Beschleunigung des Sonnensystems, gemessen mit dem Weltraumteleskop Gaia

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Das Weltraumteleskop Gaia hat die Beschleunigung des Sonnensystems gemessen, wenn es das Zentrum unserer Milchstraßengalaxie umkreist.

Die Bewegung des Sonnensystems relativ zu den Sternen stimmt mit den Ergebnissen finnischer Astronomen aus dem 19. Jahrhundert überein. Außerdem verbessern die Beobachtungsdaten von Gaia die Satellitennavigation.
Anfang dieses Monats veröffentlichte die Europäische Weltraumorganisation (ESA) Beobachtungsdaten des Gaia-Teleskops (Gaia Early Data Release 3 oder EDR3), als Fortsetzung der DR1- und DR2-Veröffentlichungen aus den Jahren 2016 und 2018. Gaia sammelt genaues Wissen, zum Beispiel über die Sterne der Milchstraße, ferne extragalaktische Quasare und die Asteroiden unseres Sonnensystems.
Quasare sind helle, sternähnliche Objekte, die es ermöglichen, die Orientierung des Planeten Erde im Weltraum zu bestimmen.

Mit Hilfe ihrer präzisen, von Gaia gemessenen Positionen kann ein neues, hochpräzises Referenzsystem zur Bestimmung der Positionen von Sternen, Objekten des Sonnensystems und auch Satelliten aufgebaut werden.

“Die durch Gaia gewonnenen Erkenntnisse beeinflussen die Präzision der Satellitennavigation in der Zukunft.  Die Satellitenpositionen und die Orientierung der Erde im Weltraum werden in einem Referenzrahmen bestimmt, der an die Richtungen der Quasare gebunden ist.

Die Genauigkeit und der Stand der Technik des Referenzrahmens sind entscheidend für die Präzision in der Navigation”, sagt Professor Markku Poutanen vom Finnischen Geospatial Research Institute FGI, National Land Survey of Finland.
Die präzisen Beobachtungen von Quasaren führten erstmals zu einer erfolgreichen Berechnung der Beschleunigung des Sonnensystems.
“Die von Gaia gemessene Beschleunigung des Sonnensystems in Richtung des Zentrums der Milchstraße beträgt (2,32±0,16) x 10-10 m/s2 oder, grob gesagt, zwei Hundertmilliardstel der von der Erde auf ihrer Oberfläche verursachten Gravitationsbeschleunigung”, fasst Astronomieprofessor Karri Muinonen vom Fachbereich Physik der Universität Helsinki zusammen, der auch Forschungsprofessor am Finnish Geospatial Research Institute FGI ist.

Gaia bei der Erforschung von Asteroiden
Die Datenverarbeitung von Gaia erfolgt im Rahmen des europäischen DPAC-Netzwerks (Data Processing and Analysis Consortium) mit mehr als 300 Forschern. Die Sonnensystemforscher an der Universität Helsinki beteiligen sich auf verschiedene Weise an der Gaia-Datenverarbeitung.
“Wir sind für die tägliche Berechnung der Bahnen der von Gaia entdeckten Asteroiden verantwortlich.

Basierend auf diesen Berechnungen werden bodengebundene Folgebeobachtungen organisiert”, beschreibt Muinonen.
“Vor der Datenfreigabe nehmen wir an der Validierung der Gaia-Beobachtungen von Asteroidenpositionen, Helligkeiten und Spektren teil. Unsere Forschung mit Gaia-Daten konzentriert sich auf Asteroidenbahnen, Rotationsperioden und Polorientierungen, Massen, Formen und strukturelle und kompositorische Eigenschaften der Oberfläche.

Bei der Berechnung von Kollisionswahrscheinlichkeiten für erdnahe Asteroiden ist die Präzision der Bezugsrahmen ganz zentral”, so Muinonen weiter.
Die Asteroidenbeobachtungen von Gaia wurden in DR2 im Frühjahr 2018 veröffentlicht (14.099 Asteroiden).

In der kommenden DR3-Veröffentlichung im Frühjahr 2022 wird es Positions- und Helligkeitsdaten für Zehntausende von Asteroiden geben und zum ersten Mal werden auch Asteroidenspektren veröffentlicht.

Jahrelange Arbeit und Milliarden von Sternen
Die EDR3-Daten wurden von Gaia ab Ende Juli 2014 gesammelt.

Die Daten umfassen unter anderem Positions- und Helligkeitsdaten von 1,81 Milliarden Sternen und Farbdaten von 1,55 Milliarden Sternen aus dem Zeitraum von 34 Monaten.

Außerdem haben die Daten die Anzahl der beobachteten Quasare für präzise Bezugsrahmen auf 1,61 Millionen mehr als verdreifacht.
EDR3 ist eine bemerkenswerte Verbesserung, sowohl in Bezug auf die Anzahl als auch auf die Genauigkeit, im Vergleich zu den früheren Veröffentlichungen.

Die neueste Veröffentlichung gibt Hinweise auf die gigantische Natur der kommenden DR3 Veröffentlichung im Frühjahr 2022 und der endgültigen DR4 Veröffentlichung nach 2024.
Gaia beobachtet astronomische Objekte systematisch im sogenannten L2-Lagrange-Punkt, der etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt in Richtung gegen die Sonne liegt. Gaia beobachtet etwa zwei Milliarden Sterne mit einer Genauigkeit von bestenfalls einem hundertmillionstel Grad.

Das Ergebnis wird eine dreidimensionale Karte unserer Galaxie sein.

Stellare Bewegung in der Zukunft
Basierend auf den Gaia-Daten haben die Forscher die Bewegung der Sterne in der Milchstraße modelliert.

Sie haben eine Animation für die Bewegung von 40 000 zufällig ausgewählten Sternen am Himmel 1,6 Millionen Jahre in die Zukunft erstellt.
“In der Animation beschreiben kurze und lange Spuren die Veränderungen der Sternpositionen in 80.000 Jahren.

Erstere beziehen sich meist auf weit entfernte Sterne, während letztere ausschließlich auf nahe Sterne zurückzuführen sind.

Hin und wieder dehnen sich kurze Spuren zu langen aus, und lange Spuren schrumpfen zu kurzen.

Das hängt auch mit den wechselnden Abständen der Sterne zusammen”, sagt Muinonen.
Am Ende der Animation scheinen sich die Sterne von links zu entfernen und nach rechts zu sammeln.

Dies ist auf die Bewegung des Sonnensystems relativ zu den Sternen zurückzuführen.

Ein ähnliches Phänomen ist zu sehen, wenn man sich vom Zentrum einer Waldinsel zu deren

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