Warum ist Gaia so viel dunkler als wir dachten?

Soweit ich in Erfahrung bringen konnte, ist die Ursache noch nicht bekannt.

Sie haben vor dem Start keine Helligkeitsmessungen durchgeführt, und die Helligkeit kann je nach Betrachtungswinkel dramatisch variieren. Die Erwartung war also nie mehr als eine grobe Schätzung.

Aus einem im ersten Quartal 2014 (einige Monate nach dem Start) veröffentlichten Artikel „ GBOT – Ground Based Optical Tracking of the Gaia satellite “:

Die Helligkeit des Hauptziels einer Kampagne wie Gaia ist wahrscheinlich die wichtigste Einzelinformation. Leider ist es auch eines der am schwierigsten zu beschaffenden, da der Satellit in den meisten Fällen am Boden zusammengebaut wird, während die Kampagne eingerichtet wird.

Während es auf den ersten Blick recht einfach aussieht, auf Basis von Grundprinzipien wie Fläche, Reflektivität etc. Schlüsse zu ziehen, ist dies in der Praxis ein sehr komplizierter Vorgang, da er von den Reflektionsgrößen des Materials abhängt, die nicht immer verfügbar sind, weil von Industriegeheimnissen und kann sich außerdem im Laufe der Zeit aufgrund von Effekten wie Strahlenschäden ändern - die L2 ist eine Umgebung mit hoher Strahlung.

Andere Faktoren sind der Aspektwinkel, der Azimutwinkel (der sich bei einem sich drehenden Objekt wie Gaia ständig ändert) und viele andere Probleme. Um eine starke Schätzung für die vorhergesagte Helligkeit von Gaia zu erhalten, beantragte die GBOT-Gruppe die Durchführung von Messungen, dieser Vorschlag wurde jedoch zurückgezogen, nachdem sich herausstellte, dass die Durchführung zu kostspielig war.

Daher mussten wir uns auf unsere Erfahrungen mit anderen Raumfahrzeugen verlassen, nämlich denen, die wir während unserer Tests beobachteten, dh hauptsächlich WMAP und Planck; Während Planck eine völlig andere Form und wahrscheinlich auch reflektierende Eigenschaften hat, siehe Abb. 5, war WMAP im Wesentlichen eine kleinere Version von Gaia, die um den halben Winkel von Gaia geneigt war, dh 22,5◦ statt 45◦.

WMAP hatte im Allgemeinen eine Magnitude in R von 18-18,5, Planck etwa 18 mag. Daher schien es sicher anzunehmen, dass Gaia konservativ gesehen ungefähr die gleiche Größenordnung hat. Es stellte sich heraus, dass dies nicht der Fall war. Aus noch nicht vollständig verstandenen Gründen (exponierte Strukturen usw.?) stellte sich heraus, dass Gaia mehr als 2 mag schwächer war als Planck, was dazu führte, dass das gesamte GBOT-Programm neu bewertet werden musste, wie in Abschn. 6.

Dieser immer noch andauernde Prozess bildete die Hauptaktivitäten des GBOT-Teams in den ersten Monaten des Jahres 2014. Jetzt, da seit dem Start mehrere Monate vergangen sind, haben wir ein etwas besseres Verständnis der Größenordnung von Gaia; Es wurde festgestellt, dass er zwischen 20 und 21,2 liegt, abhängig von der Entfernung, dem Erdseitenwinkel k und anderen Faktoren. Es war bereits bekannt, dass Raumfahrzeuge schnelle und langfristige Variabilität unbekannter Herkunft zeigen können, z. B. die ungewöhnliche Lichtschwäche, gefolgt von einer ungewöhnlichen Helligkeit von Planck während des OR3 (siehe Abschnitt 4.).

Gaia wurde am 19.12.2013 gestartet, die in dem Papier aufgeführten Beobachtungen waren 7.1.2014 bis 26.2.2014, also 19 Tage nach dem Start. Das macht Strahlungsschwärzung als Ursache für die weniger als erwartete Helligkeit unwahrscheinlich.

Es gibt eine Reihe von Gründen, warum es besonders schwer zu erkennen sein könnte. Lassen Sie mich einige der häufigsten nennen.

Zunächst einmal verändern sich Materialien zeitlich im Raum. Der erste und normalerweise größte Prozess findet während der Ausgasphase statt, die im Wesentlichen in den ersten Tagen eines Raumfahrzeugs stattfindet, in der alle in Materialien eingeschlossenen Gase entweichen. Es gibt Gerüchte in der Raumfahrtindustrie von Unternehmen, die nicht für den Weltraum zugelassene Materialien verwenden, um optische Oberflächen zu reinigen, und diese optischen Oberflächen (oder Sonnenkollektoren) verdunkelten sich im Laufe von mehreren Monaten bis zu einem Jahr später, was zum Verlust des Satelliten führte. Ausgasen ist ein ernstes Problem!

Eine andere Möglichkeit ist, dass Strahlung, Sonnenwind usw. einige der sichtbaren Komponenten beschädigt haben könnten, was möglicherweise zu einer geringeren Sichtbarkeit geführt hat. Ich verstehe zum Beispiel, dass kleine Kunststoffkomponenten, die oft Antennen für den Start an Ort und Stelle halten, mit der Zeit im Weltraum abgebaut werden.

Schließlich ist die Ausrichtung des Raumfahrzeugs. Wenn das Raumschiff anders ausgerichtet wäre als erwartet, würde es dunkler erscheinen als erwartet. Einige Raumfahrzeuge haben ein riesiges Profil, wie sie gesehen werden, abhängig von ihrer Ausrichtung! Wenn etwas spiegelnd reflektiert wird, kann es ein riesiges Glitzern geben, wenn es Licht direkt von der Sonne oder sogar der Erde reflektiert. Dies könnte sogar das Ergebnis einer ziemlich kleinen Komponente sein. Diese Dinge sind ziemlich schwer vorherzusagen, was zu einer gewissen Unsicherheit führt.