「蓋亞」空間望遠鏡將從 6 大方面改變天文學

　時間: 2016年09月27日 | 作者: Davide Castelvecchi | 來源: Nature

      全世界的天文學家即將嘗鮮：蓋亞公開發布首批數據。這將為他們的研究帶來改變。

　　

　　蓋亞（Gaia）空間望遠鏡取名自希臘神話中的「大地女神」，由歐洲航天局（ESA）於2013年底發射。今年9月14日，ESA發布了首份由蓋亞繪製的銀河系三維地圖。星表中包含了2057050顆恆星及其它天體的三維位置，還有過去20年來它們位置的改變。這份地圖最終將包含超過10億天體，覆蓋泛圍相比過去擴大1000倍，同時數據的精確度也將提高至少10倍。

　　與這份地圖一同發布的還包括19篇由蓋亞項目研究組的天文學家撰寫的論文。令眾多科學家欣喜的是，蓋亞的資料庫是開放的。一些團隊已經準備好了「蓋亞黑客」和「蓋亞衝刺」計劃，研究人員將通力合作，儘力挖掘這部「百科全書」中的寶藏。有科學家預計，上百篇相關論文會在接下來幾周發布。

　　「女神「蓋亞將改變我們對恆星與銀河系的認識。那麼她究竟能告訴我們什麼？

　　銀河系考古學

　　蓋亞的銀河系運動三維圖將揭示恆星在引力作用下的運動，有助於我們更深入了解銀河系的結構，包括無法從地球上直接觀測到的部分，例如「銀棒」（銀河系中心旋轉的棒狀結構）。

　　

　　銀河系藝術幻想圖。蓋亞將幫助我們更深入了解銀河繫結構。圖NASA/JPL

　　藉助蓋亞，研究人員能夠找到那些「離群」恆星：它們高速運動，被認為在銀河系與更小星系合併時被甩出。結合現有的信息，包括恆星的顏色、溫度和化學組成，這份詳細的地圖將幫助天文學家重現銀河系從130億年前演化至今的歷程。

　　暗物質在哪裡？

　　銀河系內部恆星的軌跡細節不僅揭示了可見物質的分佈，也能告訴我們佔據銀河系大部分質量的暗物質的分佈情況，進而幫助我們理解暗物質究竟是什麼。

　　蓋亞還能夠檢驗一些奇特的理論。例如，標準暗物質理論預測，銀河系的引力場在銀心附近是球對稱的，在遠處逐漸被拉長，呈「橄欖球」形。但 MOND 理論（修正的牛頓動力學）則認為引力場的形狀更像個薄餅。恆星的運動速度依賴於引力場的分佈，通過對速度的精確測量，蓋亞將告訴我們哪種理論正確。

　　探測數據甚至可能透露一些「暗物質滅絕恐龍論」的線索。有理論大膽假設，如果暗物質在銀道面附近聚集成相對較薄的盤結構，那麼當太陽系周期性地穿過「暗盤」時，可能引發造成物種滅絕的小行星撞擊事件。

　　有爭議的恆星距離

　　恆星的內稟亮度在其生命周期內如何變化？現有理論對此的理解主要依賴於恆星與太陽間距離的估計。對這類距離的精確測量能夠幫助天體物理學家精細調節恆星演化模型。

　　科學家計劃研究的首批目標之一即為金牛座的昴星團（Pleiades）。包括哈勃空間望遠鏡在內的多數觀測顯示，昴星團距離我們約135秒差距（440光年）。

　　但根據依巴谷（Hipparcos，ESA在蓋亞之前發射的探測衛星）的測量數據，這一距離僅為120秒差距。一些科學家因此對依巴谷衛星的精確度產生懷疑。

　　蓋亞採用與依巴谷相似但更先進的觀測方法，天文學家密切地關注著她的測量結果。參與哈勃計劃的天文學家 Soderblom 為，蓋亞很有可能將證明依巴谷的結果錯了。

　　開啟數千新世界的大門

　　天文學家已經發現了上千顆繞行其它恆星的行星。大多發現依賴於凌星現象：在行星繞行至恆星前方時，探測到的恆星亮度會微微下降。但蓋亞採用另一種方法——測量恆星位置的輕微搖擺，這是由行星引力造成的，因此這種方法還能直接測出行星的質量。

　　樂觀估計，我們將通過蓋亞打開數千新世界的大門。但用這種方法發現行星需要數年的觀測，研究人員預計2018年才會有初步結果。

　　宇宙膨脹究竟有多快

　　雖然蓋亞對距離的直接測量僅限於銀河系及鄰近天體，但她仍將影響人們對整個可觀測宇宙的認識。

　　對遙遠星系的距離估計通常需要名為「 Ia 型超新星」的恆星爆發。它們常被用作「標準燭光」：通過超新星的觀測亮度，我們能夠確定相應星系的距離，並且估算宇宙膨脹的速率。天文學家正是基於 Ia 型超新星測距發現宇宙正在加速膨脹，進而提出了「暗能量」的概念——宇宙膨脹的「幕後推手」。

　　那些來自小行星的不可見威脅

　　蓋亞佔據著宇宙中的「有利地形」，能夠持續不斷地掃描整個天空。除了遙遠的天體，她也將追蹤並且發現靠近地球的天體，甚至可能是一些在特定時段非常靠近太陽，以致無法從地球上觀測的天體。預計蓋亞最終能夠觀測太陽系內約35萬顆小行星，並發現諸多距離地球2億千米範圍內的近地天體（NEO）。

　　蓋亞發現近地天體后，將向地面天文台發出警報，然後利用地基望遠鏡判斷目標是否構成威脅。另外，通過對某些繞日小行星的持續追蹤，蓋亞將精確檢驗愛因斯坦的廣義相對論。

　　撰文 Davide Castelvecchi

　　編譯 笑辰

　　審校 金庄維