2016-11-01
石乐 NASA中文
欧洲空间局（欧空局）于2016年9月14日发布了盖亚卫星拍摄的包含超过十亿颗恒星的第一份星表──这是迄今为止规模最大的一次天体巡天观测。在拼接有史以来最详细的银河系三维“地图”的过程中，盖亚卫星测绘出了11亿4千2百万颗恒星的精确位置和亮度。作为不久后更详细的星表的铺垫，9月14日公布的版本中还包含了其中超过两百万颗星的距离和运动信息。
盖亚在测绘银河系中的恒星
“盖亚是天文测量的前沿。它正在以前所未有的精度给宇宙绘制‘地图’。”欧空局科学主任Alvaro Giménez如是说，“9月14日发布的版本向我们提供了对即将到来的更详细数据的第一印象。这些数据将会颠覆人类对银河系中星体分布和运动规律的认识。”
发射升空1000多天以后，盖亚卫星在2014年7月开始了它的科学任务。第一版星表是基于它运行至2015年9月的14个月间采集的数据计算得出的。
“我们今天发布的漂亮星图展示了盖亚测量到的全天的恒星分布密度。这也证实了盖亚运行一年来采集到的数据之优异。”欧空局盖亚计划科学家Timo Prusti如是说。
盖亚正在扫描天空
星图中的带状条纹显示了盖亚巡天扫描的方式。当扫描的次数越来越多直至5年任务期满时，这些带状条纹将逐渐淡化直至消失。“卫星工作一切正常，也向我们证明了它的确有能力分辨十亿颗恒星。虽然现阶段的数据还比较初级，但是我们希望能尽快把它提供给整个天文学界使用。”Prusti博士补充道。
把卫星采集来的原始数据转化成可用、可靠、并且具有前所未有之精度的星体坐标是件及其复杂的工作。它需要遍布全欧洲的450名科学家和软件工程师的通力合作——这些人组成了盖亚数据处理与分析委员会（Gaia Data Processing and Analysis Consortium, DPAC）。
委员会主席来自荷兰莱顿大学的Anthony Brown说：“今天发布的数据版本是过去十年艰苦合作的成果。与来自不同领域的专家们一道，我们必须在观测开始之前就做好准备。接收到数据之后，我们再把它处理包装成为有天文意义的产品，并验证它们的科学内涵。”
除了处理全数十亿的星表，科学家们还详细检查了盖亚第一年的任务与二十多年前的依巴谷任务（包括依巴谷和第谷－2两幅星表）中重合的两百万颗恒星。
通过与之前相对不那么精确的数据做比对，科学家们在盖亚任务的第一年就可以开始理清“视差”(parallax)和“自行”(Proper motion)这两种效应。视差是指由地球绕太阳公转而造成的被观测恒星的表观运动，这种效应与恒星到地球的距离有关；而自行则是恒星相对于银河系的实际物理运动。
通过这种第谷－盖亚联合天文测量(Tycho–Gaia Astrometric Solution, TGAS)的方式，科学家们可以估算出这些散布全天的两百万颗恒星的距离和运动。
比照之前作为天文学参考星表的依巴谷星表，新发布的星表精度提高了一倍，而包含的恒星数量则是前者的近20倍。
作为对新星表的一项验证，数据处理与分析委员会的科学家们对疏散星团──一群出生在一起的相对年轻恒星──开展了研究。这项研究向我们清晰地展示了新数据所带来的进步。
来自意大利国家天体物理研究所和帕多瓦天文台（Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) and the Astronomical Observatory of Padua）的Antonella Vallenari说到：“依靠依巴谷的数据，我们只能分析距离太阳最近的毕宿星团的结构和其内部恒星的运动，以及测量据离我们1600光年内的80个星团的距离。而有了盖亚的第一批数据，现在我们可以测量4800光年内大约400个星团的距离和运动。并且新数据显示，在距我们最近的14个疏散星团中有许多恒星到星团中心的实际距离比我们想象的更远，似乎是正在逃离它们的母星团而奔向银河系的其他区域。”
从太阳系到毕宿星团，这段视频基于盖亚卫星的数据，影片从太阳，以及环绕太阳的八大行星开始，一直旅行到 毕宿星团，毕宿星团是距离太阳系最近的疏散星团，距离我们约150光年。
随着今后几年盖亚任务的持续进行和精准数据的持续发布，更多的星团将被发现并被详细地加以分析研究。这项新的恒星普查中还包含了3194颗变星。变星是一类有节奏地变化大小的恒星。它们的亮度也随着其膨胀收缩而有规律地变化。
许多盖亚观测到的变星都位于临近银河系的大麦哲伦星云中。在第一个月的任务中，盖亚对大麦哲伦星云反复扫描了数次以精确地测量这些变星的亮度变化。今天发布的星表中包含了这些变星亮度变化的详细数据以及对数据潜力的初始研究，这其中有386颗变星是由盖亚新发现的。
“诸如造父变星和天琴座RR型变星在宇宙距离的测量中是极有价值的指示，”来自意大利国家天体物理研究所和博洛尼亚天文台（Astronomical Observatory of Bologna）的Gisella Celementini解释道：“用视差法我们仅可以直接测量银河系中大多数恒星的距离，然而变星为我们的‘宇宙距离阶梯’提供了虽然间接但却关键的一步，使我们对距离的测量可以扩展到更遥远的星系。”
这类变星的特殊性质使对它们进行距离测量成为可能。例如，对造父变星来说，当它们自身越亮时，它们亮度的变化就越慢。而天琴座RR型变星在红外波段也有具同样的性质。测量亮度变化的规律并不困难；当与它们的视亮度相关联时，我们便可以推测出它们的实际亮度。
而这正是盖亚可以发挥作用的地方：未来，科学家们将可以利用盖亚测量到的视差效应非常精准地确定大量变星的距离。有了这些，他们又可以进一步修正变星的亮度和变化期之间的关系，进而把它运用到银河系以外的距离测量上。这种方法的前景在对第谷－盖亚联合天文测量数据的初步应用中已初露端倪。
Clementini博士补充说道：“这才仅仅是个开始。我们测量了大麦哲伦星云的距离以检测数据的质量。在这一过程中，我们也预测到盖亚为改善我们对宇宙距离的理解将带来的巨大冲击。”
精确地获知恒星的位置和运动不仅是研究银河系的性质和演化以及测量恒星星系距离的的基础，而且也有许多更“接地气”的应用，比如运用我们的太阳系中。今年七月，冥王星从一颗遥远而晦暗的恒星前运行而过。这颗恒星渐渐地消失在冥王星的背影中而后又重新出现，这一过程为我们探究冥王星这颗矮行星的大气提供了不可多得的良机。
这次掩星现象仅仅在一个横贯欧洲的狭窄带状区域内可以观测到———这与日全食的本影在地球表面所划过的路径类似。因而，对这颗恒星精准的定位成了指导地面望远镜瞄准它的关键。在为此而特地提早发布的这颗恒星的盖亚数据中，比先前精度提高了10倍的位置信息构成了成功观测这次罕见天文事件的必要条件。
自1988年以来的早期研究陆续发现冥王星稀薄大气的压力正在令人费解地上升，并暗示这上升似乎发生了暂停 。而事实上这颗矮行星正在驶离太阳，这本应造成它大气的冷却而使气压降低。
Brown博士说道：“这三个例子充分说明了盖亚当前和未来的数据将会怎样革命性地改变天文学的方方面面，让我们可以从我们的近邻，到整个太阳系，再到银河系甚至从更大的宇宙尺度上来审视我们在整个宇宙中的位置。”
这第一批发布的数据显示盖亚任务正行驶在朝向它终极目标的轨道上。这个目标便是：在三维空间中以前所未有的精度绘制银河系中星体总数量的1%，即十亿颗恒星的位置、距离和运动。
“一路走到今天并非一帆风顺：盖亚任务遭遇过许许多多技术挑战，而我们必须采取广泛的合作才能学会怎样应对它们。”欧空局盖亚任务总指挥Fred Jansen说到，“但是现在，卫星发射之后的1000天，感谢所有参与者的出色工作，我们可以万分激动地发布第一个数据集，并期待着下一个数据集的发布，必将完全释放盖亚的潜力，并使我们从前所未有的角度重新探索我们的星系。”
编者按：
第一版数据内容于今日（9月14日）在欧空局欧洲空间天文中心设在西班牙马德里卡尼亚达新镇的媒体见面会上发布。
十五篇关于描述第一版数据及其验证过程的论文将发表在《天文学和天体物理（Astronomy & Astrophysics）》的一份特刊上。
盖亚是一项测量银河系和临近星系中十亿颗恒星位置的欧空局任务，目的在于构建目前最精确的银河系三维星图并解答关于它的结构、起源和演化的科学问题。
一个庞大的，由遍布欧洲的科学家、软件工程师、数据处理和分析委员会构成的专家团队负责盖亚数据的处理和检验。这个团队由各欧空局成员国出资支持。他们的最终目标是生成盖亚星表。对数据的科学探索只有在它们完全公之于众后才能开始。
数据处理和分析委员会成员来自20个欧洲国家（奥地利，比利时，捷克，丹麦，爱沙尼亚，芬兰，法国，德国，希腊，匈牙利，爱尔兰，意大利，荷兰，波兰，葡萄牙，斯洛文尼亚，西班牙，瑞士，瑞典和英国）以及域外国家（阿尔及利亚，巴西，以色列和美国）。
此外，欧空局的数据处理中心也为委员会提供了大力支持。该数据处理中心是所有盖亚数据处理活动的中转站。
（翻译：石乐 校核：Linda）
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发表于 2016-11-12 19:22
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