“盖亚”的使命

□ 孝文

2013年 12月19日格林尼治标准时间上午9点12分，欧洲空间局的“盖亚”号探测器在法属圭亚那的库鲁航天中心搭乘俄罗斯的“联盟”号火箭发射升空。“盖亚”号项目耗资20亿英镑（约合32亿美元），任务将持续5年，将对超过10亿颗恒星进行3D测绘。此外，这项任务还将发现数千颗此前未知的天体，获取相关线索以帮助天文学家进一步了解神秘的暗物质和暗能量。科学家称“盖亚”号探测器将让天文学研究发生革命性变化。

“盖亚”号将对超过10亿颗恒星进行3D测绘，以祈获得有关暗物质和暗能量的相关证据

“盖亚”号耗资约合10亿美元，项目总成本达到32亿美元。观测过程中，这颗探测器将借助一台1000MP的相机搜寻行星和小行星

最雄心勃勃的任务之一

盖亚是希腊神话中的大地之神，是众神之母，所有神灵中德高望重的显赫之神。欧洲空间局将自己的最新空间探测器命名“盖亚”，由此可见该局对它的重视程度以及对其卓越性能的自信。

盖亚任务名称是“Global Astrometric Interferometer for Astrophysics”的缩写。“盖亚”号探测器重2吨，耗资约合32亿美元。盖亚任务于1993年10月由瑞典隆德大学的伦纳特·林德格伦和 欧空局的麦可·佩里曼提出建议加入“地平线计划”的长期科学任务。2000年10月13日欧洲空间局科学计划委员会接受该计划，并列为基石任务的第6项计划。2006年2月9日盖亚任务被定为B2期程，并由阿斯特里姆负责硬体设备制造。本任务总预算包含空间望远镜制造、发射和地面控制总共约7.4亿欧元。

“盖亚”探测器的主要任务有：测量银河系内10亿颗恒星的位置、距离以及本证运动；探测上万个系外行星系统；寻找运行在地球和太阳之间区域的阿波希利型小行星（Apohele asteroids），因为该区域总是被强烈的阳光所照射，所以很难用地基的望远镜进行观测监视；探测50万颗遥远的类星体；深空测量，对阿尔伯特爱因斯坦的广义相对论进行更加精确的测量。

“盖亚”号任务将持续5年，是太空探索史上最雄心勃勃的任务之一。这颗探测器将锁定数百万颗恒星的位置，精确度将达到空前的水平。此外，“盖亚”号还将发现数千颗此前未知的天体，包括爆炸的恒星、环绕其他恒星运行的行星以及地球附近的具有威胁性的小行星。

科学家还希望“盖亚”号探测器能够发现相关线索，帮助天文学家揭开两个最大的谜团——暗物质和暗能量。暗物质是一种不可见的物质，像胶水一样将星系聚合在一起。暗物质无法被直接观测到，只能通过观测其引力效应进行研究。暗能量是一种奇怪的推进力，从宇宙诞生之初就存在于空间之中，导致星系以不断加速的速度分离。

“盖亚”号能够对遥远的恒星系统及其行星成员进行观测，同时还能监视可能对地球构成威胁的小行星。在设计和制造过程中，英国科学家和工程师扮演了重要角色。按照计划，“盖亚”号将进入距地面150万千米的拉格朗日L2点。该处是天体观测中一个较为理想的轨道，拥有非常稳定的热环境，可获得比较高的观测效率，并且还具有较低的辐射环境。在这个地球处在它与太阳之间的有利位置，“盖亚”号能够对更广阔的太空区域进行观测。

盖亚的研究目标

按照计划，“盖亚”号将进入距地面150万千米的拉格朗日L2点

“盖亚”号能够对遥远的恒星系统及其行星成员进行观测，同时还能监视可能对地球构成威胁的小行星。在缓慢旋转过程中，“盖亚”号的两架望远镜将对整个夜空进行扫描。“盖亚”号将成为迄今为止送入太空的体积最大的数码相机

体积最大的数码相机

“盖亚”探测器的优异之处在于其搭载了被称为“十亿像素阵列”的超级相机，被喻为“盖亚之眼”，是欧洲空间局打造的数字成像系统 ，拥有前所未有的观测分辨率 ，科学家试图通过“盖亚”超级相机探测器绘制银河系的三维地图 ，并揭示星系的组成结构、形成以及未来的演化。

在缓慢旋转过程中，“盖亚”号的两部望远镜将对整个夜空进行扫描。“盖亚”号将成为迄今为止人类送入太空的体积最大的数码相机。这项任务获取的数据足以装满3万多个CD ROM。

盖亚上面搭载的光谱仪将会提供每一颗恒星的详细物理特征，并对它们的光度、有效温度、引力以及元素组成进行分析。这种大规模的恒星调查活动将会 为我们提供有关银河系的起源、结构和演化的观测数据。与此同时，还会对大量的类星体、河外星系、系外行星以及太阳系内的天体进行观测和测量。

“盖亚”号探测器将会每年绕太阳一圈，以便能拍摄到每颗恒星在太空中每个略微不同位置的照片。这样，它就能绘制出整个银河系三维地图。他所携带的仪器还能探测出这些恒星是怎样围绕银河系中心运转的。

一次空间探测的革命之旅

“盖亚”号任务科学家、莱斯特大学的马丁·巴斯托教授表示：“‘盖亚’号任务是我职业生涯中参与的最令人兴奋的太空任务之一。在对银河系进行观测过程中，‘盖亚’号获取的细节以及距离测量的精确度都将达到空前程度。它的观测结果将改变天文学的面貌，进一步加深我们对宇宙的认知。”

“盖亚”号项目的英国首席研究员、剑桥大学的格里·基尔莫来教授表示：“‘盖亚’号获取的数据将让我们对宇宙的了解发生前所未有的革命性变化。我们对宇宙的认知在很大程度上取决于我们观察到的东西。我们从未有机会看到宇宙内的一切，了解我们无法观测到的区域，了解它们之间的关系。我们甚至不知道究竟有多少东西是我们不知道的。我们知道宇宙中存在大量我们未知的天体，等待我们去命名。我们并不清楚它们拥有怎样奇怪的特征。我们面临着数以百计这样的问题，例如宇宙为何是现在这种状态？银河系如何诞生？具体由什么构成？具体质量是多大？如何演变成今天这样？‘盖亚’号将带我们走进未知的宇宙区域。我们将发现全新的天体，发现一些我们认为的不可能存在的天体。”

英国大学和企业从欧洲空间局手中拿下大约约合1亿美元的合约，负责制造“盖亚”号的一些关键组件，包括相机传感器和微型推进系统。剑桥大学的一个先进的处理中心将负责筛选和消化“盖亚”号传回地球的数据。英国的“盖亚”数据处理负责人弗洛尔·范·莱文博士指出：“‘盖亚’的传感器能够探测到人眼性能增强近4000倍才能看到的微弱物体。这种精确性相当于从地球上对月球上的一颗衬衫纽扣进行测量。这也就意味着我们需要使用性能最为强大的计算机对数据进行分析。

“盖亚”号的前辈“依巴谷”卫星，后者对大约10万恒星进行了观测

银河系直径大约为10万光年～12万光年

法属圭亚那的库鲁发射中心，“盖亚”号的组件正在接受测试

垂直转运进入发射塔架

剑桥大学的一个先进的处理中心将负责处理“盖亚”号传回地球的数据

帆板展开试验

探测器进整流罩

科研人员安装太阳电池帆板

将依巴谷卫星的使命进行到底

事实上，“盖亚”探测器是欧洲依巴谷卫星未竞任务的延续。依巴谷卫星（High Precision Parallax Collecting Satellite，缩写为Hipparcos），全称为“依巴谷高精视差测量卫星”，是欧洲空间局发射的一颗天体测量卫星，用以测量恒星视差和自行，以古希腊天文学家喜帕恰斯的名字命名。

依巴谷卫星于1989年8月8日由阿里安4号火箭运载升空。它本应于地球同步轨道上运作，但因助推火箭失效，卫星只到达近地点507千米、远地点35,888千米的狭长椭圆轨道。尽管如此，它仍能完成85%的原任务目标。与该卫星的通讯于1993年8月15日中止。

整个计划分“依巴谷实验”和“第谷实验”两部分。前者目标是测量120,000颗恒星的五个天文测量参数，精度达2至4毫角秒；后者目标是测量另外400,000颗恒星的天文测量参数及B-V色指数，但位置精度稍逊（20毫角秒～30毫角秒）。

盖亚任务和先前的依巴谷卫星类似，包含两个望远镜可观测两者之间固定的广角观测方向。该空间望远镜会持续以两个望远镜的观测方向垂直向为轴转动。而它的自转轴在天球上会划出一个小幅度的进动轨迹，同时保持与太阳相同的夹角。透过从两个方向精确观测天体在天球上的相对位置，就可得到一个固定的参考系统。

和它的名称不同的是，盖亚任务实际上并未使用干涉测量术确认天体位置。在原始设计时干涉测量术原被认为是实现足够目标解析度的方式，但之后演变成现在的成像望远镜。在观测范围中每个天体平均会被观测70次，科学家估计“盖亚”号将会有一年的任务延长期。