□ 孝文

2013年 12月19日格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間上午9點(diǎn)12分，歐洲空間局的“蓋亞”號(hào)探測(cè)器在法屬圭亞那的庫魯航天中心搭乘俄羅斯的“聯(lián)盟”號(hào)火箭發(fā)射升空?！吧w亞”號(hào)項(xiàng)目耗資20億英鎊（約合32億美元），任務(wù)將持續(xù)5年，將對(duì)超過10億顆恒星進(jìn)行3D測(cè)繪。此外，這項(xiàng)任務(wù)還將發(fā)現(xiàn)數(shù)千顆此前未知的天體，獲取相關(guān)線索以幫助天文學(xué)家進(jìn)一步了解神秘的暗物質(zhì)和暗能量。科學(xué)家稱“蓋亞”號(hào)探測(cè)器將讓天文學(xué)研究發(fā)生革命性變化。

“蓋亞”號(hào)將對(duì)超過10億顆恒星進(jìn)行3D測(cè)繪，以祈獲得有關(guān)暗物質(zhì)和暗能量的相關(guān)證據(jù)

“蓋亞”號(hào)耗資約合10億美元，項(xiàng)目總成本達(dá)到32億美元。觀測(cè)過程中，這顆探測(cè)器將借助一臺(tái)1000MP的相機(jī)搜尋行星和小行星

最雄心勃勃的任務(wù)之一

蓋亞是希臘神話中的大地之神，是眾神之母，所有神靈中德高望重的顯赫之神。歐洲空間局將自己的最新空間探測(cè)器命名“蓋亞”，由此可見該局對(duì)它的重視程度以及對(duì)其卓越性能的自信。

蓋亞任務(wù)名稱是“Global Astrometric Interferometer for Astrophysics”的縮寫?！吧w亞”號(hào)探測(cè)器重2噸，耗資約合32億美元。蓋亞任務(wù)于1993年10月由瑞典隆德大學(xué)的倫納特·林德格倫和 歐空局的麥可·佩里曼提出建議加入“地平線計(jì)劃”的長(zhǎng)期科學(xué)任務(wù)。2000年10月13日歐洲空間局科學(xué)計(jì)劃委員會(huì)接受該計(jì)劃，并列為基石任務(wù)的第6項(xiàng)計(jì)劃。2006年2月9日蓋亞任務(wù)被定為B2期程，并由阿斯特里姆負(fù)責(zé)硬體設(shè)備制造。本任務(wù)總預(yù)算包含空間望遠(yuǎn)鏡制造、發(fā)射和地面控制總共約7.4億歐元。

“蓋亞”探測(cè)器的主要任務(wù)有：測(cè)量銀河系內(nèi)10億顆恒星的位置、距離以及本證運(yùn)動(dòng)；探測(cè)上萬個(gè)系外行星系統(tǒng)；尋找運(yùn)行在地球和太陽之間區(qū)域的阿波希利型小行星（Apohele asteroids），因?yàn)樵搮^(qū)域總是被強(qiáng)烈的陽光所照射，所以很難用地基的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)監(jiān)視；探測(cè)50萬顆遙遠(yuǎn)的類星體；深空測(cè)量，對(duì)阿爾伯特愛因斯坦的廣義相對(duì)論進(jìn)行更加精確的測(cè)量。

“蓋亞”號(hào)任務(wù)將持續(xù)5年，是太空探索史上最雄心勃勃的任務(wù)之一。這顆探測(cè)器將鎖定數(shù)百萬顆恒星的位置，精確度將達(dá)到空前的水平。此外，“蓋亞”號(hào)還將發(fā)現(xiàn)數(shù)千顆此前未知的天體，包括爆炸的恒星、環(huán)繞其他恒星運(yùn)行的行星以及地球附近的具有威脅性的小行星。

科學(xué)家還希望“蓋亞”號(hào)探測(cè)器能夠發(fā)現(xiàn)相關(guān)線索，幫助天文學(xué)家揭開兩個(gè)最大的謎團(tuán)——暗物質(zhì)和暗能量。暗物質(zhì)是一種不可見的物質(zhì)，像膠水一樣將星系聚合在一起。暗物質(zhì)無法被直接觀測(cè)到，只能通過觀測(cè)其引力效應(yīng)進(jìn)行研究。暗能量是一種奇怪的推進(jìn)力，從宇宙誕生之初就存在于空間之中，導(dǎo)致星系以不斷加速的速度分離。

“蓋亞”號(hào)能夠?qū)b遠(yuǎn)的恒星系統(tǒng)及其行星成員進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)還能監(jiān)視可能對(duì)地球構(gòu)成威脅的小行星。在設(shè)計(jì)和制造過程中，英國(guó)科學(xué)家和工程師扮演了重要角色。按照計(jì)劃，“蓋亞”號(hào)將進(jìn)入距地面150萬千米的拉格朗日L2點(diǎn)。該處是天體觀測(cè)中一個(gè)較為理想的軌道，擁有非常穩(wěn)定的熱環(huán)境，可獲得比較高的觀測(cè)效率，并且還具有較低的輻射環(huán)境。在這個(gè)地球處在它與太陽之間的有利位置，“蓋亞”號(hào)能夠?qū)Ω鼜V闊的太空區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)。

蓋亞的研究目標(biāo)

按照計(jì)劃，“蓋亞”號(hào)將進(jìn)入距地面150萬千米的拉格朗日L2點(diǎn)

“蓋亞”號(hào)能夠?qū)b遠(yuǎn)的恒星系統(tǒng)及其行星成員進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)還能監(jiān)視可能對(duì)地球構(gòu)成威脅的小行星。在緩慢旋轉(zhuǎn)過程中，“蓋亞”號(hào)的兩架望遠(yuǎn)鏡將對(duì)整個(gè)夜空進(jìn)行掃描。“蓋亞”號(hào)將成為迄今為止送入太空的體積最大的數(shù)碼相機(jī)

體積最大的數(shù)碼相機(jī)

“蓋亞”探測(cè)器的優(yōu)異之處在于其搭載了被稱為“十億像素陣列”的超級(jí)相機(jī)，被喻為“蓋亞之眼”，是歐洲空間局打造的數(shù)字成像系統(tǒng) ，擁有前所未有的觀測(cè)分辨率 ，科學(xué)家試圖通過“蓋亞”超級(jí)相機(jī)探測(cè)器繪制銀河系的三維地圖 ，并揭示星系的組成結(jié)構(gòu)、形成以及未來的演化。

在緩慢旋轉(zhuǎn)過程中，“蓋亞”號(hào)的兩部望遠(yuǎn)鏡將對(duì)整個(gè)夜空進(jìn)行掃描。“蓋亞”號(hào)將成為迄今為止人類送入太空的體積最大的數(shù)碼相機(jī)。這項(xiàng)任務(wù)獲取的數(shù)據(jù)足以裝滿3萬多個(gè)CD ROM。

蓋亞上面搭載的光譜儀將會(huì)提供每一顆恒星的詳細(xì)物理特征，并對(duì)它們的光度、有效溫度、引力以及元素組成進(jìn)行分析。這種大規(guī)模的恒星調(diào)查活動(dòng)將會(huì) 為我們提供有關(guān)銀河系的起源、結(jié)構(gòu)和演化的觀測(cè)數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，還會(huì)對(duì)大量的類星體、河外星系、系外行星以及太陽系內(nèi)的天體進(jìn)行觀測(cè)和測(cè)量。

“蓋亞”號(hào)探測(cè)器將會(huì)每年繞太陽一圈，以便能拍攝到每顆恒星在太空中每個(gè)略微不同位置的照片。這樣，它就能繪制出整個(gè)銀河系三維地圖。他所攜帶的儀器還能探測(cè)出這些恒星是怎樣圍繞銀河系中心運(yùn)轉(zhuǎn)的。

一次空間探測(cè)的革命之旅

“蓋亞”號(hào)任務(wù)科學(xué)家、萊斯特大學(xué)的馬丁·巴斯托教授表示：“‘蓋亞’號(hào)任務(wù)是我職業(yè)生涯中參與的最令人興奮的太空任務(wù)之一。在對(duì)銀河系進(jìn)行觀測(cè)過程中，‘蓋亞’號(hào)獲取的細(xì)節(jié)以及距離測(cè)量的精確度都將達(dá)到空前程度。它的觀測(cè)結(jié)果將改變天文學(xué)的面貌，進(jìn)一步加深我們對(duì)宇宙的認(rèn)知。”

“蓋亞”號(hào)項(xiàng)目的英國(guó)首席研究員、劍橋大學(xué)的格里·基爾莫來教授表示：“‘蓋亞’號(hào)獲取的數(shù)據(jù)將讓我們對(duì)宇宙的了解發(fā)生前所未有的革命性變化。我們對(duì)宇宙的認(rèn)知在很大程度上取決于我們觀察到的東西。我們從未有機(jī)會(huì)看到宇宙內(nèi)的一切，了解我們無法觀測(cè)到的區(qū)域，了解它們之間的關(guān)系。我們甚至不知道究竟有多少東西是我們不知道的。我們知道宇宙中存在大量我們未知的天體，等待我們?nèi)ッ?。我們并不清楚它們擁有怎樣奇怪的特征。我們面臨著數(shù)以百計(jì)這樣的問題，例如宇宙為何是現(xiàn)在這種狀態(tài)？銀河系如何誕生？具體由什么構(gòu)成？具體質(zhì)量是多大？如何演變成今天這樣？‘蓋亞’號(hào)將帶我們走進(jìn)未知的宇宙區(qū)域。我們將發(fā)現(xiàn)全新的天體，發(fā)現(xiàn)一些我們認(rèn)為的不可能存在的天體?！?/p>

英國(guó)大學(xué)和企業(yè)從歐洲空間局手中拿下大約約合1億美元的合約，負(fù)責(zé)制造“蓋亞”號(hào)的一些關(guān)鍵組件，包括相機(jī)傳感器和微型推進(jìn)系統(tǒng)。劍橋大學(xué)的一個(gè)先進(jìn)的處理中心將負(fù)責(zé)篩選和消化“蓋亞”號(hào)傳回地球的數(shù)據(jù)。英國(guó)的“蓋亞”數(shù)據(jù)處理負(fù)責(zé)人弗洛爾·范·萊文博士指出：“‘蓋亞’的傳感器能夠探測(cè)到人眼性能增強(qiáng)近4000倍才能看到的微弱物體。這種精確性相當(dāng)于從地球上對(duì)月球上的一顆襯衫紐扣進(jìn)行測(cè)量。這也就意味著我們需要使用性能最為強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

“蓋亞”號(hào)的前輩“依巴谷”衛(wèi)星，后者對(duì)大約10萬恒星進(jìn)行了觀測(cè)

銀河系直徑大約為10萬光年～12萬光年

法屬圭亞那的庫魯發(fā)射中心，“蓋亞”號(hào)的組件正在接受測(cè)試

垂直轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入發(fā)射塔架

劍橋大學(xué)的一個(gè)先進(jìn)的處理中心將負(fù)責(zé)處理“蓋亞”號(hào)傳回地球的數(shù)據(jù)

帆板展開試驗(yàn)

探測(cè)器進(jìn)整流罩

科研人員安裝太陽電池帆板

將依巴谷衛(wèi)星的使命進(jìn)行到底

事實(shí)上，“蓋亞”探測(cè)器是歐洲依巴谷衛(wèi)星未競(jìng)?cè)蝿?wù)的延續(xù)。依巴谷衛(wèi)星（High Precision Parallax Collecting Satellite，縮寫為Hipparcos），全稱為“依巴谷高精視差測(cè)量衛(wèi)星”，是歐洲空間局發(fā)射的一顆天體測(cè)量衛(wèi)星，用以測(cè)量恒星視差和自行，以古希臘天文學(xué)家喜帕恰斯的名字命名。

依巴谷衛(wèi)星于1989年8月8日由阿里安4號(hào)火箭運(yùn)載升空。它本應(yīng)于地球同步軌道上運(yùn)作，但因助推火箭失效，衛(wèi)星只到達(dá)近地點(diǎn)507千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)35,888千米的狹長(zhǎng)橢圓軌道。盡管如此，它仍能完成85%的原任務(wù)目標(biāo)。與該衛(wèi)星的通訊于1993年8月15日中止。

整個(gè)計(jì)劃分“依巴谷實(shí)驗(yàn)”和“第谷實(shí)驗(yàn)”兩部分。前者目標(biāo)是測(cè)量120,000顆恒星的五個(gè)天文測(cè)量參數(shù)，精度達(dá)2至4毫角秒；后者目標(biāo)是測(cè)量另外400,000顆恒星的天文測(cè)量參數(shù)及B-V色指數(shù)，但位置精度稍遜（20毫角秒～30毫角秒）。

蓋亞任務(wù)和先前的依巴谷衛(wèi)星類似，包含兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡可觀測(cè)兩者之間固定的廣角觀測(cè)方向。該空間望遠(yuǎn)鏡會(huì)持續(xù)以兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)方向垂直向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)。而它的自轉(zhuǎn)軸在天球上會(huì)劃出一個(gè)小幅度的進(jìn)動(dòng)軌跡，同時(shí)保持與太陽相同的夾角。透過從兩個(gè)方向精確觀測(cè)天體在天球上的相對(duì)位置，就可得到一個(gè)固定的參考系統(tǒng)。

和它的名稱不同的是，蓋亞任務(wù)實(shí)際上并未使用干涉測(cè)量術(shù)確認(rèn)天體位置。在原始設(shè)計(jì)時(shí)干涉測(cè)量術(shù)原被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)足夠目標(biāo)解析度的方式，但之后演變成現(xiàn)在的成像望遠(yuǎn)鏡。在觀測(cè)范圍中每個(gè)天體平均會(huì)被觀測(cè)70次，科學(xué)家估計(jì)“蓋亞”號(hào)將會(huì)有一年的任務(wù)延長(zhǎng)期。