歐洲空間局（歐空局）于2016年9月14日發(fā)布了蓋亞衛(wèi)星拍攝的包含超過(guò)十億顆恒星的第一份星表──這是迄今為止規(guī)模最大的一次天體巡天觀測(cè)。在拼接有史以來(lái)最詳細(xì)的銀河系三維“地圖”的過(guò)程中，蓋亞衛(wèi)星測(cè)繪出了11億4千2百萬(wàn)顆恒星的精確位置和亮度。作為不久后更詳細(xì)的星表的鋪墊，9月14日公布的版本中還包含了其中超過(guò)兩百萬(wàn)顆星的距離和運(yùn)動(dòng)信息。
蓋亞在測(cè)繪銀河系中的恒星
“蓋亞是天文測(cè)量的前沿。它正在以前所未有的精度給宇宙繪制‘地圖’?！睔W空局科學(xué)主任Alvaro Giménez如是說(shuō)，“9月14日發(fā)布的版本向我們提供了對(duì)即將到來(lái)的更詳細(xì)數(shù)據(jù)的第一印象。這些數(shù)據(jù)將會(huì)顛覆人類(lèi)對(duì)銀河系中星體分布和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)。”
發(fā)射升空1000多天以后，蓋亞衛(wèi)星在2014年7月開(kāi)始了它的科學(xué)任務(wù)。第一版星表是基于它運(yùn)行至2015年9月的14個(gè)月間采集的數(shù)據(jù)計(jì)算得出的。
“我們今天發(fā)布的漂亮星圖展示了蓋亞測(cè)量到的全天的恒星分布密度。這也證實(shí)了蓋亞運(yùn)行一年來(lái)采集到的數(shù)據(jù)之優(yōu)異?！睔W空局蓋亞計(jì)劃科學(xué)家Timo Prusti如是說(shuō)。
蓋亞正在掃描天空
星圖中的帶狀條紋顯示了蓋亞巡天掃描的方式。當(dāng)掃描的次數(shù)越來(lái)越多直至5年任務(wù)期滿時(shí)，這些帶狀條紋將逐漸淡化直至消失?！靶l(wèi)星工作一切正常，也向我們證明了它的確有能力分辨十億顆恒星。雖然現(xiàn)階段的數(shù)據(jù)還比較初級(jí)，但是我們希望能盡快把它提供給整個(gè)天文學(xué)界使用。”P(pán)rusti博士補(bǔ)充道。
把衛(wèi)星采集來(lái)的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可用、可靠、并且具有前所未有之精度的星體坐標(biāo)是件及其復(fù)雜的工作。它需要遍布全歐洲的450名科學(xué)家和軟件工程師的通力合作——這些人組成了蓋亞數(shù)據(jù)處理與分析委員會(huì)（Gaia Data Processing and Analysis Consortium, DPAC）。
委員會(huì)主席來(lái)自荷蘭萊頓大學(xué)的Anthony Brown說(shuō)：“今天發(fā)布的數(shù)據(jù)版本是過(guò)去十年艱苦合作的成果。與來(lái)自不同領(lǐng)域的專(zhuān)家們一道，我們必須在觀測(cè)開(kāi)始之前就做好準(zhǔn)備。接收到數(shù)據(jù)之后，我們?cè)侔阉幚戆b成為有天文意義的產(chǎn)品，并驗(yàn)證它們的科學(xué)內(nèi)涵?！?/p>
除了處理全數(shù)十億的星表，科學(xué)家們還詳細(xì)檢查了蓋亞第一年的任務(wù)與二十多年前的依巴谷任務(wù)（包括依巴谷和第谷－2兩幅星表）中重合的兩百萬(wàn)顆恒星。
通過(guò)與之前相對(duì)不那么精確的數(shù)據(jù)做比對(duì)，科學(xué)家們?cè)谏w亞任務(wù)的第一年就可以開(kāi)始理清“視差”(parallax)和“自行”(Proper motion)這兩種效應(yīng)。視差是指由地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)而造成的被觀測(cè)恒星的表觀運(yùn)動(dòng)，這種效應(yīng)與恒星到地球的距離有關(guān)；而自行則是恒星相對(duì)于銀河系的實(shí)際物理運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)這種第谷－蓋亞聯(lián)合天文測(cè)量(Tycho–Gaia Astrometric Solution, TGAS)的方式，科學(xué)家們可以估算出這些散布全天的兩百萬(wàn)顆恒星的距離和運(yùn)動(dòng)。
比照之前作為天文學(xué)參考星表的依巴谷星表，新發(fā)布的星表精度提高了一倍，而包含的恒星數(shù)量則是前者的近20倍。
作為對(duì)新星表的一項(xiàng)驗(yàn)證，數(shù)據(jù)處理與分析委員會(huì)的科學(xué)家們對(duì)疏散星團(tuán)──一群出生在一起的相對(duì)年輕恒星──開(kāi)展了研究。這項(xiàng)研究向我們清晰地展示了新數(shù)據(jù)所帶來(lái)的進(jìn)步。
來(lái)自意大利國(guó)家天體物理研究所和帕多瓦天文臺(tái)（Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) and the Astronomical Observatory of Padua）的Antonella Vallenari說(shuō)到：“依靠依巴谷的數(shù)據(jù)，我們只能分析距離太陽(yáng)最近的畢宿星團(tuán)的結(jié)構(gòu)和其內(nèi)部恒星的運(yùn)動(dòng)，以及測(cè)量據(jù)離我們1600光年內(nèi)的80個(gè)星團(tuán)的距離。而有了蓋亞的第一批數(shù)據(jù)，現(xiàn)在我們可以測(cè)量4800光年內(nèi)大約400個(gè)星團(tuán)的距離和運(yùn)動(dòng)。并且新數(shù)據(jù)顯示，在距我們最近的14個(gè)疏散星團(tuán)中有許多恒星到星團(tuán)中心的實(shí)際距離比我們想象的更遠(yuǎn)，似乎是正在逃離它們的母星團(tuán)而奔向銀河系的其他區(qū)域?！?/p>
從太陽(yáng)系到畢宿星團(tuán)，這段視頻基于蓋亞衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，影片從太陽(yáng)，以及環(huán)繞太陽(yáng)的八大行星開(kāi)始，一直旅行到畢宿星團(tuán)，畢宿星團(tuán)是距離太陽(yáng)系最近的疏散星團(tuán)，距離我們約150光年。
隨著今后幾年蓋亞任務(wù)的持續(xù)進(jìn)行和精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的持續(xù)發(fā)布，更多的星團(tuán)將被發(fā)現(xiàn)并被詳細(xì)地加以分析研究。這項(xiàng)新的恒星普查中還包含了3194顆變星。變星是一類(lèi)有節(jié)奏地變化大小的恒星。它們的亮度也隨著其膨脹收縮而有規(guī)律地變化。
許多蓋亞觀測(cè)到的變星都位于臨近銀河系的大麥哲倫星云中。在第一個(gè)月的任務(wù)中，蓋亞對(duì)大麥哲倫星云反復(fù)掃描了數(shù)次以精確地測(cè)量這些變星的亮度變化。今天發(fā)布的星表中包含了這些變星亮度變化的詳細(xì)數(shù)據(jù)以及對(duì)數(shù)據(jù)潛力的初始研究，這其中有386顆變星是由蓋亞新發(fā)現(xiàn)的。
“諸如造父變星和天琴座RR型變星在宇宙距離的測(cè)量中是極有價(jià)值的指示，”來(lái)自意大利國(guó)家天體物理研究所和博洛尼亞天文臺(tái)（Astronomical Observatory of Bologna）的Gisella Celementini解釋道：“用視差法我們僅可以直接測(cè)量銀河系中大多數(shù)恒星的距離，然而變星為我們的‘宇宙距離階梯’提供了雖然間接但卻關(guān)鍵的一步，使我們對(duì)距離的測(cè)量可以擴(kuò)展到更遙遠(yuǎn)的星系?！?/p>
這類(lèi)變星的特殊性質(zhì)使對(duì)它們進(jìn)行距離測(cè)量成為可能。例如，對(duì)造父變星來(lái)說(shuō)，當(dāng)它們自身越亮?xí)r，它們亮度的變化就越慢。而天琴座RR型變星在紅外波段也有具同樣的性質(zhì)。測(cè)量亮度變化的規(guī)律并不困難；當(dāng)與它們的視亮度相關(guān)聯(lián)時(shí)，我們便可以推測(cè)出它們的實(shí)際亮度。
而這正是蓋亞可以發(fā)揮作用的地方：未來(lái)，科學(xué)家們將可以利用蓋亞測(cè)量到的視差效應(yīng)非常精準(zhǔn)地確定大量變星的距離。有了這些，他們又可以進(jìn)一步修正變星的亮度和變化期之間的關(guān)系，進(jìn)而把它運(yùn)用到銀河系以外的距離測(cè)量上。這種方法的前景在對(duì)第谷－蓋亞聯(lián)合天文測(cè)量數(shù)據(jù)的初步應(yīng)用中已初露端倪。
Clementini博士補(bǔ)充說(shuō)道：“這才僅僅是個(gè)開(kāi)始。我們測(cè)量了大麥哲倫星云的距離以檢測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在這一過(guò)程中，我們也預(yù)測(cè)到蓋亞為改善我們對(duì)宇宙距離的理解將帶來(lái)的巨大沖擊。”
精確地獲知恒星的位置和運(yùn)動(dòng)不僅是研究銀河系的性質(zhì)和演化以及測(cè)量恒星星系距離的的基礎(chǔ)，而且也有許多更“接地氣”的應(yīng)用，比如運(yùn)用我們的太陽(yáng)系中。今年七月，冥王星從一顆遙遠(yuǎn)而晦暗的恒星前運(yùn)行而過(guò)。這顆恒星漸漸地消失在冥王星的背影中而后又重新出現(xiàn)，這一過(guò)程為我們探究冥王星這顆矮行星的大氣提供了不可多得的良機(jī)。
這次掩星現(xiàn)象僅僅在一個(gè)橫貫歐洲的狹窄帶狀區(qū)域內(nèi)可以觀測(cè)到———這與日全食的本影在地球表面所劃過(guò)的路徑類(lèi)似。因而，對(duì)這顆恒星精準(zhǔn)的定位成了指導(dǎo)地面望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)它的關(guān)鍵。在為此而特地提早發(fā)布的這顆恒星的蓋亞數(shù)據(jù)中，比先前精度提高了10倍的位置信息構(gòu)成了成功觀測(cè)這次罕見(jiàn)天文事件的必要條件。
自1988年以來(lái)的早期研究陸續(xù)發(fā)現(xiàn)冥王星稀薄大氣的壓力正在令人費(fèi)解地上升，并暗示這上升似乎發(fā)生了暫停 。而事實(shí)上這顆矮行星正在駛離太陽(yáng)，這本應(yīng)造成它大氣的冷卻而使氣壓降低。
Brown博士說(shuō)道：“這三個(gè)例子充分說(shuō)明了蓋亞當(dāng)前和未來(lái)的數(shù)據(jù)將會(huì)怎樣革命性地改變天文學(xué)的方方面面，讓我們可以從我們的近鄰，到整個(gè)太陽(yáng)系，再到銀河系甚至從更大的宇宙尺度上來(lái)審視我們?cè)谡麄€(gè)宇宙中的位置。”
這第一批發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示蓋亞任務(wù)正行駛在朝向它終極目標(biāo)的軌道上。這個(gè)目標(biāo)便是：在三維空間中以前所未有的精度繪制銀河系中星體總數(shù)量的1%，即十億顆恒星的位置、距離和運(yùn)動(dòng)。
“一路走到今天并非一帆風(fēng)順：蓋亞任務(wù)遭遇過(guò)許許多多技術(shù)挑戰(zhàn)，而我們必須采取廣泛的合作才能學(xué)會(huì)怎樣應(yīng)對(duì)它們?！睔W空局蓋亞任務(wù)總指揮Fred Jansen說(shuō)到，“但是現(xiàn)在，衛(wèi)星發(fā)射之后的1000天，感謝所有參與者的出色工作，我們可以萬(wàn)分激動(dòng)地發(fā)布第一個(gè)數(shù)據(jù)集，并期待著下一個(gè)數(shù)據(jù)集的發(fā)布，必將完全釋放蓋亞的潛力，并使我們從前所未有的角度重新探索我們的星系?！?/p>
編者按：
獲取蓋亞的第一批數(shù)據(jù)可訪問(wèn)http://archives.esac.esa.int/gaia
第一版數(shù)據(jù)內(nèi)容于今日（9月14日）在歐空局歐洲空間天文中心設(shè)在西班牙馬德里卡尼亞達(dá)新鎮(zhèn)的媒體見(jiàn)面會(huì)上發(fā)布。
十五篇關(guān)于描述第一版數(shù)據(jù)及其驗(yàn)證過(guò)程的論文將發(fā)表在《天文學(xué)和天體物理（Astronomy & Astrophysics）》的一份特刊上。
蓋亞是一項(xiàng)測(cè)量銀河系和臨近星系中十億顆恒星位置的歐空局任務(wù)，目的在于構(gòu)建目前最精確的銀河系三維星圖并解答關(guān)于它的結(jié)構(gòu)、起源和演化的科學(xué)問(wèn)題。
一個(gè)龐大的，由遍布?xì)W洲的科學(xué)家、軟件工程師、數(shù)據(jù)處理和分析委員會(huì)構(gòu)成的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)蓋亞數(shù)據(jù)的處理和檢驗(yàn)。這個(gè)團(tuán)隊(duì)由各歐空局成員國(guó)出資支持。他們的最終目標(biāo)是生成蓋亞星表。對(duì)數(shù)據(jù)的科學(xué)探索只有在它們完全公之于眾后才能開(kāi)始。
數(shù)據(jù)處理和分析委員會(huì)成員來(lái)自20個(gè)歐洲國(guó)家（奧地利，比利時(shí)，捷克，丹麥，愛(ài)沙尼亞，芬蘭，法國(guó)，德國(guó)，希臘，匈牙利，愛(ài)爾蘭，意大利，荷蘭，波蘭，葡萄牙，斯洛文尼亞，西班牙，瑞士，瑞典和英國(guó)）以及域外國(guó)家（阿爾及利亞，巴西，以色列和美國(guó)）。
此外，歐空局的數(shù)據(jù)處理中心也為委員會(huì)提供了大力支持。該數(shù)據(jù)處理中心是所有蓋亞數(shù)據(jù)處理活動(dòng)的中轉(zhuǎn)站。（翻譯：石樂(lè) 校核：Linda）
來(lái)源：NASA中文
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