Adiós Gaia

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Ahora que me doy cuenta del tiempo que ha pasado me parece un logro por mi parte. Un logro porque nada me hacía pensar que iba a tener la paciencia suficiente para dedicar cuatro años a tratar de entender ‘lo que nos cuentan las estrellas’, más precisamente, lo que las estrellas cuentan a quienes se encargan de interpretar su lenguaje y luego nos lo explican.

Estoy de cumpleaños.

Desde su lanzamiento, he seguido las noticias sobre Gaia y ahora que está jubilada desde hace unos pocos días, el 27 de marzo, me ha parecido una buena idea hacer coincidir el aniversario del blog con su retirada.

Estoy de despedida.

Algunos datos sobre su origen

Cartografiar mil millones de estrellas. Con ese eslogan se lanzó Gaia el 19 de diciembre de 2013. Sus objetivos se ilustraban así:

Por dependencia de la financiación, el proyecto, que había sido incluido en el programa científico de la ESA en 2000, no fue confirmado hasta mayo de 2002.

Quizá pudo influir la cobertura que podía ofrecer Gaia para la detección de asteroides. Durante las semanas anteriores se habían localizado varios que habían pasado a distancias cercanas. La pregunta parecía obvia ¿que pasaba con los asteroides no localizables, aquellos situados en el punto ciego entre el Sol y la Tierra?

Ahí estaba Gaia para reducir ese espacio ciego y ampliar las posibilidades de identificar asteroides peligrosos.

Por esas mismas fechas, mayo de 2002, se presentaba el plan de viabilidad para el procesamiento de datos que estuvo a cargo de la empresa GMV (Madrid) apoyados por equipos de la Universidad de Barcelona y del Centro de Supercomputación de Cataluña o CESCA, consorcio de universidades y centros gestionados por la Generalitat, rebautizado en 2011 como Centro de Servicios Cientítficos y Académicos de Cataluña (no confundir con BSC-CNS, el Barcelona Supercomputer Center-Centro Nacional de Supercomputación). El resultado fue el informe GDAAS-Gaia Data Base and Access Study.

Un vistazo al informe (Luri et al., 2004)

Vale la pena detenerse para conocer las principales características que se requerían de la misión así como los datos que se querían obtener.

Sustituta de la misión Hipparcos, el objetivo principal de Gaia, según ese informe preliminar, era obtener datos astrométricos muy precisos (posiciones, paralajes y movimientos propios) de objetos hasta una magnitud 20 lo que incluiría 10⁶ y 10⁷ galaxias, unos 500.000 cuásares y 100.000 supernovas extragalácticas, entre 10⁵ – 10⁶ nuevos asteroides, unos 50.000 sistemas planetarios extrasolares y otros.

El satélite realizaría unas 50 mediciones de cada estrella durante los 5 años de duración prevista para la misión. También proporcionaría fotometría de banda media y ancha, velocidades radiales e información complementaria de la metalicidad o temperatura … o sea, muchos datos.

Todos esos datos serían necesarios para cumplir los objetivos de estudiar el origen, formación y evolución de nuestra galaxia, su estructura y cinemática, poblaciones estelares, dinámica de la distribución de materia oscura, así como entender su historia de fusión y acreción.

La cantidad prevista de datos, unos 120 TB, y la variedad de los mismos complicaba mucho su procesamiento hasta que estuviera lista la disponibilidad para su explotación científica y porque, además, permitiría la detección de eventos transitorios mientras se estuvieran obteniendo los datos. Después se tendrían que preparar mediante un proceso que implicaría cientos de millones de ecuaciones e incógnitas.

Otro vistazo al funcionamiento a bordo (Schaefer, Saldi y Armbruster, 2004)

Gaia constaría de dos planos focales: uno común para dos telescopios de astrometría y otro para un telescopio espectrógrafo que a su vez incluiría un espectrómetro de velocidad radial. Las imágenes se irían desplazando a lo largo de una cadena de CCD manteniéndose en ambos planos focales.

Debido a la gran cantidad de datos de carga, en su interior era necesario que se realizara un procesamiento inicial de los mismos en tiempo real para preparar su envío a tierra.

En primer lugar establecía una ‘ventana’ alrededor del centro del objeto cuyas coordenadas se habían determinado que limitaba el número de píxeles ‘leídos’ permitiendo su mejor identificación y confirmación en su seguimiento a lo largo de la fila de CCD. Los datos especificados en términos de tiempo y posición se almacenarían y se recopilarían los de un mismo objeto para ser comprimidos. También se reunirían los datos del telescopio espectrógrafo y del espectrómetro de velocidad radial.

Una vez tratados estos datos estarían preparados para almacenarse en una memoria desde la que enviarse formateados a la estación terrestre.

El tratamiento de los datos en tierra (O’Mullane et al., 2007)

En junio de 2007 se aprobó la propuesta DPAC-Consorcio de Análisis y Procesamiento de Datos presentada por un grupo paneuropeo que describía un sistema completo de procesamiento de datos en tierra.

Gaia no es una misión que apunte a objetos concretos como el Hubble sino que explora repetida y sistemáticamente todo el cielo. Para hacer frente a la complejidad del sistema, el DPAC se organizaría en unidades de coordinación (UC) que, a su vez se dividirían en unidades de desarrollo (UD) bajo la dirección del del consorcio (DPACE). Del procesamiento se encargaban en esos momentos más de 270 científicos y desarrolladores distribuidos en distintos centros.

Cada unidad de coordinación, apoyada en unidades de desarrollo, se encargaría de un conjunto de tareas y del flujo de datos que se generarían según requisitos y plazos establecidos por la dirección del consorcio. El intercambio y acceso a esos datos debería estar asegurado en los momentos en que fueran requeridos.

Cada una de estas unidades de coordinación se asociarían al menos a un centro de procesamiento de datos (DPC) dotado con el hardware y software que se precisara para llevar a cabo su cometido con un calendario común.

La arquitectura de procesamiento sería distribuida dado que se desarrollaría en muchos países y por equipos de distinta especialidad. Por su envergadura contaría con componentes operativas independientes en ubicaciones distintas.

Lo previsto era una conexión diaria media de 11 horas para la transmisión de los datos a la estación terrestre. Aproximadamente 50 GB de datos sin procesar a una velocidad media de unos 5 Mb s−1.

Una vez los datos en la estación terrestre serían retransmitidos en la hora siguiente tanto al sistema de control de la misión (MCS) en el MOC-Centro de operaciones de la misión localizado en el ESOC-Centro de operaciones espaciales europeas en Darmstadt, Alemania, como al SOC-Centro de operaciones científicas, éste situado en el ESAC-Centro europeo de astronomía espacial en Villanueva de la Cañada (España). Desde el MOC se incorporarían al sistema de distribución de datos (DDS).

El DDS añadiría algunos datos auxiliares generados en tierra como datos de órbita, historial de telecomandos y otros que se pasarían al SOC donde ya estaría la telemetría lista para el comienzo del tratamiento inicial de datos (IDT) que la descodificaría y descomprimiría. También extraería parámetros de imagen y compararía observaciones con otras fuentes conocidas u otras que se pudieran crear para ello.

El MCS se encargaría, además, de una evaluación inmediata del estado de la nave espacial y de los instrumentos mediante el análisis de los datos de mantenimiento para las oportunas correcciones.

Todos estos procesos diarios formarían parte del repositorio de datos a pasar a los centros de procesamiento en el ESAC, BSC-Barcelona Supercomputing Center y CNES-Centre National D’Etudes Spatiales en París, donde eventualmente se podrían producir alertas en las observaciones de Gaia que, una vez enviadas al SOC, se distribuirían inmediatamente a la comunidad científica y se archivarían en la base de datos principal.

A partir de todos esos datos intermedios, se iniciaría el procesamiento científico que, según la previsión, duraría alrededor de seis meses. Los datos se producirían después de estos análisis en cada unidad de coordinación, con la intención de que se incorporaran a la base de datos principal en actualizaciones semestrales.

Es en este tramo terrestre donde se realizarían todos esos cálculos que articulan todos esos miles de incógnitas y se verifican las medidas astrométricas … un lío para quienes no nos dedicamos a estas cosas y una auténtica diversión para quienes disfrutan solucionando todos esos problemas.

A todo este tinglado de operaciones se le ha denominado Solución iterativa global astrométrica (AGIS).

He intentado asomarme y lo único que he podido sacar en claro (y no estoy muy segura) es que Gaia realizaría un sistema de calibración especial cuyas coordenadas no coinciden con las ICRS-Sistema internacional de referencia celeste al que, naturalmente tienen que convertirse.

Un mareo, como la ristra de números del código Gaia.

La base de datos principal (Hernández et al., 2007)

Todos los datos utilizados y producidos en el procesamiento se almacenarían en la base de datos central, en el ESAC. Cada centro de proceso, conectado en forma radial con los demás, especificaría qué datos necesita para realizar sus tareas específicas y de acuerdo con las distintas unidades de coordinación.

El diseño contempla de forma iterativa varios ciclos de reducción de datos cada uno de los cuales supondría una extracción desde la base principal hacia los centros distribuidos. Cuando los datos hubieran completado su procesamiento se devolverían al ESAC conformando una nueva versión de la base de datos principal.

Información complementaria

Sobre las expectativas abiertas por la misión son recomendables el folleto Gaia publicado en agosto de 2012 y el vídeo explicativo Mapear la galaxia: de Hipparcos a Gaia

Finalmente el lanzamiento se pudo realizar el 19 de diciembre de 2013 tras un aplazamiento del inicialmente previsto para el 20 de noviembre. Aquí se puede ver el vídeo desde la base Kourou en la Guyana francesa a bordo de un cohete Soyuz.

Me quedo por el momento en estos antecedentes.

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Música para su jubilación y el cumpleaños de este blog.

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Organismos

Centre de Données astronomiques de Strasbourg [https://cds.u-strasbg.fr/]

ESA [https://cosmos.esa.int/]

NASA [https://www.nasa.gov/]

Bases de datos

Aladin Sky Atlas [https://aladin.cds.unistra.fr/AladinLite/]

Cornell University- ArXiv [https://arxiv.org/]

ESASky: https://sky.esa.int

IRSA https://irsa.ipac.caltech.edu/

SAO/NASA Astrophysics Data System (ADS) [https://ui.adsabs.harvard.edu/]

SIMBAD Astronomic Database [http://simbad.cds.unistra.fr/simbad/]

NED (NASA/IPAC Extragalactic Database) [http://ned.ipac.caltech.edu/]

Otros recursos

Cartes du ciel [https://www.ap-i.net/skychart//es/start]

IATE-European Union terminology [https://iate.europa.eu/]

SEA- Sociedad Española de Astronomía [https://www.sea-astronomia.es/glosario]

Wikipedia [https://es.wikipedia.org/]

Referencias

Hernández, J. et al., “Gaia Data Processing: Status, Architecture, First Results”, in Astronomical Data Analysis Software and Systems XVI, 2007, vol. 376, p. 293.

Luri, X. et al., “Gaia: understanding our galaxy”, in Astronomical Data Analysis Software and Systems (ADASS) XIII, 2004, vol. 314, p. 653.

O’Mullane, W. et al., “Gaia Data Processing Architecture”, in Astronomical Data Analysis Software and Systems XVI, 2007, vol. 376, p. 99. doi:10.48550/arXiv.astro-ph/0611885.

Schaefer, C., Saldi, G., and Armbruster, P., “GAIA Payload Data Handling System”, in DASIA 2004 – Data Systems In Aerospace, 2004, vol. 570, Art. no. 54.