Meten aan de melkweg

Europese telescoop Gaia gaat de positie en snelheid van een miljard sterren in de melkweg bepalen

Tekening van de Europese ruimtetelescoop Gaia die vanochtend gelanceerd is. AFP Foto / ESA / D. DUCROS

Een miljard sterren moet ze in kaart gaan brengen, en ook nog flink wat planetoïden, exoplaneten en quasars. De Europese ruimtetelescoop Gaia, die vanochtend om 10.12 (Nederlandse tijd) gelanceerd werd vanuit de ruimtebasis Kourou in Frans Guyana, moet daarvoor vijf jaar volop aan het werk.

„Gaia’s taak is het maken van een 3D-kaart van ons melkwegstelsel”, vertelde de Leidse astronoom Anthony Brown vorige week op een bijeenkomst van het maandblad KIJK. Brown stond aan de wieg van Gaia en is hoofd van het instituut dat de data van de sonde zal verwerken.

De zon is slechts één van de circa 100 miljard sterren in de Melkweg, ons eigen sterrenstelsel (dat overigens weer slechts een van ongeveer 100 miljard sterrenstelsels uit het observeerbare heelal is). Van zo’n 1 procent van die sterren uit de Melkweg gaat Gaia in verschillende seizoenen de positie meten, elke ster gemiddeld 70 keer, met een precisie van van 24 micro-boogseconden. Dat is de grootte, zegt Brown, „van een euromunt op de maan”. Een andere vergelijking is de dikte van een haar, gezien op 1.000 kilometer afstand.

Door de sterren te ‘schieten’ vanuit verschillende posities in de baan rond de zon, is hun ‘parallax’ te meten. Dat is de schijnbare verschuiving aan de hemel, vergelijkbaar met het verspringen van een voorwerp bij het afwisselend sluiten van de ogen. Daarmee is met een soort stereometing de afstand te berekenen, voor nabije sterren tot op 0,001 procent nauwkeurig. Die precisie neemt af tot 20 procent voor sterren op 30 duizend lichtjaar afstand, bij het centrum van de Melkweg.

Daarnaast wordt ook de zijwaartse beweging van sterren gemeten. Grofweg voeren alle sterren een trage dans uit rond het centrum van de Melkweg. Maar sommige zijn afkomstig uit kleinere stelsels, die in het verleden door de Melkweg zijn opgeslokt. „Die dwergstelsels worden dan uit elkaar getrokken tot een soort spaghettislierten”, zegt Brown. Maar de individuele sterren blijven nog lang afwijkend bewegen ten opzichte van hun buren. Brown: „Dus met Gaia gaan we ook een soort archeologie van het melkwegstelsel bedrijven.”

Ook meet Gaia lichtspectra, en daarmee de samenstelling, temperatuur en massa van sterren. Uit de dopplerverschuiving van het sterlicht is bovendien de snelheid naar ons toe of van ons af te berekenen. Golflengten van het licht worden langer, dus licht wordt roder, als de ster van ons af beweegt, als hij naar ons toekomt wordt licht juist iets blauwer.

Bijvangst, belooft Brown, is de positie van duizenden planetoïden, rotsblokken in ons eigen zonnestelsel, waaronder mogelijk gevaarlijke aardscheerders. Plus nog zo’n tienduizend exoplaneten, en ook quasars, extreem heldere sterrenstelsels buiten dat van ons.

Opvallend aan het ontwerp van Gaia is het uitklapbare zonneschild van 10 meter doorsnee. Het Leidse Dutch Space en TNO Space in Delft waren betrokken bij de bouw, onder ander bij het frame. Dat is gemaakt van siliciumcarbide, een keramisch materiaal dat extreem stijf is, maar daarmee ook zeer bros. Maar de extreme triltesten ter voorbereiding op de lancering heeft het frame in ieder geval overleefd, en de lancering naar het zich laat aanzien ook.

De ESA-missie, die duurt tot 2019, kost circa 740 miljoen euro. De sonde zal rondjes gaan draaien om een zwaartekrachtsevenwichtspunt op 1,5 miljoen kilometer van de aarde, niet aan de kant van de zon. De sonde komt dus niet in een baan om de aarde, maar draait als het ware aan de buitenkant met de aarde mee om de zon.

    • Bruno van Wayenburg