當你抬頭仰望夜空時，是否也曾好奇過滿天的繁星究竟距離我們多遙遠？它們又在朝著怎樣的方向移動？或許你會認為，在科技高度發達的今天，天文學家肯定掌握了一切的答案。而事實卻是，天文學家其實並不知道銀河系中絕大部分恆星的確切位置和速度。現在，歐洲宇航局的
蓋亞衛星（Gaia satellite）新發布的一系列數據正為我們進一步揭示銀河系的許多細節。
△ 蓋亞的第二個數據發佈包括了整片天空的高精度目錄，囊括了位於近處與遠處的天體。它包括太陽系中的小行星，以及銀河系中的恆星群及其衛星（球狀星團與附近星系）等物體。它還延伸到遙遠的正用來定義新的天體參考系統的類星體。這張圖表總結了這一綜合數據集所涵蓋的宇宙尺度，它為天文學界提供了廣泛的研究課題。| 圖片來源：ESA
蓋亞檔案於4月25日開放，公開了蓋亞的第二份數據。借用經典科影片《2001太空漫遊》中的主角——宇宙飛船的船長大衛·鮑曼的一句話來形容就是：“這全是星星”。事實上，它包含了對近17億顆恆星的高精度測量。對於那些最明亮的恆星，其精度水平相當於地球上的觀測者可以看到在月球表面上的一枚硬幣。
蓋亞衛星發射於2013年12月，自那之後它的兩臺望遠鏡便持續地被用於對天空進行掃描，其目標在於破譯我們的銀河系究竟是如何形成和演化的。要做到這一點，蓋亞的目標是測量恆星的視差（parallax）。如果你舉起一根手指並將手臂伸向遠方，用左右兩隻眼睛交替地看向手指，就會注意到手指之於背景的位置發生了移動。而這種移動中的角度變化就是視差。
△ 蓋亞運用的視差法，標記了附近恆星相對較遠背景恆星的明顯位置變化。| 圖片來源：ESA/ATG medialab
在太空中，蓋亞也可以看到恆星位置出現類似的微小變化。如果它在相隔六個月的不同位置上進行觀測，就相當於用左右兩隻眼睛交替著看向手指。當你知道視差、以及從蓋亞到太陽的距離時，就可以用簡單的三角函數來計算出蓋亞與每顆恆星間的距離。
蓋亞還能看到恆星隨著時間的推移在天空平面中移動。如果我們知道與恆星的距離，這些“角度/時間”的單位可被轉換為速度的物理單位（例如公里/秒）。然而，想要知道恆星在三維空間中的移動，則需要我們對垂直於沿視線方向的速度也進行測量。這需要一臺星系中的“超速攝像機”！
一個普通的雷達超速攝像機會使用多普勒效應（由於運動引起的波的拉伸或擠壓），對從汽車反彈回的信號中的無線電頻率變化進行測量，從而計算出它們的速度。相似的，蓋亞會通過測量從恆星發出的光線的頻率變化，來計算它們的速度。如果恆星朝我們移動，發出的星光越藍；如果恆星遠離我們，則發出的星光更紅。這在天文學中被稱為
徑向速度。
△恆星朝太陽靠近或遠離的中值速度的全天星圖。| 圖片來源：DPAC / ESA
2016年，蓋亞首次發佈了近200萬顆恆星距離的數據，但其中並不包括任何徑向速度。然而，通過許多不同的地基望遠鏡，我們已經測量了約40萬顆恆星的徑向速度。
而這次的數據發佈包括近17億顆恆星的
天空位置和亮度信息，還有超過700萬顆恆星的徑向速度。這不僅使蓋亞成為有史以來最大的徑向速度測量任務，還將能被精確掌握其三維空間速度的恆星數量增加了18倍。蓋亞的一系列科學論文也已經與恆星目錄一起出版。我有幸參與了其中一篇論文的研究，構建了迄今為止最詳細的三維空間速度地圖。
△蓋亞衛星在4月25日發佈了迄今為止最精確的全天空銀河系地圖。圖片來源：GAIA/DPAC/ESA
令人興奮的是，這幅地圖顯示出銀河系中有一個總體性的恆星排列，那就是其中大部分恆星都位於銀河系的薄盤中。它們被組織成薄的圓拱形基礎結構。這對了解銀河系的形成以及演化來說是一條非常重要的線索。現在，我們已經將交接棒傳遞給整個天文學界，等待他們對這一發現進行解釋，並挖掘出此次數據的全部潛力。
最終，蓋亞製作的恆星目錄將可以幫助我們找到許多新的發現，其中包括對太陽系中成千上萬的小行星進行繪製。通過查看恆星亮度的下降，我們還可以找到環繞其他恆星公轉的系外行星。
可能更令人驚喜的是，這些測量甚至可以幫助我們在銀河系中準確預測暗物質的分佈。蓋亞還發現了將近5000個在消失之前可用地面望遠鏡追蹤的天體。其中大多數是超新星（爆炸的恆星），或許這將有助於揭示導致宇宙加速膨脹的
暗能量的性質。蓋亞的下一個數據發佈將在2020年完成。預計這將使已知徑向速度的恆星數量從目前的700萬增加到3000萬，足以讓蓋亞背後的科研團隊忙碌好幾年了。
撰文：George Seabroke（倫敦大學學院天體物理學家）
翻譯：不二北斗
原文標題為“Gaia mission releases map of more than a billion stars – here’s what it can teach us”，首發於2018年4月25日的The Conversation。原文鏈接：https://theconversation.com/gaia-mission-releases-map-of-more-than-a-billion-stars-heres-what-it-can-teach-us-95602。本文經作者授權翻譯。中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。
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