歐空局蓋亞(Gaia)任務完成為期十年的突破性天文觀測即將退役
由歐空局發射的蓋亞(Gaia)任務已經完成了十年突破性的天文觀測,收集了關於20億顆恆星和天體的3萬億個數據點。隨著它即將退役,我們預計它將在2026年和十年結束時發布兩份重要數據,進一步加深我們對銀河及其他天體的了解。

蓋亞衛星在銀河前的藝術視圖。圖片來源:ESA/ATG medialab;背景:ESO/S: ESO/S. 布魯尼耶
歐洲太空總署的蓋亞(Gaia)太空船一直在繪製銀河系地圖,現已完成其天空掃描階段。在過去的十年中,它對大約20 億顆恆星和其他天體進行了超過3 兆次觀測,改變了我們對銀河系和周圍宇宙的認識。
蓋亞號於2013年12月19日發射升空,經過多年的精確觀測,它的燃料供應現在已經不多了。為了保持穩定和精確度,太空船每天消耗大約十幾克冷氣體。不過,任務還沒結束。在未來幾週內,蓋亞將接受一系列技術測試,然後進入最後的”退休”軌道。此外,蓋亞還計劃發布兩項重要數據–一項將於2026年發布,另一項將於本十年結束前發布–這將為我們提供更多關於宇宙鄰域的信息。

資訊圖,展示歐空局蓋亞任務在其天空掃描階段的數字。圖片來源:ESA/Gaia/DPAC,銀河印象:Stefan Payne-Wardenaar
歐空局科學部主任卡羅爾-蒙代爾(Carole Mundell)說:「今天標誌著科學觀測的結束,我們正在慶祝這項令人難以置信的任務,它超出了我們所有的預期,持續時間幾乎是原先預期壽命的兩倍。
“蓋亞收集的資料寶庫讓我們對銀河系的起源和演變有了獨到的見解,同時也改變了天體物理學和太陽系科學,而這些改變我們還沒有充分認識到。蓋亞建立在歐洲在天體測量學方面獨一無二的卓越成就之上,並將為後代留下一份長久的遺產。
“經過11年的太空飛行和一路經受微隕石撞擊和太陽風暴的考驗,蓋亞號已經完成了科學數據的收集工作。蓋亞項目科學家約翰內斯-薩爾曼(Johannes Sahlmann)說:”現在,所有的目光都轉向了下一次數據發布的準備工作。 “
蓋亞計畫科學家約翰內斯-薩赫曼(Johannes Sahlmann)說:”我對這次令人難以置信的任務的表現感到興奮,對等待我們的發現感到激動。”

蓋亞繪製的最佳銀河系圖:這是藝術家根據歐空局蓋亞太空望遠鏡的數據繪製的銀河系新印象圖。圖片來源:ESA/Gaia/DPAC, Stefan Payne-Wardenaar
蓋亞在任務過程中多次使用三台儀器對恆星進行監測,從而繪製出恆星的位置、距離、運動、亮度變化、組成和其他許多特徵的圖表。
這使得蓋亞能夠實現其首要目標,即繪製最大、最精確的銀河系地圖,向我們展示我們的銀河系,這是其他任何任務都無法做到的。因此,我們現在也擁有了最佳的重建視圖,可以看到銀河系在外部觀察者眼中的樣子。這張新的銀河系圖像融合了蓋亞在過去十年中發表的大量論文中的數據。

上圖的標籤版。圖片來源:ESA/Gaia/DPAC, Stefan Payne-Wardenaar
「蓋亞改變了我們對銀河系的印象。」德國天文館(Haus der Astronomie)和國際天文學聯合會(IAU)天文學教育辦公室的科學可視化師斯特凡-佩恩-瓦德納爾(Stefan Payne-Wardenaar )說:”即使是一些基本概念,比如銀河系中心條帶的旋轉、圓盤的翹曲、旋臂的詳細結構以及太陽附近的星際塵埃,也都做了修改。儘管如此,銀河系的遙遠部分仍然是基於不完整數據的推測。

蓋亞繪製的最佳銀河地圖(藝術家印象,邊緣朝上)。圖片來源:ESA/Gaia/DPAC, Stefan Payne-Wardenaar
蓋亞對恆星距離、運動和特性的反覆測量是對我們的銀河系進行”銀河考古”的關鍵,它揭示了銀河系複雜歷史中遺漏的環節,幫助我們進一步了解我們的起源。從探測到其他星系的”幽靈”和在銀河系早期歷史中與銀河系合併的多個古老恆星流、 從發現今天正在與人馬座矮星係發生碰撞的證據,蓋亞正在改寫銀河系的歷史,預測銀河系的未來。
在掃描銀河系恆星的過程中,蓋亞也發現了其他天體,從太陽系後院的小行星到銀河系外的星系和類星體(由超大質量黑洞驅動的明亮而活躍的星系中心)。
例如,蓋亞提供了15 萬多顆小行星的精確軌道,並透過高品質的測量,揭示了其中數百顆小行星周圍可能存在的衛星。它還繪製了約130萬顆類星體的最大三維地圖,其中最遠的類星體在宇宙只有15億年歷史時就已經閃閃發光。
蓋亞還發現了一種新品種的黑洞,包括一個質量接近太陽質量33倍的黑洞,它藏身於距離地球不到2000光年的天鷹座,這是第一次在銀河系內發現這麼大的恆星黑洞。
“令人印象深刻的是,這些發現只是基於蓋亞最初幾年的數據,其中許多發現僅在去年就已完成。” 蓋亞數據處理與分析聯合會(DPAC)主席、荷蘭萊頓大學的安東尼布朗(Anthony Brown)說:”蓋亞已經成為十年來的發現機器,這一趨勢還將繼續下去。”

帶有伴星的明亮恆星的藝術印象。科學家們透過將歐空局蓋亞任務的數據與歐洲南方天文台GRAVITY 儀器的數據相結合,探測到了來自8 顆發光恆星以前從未見過的暗伴星的光信號。圖片來源:歐空局,編輯
蓋亞科學和工程團隊已經在全力準備蓋亞資料第4版(DR4),預計2026年發布。每次發布的數據量和品質都會有所提高,預計將提供500 TB 數據產品的Gaia DR4 也不例外。此外,它還將涵蓋任務的前5.5年,與最初預計的任務持續時間相當。
義大利帕多瓦天文台國家天文物理研究所(INAF)的DPAC副主席Antonella Vallenari說:”這是社區一直在等待的蓋亞版本,想想這僅僅涵蓋了收集到的數據的一半,就令人興奮。
蓋亞數據第4版將擴充其雙星星表,這是迄今為止最大的雙星星表。蓋亞具有一種獨特的能力,它能找出彼此靠近的成對天體的微小運動,並且已經發現了先前隱藏在明亮恆星周圍的伴星。
順便提一下,蓋亞在1月10日的最後一次目標觀測是天鵝座61號雙星。這顆標誌性的恆星吸引了19世紀天文學家的注意,他們首次對其進行了正常運動和視差測量,蓋亞在大約20億顆恆星上使用了這些技術。
蓋亞的系外行星發現也將隨著即將到來的數據集的增加而增加,這要歸功於更長的觀測時間框架使得發現被軌道行星輕輕牽引的”擺動”恆星變得更加容易。
“在接下來的幾個月裡,我們將繼續下傳蓋亞的每一滴數據,與此同時,處理團隊將加緊準備在本十年末發布第五次也是最後一次重要數據,涵蓋整個10.5年的任務數據,”位於西班牙馬德里附近歐空局歐洲空間天文中心(ESAC)的蓋亞科學運營團隊負責人羅西奧-格拉(Rocio Guerra)說。 “這將結束ESAC科學運營中心數百名專家、歐空局德國歐洲太空運營中心的蓋亞飛行任務運營團隊以及龐大的數據處理專家聯盟之間令人難以置信的協調努力,他們共同確保了這一美麗任務長期以來的順利運作。

蓋亞飛船在蓋亞真實天空影像前的藝術印象。圖片來源:太空船: ESA/ATG medialab; Milky Way: ESA/Gaia/DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO. 致謝: A. Moitinho
雖然今天標誌著科學觀測的結束,但短暫的技術測試現在才剛開始。這些測試有可能進一步改進蓋亞的校準,了解某些技術在太空中運行十年後的表現,甚至有助於未來太空任務的設計。
經過幾週的測試後,蓋亞號將離開目前圍繞拉格朗日2點的軌道,在遠離太陽的方向上距離地球150萬公里,進入最終的日心軌道,遠離地球的影響範圍。太空船將於2025 年3 月27 日鈍化,以避免對其他太空船造成任何傷害或乾擾。
在技術測試期間,蓋亞的方位將被改變,這意味著它將暫時變亮幾個星等,從而使透過小型望遠鏡進行觀測變得更加容易(肉眼將無法看到它)。這裡已經建立了蓋亞的定位指南,並邀請業餘天文學家分享他們的觀測結果。
「在我們告別之際,蓋亞將用這最後的禮物來款待我們,在它當之無愧的退休之前,它將在星空中閃耀,」蓋亞任務經理烏韋-拉默斯總結道。 “這是慶祝這一變革性任務的時刻,也是感謝所有團隊十多年來辛勤工作的時刻,感謝他們操作蓋亞、規劃觀測並確保其珍貴數據順利返回地球。”
編譯自/ ScitechDaily