ב-19 דצמבר 2013 שוגר טלסקופ החלל גאיה [1] מבסיס החלל האירופי בקורו (Kourou), גיאנה הצרפתית, למסלול סביב השמש. המטרה העיקרית לשמה נבנה הטלסקופ היא יצירת מפה תלת-מימדית של הכוכבים בגלקסיית שביל החלב, בתוכה נמצאת גם מערכת השמש שלנו. שלב חשוב בבניית מפה כזו הוא מדידת המרחק לכוכבים מכדור הארץ. באסטרונומיה זו משימה לא פשוטה - אנחנו רואים נקודות אור בשמים, אבל איך יודעים אם מדובר בעצמים בהירים ורחוקים או קרובים וחיוורים? לאורך השנים פותחו מגוון שיטות מדידה, כאשר אחת מהן היא הפרלקסה [2,3] - וזו השיטה בה גאיה מודדת מרחק.
כדי להתנסות במדידת פרלקסה בעצמכם, פרשו את יד ימין קדימה, זקפו את האגודל והתבוננו בו בעין אחת, כאשר השנייה עצומה. כעת, החליפו בין העיניים - פקחו את העצומה ועצמו את הפקוחה. ראיתם את האצבע קופצת למרות שלא הזזתם אותה? מעולה! ההפרש במיקום של האצבע, כפי שהוא נמדד ביחס לרקע, הוא הפרלקסה, ומדידתו מאפשרת לנו להעריך את המרחק אל העצם בו צופים. במקרה של האצבע זה לא מאוד קשה, אבל כאשר העצמים רחוקים מאוד, כמו הכוכבים, ההבדלים בכיוון קטנים והמדידה צריכה להיות מדויקת מאוד. לדוגמה, השגיאה של גאיה במדידת זווית קטנה ממיליונית המעלה [4].
גאיה היא לא הראשונה שעושה שימוש במדידות פרלקסה. בשנת 1838, פרידריך בסל (Bessel) היה הראשון לפרסם מדידת מרחק לכוכב אחר בשיטה זו. עם זאת, מדידות כאלה מפני כדור הארץ סובלות מעיוותים עקב תנועת כדור הארץ בחלל, תנודות בכיוון ציר הסיבוב שלו והשפעות האטמוספירה. בשנים 1989-1993 לוויין בשם היפרכוס מדד מרחקים לכמיליון כוכבים והיווה פריצת דרך משמעותית בתחום [5]. גאיה מהווה המשך ישיר של משימה זו, עם שיפור משמעותי במספר הכוכבים (פי 1000!) ובדיוק המדידות. אחד מהרכיבים המרכזיים של הטלסקופ הוא המצלמה הדיגיטלית - המצלמה הכי גדולה ששוגרה אי פעם לחלל, בעלת כמיליארד פיקסלים [6]. באמצעותה, מודדת גאיה בנוסף למרחק גם את מהירות הכוכבים, תנועתם על פני השמים, וכן מאפיינים נוספים כמו בהירות וצבע הכוכב, שמעיד על הטמפרטורה שלו [7].
מאגר הנתונים של גאיה, שפורסם בחודש שעבר, מבוסס על תצפיות לאורך 22 חודשים וכולל מדידות מרחקים ומהירויות לכ-1.3 מיליארד כוכבים. המאגר הוא חופשי, וכל מי שרוצה להשתמש בו יכול לגשת אליו באתר המשימה [8]. במקביל לשחרור המאגר, פורסמה סדרת מאמרים מאת קבוצת המדענים המלווה את המשימה. המאמרים מתארים את אופן עיבוד המדידות ואופן הערכת השגיאות (עניין קריטי במדע ניסיוני) ומציגים דוגמאות ראשוניות לתוצאות מדעיות, ביניהן מאפייני כוכבים משתנים ומבנה הדיסקה של שביל החלב [9,12].
אז מה עושים עם כל המדידות האלה? המון דברים [10]. אחד מהם, כאמור, הוא בניית מפה תלת-מימדית לחלק משמעותי מהגלקסיה שלנו [11,12]. המידע יאפשר ליצור יותר מתמונה סטטית - בעזרת מהירויות הכוכבים ניתן יהיה לשחזר את מסלוליהם אחורה בזמן, ולדעת איך נראתה הגלקסיה שלנו בעבר. כך, על ידי 'הרצת הסרט לאחור', נוכל לחקור את ההיסטוריה והאירועים שעיצבו את המבנה של שביל החלב היום, תחום מחקר שקיבל את השם "ארכאולוגיה גלקטית" [13]. בנוסף, אפיון מספר רב של כוכבים בגילאים ובסביבות שונות יאפשר לנו להבין טוב יותר את האופן בו הכוכבים עצמם מתפתחים. לבסוף, ההיסטוריה של המדע, ושל אסטרונומיה בפרט, מראה שיצירת סט מדידות גדול ואיכותי לעתים קרובות מובילה לתגליות מפתיעות ומעניינות. כדי לאפשר כל זאת, אסטרונומים עמלים על פיתוח כלים לעבודה עם אוסף הנתונים האדיר - אלגוריתמים לסינון, סיווג והמחשה של המידע, כחלק מאתגר נתוני העתק (Big Data) באסטרונומיה [14].
מה צפוי לגאיה בעתיד? משך החיים המתוכנן של המשימה הוא חמש שנים, כלומר עד 2019, ובמסגרתה מתוכננים עוד שני עדכונים של מאגר הנתונים. כרגע, החללית מתפקדת היטב (טפו טפו טפו) ויש תקווה שהמשימה תוארך, מה שישפר את דיוק התוצאות הסופיות של המדידות. אם ההתלהבות מאיכות המדידות ומספר המאמרים בשבועות האחרונים מהווים מדד, נראה שהמדידות מגאיה הולכות לספק תעסוקה לאסטרונומים לשנים רבות. הישארו מעודכנים.
 
יעקב פאירמן הינו פוסט-דוקטורנט במכון רקח לפיזיקה, האוניברסיטה העברית בירושלים.
 

לקריאה נוספת ומקורות:

1. אילוסטרציה של החללית, כולל שיגור והגעה למסלול - http://sci.esa.int/gaia/53280-gaia-from-launch-to-orbit/
2. מדידת מרחקים באסטרונומיה - https://tinyurl.com/y92hu9jd, https://tinyurl.com/y7ottwkm
3. איך מודדים פרלקסה אסטרונומית - http://sci.esa.int/gaia/53278-measuring-stellar-distances-by-parallax/
4. לשם המחשה, הגודל הזוויתי של הירח (והשמש) כפי שהוא נראה מכדור הארץ הוא כחצי מעלה. שליש מיליונית המעלה היא הגודל הזוויתי שבו היה נראה מכדור הארץ בן אדם בגובה טיפוסי לו עמד על הירח, במרחק של כ-400 אלף ק"מ.
5. משימת היפרכוס - http://sci.esa.int/hipparcos/
6. מבנה המצלמה ואופן פעולתה - http://sci.esa.int/gaia/53560-inside-gaia-s-billion-pixel-camera-with-esa-logo/
7. איזה גדלים מודדים - http://sci.esa.int/gaia/53279-stellar-motion/
   טמפרטורה של כוכבים - https://tinyurl.com/ycsmcrs2
8. הארכיון של גאיה - https://gea.esac.esa.int/archive/
9. הסבר אודות מאגר הנתונים והמאמרים הנלווים אליו - https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dr2
10. רשימת המטרות המדעיות של משימת גאיה: http://sci.esa.int/gaia/28890-objectives/
11. מפת הגלקסיה של גאיה - http://sci.esa.int/gaia/60169-gaia-s-sky-in-colour/
12. סרטון מדריך לגלקסיית שביל החלב - http://sci.esa.int/gaia/53147-guide-to-our-galaxy/
13. ארכאולוגיה גלקטית - http://science.sciencemag.org/content/338/6105/333
14. נתוני עתק באסטרונומיה - http://www.astronomy.com/news/2017/12/the-lsst-and-big-data-science