R - De hemel gemeten - SRON Netherlands Institute for Space Research

Hipparcos: De hemel gemeten

Missie in het kort
Belangrijkste resultaten
Voortgezet onderzoek
Links

Missie in het kort

Hipparcos is een astrometrische satelliet van de European Space Agency (ESA). Astrometrie betekent: het meten van sterposities. De satelliet is vernoemd naar Hipparcus die in 134 voor Christus een stercatalogus publiceerde en ontdekte dat sterposities veranderlijk zijn. Hipparcos betekent High Precision Parallax Collecting Telescope. Daarin zit het woordje parallax dat ‘verschilzicht’ betekent. Dit verwijst naar de gebruikte techniek om uit nauwkeurige positiemetingen ook de afstanden van sterren te bepalen. De aarde draait in één jaar om de zon waarbij de diameter van de aardbaan 300 miljoen kilometer is. Als we vanuit twee tegenover elkaar liggende posities op de aardbaan naar een (relatief) nabije ster kijken, zien we hem tegenover de hemelachtergrond een beetje heen en weer schuiven. De hoek waaronder dat gebeurt, is uit te drukken in fracties van boogseconden. Een cirkel is 360 booggraden, iedere graad bestaat uit 60 boogminuten, en iedere minuut uit 60 boogseconden. Hipparos kan sterposities meten met een nauwkeurigheid in de orde van enkele milliboogseconden.

De 500 kilogram zware satelliet is gelanceerd vanaf de ESA-basis Kourou in Frans-Guyana op 8 augustus 1989 en blijft tot maart 1993 in gebruik. De satelliet komt in een verkeerde baan terecht doordat een raketmotor weigert. Dit zet de wetenschappers onder zeer hoge druk om onmiddellijk een alternatieve aanpak van de meetprocedure te bedenken. Dat lukt en de missie wordt een groot succes.

Nederland heeft een relatief zware inbreng in het wetenschappelijke team rond de missie. Dit team is verantwoordelijk voor het herschrijven van de waarneemprocedures, voor het bewerken van de gegevens tot catalogi, en voor het wetenschappelijk onderzoek met de verkregen gegevens. SRON is betrokken via Hans Schrijver, en de Sterrewacht Leiden via Rudolf LePoole. Ook de voormalige Leidse astronoom Floor van Leeuwen, toen werkzaam bij het Royal Greenwich Observatory in Engeland, en de geodesie wetenschapper Van der Marel (TU Delft) spelen een cruciale rol om de missie tot een succes te maken. Zij allen zijn Project Scientist.

Belangrijkste resultaten

De missie levert twee catalogi op. De Hipparcos-catalogus bevat zeer nauwkeurige sterposities tot circa 1 milliboogseconde van 118 218 sterren, terwijl de Tycho-catalogus positiemetingen bevat met een iets lagere nauwkeurigheid (ca 20 milliboogseconden) van 1 058 332 sterren. Later is die catalogus vervangen door de Tycho-2 catalogus met gegevens van 2 539 913 sterren. Daarmee is die catalogus voor 99% compleet voor alle sterren tot magnitude 11. Dat zijn sterren die tot 100 000 maal zwakker zijn dan de helderste ster aan de hemel, Sirius. Het menselijk oog kan sterren zien tot magnitude 6. Een milliboogseconde is de hoek waaronder je een euromuntstuk ziet op bijna 5000 km afstand.
{tooltip class=tooltip_50jaar}Lees meer: belang sterposities{end-link}Sterposities zijn om verschillende reden van belang. Uit nauwkeurige posities van referentiesterren kunnen de posities van andere, zwakkere sterren ook nauwkeurig worden bepaald. Het is vergelijkbaar met het principe van de driehoeksmeting, door landmeters, op aarde. Als je van zwakke sterren of andere objecten precies weet waar ze staan, kun je bijvoorbeeld infrarood-, radio- of röntgenmetingen verbinden aan de metingen in zichtbaar licht. Je weet dan dat het om een het hetzelfde object gaat. Vanwege het parallaxeffect kun je met nauwkeurige sterposities ook de afstanden van sterren meten tot de zon. De Hipparcos-satelliet kan afstanden meten tot globaal zo’n 1000 lichtjaar. Daarmee kan de hele kosmische afstandsschaal worden herijkt en wordt ook de leeftijd van het heelal beter bepaald.

Uit nauwkeurige posities die met tussenpozen zijn gemeten, kunnen ook de eigenbewegingen van sterren worden bepaald: hun echte verplaatsing aan de hemel, loodrecht op de gezichtslijn. Dit kan voor losse sterren, maar ook voor sterrenhopen zoals de Hyaden in het sterrenbeeld Stier. Als je uit spectrale metingen ook nog de snelheid langs de gezichtslijn weet af te leiden, weet je de echte ruimtelijke snelheid. De ruimtelijke posities van sterren, gecombineerd met hun ruimtelijke snelheid geeft je informatie over de ruimtelijke bewegingen van sterren. Daarmee leer je iets over de beweging van en binnen stergroepen, zoals de sterrenhoop Pleiaden, en het Melkwegstelsel in onze omgeving.{end-tooltip}

Hipparcos doet ook enkele bijzondere ontdekkingen. Met metingen wordt een nauwkeurige voorspelling gedaan wanneer een komeet (Shoemaker Levy-9) op Jupiter zal storten. Er worden ook sterren ontdekt die in de verre toekomst op korte afstand van de zon gaan passeren. Van verschillende sterren met een planetenstelsel is de afstand bepaald, zodat we veel meer gegevens over die planeten kunnen vastleggen. Er zijn dubbelsterren ontdekt waarvan de leden heel dicht bij elkaar staan. Ook blijkt de vorm van het Melkwegstelsel te veranderen; de uiteinden krullen om als ezelsoren. Spectaculair voor astronomen is de ontdekking van een groep sterren (te herkennen aan hun gezamenlijke ruimtelijke beweging) die als een soort indringers van buiten moeten worden gezien. Tot slot neemt Hipparcos ook een subtiel effect waar op sterlicht, als gevolg van de interactie met zwaartekracht. Dat levert een bevestiging op van de Algemene Relativiteitstheorie van Einstein.

Voortgezet onderzoek

De belangrijkste opvolger van Hipparcos wordt de ESA-missie GAIA. Deze ruim 2 ton zware satelliet moet in 2013 worden gelanceerd en heeft een geplande missieduur van 5 jaar. Het doel is erg ambitieus: een volledige driedimensionale kaart maken van het Melkwegstelsel. Dit vergt metingen aan ruim een miljard(!) sterren, zo’n 1000 maal meer dan Hipparcos heeft gerealiseerd. Van elke ster wordt de (ruimtelijke) positie bepaald, de (ruimtelijke) snelheid, de helderheid(sverschillen) en de kleur. Dit laatste geeft informatie over de leeftijdsgroep waartoe de ster behoort. Uiteindelijk moet met al deze gegevens een goed inzicht worden verkregen in het ontstaan en de ontwikkeling van het Melkwegstelsel. Dit alles is ook van fundamenteel belang voor het begrijpen van de ontwikkeling van andere sterrenstelsels, en dus ook van het heelal. Verder hoopt men dat uit de metingen informatie komt over:

Test van de Algemene Relativiteitstheorie van Einstein. GAIA kan, nog veel beter dan Hipparcos, subtiele effecten zien op sterlicht die worden veroorzaakt door zwaartekracht. En dus nagaan of Einstein bij die zeer nauwkeurige metingen nog steeds gelijk heeft.
De samenstelling van het Melkwegstelsel naar leeftijdsgroepen. Astronomen denken dat het Melkwegstelsel het resultaat is van samensmeltingen van vroegere, kleinere stelsels waarvan de sterleden nog te herkennen zijn. Ze vormen aparte leeftijdsgroepen.
Planeten bij andere sterren. Schattingen wijzen uit dat de missie 10.000 tot 50.000 nieuwe planeten kan ontdekken. Ze zullen vergelijkbaar zijn met Jupiter en in banen om hun ster draaien met een omlooptijd van jaren. Tot nu toe worden zogeheten exoplaneten ontdekt die meestal relatief snel, in de orde van dagen tot hooguit een jaar, om hun ster draaien.
Bruine dwergen. Dit zijn heel lichtzwakke sterren, waarvan er heel veel moeten bestaan maar die tot nu toe slechts spaarzaam worden waargenomen vanwege technische beperkingen.
Planetoïden in ons eigen zonnestelsel. GAIA kan veel nieuwe exemplaren ontdekken, met name ook op grotere afstanden tot de zon.
Supernova-explosies. GAIA zal naar verwachting in verre melkwegstelsels zo’n 100.000 exploderende sterren kunnen zien op het moment dat ze helderder worden maar nog niet het maximum van de explosie hebben bereikt. Hiermee kan de kosmologische afstandsschaal verder worden verfijnd.

Naast GAIA zijn er andere astrometriemissies gepland door NASA (Space Interferometry Mission, SIM), Japan (Japan Astrometry Satellite Mission for Infrared Exploration, JASMINE) en Rusland (OSIRIS). Het U.S. Naval Observatory plant de missie Origin Billion Star Survey (OBSS) waarbij positienauwkeurigheden in de orde van miljoensten boogseconden moeten worden behaald.