گایا (Gaia) نام تلسکوپ فضایی مرتبط به آژانس فضایی اروپا (ESA) است که در سال ۲۰۱۳ میلادی به فضا پرتاب شد تا برای اولین‌بار با دقتی بسیار بالا اطلاعاتی را به ما بدهد که تا قبل از آن با وضوح بالا در دسترس نبود. این تلسکوپ فضایی به روش اخترسنجی، روشی که در آن موقعیت فضایی اجرام در گذر زمان ثبت می‌شود و هرگونه تغییر و تحول در مختصه آن‌ها بررسی می‌شود، نقشه‌ای سه‌بعدی از بیش از دو میلیون ستاره و یک میلیارد جرم غیرستاره‌ای را براساس موقعیت اجرام و مدار آن‌ها ثبت می‌کند. این مأموریت مهم شش هدف اصلی را در بر می‌گیرد:
١- دیرینه‌شناسی راه شیری: گایا نقشه‌ای سه‌بعدی از کهکشان راه شیری به ما می‌دهد که براساس حرکت ستارگان تحت عامل نیروی گرانش است. بررسی ستارگان با جزئیات دقیق با کمک گایا باعث می‌شود نه‌تنها ساختار کهکشان را بهتر درک کنیم، بلکه قسمت‌هایی مانند میله‌های کهکشان که در ناحیه مرکزی راه شیری قرار دارند و به یکدیگر پیوند می‌خورند، به‌درستی بررسی و مشاهده شوند. همچنین با پویش مشخصات مهم ستارگان مانند رنگ، دما، مؤلفه شیمیایی آن‌ها و اینکه آیا کهکشان راه شیری تجربه برخورد با اجرام کیهانی (مانند کهکشان‌های کوتوله) را داشته یا خیر می‌توان تاریخچه تحولات کهکشان راه شیری را بررسی کرد.
٢- ماده تاریک کهکشان راه شیری: جزئیات مرتبط به موقعیت فضایی ستارگان که درنهایت مسیر حرکت آن‌ها را نشان می‌دهد، نه‌تنها موقعیت ماده مشاهده‌پذیر معمولی که شامل ستارگان و سایر اجرام که از ماده معمولی شکل یافته‌اند را به ما نشان می‌دهد، بلکه درباره ماده تاریک که بیشتر جرم کهکشآن‌ها را در برگرفته است نیز اطلاعات بسیار قابل اهمیت و ارزشمندی را به ارمغان می‌آورد. این مأموریت نشان می‌دهد که آیا نظریه وجود ماده تاریک از دید فعلی کیهان‌شناسان که بنا بر پیش‌بینی آن میدان گرانشی حاکم بر کهکشان باید دارای تقارن کروی در مرکز باشد و هرچه به سمت خارج مرکز می‌رود این توزیع پخ‌تر می‌شود (مانند توپ فوتبال آمریکایی) درست است یا نظریه گرانش تعمیم‌یافته بدون درنظرگرفتن ماده تاریک که پیش‌بینی می‌کند میدان گرانشی حاکم بر کهکشان به شکل پنکیک است. با درنظرگرفتن سرعت اجرام ستاره‌ای که تحت تأثیر نیروی گرانش هستند می‌توان به این سلسله از سؤال‌ها جواب داد.
٣- یافتن جهان‌های جدید: کهکشان راه شیری میزبان میلیاردها ستاره است که اغلب آن‌ها مانند خورشید میزبان سیارات هستند. به روش اخترسنجی امید است بتوان بسیاری از ستارگانی که میزبان سیارات بزرگی مانند مشتری و زحل هستند، پیدا شوند. در این کار علاوه بر یافتن سیاره و مدار آن حول ستاره مادر، جرم سیاره نیز به‌راحتی قابل شناسایی است.
٤- در کمین سیارک‌ها: با توجه به مساحی و میزبانی دقیق گایا، بیش از ۳۵۰ هزار سیارک که تاکنون در منظومه شمسی مشاهده و رصد نشده‌اند، پیدا خواهند شد. بسیاری از این اجرام موسوم به اجرام نزدیک به زمین (NEOs) در فاصله‌ای حدود ٢٠٠ میلیون کیلومتر قرار دارند.
٥- فواصل ستاره‌ای: یکی از مهم‌ترین موضوعات در اخترفیزیک یافتن فاصله‌ای مناسب و دقیق از ستارگان منفرد تا خورشید است. اگرچه این روش تاکنون به‌وسیله روش‌ها و ابزارآلات چه در زمین و چه در فضا انجام شده است به‌‌ویژه برای خوشه‌های ستاره‌ای، اما عدم تطابق‌های بسیاری بر سر مشکل اندازه‌گیری وجود دارد که گایا با دقت بسیار بالای خود آن‌ها را مرتفع می‌کند.
٦- انبساط کیهان: اگرچه گایا فقط ستارگان راه شیری را مورد پویش قرار می‌دهد، اما می‌تواند قیدهای بسیار مهمی را بررسی کند که به درک و فهم دقیق انبساط عالم کمک شایانی کند. گروه خاصی از ستارگان موسوم به ابرنواختر که حاصل انفجار بسیار عظیم یک ستاره هستند، مقدار مشخصی انرژی گسیل می‌کنند که از آن‌ها به‌عنوان الگوی مناسبی برای اندازه‌گیری فاصله استفاده می‌کنند که به آن‌ها شمع استاندارد گفته می‌شود، چراکه میان فاصله و درخشندگی رابطه وجود دارد و هر مقدار که درباره تابندگی اجرام دقیق‌تر مطالعه کنیم، فاصله آن‌ها را با دقت بیشتری می‌توانیم به دست آوریم. بررسی دقیق گایا اطلاعات بسیار بهینه و دقیق‌تری را از مقدار شار این اجرام کیهانی به ما می‌دهد که منجر می‌شود با دقت بالاتری فیزیک درخشندگی آن‌ها را مطالعه کنیم و در نتیجه ارزیابی بسیار دقیق‌تری از انبساط عالم می‌توان به دست آورد.