Was sind die Gründe dafür, das Weltraumteleskop Gaia in den Lagrange-Punkt L2 des Sonne-Erde-Systems zu bringen?

Laut ESA ist die angestrebte Lissajous-Umlaufbahn um SEL2:

263.000 × 707.000 × 370.000 km, 180 Tage lange Umlaufbahn um L2

Es ist der einzige Ort, der den Designbeschränkungen von Gaia entspricht, um seine Solarmodule jederzeit auf die Sonne auszurichten, thermische Zyklen zu verhindern und seine Antenne auf die Teile der Erde zu richten, von denen aus kommuniziert werden kann.

    ^{Ein Ausschnitt des Gaia-Weltraumobservatoriums mit seinen Instrumenten. Bildnachweis: EADS Astrium}

Eine sonnensynchrone -1° rückläufige polare Umlaufbahn (gefrorene Umlaufbahn) würde nicht ausreichen, da der Großteil ihrer Bodenbahn über der Mitte des Nirgendwo liegt. L1 würde das nicht tun, da die Antenne dann kein Teil des Sonnenschutzes sein kann, L3 hinter der Sonne ist, L4 & L5 seine Antenne immer noch nicht auf die Erde zeigen lassen (maximal zulässige Neigung für seinen Sonnenschutz). relativ zur Sonne liegt bei 15°), und höhere oder niedrigere heliozentrische Umlaufbahnen würden die Erde während ihrer 5-jährigen Mission in Opposition bringen, die Kommunikation erschweren (1 Milliarde Pixel erzeugen einen großen Datenstrom) und die Gesamteinstrahlung verringern, die für die Stromversorgung des Weltraumobservatoriums erforderlich ist. wenn in einer heliozentrischen Umlaufbahn in größerer Höhe.

Der Erde-Sonne-Lagrangepunkt 2 (SEL2) hat folgende Vorteile für das Gaia-Teleskop:

• Gaia wird NICHT im SEL2 beschattet (umkreist es). Die Erde ist viel zu weit entfernt, um dort einen Schatten zu werfen. Das ist gut für Gaia, weil es seine elektrische Energie von seinen Sonnenkollektoren bezieht.

• In SEL2 ist Gaia konstant der Sonne ausgesetzt. In LEO würde es, wie das Hubble-Weltraumteleskop oder die ISS, alle paar Stunden in den Erdschatten ein- und ausgehen. Gaia hat sehr empfindliche Instrumente, die vorhersagbare und konstante Temperaturen benötigen. Nicht unbedingt minimale Temperatur, sondern eher konstant.

• LEO würde auch die Erde einen großen Teil des Himmels bedecken lassen. Das Hubble-Weltraumteleskop ist so konzipiert, dass es sich jeweils auf einen winzigen Teil des Himmels konzentriert, und sein Betrieb wird sorgfältig in Bezug auf seine relative Position zur Erde geplant. Aber der Zweck von Gaia ist es, den gesamten Himmel im Laufe der Zeit systematisch zu scannen. Es wäre nicht praktisch, wenn es in der Nähe eines großen Objekts wäre.

• Gaia nutzt die Parallaxe, die Winkelunterschiede, anhand derer Sterne beobachtet werden, während sie die Sonne umkreisen. In einer größeren Umlaufbahn würde es größere Winkel und eine bessere Präzision in seinen Messungen erhalten. Also grundsätzlich wäre es gut. Aber es hätte zwei große Nachteile:

  Erstens würde es länger dauern, die Umlaufbahnen abzuschließen, und es müssen im Prinzip mindestens zwei Umlaufbahnen absolviert werden, um sowohl Entfernungs- als auch Bewegungsdaten zu erhalten (dies kann je nach Funktionsweise komplexer sein). Wenn es auf dem Jupiter wäre, hätte es eine etwa 5-mal so große Parallaxe, aber es würde mehr als 10 Jahre dauern, um einen einzigen Umlauf um die Sonne zu absolvieren. Es hat vielleicht keine so lange Lebensdauer und Wissenschaftler wollen vielleicht nicht so lange warten. (Vielleicht wird es ein Follow-up geben???)

  Zweitens befindet sich SEL2 in konstanter Entfernung und Richtung von der Erde. Wenn es sich in einer anderen Umlaufbahn befindet, würde es davondriften und schließlich Hunderte von Millionen Kilometern entfernt auf der anderen Seite der Sonne sein. Dies würde die Telekommunikation zu einer Herausforderung machen und wahrscheinlich mehr Investitionen sowohl in die Bordausrüstung als auch in die Bodenkontrolle erfordern.