绘制银河系新图景

撰文｜香农·霍尔（Shannon Hall）

翻译｜张哲

新的探索任务已经启动。通过绘制高精度的银河系“地图”，天文学家可以更好地理解恒星物理学和银河系的历史。

天文学家将展开一幅新的宇宙图景。2013年底，欧洲空间局发射了“盖亚号”探测器。它将在为期5年的任务中，以前所未有的精度绘制宇宙星图，而它获得的第一批恒星坐标已经发布了。任务完成后，这幅星图将能以极高的分辨率，准确定位银河系及周边星系中约10亿颗恒星的位置，甚至能够辨认出5微角秒的物体，这相当于在地球上能看见月球表面的一枚硬币。“盖亚号”装备的10亿像素摄像机，还能够记录每颗行星的距离和二维速度，让我们有机会重新认识周边星系。

美国哥伦比亚大学的天文学家凯瑟琳·约翰斯顿（Kathryn V. Johnston）认为，绘制这幅星图的意义相当于首次描绘出了地球大陆的景象——把只有模糊的蓝、绿色块的图像，变成了一幅绘有山川溪谷的画面。“奇怪的是，人类对银河系并不比对其他星系了解得更详细，”约翰斯顿说，“这可能是因为我们身处银河系之中，无法给自己的星系拍一个全景。不过‘盖亚号’将完成这项任务。”

负责“盖亚号”项目的科学家蒂莫·普鲁斯蒂称，新星图备受关注，在2016年9月首批数据发布的当天，就至少有1万人访问了数据库。这批发布的数据中包含10亿颗恒星的初步位置，以及星空中最明亮的200万颗恒星的距离和侧向运动信息（后续数据发布后数字还会增加）。之后还会发布银河系中离我们更远的恒星的距离和运动数据，从而形成连续星图——以太阳为中心向外延展，就像池塘中的波纹一样从中心向外扩散出去。

目前已经有了很多发现。比如，“盖亚号”项目的科学家已经使用这些初步结果，解决了有关昂星团（著名的“七姐妹星团”）距离的争论。这个争论源于“盖亚号”的“前任”——“依巴谷”卫星任务发布的最后一批数据。这些数据非常重要，因为如果没有距离，天文学家就无法确定任何恒星的亮度或半径。不过，对昴星团测量的准确性同样重要（“依巴谷”的测定值是错误的），因为昴星团是理解恒星起源的基准星团。普鲁斯蒂称：“建立关于年轻恒星的理论非常困难，因为它们并不稳定，有多种可能的变化。因此需要保证观测的准确性，以建立更精确的模型。”

其他研究团队也在使用这些新的数据，研究一些不同寻常的恒星（比如看起来特别亮或特别暗的恒星，以及移动速度特别快或特别慢的恒星）。美国普林斯顿大学的天文学家戴维·斯珀格尔说：“天文学家认为自己已经很了解恒星运动。但我怀疑，随着更精确数据的发布，我们也许会发现一些在大方向上没问题，但在细节方面会颠覆我们认知的内容。”行星科学家对“盖亚号”发布的数据也非常感兴趣，因为他们需要寻找有行星的恒星。尽管“盖亚号”还没有发现任何这样的恒星，但科学家希望，它最终可以发现数千甚至数万颗这样的恒星。

尽管在2016年9月已经收获了一大批数据，天文学家仍在热切盼望着“盖亚号”的后续的观测数据（还会发布4批数据）。美国纽约大学的天文学家戴维·霍格（David W. Hogg）称，尽管用第一批数据就已经有很多内容供研究人员研究了，但当该任务结束时，需要研究的将远不止于此。所有的数据将于2022年发布，届时研究人员将能实现此次任务的主要科学目标：揭示银河系的结构和演变，从而理解银河系狂暴的历史。比如，银河系中有些恒星原本诞生在其附近的小星系内，但后来庞大的银河系吞并了它们所在的小星系。如今，那些小星系的残骸还能以贯穿星空的微弱恒星流的形式被看到，为我们提供周边星系演化的时间线索。约翰斯顿说：“你能够发现曾经存在的星系，它们曾经的轨道，以及与它们有关系的恒星。因此，你能还原银河系吞并其他星系的历史。”

恒星是宇宙的地标。

——约翰·赫舍尔（John Herschel）

我们现在还无法确定“盖亚号”将书写怎样的传奇。除了完成主要科学目标，它还会观测银河系中数千个非恒星物体，或许还能绘制出银河系中的暗物质分布，确定数十万个类星体（古代星系仍在燃烧的内核）的位置。普鲁斯蒂说，从长远看，由于提供了准确的观测位置，“盖亚号”还能改善其他望远镜的观测结果。同时，霍格还在美国纽约和德国海德堡组织了名为“盖亚冲刺”的活动，让天文学家们有机会共聚一堂，共同探索如何更好地利用这些数据。霍格说：“‘盖亚号’打开了发现的大门，我认为这是它的意义所在，同时这也是每个人都很兴奋的真正原因。它将带给我们一个新的世界，而首批数据的发布只是这个新世界的精彩预告片。”

“盖亚号”的分辨率比哈勃空间望远镜高数十倍。