欧洲卫星将开启银河系探测新纪元

伊巴古卫星证明了空间天体测量的价值；盖亚卫星绘制银河系地图。

资料来源:欧洲航天局；B. FUGATE

19世纪被认为是天文学的时代，天文学在21世纪得到了更加蓬勃的发展。维多利亚时代的天文学家花了很多时间开发黄铜制成的皇家望远镜，能够详细测量恒星的位置。这张天体图被称为天体测量学，但它在20世纪已经过时，当时科学家们开始探索更遥远和更奇怪的天文现象，如脉冲星、类星体、伽马射线爆发和黑洞。

现在天体测量再次成为人们关注的焦点。本月，欧洲航天局(欧空局)盖亚空间卫星将从法属圭亚那库鲁空间中心发射。这颗价值4.5亿欧元的卫星将系统地扫描天空，绘制银河系中数十亿颗恒星的地图，以确定它们的坐标和轨道。

20世纪90年代初，欧空局发射的伊巴古卫星绘制了包括118，200颗恒星在内的超高精度地图，并以略低的精度测量了另外250万颗恒星的位置。到目前为止，伊巴古卫星获得的数据对恒星动力学和恒星演化史的研究仍然具有重要意义。盖亚的首席研究员、英国剑桥大学天文研究所教授格里·吉尔摩说:“盖亚的精确度是伊巴古卫星的200倍，盖亚将迎来一个新时代。我们将会发现银河系的组成和它来自哪里。”

盖亚预计将于12月19日飞往太空中一个叫L2的地方，这个地方的重力零点距离地球150万公里。到达后，盖亚将每6个小时旋转一次，用机载的两台望远镜扫描天空。望远镜将光线聚焦在一个10亿像素的探测器上。盖亚卫星和地面望远镜相互合作，能够以令人惊讶的5弧度/10亿的分辨率确定恒星的位置，这相当于从地球上观察月球表面衬衫纽扣的宽度。

随着盖亚卫星的旋转，它将在宇宙中许多恒星的背景下记录特定恒星的位置。六个月后，当盖亚卫星转向太阳的另一边时，它将再次测量同一个恒星系的位置。当肉眼观察恒星，尤其是近距离的恒星时，宇宙中的视差现象会导致位移。盖亚卫星可以据此计算它们的距离。通过反复测量，科学家们有望发现恒星在宇宙中是如何运动的。

盖亚卫星的观测数据可以让天文学家们坐在剧院的顶层，欣赏这场被称为宇宙探索的“芭蕾”，并且可以让他们在研究宇宙的过程中事半功倍。伊巴古的数据只覆盖了银河系中靠近地球的区域，但它证明了科学家的猜测，即星系整体的重力并不是控制恒星运动的唯一因素。相反，恒星会互相“引诱”，使得恒星的运动成为一个复杂的集体运动。吉尔摩说:“他们成群结队地互相捕猎，这是一个出乎所有人意料的发现。”

盖亚将为研究人员提供10亿颗恒星的数据，这相当于银河系恒星总数的1%。美国普林斯顿大学的迈克尔·佩里曼是伊巴古卫星和盖亚卫星的前项目科学家。他说:“有了这些数据，研究人员可以研究一些极其复杂的天体。旋臂是其中之一。星星在银碟中起落，但实际上有两个银碟，一个薄一个厚。”天文学家希望通过研究恒星当前的运动轨迹来推断银河系是如何在暗物质的影响下形成的，并绘制出暗物质的三维分布图，甚至从中获得灵感来解释暗物质的组成。

科学家认为银河系通过吸收附近的其他小星系而扩张，盖亚计划也负责寻找这方面的证据。这些小星系的成分可能与银河系非常不同，可以被盖亚卫星光谱仪探测到。esagaia项目科学家Timo Prusti说:“银晕中的恒星是分散的，从银盘向上或向下延伸。这是物质的流动，表明银河系正在侵蚀矮星系。”

在小尺度恒星位移的情况下，研究人员可以利用精确的距离修复技术计算出每颗恒星的真实亮度和大小，这是研究恒星演化的重要数据。此外，盖亚卫星可以通过探测当恒星被拉离不可见轨道时发生的振动来探测外恒星。盖亚卫星也让科学家第一次有可能探测到恒星的左右振动。普鲁斯特说:“这很难做到，但盖亚卫星有足够的精度。”研究人员计算出盖亚卫星可以探测数千个或更多的星系，并帮助科学家确定由其他观测工具发现的恒星质量，如美国宇航局的开普勒任务。

盖亚也将在缩小宇宙距离尺度方面发挥重要作用。其中一个关键的方法是使用造父变星——振动随亮度变化的恒星。天文学家通过测量造父变星的周期来推断其真实亮度，从而确定其距离。此外，通过将其当前亮度与原始亮度进行比较，天文学家还可以确定其宿主星系。然而，恒星的亮度并不是一个非常稳定的尺度，所以天文学家更喜欢用其他的测距方法来校正它。

吉尔摩说:“我们目前的研究只能依靠有限的数据点。只有少数造父变星离地球不远并且在视差范围内。盖亚卫星可以提供精确的测距方法，相当于4000次造父变星。”

Ibagu的任务在20年前结束，天文学家仍在处理它的数据。普鲁斯特估计，在完成任务后，天文学家需要50到100年来处理盖亚的数据。“我们正在为天文学的许多研究领域奠定基础，”他说。

(段鑫)

中国科学新闻(2013-12-19第三版国际版)