郭紅鋒

天體測量的古老話題

天文學(xué)是地球文明最早發(fā)展起來的自然科學(xué)之一。古代科學(xué)家用肉眼觀星，借助于一些簡單的輔助工具和數(shù)學(xué)計算，對天空進行了有限的調(diào)查。最早的系統(tǒng)天文觀測記錄可以追溯到公元前 1000 年左右的亞述人、巴比倫人以及同時代的中國古人。他們積累了關(guān)于天體的知識，并記錄了它們的周期性運動，但他們不知道恒星和行星有多遠。

公元前2世紀，著名的希臘天文學(xué)家喜帕恰斯編制了一份恒星星表。他的工作在天文學(xué)家托勒密的書中被記載而流傳下來。為了測量天空中的角度，喜帕恰斯采用了至今仍在使用的古代巴比倫做法，將一個圓分成360度，每個度分為60角分。喜帕恰斯的星表是最早成功繪制天空圖的嘗試之一，它以大約1度的精度，列出了天空中1000多顆恒星的位置。

早期的星表（包括中國的古代星表），基本上是在天球面上標注恒星的位置和相互關(guān)系，沒有距離信息。因為距離是很難測量的參數(shù)。

近代有關(guān)恒星距離的測量

自從意大利天文學(xué)家伽利略于1609年制成第一個用于觀察天空的望遠鏡，就開啟了觀測天文學(xué)的新紀元，大大促進了現(xiàn)代實驗科學(xué)的發(fā)展。望遠鏡優(yōu)于眼睛的增強功能，使天文學(xué)家能夠收集充足的證據(jù)來測量和檢驗由波蘭天文學(xué)家哥白尼提出的日心說宇宙觀。

望遠鏡的發(fā)明和日心說宇宙觀被承認，引發(fā)了天文學(xué)家對天體測量的進一步熱情。很多天文學(xué)家都想測量地球繞太陽周年運動所產(chǎn)生的視差。但由于恒星太遠，周年視差角太小，在當(dāng)時的技術(shù)水平下，難以測量出令人信服的結(jié)果。直到在19世紀30年代后期，科學(xué)家才測量到織女星、南門二等幾顆近距離恒星的視差值。這些結(jié)果使天文學(xué)家首次確定了少數(shù)恒星的距離。從19世紀50年代開始，攝影在天文觀測中的應(yīng)用改變了繪制天空星圖的技術(shù)，也使天體測量水平大大提高，天文學(xué)家開始編制數(shù)量越來越大的恒星位置和距離的星表。

20世紀以來，大口徑、長焦距的大型望遠鏡和照相技術(shù)的結(jié)合，使測定視差的精度大大提高。當(dāng)時的技術(shù)可以測到視差角約1/100角秒，即當(dāng)恒星同地球的距離約等于100秒差距時，其周年視差的觀測誤差已相當(dāng)于其視差本身相等的數(shù)值，因此只有對距離小于100秒差距（1秒差距約等于3.26光年）的近距星，才能比較準確地測定它們的三角視差。

由于受到地球大氣等干擾影響，直到20世紀上半葉，來自地面望遠鏡的星表在規(guī)模和精度上雖然有所提高，但能測量到距離的恒星也只有10000顆左右。

現(xiàn)代的測量

為了得到更高精度的天體測量結(jié)果，就只有借助于太空望遠鏡去太空進行觀測了。

歐空局在1989年發(fā)射了著名的依巴谷衛(wèi)星（其英文名稱的縮寫采用Hipparcos，與古希臘天文學(xué)家喜帕恰斯同名），中文稱“依巴谷高精視差測量衛(wèi)星”，是歐空局發(fā)射的專門用于測量遙遠恒星的視差，從而計算恒星距離的衛(wèi)星。

依巴谷衛(wèi)星的目標是對銀河系內(nèi)數(shù)十萬顆較亮的恒星進行測量。由于沒有大氣的干擾，依巴谷的精度比當(dāng)時的地面望遠鏡高出10～100倍。它最終完成了上百萬顆恒星的測量，遠超最初的設(shè)想。依巴谷衛(wèi)星的巨大成功，為后來的天文學(xué)研究和衛(wèi)星導(dǎo)航奠定了堅實的基礎(chǔ)。從 1989年到1993年，依巴古衛(wèi)星的數(shù)據(jù)讓天文學(xué)家以前所未有的精度繪制了超過10萬顆恒星的位置、速度和距離。

蓋亞太空望遠鏡（與哈勃等其他太空望遠鏡不同），是繼依巴古衛(wèi)星后，又一顆專門測量恒星的位置、距離和運動的高精度天體測量衛(wèi)星，它要在依巴谷衛(wèi)星遺產(chǎn)的基礎(chǔ)上繪制10億顆恒星的三維圖像，并探索我們銀河系的組成、起源和演化。相較于它的前任依巴谷衛(wèi)星，蓋亞望遠鏡的測量精度達到了當(dāng)代超高水平。蓋亞望遠鏡探測的角分辨率一般情況下可達0.1毫角秒，最高時可達史無前例的0.024毫角秒。蓋亞太空望遠鏡最初的目標是測量銀河系中大約15億顆恒星的相關(guān)參數(shù)（位置、距離、自行等），為銀河系做一次大規(guī)?！昂阈瞧詹椤?。雖然調(diào)查的樣本數(shù)大約只占銀河系恒星總數(shù)的1%，但是這足以讓天文學(xué)家欣喜若狂。

迄今為止，蓋亞太空望遠鏡已繪制出18億顆恒星的精確位置，并掌握其中大多數(shù)恒星與地球的精確距離，以及它們的運行狀況?，F(xiàn)在，這臺“宇宙探索機器”正以令人難以置信的速度帶給人類關(guān)于宇宙的新見解，很多天文學(xué)家都在對蓋亞所收集的海量數(shù)據(jù)進行研究，每天平均有3篇學(xué)術(shù)論文發(fā)表，都是基于該望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)。有人評論說，“蓋亞數(shù)據(jù)就像席卷天體物理學(xué)領(lǐng)域的一場海嘯！該望遠鏡的觀測數(shù)據(jù)涉及到天體物理學(xué)的各個領(lǐng)域，從鄰近地球的恒星，到太陽系行星，一直延伸至宇宙的邊緣?！?h3>問題：

對下一代高科技的宇宙探索儀器，你有什么天馬行空的想法？

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