銀河系測繪儀：蓋亞6種方式改變天文學

銀河系的結構（藝術家繪圖）很快或將被人們了解。

圖片來源：NASA/JPL

全世界的天文學家即將品嘗到首個改變其工作方式的工具的滋味。

蓋亞，由歐空局（ESA）於2013年發射的天文望遠鏡，在9月14日發出了其繪製的首幅銀河系圖。

該目錄顯示了2057050顆恆星和其他天體的三維位置圖像，還包括那些位置在過去20年里發生了怎樣的變化。

最終，該地圖將包括10億顆泰天體乃至更多，其廣度將增加1000倍，精度至少比此前的星空圖精細10倍。

近日同時發布的還包括已經讀取過這些數據的蓋亞天文學家撰寫的19篇論文。

但是獨立的研究團隊為首次一睹該圖像做準備。

瑞典隆德天文台（該天文台是蓋亞項目自1993年被提出後的主要支持力量之一）天文學家Lennart Lindegren期待，天文學家會在該草圖發布後的數周內撰寫出100篇左右的論文。

一些研究團隊已經計劃了「蓋亞黑客」和「蓋亞衝刺」時間，研究人員將共同致力於如何才能最好地利用這一突然到來的甘露。

「蓋亞將會給人們所致的恆星和星系知識帶來革命。

」美國紐約大學天文學家、帶領其中一些研究項目的David Hogg說。

那麼，蓋亞可能會帶來哪些驚喜呢？

銀河系考古

蓋亞的動態銀河系三維圖將揭示恆星如何在相互結合的引力牽引下移動。

這將會增加對銀河繫結構的了解，包括那些不能直接從地球上觀測到的部分，比如從銀河系中心直直伸出的與漩渦臂相連的兩個分支。

研究人員將能夠分辨與銀河系星流在一起高速運轉的外圍恆星團，它們據認為是與更小星系合併後的殘留天體，艾愛蘭都柏林大學天文學家、ESA蓋亞項目原高級科學家Michael Perryman說。

如果加上關於恆星顏色、溫度和化學成分的現有信息，這份詳細的星圖將能讓研究人員重建銀河系考古學：它在過去130億年中發展到當前的狀態。

「在其一生中，蓋亞將徹底影響人們對銀河繫結構及其演化歷史的認識。

」密西根大學安娜堡分校天文學家Monica Valluri說。

銀河系暗物質在那裡

星系內部恆星的軌跡細節將不僅會揭示可見物質的分布，還有構成大多數星系質量的暗物質的分布。

反過來，這將有助於揭示暗物質是什麼。

蓋亞可能該會引出一些待驗證的新理論。

標準暗物質理論預測，星系的引力場在銀河系中心附近呈球形對稱分布，然後在遠處會「像美式足球」那樣被拉長，Valluri解釋說。

但是一種叫作MOND（修正的牛頓對稱力學）的選擇性理論則認為，引力場的形狀更像一個平底煎餅。

通過觀察依賴引力場的恆星速速，蓋亞將能夠驗證哪個理論是正確的。

該探測器的數據甚至你可能揭示暗物質殺死恐龍的證據。

這個大膽的理論認為，如果暗物質在銀道面附近聚焦成一個相對較薄的「黑暗磁碟」，當太陽系周期性地通過該磁碟時，那麼它就可能引發導致物質滅絕的小行星撞擊事件。

爭議性的恆星距離

精確地測量單個恆星距離調養西有多遠，將能夠讓天文物理學家精化他們的恆星演化模型。

這是因為當前的理論非常依賴一顆恆星生命周期中的自身亮度變化來判斷天體之間的距離。

研究人員希望核實其距離的一組恆星是昴宿星團，它們是位於金牛座的一個星團。

在多數觀測中，其中包括用哈勃望遠鏡觀測的結果，都認為該星團位於135秒差距（相當於440光年）之外。

但是基於歐空局在蓋亞之前發射的另一顆探測器依巴谷衛星的觀測結果，該星團僅在120秒差距之外。

一些人曾表示，這一矛盾表明了對依巴谷衛星的精確性存在疑問。

蓋亞利用類似、但卻比依巴谷衛星更加先進的方法，因此天文學家將能夠更加近距離地仔細觀察它們。

「我認為依巴谷衛星的觀測結果很有可能最終會被蓋亞證偽。

」馬里蘭州巴爾迪摩市空間通信科學研究所的David Soderblom說，他是哈勃衛星的研究作者。

數千個新世界

天文學家已經發現了數千顆圍繞其他恆星運轉的行星，在大多數情況下採用的方法是觀察一顆在軌行星穿過一顆恆星的前面時會在明亮的恆星上留下一個小暗點（即掩星法）。

「很有可能這項任務將會揭示數千顆新世界。

」康乃狄克州紐哈芬市耶魯大學天文學家Gregory Laughlin說。

蓋亞的技術在相對較寬的軌道上最適合觀測大質量行星，義大利都靈天體物理天文台蓋亞研究員Alessandro Sozzetti說。

而且與掩星法不同，它能夠直接測量一顆行星的質量。

如果的確如此，這項一開始走過許多彎路的技術將會殺個漂亮的回馬槍。

但是通過這種方式尋找行星將需要數年觀測，其內部人士預計要到2018年，Sozzetti 說。

宇宙快長速度有多快

儘管蓋亞主要的目標是探測銀河系，但其影響將會觸及到可觀測到的全部宇宙。

蓋亞僅可對銀河系中的天體或是緊鄰的天體進行直接距離測量；為了顧及遙遠星系的距離，天文學家需要等待恆星爆炸，即超新星。

這種超新星的明顯亮度能夠揭示相應的星系距離有多遠。

這樣的指示牌，或是「標準燭光」一直是撲你高估宇宙擴張速率的主要工具。

這項測量已經讓天文學家提出神秘的「暗能量」在加速宇宙擴張。

但是利用超新星作為指示牌，天文學家必須將其與銀河系中其他種類的標準燭光進行對比。

在其首批數據公布後，蓋亞將以高精度測量數千顆類似恆星的距離。

最終，這個探測器的測量將能讓宇宙學家提高其對整個宇宙的繪圖能力，並可能解開關於宇宙碰撞速率的一些矛盾估計。

看不見的小行星威脅

在其掃描天空時候，蓋亞還將跟蹤並發現距離家門較近的天體。

最終，它被期望能夠在太陽系內觀察到35顆小行星以及數千顆新小行星，蓋亞項目天文學家、法國蔚藍海岸天文台的Paolo Tanga說。

這些將包括近地小行星（NEOs），即那些軌道在距離地球約兩億公里以內的天體。

當期發現NEO之後，蓋亞將能提示天文台，然後將利用地面望遠鏡了解這些天體是否存在威脅。

由於其在空間中的優勢，蓋亞將能夠掃描幾乎整個天空，因此可能揭示地面上觀測到的在某些時間過於靠近太陽的天體，荷蘭萊頓天文台天文學家、蓋亞數據合作項目負責人Anthony Brown說。

「我們將能夠觀察到地面上同時很難觀察到的地方。

」

通過跟蹤某些特定小行星若干年內圍繞太陽運行的軌跡，蓋亞將能對阿爾伯特·愛因斯坦的引力描述及其廣義相對論進行更加敏感的檢驗。

（晉楠）