我们大多数人都曾仰望夜空，好奇星星有多远，或者它们在朝哪个方向移动。事实上，科学家们并不知道我们银河系中绝大多数恒星的确切位置或速度。但现在，欧洲空间局盖亚卫星的一批新数据，旨在以前所未有的细节绘制我们星系的恒星图，已经到来，为这个问题提供了启示。盖亚档案于 4 月 25 日开放，向公众发布了盖亚的第二批数据。引用科幻经典《2001：太空漫游》中的角色戴夫·鲍曼的话：“它充满了星星”。事实上，它包含超过 13 亿颗恒星的距离数据。盖亚卫星于 [2013 年] 发射，自那时以来，它一直在用它的两台望远镜连续扫描天空，旨在 decipher 我们银河系是如何形成和演化的。为此，它正在测量一种称为视差的现象。如果你把一个手指放在伸直的手臂长度处，用一只眼睛然后另一只眼睛看它，你的手指与背景相比似乎会改变位置。这个角度的变化称为视差。
身处太空，盖亚可以观察到恒星位置相似的微小偏移。相隔六个月（绕地球轨道的一半）的不同位置的观测，相当于用一只眼睛然后另一只眼睛看你的手指。当你了解了视差以及盖亚到太阳的距离（或鼻子到眼睛的距离）后，你就可以利用简单的三角学来计算每颗恒星（或你的手指）的距离。
盖亚还可以随时间观察恒星在天平面的移动。这些“角度/时间”的单位可以转换为物理速度单位（例如每秒公里），如果我们知道恒星的距离。然而，要了解恒星在三维空间中是如何移动的，还需要我们测量沿视线方向垂直于天平面的速度。这需要一个星系速度相机！
普通的雷达测速摄像头使用 多普勒效应——由于运动而引起的波的拉伸或压缩——通过测量从汽车反弹的信号频率变化来测量其速度。同样，盖亚测量恒星光线的频率变化来检查它们的速度。如果恒星朝我们移动，星光会更蓝；如果恒星离我们而去，星光会更红。这称为径向速度。
革新数据
盖亚在 2016 年的 第一次数据发布 发布了约 200 万颗恒星的距离，但不包括任何径向速度。然而，我们已经知道了其中不到 40 万颗恒星的径向速度——这些是从地面通过许多不同的调查测量的。
盖亚的第二次数据发布包括了近 17 亿颗恒星的天空位置和亮度信息，以及超过 700 万个径向速度。这不仅使盖亚成为有史以来最大的径向速度调查——还将拥有精确三维空间速度的恒星数量增加了 18 倍。
与恒星目录一起，还发布了一系列盖亚科学演示论文。我参与了 其中一篇论文 的研究，构建了迄今为止最详细的三维空间速度图。
令人兴奋的是，这张图显示了银河系中恒星的全局排列，其中大多数位于我们星系的薄盘中。它们以圆形拱门的薄子结构组织起来。这是关于银河系如何形成以及它仍在如何演化的重要线索。现在，天文学界将接过接力棒，来解读这一发现，并探索盖亚第二批数据的全部潜力。
最终，盖亚生成的目录可以帮助我们做出许多新发现——包括绘制我们太阳系中数万颗小行星的图。通过观察恒星亮度的下降，我们还可以发现围绕除我们以外的其他恒星运行的系外行星。
或许更令人惊讶的是，这些测量甚至可以帮助我们精确预测暗物质——一种被认为构成宇宙绝大部分物质的未知、看不见的物质——在我们星系中的位置。盖亚还发现了近 5000 个物体，在它们消失之前可以被地面望远镜跟踪。其中大部分是超新星，即爆炸的恒星，这可能有助于揭示导致宇宙加速膨胀的暗能量的本质。
盖亚的下一次数据发布将在 2020 年。预计这将使拥有已知径向速度的恒星数量从今天的 700 万增加到约 3000 万——这将使我们的团队忙碌好几年。
乔治·西布罗克 (George Seabroke) 是伦敦大学学院 (UCL) 天体物理学的高级研究员。本文最初发表在 The Conversation.
