satelita Hipparcos

W Star Mapperze wykorzystano dane dla 60 tysięcy gwiazd. To nie wszystkie dane jakie zebrał Hipparcos i jedynie ułamek tego co dostarczyły lub dostarczą kolejne misje. Liczymy, że kolejne wersje Star Mappera będą uwzględniały jeszcze więcej gwiazd i pozwolą na jeszcze swobodniejszą nawigację w przestrzenii.

Satelita Hipparcos pracował na orbicie w latach 1989 - 1993, w okresie który tu na Ziemi zapisał się jako czas wielkich zmian, niekoniecznie związanych z astronomią. Dane zebrane przez tego satelitę dla prawie 120 tysięcy gwiazd (katalog upubliczniono w 1997 roku) zostały w kolejnych latach uzupełnione przez obserwacje Tycho 2. Są one mniejszej precyzji, ale zawierają dane dla aż 2,5 miliona gwiazd.

Obecnie w Kosmosie pracuje wystrzelona w 2013 roku Gaia, o której już wspominaliśmy na benchmark.pl.

Jej cele daleko wyprzedzają to co udało się zebrać w trakcie misji Hipparcos oraz Tycho 2. Łącznie ma zostać skatalogowanych około miliarda ciał niebieskich. Nazwa jest tu jak najbardziej na miejscu, gdyż mierzone są pozycje zarówno gwiazd jak i planet (także tych pozasłonecznych) oraz obiektów Układu Słonecznego (komet, asteroid) i obiektów bardzo głębokiego kosmosu (kwazary), które są na tyle jasne by dało się je zaobserwować nawet z okolic Ziemi (sonda znajduje się w tak zwanym punkcie równowagi L2).

Podstawowa faza misji sondy Gaia zakończy się w 2018 roku, a na ostateczne katalogi przyjdzie na poczekać jeszcze dłużej. Choć z pewnością już nie tak długo jak w przypadku Hipparcosa, gdyż potencjał obliczeniowy dzisiejszych komputerów jest niewspółmierny do tego sprzed dekady. Na razie udostępniane są częściowe zestawy danych - właśnie nadeszła pora na kolejną dużą ich porcję.

Gaia pomoże wyznaczyć pozycje gwiazd z dokładnością do 24 mikro sekund łuku. Dla porównania taką odległość pomiędzy pikselami miałoby zdjęcie Księżyca wykonane kamerą o rozdzielczości xx Mpix. Dla 150 milionów obiektów wyznaczone zostaną także prędkości radialne. Są to składowe ich prędkości w kierunku równoległym do linii łączącej obserwatora i dany obiekt.

Te dane uzupełnione o informacje pozwalające określić skład chemiczny i wiek (o ile to możliwe) pozwolą stworzyć precyzyjną mapę 3D dla Galaktyki. To ten przypadek, gdy pojęcie 3D faktycznie ma sens i jest użyteczne. Mimo dużej liczby pomiarów nadal będzie to tylko jeden procent wszystkich gwiazd, które według szacunków mogą znajdować się w Galaktyce. Dodatkowo dzięki dużej precyzji pomiarów, Gaia pomoże przetestować Ogólną Teorię Względności w skali o jakiej dotychczas jeszcze nie było mowy.

I jeszcze człowiek dla porównania rozmiarów

Na pokładzie sondy Gaia umieszczono podwójny teleskop ze zwierciadłami wykonanymi z węglanu krzemu, dla zapewnienia ich wysokiej trwałości i odporności na warunki panujące w Kosmosie. Za rejestrację obrazu odpowiada mozaika aż 106 sensorów CCD, które tworzą powierzchnię o wymiarach 0,5 x 1 m. Łączna rozdzielczość układu to około 1 Gpix.

A taki komputer ma na pokładzie Gaia - jest to SCS750 PowerPC z Maxwell Technologies

Pojedyncza płyta z 40 modułami pamięci SDRAM (łącznie jest ich 6) - każdy z nich ma 512 MB pojemności, są też dwa kontrolery

Razem na pokładzie GAIA znalazło się aż 120 GB pamięci - jak na kosmiczną sondę to pojemność bardzo duża

Gaia wykonuje pomiary pozycyjne, fotometryczne (mniej więcej w świetle niebieskim i czerwonym) oraz wąskopasmową spektroskopię wysokiej rozdzielczości w bliskiej podczerwieni (ta pozwala określić prędkość radialną). Ze względu na ogromną liczbę danych, nie daje się zachować wszystkich obrazów. Obserwowane są jedynie wybrane obiekty za pomocą technik podobnych do przetwarzania obrazu i śledzenia pozycji w strumieniach wideo systemów nadzoru.

Zebrane dane przesyłane są na Ziemię w skompresowanej postaci za pomocą łącza o wydajności około 8,7 Mbps (codzienne okno transferowe trwa 8 godzin). Dalsza część analizy przeprowadzana jest już przez DPAC (ang. Data Processing and Analysis Consortium), które zrzesza instytucje z 20 państw w tym z Polski.

Sonda do pracy potrzebuje 1561 W mocy, co jest z nadwyżką zapewniane przez panele słoneczne o wydajności 1910 W. Moduł naukowy wymaga 672 W mocy - porównajcie to sobie to poboru prądu przez gamingowy komputer marzeń.

Źródło: ESA, inf. własna