欧洲空间局的“盖亚”空间望远镜成功发射升空，我们即将获得银河系以及宇宙迄今最详尽的“地图”。图片来源：meteoweb.eu
（文/ Stuart Clark）这将是有史以来最大的自拍。在盖亚空间望远镜发射之后，它将以前所未有的精度对银河系中的10亿颗恒星进行勘测，进而从根本上改变我们对周遭宇宙的认识。
2013年12月19日，欧洲航天局的这一大胆计划，使用俄罗斯的“联盟”火箭从法属圭亚那发射升空。随后，它将飞行到距离地球150万千米远的太空。在那个远离地球大气层辉光的地方，“盖亚”将绕着太阳转动，并开始缓慢自转，在未来5年的时间里测量每一个进入其视场的天体。除了测绘银河系中的大约10亿颗恒星（约占银河系恒星总数的1%）以外，它还会搜寻围绕其他恒星的行星，监视我们太阳系中的小行星，精确定位几十万个遥远的河外星系。这将是一段发现之旅。“盖亚”团队成员、英国卢瑟福·阿普尔顿实验室的彼得·艾伦（Peter Allan）说：“‘盖亚’将彻底改变天文学，这话我不是随便说的。”
精准的天图将是一件强有力的武器。作为“盖亚”的前身，1989年到1993年间测量了250多万颗恒星位置的依巴谷卫星，催生了数以千计的论文，从根据太阳在银河系中的运动推出地球冰河期出现的频率，到使用伽马暴来搜寻地外文明，涵盖的内容可谓五花八门，
“依巴谷”提醒着我们，人类对恒星的勘测其实已有超过2000年的历史。“依巴谷”卫星得名于古希腊天文学家依巴谷，他生活在公元前190年至公元前120年，编纂了约850颗肉眼可见恒星的位置。他的星表一直沿用到16世纪，直到望远镜发明前的几十年，丹麦贵族第谷·布拉赫（Tycho Brahe）所编纂星表问世。从1576年到1597年，第谷和100名访问天文学家在丹麦和瑞典之间岛屿上修建的天文台里，仅使用六分仪和浑仪，勘测了1,000多颗恒星。
第谷于1601年去世后不久，望远镜的发明在接下来的几个世纪里引发了一场变革。但“盖亚”的天图将是另一个传奇。它的心脏是一个有着十亿像素的数码相机，是迄今为止太空中最大的。它的稳定性和灵敏度足以看到比肉眼可见最暗弱天体还要暗上400 000倍的天体，让我们可以目睹银河系迄今最真实的一面。
银河系有着10万光年的直径，对于我们来说过于庞大，不可能跑到它的外面去对它拍照。虽然如此，之前的观测已经让我们弄清楚，太阳就位于从银河系中心到其边缘的3/5处。天文观测还显示，我们的银河系呈扁平的盘状，其中穿插着由明亮恒星组成的旋臂。“盖亚”将精确测量银河系中绝大多数巨星的位置，哪怕它们位于比银心更远的地方（银心附近的尘埃云会遮蔽暗弱的天体），由此揭示出它们分布的全部细节。该项目的首席科学家蒂莫·普鲁斯蒂（Timo Prusti）说：“‘盖亚’将让我们有史以来第一次获得银河系的图像。”
“盖亚”将运行于距离地球约150万千米的第二拉格朗日点L2，在远离地球大气层辉光的地方对10亿颗恒星展开细致的测绘。图片来源：spacetelescope.org
然而，重要的不仅仅是天体的位置，它们的运动也将有助于解释我们的银河系是如何形成的。1718年，在将自己对大角、天狼星和毕宿五这3颗恒星的测量，与1800多年前古希腊人所做的观测加以比较之后，英国天文学家爱德蒙·哈雷（Edmond Halley）率先注意到了恒星的运动。在那之前，天空中的大多数天体仍被称为“恒星”（字面意思是“不变的星星”）。哈雷证明，事实并非如此。这意味着，除了位置和亮度之外，天文学家还能从恒星身上提取更多的信息：它们的速度和运动方向能提供关于整个银河系的重要线索。
“盖亚”项目成员、英国伦敦大学学院的天文学家马克·克罗珀（Mark Cropper）说：“银河系是我们唯一一个可以通过一颗一颗的恒星来研究的星系。如果你可以测量恒星的位置和速度，你就可以了解它们背后的物理机制。”这些机制在数十亿年的时间里，一直在塑造银河系。
现在天文学家普遍认为，类似银河系这样的大型星系，都经历过并合过程。一开始，多个较小星系之间会发生碰撞并合，但随着这一过程的推进，这些碰撞星系中的一个会变得非常巨大。它的引力会把较小的星系撕扯成星流，进而将它们纳入自身的整体转动中，只留下最细微的线索，暗示被吞并小星系之前的运动状态。
“盖亚”的相机测定一些恒星位置的精度可达百万分之几个角秒，相当于可以分辨出月亮上的一只跳蚤。通过比较5年间的观测结果，“盖亚”能够把以相似轨道绕着银心转动的星流逐一分离出来。这将揭示出构建我们银河系的原初星系的遗迹。
目前，这一天文学家口中的银河系考??古学，仍是一个梦想。迄今已知的星流，数目非常少。“‘盖亚’会把我们目前在星流研究上的灵敏度提高1000倍，”克罗珀说，“它将追踪银河系中大量的恒星，使银河系考古学成为可能。我们将跃入一个新的时代。”这不仅会告诉我们银河系是如何形成的，还有助于我们更好地认识整个宇宙的演化。
类似的搜寻甚至还能找到太阳失散的兄弟姐妹。45亿年前，当银河系中的一团气体云发生坍缩时，形成了几十万颗恒星，我们的太阳只是其中的一员。时间和引力随后对这个新生的星团痛下杀手。它们联手将其瓦解，把其中的恒星驱散到了银河系中远离太阳的其他角落。尽管经历了这一动荡，孪生的这些恒星仍保留着和太阳相似的轨道——因此“盖亚”追踪恒星运动的能力，将给我们提供发现它们的机会。
有着相同轨道特征的恒星，不一定就是太阳的兄弟姐妹。不过，“盖亚”还有几招可以帮助我们识别出它们。它可以获得所观测天体的光谱，由此分析它们的化学组成。由于每一团气体云都有着自身特有的化学特征，因此太阳的兄弟姐妹都应该有相同的化学指纹。虽然这是大海捞针，但克罗珀对此很乐观：“如果我们能综合所有的信息，也许就能找到太阳的兄弟姐妹，哪怕它们现在已经散布于整个银河系中。”
“盖亚”将测绘银河系内的大约10亿颗恒星，不只是测定它们的位置和距离，还将精确测量它们的运动。图片来源：space.com
“盖亚”的作用不会只限于帮助我们认识银河系。它还能让我们更精确地测量视差，对于了解更大尺度的宇宙来说，这一点至关重要。普鲁斯蒂说：“我们测量宇宙距离的精度，取决于对距离最近的恒星视差的测量精度。”
每隔6个月，相对于太阳，地球就会分处于公转轨道的两侧。地球的这一运动意味着，相对于更遥远的背景恒星，一些近邻恒星的位置会出现偏移。（这就好像你用一只眼睛看近处的物体，然后换另一只眼睛看，会发现它的位置会发生变化。）这一偏移的角度就是视差。一旦测得了视差，使用简单的三角关系，就能计算出它的距离。
即使是距离我们最近的恒星，它的视差也很小：不会超过月球视直径的0.05％。“盖亚”敏锐的眼睛将测量它能看到的10亿颗恒星的视差。由于视差距离是宇宙距离阶梯的基石，因此这极为关键。这个逐级递推的过程，使我们可以估计较远恒星的距离，接着可以估计近距星系的距离，然后一级一级地推向更远的地方。最终，这个标尺可以涵盖整个宇宙。
使用宇宙距离阶梯来测量一颗恒星的距离，测得越精确，我们得到的它的光度就越精确，由此可以更加精确地知道它的产能量以及它的内部正在发生什么。宇宙距离阶梯最重要的台阶便是它的第一级，因为任何误差都会影响到后面所有的梯级。更精确的距离测量也将加深我们对神秘暗能量的认识，这种成分正在加速宇宙的膨胀。艾伦说：“‘盖亚’会以前所未有的精度，把一个更广袤的宇宙呈现在我们面前。”
肩负这么多使命，“盖亚”历经几十年的酝酿，也就不足为奇了。1993年，也就是在“依巴谷”卫星停止工作的那一年，“盖亚”第一次被提了出来，但直到2006年，欧空局才开始建造它，耗资6.5亿欧元。
所有的科学目标都取决于发射是否成功。点火的那一刻总是让人窒息的。“对于整个任务来说，这仅仅是一个时间节点，但它是实实在在的一瞬间，”普鲁斯蒂说，“成败在此一举。”
如果一切顺利的话，“盖亚”会让我们领略到一个全新的银河系和宇宙。“‘盖亚’将向我们展示各种惊人且意想不到的事情，”克罗珀说。这可是绝大多数的自拍做不到的。
编译自：《新科学家》，Top of the Charts
天文学家估计，“盖亚”会发现约2000颗的太阳系外行星。因为这些行星太小太暗，“盖亚”无法直接观测到它们。相反，“盖亚”会通过它们对宿主恒星的影响来推断出它们的存在。
在恒星的强大引力吸引行星的同时，行星也会吸引恒星，使得恒星的位置发生微小的晃动。对于大约500光年以内的恒星，“盖亚”将能测量它们的此类运动。从地球大小的岩质行星，到类似木星和土星的气态巨行星，它能探测到的行星涵盖了所有的类型。
这些行星在数量上，不会比美国宇航局的“开普勒”空间望远镜发现的太阳系外行星多很多。但是，“盖亚”将搜索整个天空中的“近邻”恒星，而不是像“开普勒”那样，仅盯着银河系中的一小片区域。
天文学家目前正在筹划用于分析邻近行星大气的任务，因此“盖亚”给出的这份星表将是无价的。
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