Žmonės pradėjo matuoti žvaigždžių padėtis danguje prieš tūkstančius metų. Todėl astrometrija, dangaus kūnų vietos nustatymo mokslas, gali būti laikomas vienu seniausių pasaulio istorijoje. To reikėjo ne tik smalsumui patenkinti – žvaigždžių ir planetų stebėjimas leido žmonėms geriau orientuotis laike ir erdvėje. Šios žinios pravertė ne tik astronomams, bet ir žemdirbiams bei jūrininkams.

XXI amžiaus pradžioje Visatos paslaptis, jos struktūrą, savybes ir likimą mėginama sužinoti įvairiausiais būdais, pasitelkiant unikalius prietaisus bei įrenginius. Tam naudojami ir galingiausi lazeriai, ir milžiniški požeminiai dalelių detektoriai, Didysis hadronų greitintuvas ir, be abejo, kosmoso observatorijos bei palydovai.

Iš Rytų Europos – Lietuva vienintelė

Vienas naujausių instrumentų – jau metus kosmose skriejantis GAIA palydovas su dviem teleskopais, nutolęs nuo Žemės pusantro milijono kilometrų. Kam skirta ši Europos kosmoso agentūros observatorija ir ko iš jos tikimasi?

„GAIA projekto idėja susiformulavo 1993 metais. Pirmiausia buvo planuojama, kad šis kosmoso teleskopas turės fotometrą ir žvaigždės bus stebimos pro filtrus. Kadangi Lietuvos astronomai pasaulyje pagarsėję, nes yra sukūrę Vilniaus fotometrinę sistemą, mes nuo pat pradžių buvome pakviesti į darbo grupes“, – pasakoja astronomė prof. Gražina Tautvaišienė.

Fotometrinė sistema – tai iš esmės yra įvairių spalvų filtrų teleskopams rinkinys, naudojamas žvaigždėms stebėti. Pagal tai, kokios bangos ilgio šviesą stebima žvaigždė spinduliuoja, galima sužinoti jos temperatūrą, dydį ir kitus šio dangaus kūno parametrus.

Remiantis spektriniais duomenimis, taip pat galima nustatyti jos metalingumą, apskaičiuoti įvairių cheminių elementų kiekį, amžių ir pan. Tačiau mokslas nestovi vietoje. Po keliolikos pasirengimo projektui metų Lietuvos mokslininkų sulaukė nemalonaus siurprizo.

„Kai ši misija įžengė į gamybos fazę, įvyko netikėtas lūžis. Buvo nuspręsta, kad fotometrinės sistema nebus naudojama, kadangi technologiškai labai brangu tą įgyvendinti. Nuspręsta, kad bus stebimi tik žemos skiriamosios gebos žvaigždžių spektrai mėlynojo ir raudonojo bangų spektro srityse“, – sako astronomė.

Tačiau mokslo pažanga leidžia šiuo metodu gauti ne mažiau informacijos, negu naudojantis fotometrija. Reikalingus filtrus jau įmanoma modeliuoti kompiuteriu. O iš žvaigždės spektro kai kuriais atvejais gaunama net daugiau informacijos.

„Kai buvo priimtas šis sprendimas, mes irgi rankų nenuleidome. Pagrindinis mūsų uždavinys – pateikti šiai kosmoso misijai antžeminių stebėjimų duomenis, kad GAIA instrumentais gautą informaciją būtų galima sukalibruoti“, – aiškina G. Tautvaišienė.

Kad GAIA misija būtų sėkminga, iš pradžių Žemėje esančiais teleskopais reikia sukaupti tikslią informaciją apie artimesniųjų žvaigždžių chemines savybes. Tai – tarsi atskaitos taškas, kontrolinė informacija, kuria naudodamasis GAIA palydovas pabandys pažvelgti į mūsų galaktikos istoriją. Šiam darbui Europos pietų observatorijoje trejiems metams buvo skirta net trys šimtai naktų stebėti žvaigždėms.

„Buvo suburta 300 astronomų grupė. Šiuo metu beveik 100 institucijų įsijungė į šitą darbą ir labai smagu, kad iš Rytų Europos spektroskopistų mūsų grupė yra vienintelė, kuri priimta į šį projektą. Tai labai atsakingas darbas – nustatyti detalią žvaigždžių cheminę sudėtį“, – sako astronomė.

Ištirs milijardą žvaigždžių?

Per savo gyvavimo laiką GAIA suklasifikuos beveik vieną procentą Paukščių Tako galaktikos žvaigždžių. Kiekviena žvaigždė bus stebima beveik po 70 kartų. Tai leis labai tiksliai nustatyti jos vietą erdvėje ir judėjimo parametrus. Šią informaciją papildžius Lietuvos astronomų ir jų kolegų gautomis žiniomis apie žvaigždžių cheminę sudėtį, bus galima apskaičiuoti įvairių cheminių elementų gradientus įvairiose galaktikos vietose.

Pagrindinis misijos tikslas – sudaryti itin tikslų, trimatį mūsų galaktikos žvaigždėlapį. GAIA detaliai išmatuos kiekvienos tiriamos žvaigždės judėjimą apie galaktikos centrą, taip pat nustatys jų amžių, cheminę sudėtį ir kiekvienos iš jų evoliucijos stadiją.

Kadangi žvaigždžių judėjimas priklauso nuo to, kur žvaigždė gimė, bus galima daug sužinoti apie galaktikos formavimąsi. Šio tyrimo duomenys leis geriau suprasti, kaip ir kodėl susiformavo mūsų galaktika.

„Du GAIA kosmoso teleskopai per penkerius metus įvertins apie milijardą žvaigždžių. Bus stebimos žvaigždės, kurias galime pasiekti, dairantis apie mūsų Saulę. Žvelgdami į vieną pusę, pasieksime galaktikos pakraštį. „Užgriebsime“ ir galaktikos centro link“, – teigia G. Tautvaišienė.

Tiesa, projekto autoriams teko spręsti kai kurias iškilusias technines problemas ir koreguoti numatytus planus. Paaiškėjo, jog GAIA palydovo skydas, saugantis jį nuo mūsų gimtosios Saulės spindulių, atspindi šiek tiek daugiau šviesos, negu buvo tikėtasi. Dėl to vieno milijardo žvaigždžių riba gali būti ir nepasiekta.

Tačiau tai vis tiek bus žymiai daugiau, negu prieš tai vykdytame projekte. 1989 metais Europos kosmoso agentūra buvo paleidusi HIPPARCOS palydovą, kuris per ketverius metus labai tiksliai išmatavo beveik 100 tūkst. žvaigždžių padėtis danguje. Tačiau naujos kartos – GAIA palydovo aparatūra tokia jautri, kad iš tų pačių objektų bus įmanoma surinkti trisdešimt kartų daugiau šviesos. Tai reiškia, jog žvaigždžių padėtis bus galima išmatuoti 100–200 kartų tiksliau. Artimųjų žvaigždžių atstumai bus nustatyti 0,001 proc. tikslumu, o tolimiausių, esančių už 30 000 šviesmečių, 20 proc. tikslumu.

„Visi kosmoso palydovai ir antžeminiai teleskopai jungiami į visumą, stebėjimai vienas kitą papildo, kad kuo tiksliau išanalizuotume galaktikos struktūrą ir jos cheminę evoliuciją. Su GAIA palydovu tikimasi atrasti apie 20 tūkst. planetų prie kitų žvaigždžių. Taip pat patikslinti 1000 pavojingų asteroidų orbitas“, – sako astronomė.

Pirmieji rezultatai – 2016 metais

Kartą per valandą apsisukdamas aplink savo ašį ir skenuodamas dangų dviem teleskopais, GAIA stebės net milijoną kartų blankesnes žvaigždes, nei matome plika akimi. Su šiuo palydovu planuojama atrasti apie 500 tūkst. naujų kvazarų – tolimų aktyvių galaktikų.

Taip pat manoma, jog bus rasta keliasdešimt tūkstančių planetų milžinių prie kitų saulių, ketinama nustatyti ir bene 300 tūkstančių asteroidų orbitas.

Tiesa, tokie sudėtingi projektai dažnai susiduria su įvairiomis techninėmis problemomis, kaip neseniai nutiko ir „Rosettos“ misijoje, kai jos zondas ne visai tiksliai nusileido ant kometos ir nesugebėjo tinkamai prisitvirtinti prie paviršiaus. Laimei, GAIA projekte kol kas viskas iš esmės vyksta pagal planą.

„Kaip ir buvo planuota, per tris savaites GAIA pasiekė vietą erdvėje, nutolusią nuo Žemės priešinga Saulei kryptimi. Tikimasi, kad pirmieji rezultatai mus pasieks 2016 metais“, – LRT Televizijos laidai „Mokslo ekspresas“ sako astronomė.

Šiuolaikinis mokslas duomenis kaupia labai sparčiai. Ir elementariųjų dalelių fizikoje, ir medicinoje, ir net lingvistikoje. Neveltui sakoma, kad mes gyvename didžiųjų duomenų eroje.

GAIA observatorijoje sumontuota pati didžiausia CCD kamera pasaulyje, turinti net vieną milijardą pikselių.

„Bus atlikta apie 400 mln. Matavimų. Manau, kad visa ta analizė bus atliekama penkerius ar dešimt metų. Visos tokios misijos ir jų tikslai paprastai būna labai ilgalaikiai“, – tvirtina G. Tautvaišienė.

Europos pietų observatorijoje, vykdant stebėjimų programą „Gaia-ESO spektrinė apžvalga“, dviem spektrografais dabar atliekami šimto tūkstančių žvaigždžių spektriniai stebėjimai.

Vienas įrenginys yra geresnės skiriamosios gebos. Su juo planuojama nustatyti 5000 žvaigždžių tikslią cheminę sudėtį. Su mažesnės skiriamosios gebos spektrografu bus stebimos tolimesnės žvaigždės.

„Šiame projekte Lietuvos grupei skirta nustatyti C, N ir O cheminių elementų gausas. Šie elementai sudaro gan didelę dalį žvaigždžių medžiagos ir turi didelę įtaką žvaigždžių evoliucijai. „

Tęsia antikos mokslininkų darbą

Šie projektai ypatingi ir todėl, kad juos įgyvendina ne viena tyrėjų karta. Pirmasis etapas – šiuo metu surenkami duomenys. Tačiau apdoroti juos teks ir jaunajai astronomų kartai.

Tokie projektai turi daug komponentų. Galvojant apie tyrimų ateitį, būtina kelti astronomų kvalifikaciją, ugdyti jaunimą. Todėl Molėtų astronomijos observatorijoje tarptautiniai kursai buvo organizuoti ne tik Lietuvos, bet ir Baltijos šalių bei Šiaurės šalių astronomijos doktorantams ir magistrantams.

„Nors Lietuva nėra nei Europos kosmoso agentūros, nei Europos pietų observatorijos narė, tačiau mus priėmė į šį bendradarbiavimo projektą. Tai – didelis Lietuvos mokslininkų pripažinimas“, – teigia G. Tautvaišienė.

Veikti visa jėga GAIA palydovas pradėjo po nuodugnaus patikrinimo 2014 metų vidurvasarį. Pirmieji duomenys, kaip minėta, pasirodys tik 2016 metų vasarą. Tačiau yra ir išimčių. Tikimasi, jog palydovas tolimose galaktikose užregistruos dešimtis tūkstančių sprogstančių žvaigždžių, vadinamų supernovomis. Ši ankstyvo įspėjimo sistema leis astronomams Žemėje laiku pasirengti jas stebėti, nes tokie ryškūs blyksniai leidžia tiksliai išmatuoti atstumus iki galaktikų. Ši informacija bus viešinama kuo skubiau. Taip, kaip jau įvyko 2014 metų rugsėjį, kai galaktikoje už 500 mln. šviesmečių GAIA užregistravo supernovą, pavadintą „Gaia14aaa“.

Taigi naujausias Europos kosmoso agentūros projektas tęsia senovės babiloniečių, antikos filosofų ir mokslininkų, tokių kaip Aristarchas ar Hiparchas, pradėtus tyrimus, itin skvarbiai žvelgdamas į kosmoso gelmes.