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“盖亚”空间望远镜将从 6 大方面改变天文学

时间:2019-03-22|栏目: 天文 • 物理 |点击:12

    “盖亚”空间望远镜将从 6 大方面改变天文学

    盖亚(Gaia)空间望远镜取名自希腊神话中的“大地女神”,由欧洲航天局(ESA)于2013年底发射。今年9月14日,ESA发布了首份由盖亚绘制的银河系三维地图。星表中包含了2057050颗恒星及其它天体的三维位置,还有过去20年来它们位置的改变。这份地图最终将包含超过10亿天体,覆盖泛围相比过去扩大1000倍,同时数据的精确度也将提高至少10倍。

    与这份地图一同发布的还包括19篇由盖亚项目研究组的天文学家撰写的论文。令众多科学家欣喜的是,盖亚的数据库是开放的。一些团队已经准备好了“盖亚黑客”和“盖亚冲刺”计划,研究人员将通力合作,尽力挖掘这部“百科全书”中的宝藏。有科学家预计,上百篇相关论文会在接下来几周发布。

    “女神“盖亚将改变我们对恒星与银河系的认识。那么她究竟能告诉我们什么?

    银河系考古学

    盖亚的银河系运动三维图将揭示恒星在引力作用下的运动,有助于我们更深入了解银河系的结构,包括无法从地球上直接观测到的部分,例如“银棒”(银河系中心旋转的棒状结构)。

    “盖亚”空间望远镜将从 6 大方面改变天文学

    银河系艺术幻想图。盖亚将帮助我们更深入了解银河系结构。图NASA/JPL

    借助盖亚,研究人员能够找到那些“离群”恒星:它们高速运动,被认为在银河系与更小星系合并时被甩出。结合现有的信息,包括恒星的颜色、温度和化学组成,这份详细的地图将帮助天文学家重现银河系从130亿年前演化至今的历程。

    暗物质在哪里?

    银河系内部恒星的轨迹细节不仅揭示了可见物质的分布,也能告诉我们占据银河系大部分质量的暗物质的分布情况,进而帮助我们理解暗物质究竟是什么。

    盖亚还能够检验一些奇特的理论。例如,标准暗物质理论预测,银河系的引力场在银心附近是球对称的,在远处逐渐被拉长,呈“橄榄球”形。但MOND 理论(修正的牛顿动力学)则认为引力场的形状更像个薄饼。恒星的运动速度依赖于引力场的分布,通过对速度的精确测量,盖亚将告诉我们哪种理论正确。

    探测数据甚至可能透露一些“暗物质灭绝恐龙论”的线索。有理论大胆假设,如果暗物质在银道面附近聚集成相对较薄的盘结构,那么当太阳系周期性地穿过“暗盘”时,可能引发造成物种灭绝的小行星撞击事件。

    有争议的恒星距离

    恒星的内禀亮度在其生命周期内如何变化?现有理论对此的理解主要依赖于恒星与太阳间距离的估计。对这类距离的精确测量能够帮助天体物理学家精细调节恒星演化模型。

    科学家计划研究的首批目标之一即为金牛座的昴星团(Pleiades)。包括哈勃空间望远镜在内的多数观测显示,昴星团距离我们约135秒差距(440光年)。

    但根据依巴谷(Hipparcos,ESA在盖亚之前发射的探测卫星)的测量数据,这一距离仅为120秒差距。一些科学家因此对依巴谷卫星的精确度产生怀疑。

    盖亚采用与依巴谷相似但更先进的观测方法,天文学家密切地关注着她的测量结果。参与哈勃计划的天文学家Soderblom 为,盖亚很有可能将证明依巴谷的结果错了。

    开启数千新世界的大门

    天文学家已经发现了上千颗绕行其它恒星的行星。大多发现依赖于凌星现象:在行星绕行至恒星前方时,探测到的恒星亮度会微微下降。但盖亚采用另一种方法——测量恒星位置的轻微摇摆,这是由行星引力造成的,因此这种方法还能直接测出行星的质量。

    乐观估计,我们将通过盖亚打开数千新世界的大门。但用这种方法发现行星需要数年的观测,研究人员预计2018年才会有初步结果。

    宇宙膨胀究竟有多快

    虽然盖亚对距离的直接测量仅限于银河系及邻近天体,但她仍将影响人们对整个可观测宇宙的认识。

    对遥远星系的距离估计通常需要名为“Ia 型超新星”的恒星爆发。它们常被用作“标准烛光”:通过超新星的观测亮度,我们能够确定相应星系的距离,并且估算宇宙膨胀的速率。天文学家正是基于 Ia 型超新星测距发现宇宙正在加速膨胀,进而提出了“暗能量”的概念——宇宙膨胀的“幕后推手”。

    那些来自小行星的不可见威胁

    盖亚占据着宇宙中的“有利地形”,能够持续不断地扫描整个天空。除了遥远的天体,她也将追踪并且发现靠近地球的天体,甚至可能是一些在特定时段非常靠近太阳,以致无法从地球上观测的天体。预计盖亚最终能够观测太阳系内约35万颗小行星,并发现诸多距离地球2亿千米范围内的近地天体(NEO)。

    盖亚发现近地天体后,将向地面天文台发出警报,然后利用地基望远镜判断目标是否构成威胁。另外,通过对某些绕日小行星的持续追踪,盖亚将精确检验爱因斯坦的广义相对论。

    撰文Davide Castelvecchi

    编译笑辰

    审校金庄维

    原文链接:

    https://www.nature.com/news/milky-way-mapper-6-ways-the-gaia-spacecraft-will-change-astronomy-1.20569

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