蓋亞太空望遠(yuǎn)鏡——太空探索故事（7）

郭紅鋒

蓋亞太空望遠(yuǎn)鏡是歐洲航天局（ESA）于2013年12月19日發(fā)射到距地球150萬千米的拉格朗日L2點(diǎn)進(jìn)行探測工作的空間望遠(yuǎn)鏡。

蓋亞太空望遠(yuǎn)鏡包括有史以來最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡和成像系統(tǒng)，其目的是做精細(xì)天體測量。它的目標(biāo)是獲得銀河系里各類星體的高精確信息，包括恒星、褐矮星、太陽系以外的行星軌道以及附近的小行星等。它將觀測銀河系中約10億顆恒星的位置和運(yùn)動，繪制迄今最精確的銀河系三維天圖，還將測量每顆恒星的亮度、溫度和化學(xué)成分等，希望能回答科學(xué)家關(guān)心的有關(guān)銀河系起源和演化等問題。

拉格朗日點(diǎn)L2

拉格朗日點(diǎn)L2點(diǎn)是太陽與地球引力的5個平衡點(diǎn)之一，在日地連線地球的外側(cè)。由于日地平均距離1.5億千米，約比地球到L2點(diǎn)距離（150萬千米）遠(yuǎn)100倍;太陽直徑（1392000千米）約為地球直徑（12800千米）的109倍，故通過三角計算可以知道，太陽照射地球的本影到不了L2點(diǎn)，但半影區(qū)很大。也就是說，在L2點(diǎn)看太陽是食分很大的環(huán)食，因此工作在這里的望遠(yuǎn)鏡受太陽輻射很少，受環(huán)境影響很小，是絕佳的太空觀測點(diǎn)。

圖1

蓋亞望遠(yuǎn)鏡及其測量系統(tǒng)

蓋亞望遠(yuǎn)鏡的主要部件見圖2，按照圖2從上到下的順序，其部件和名稱見表1。

表1

蓋亞望遠(yuǎn)鏡有效載荷部分由兩架望遠(yuǎn)鏡、焦平面儀器和相關(guān)電子

設(shè)備組成。

2 個望遠(yuǎn)鏡計劃在 5 年內(nèi)對每個目標(biāo)觀測大約 70 次，以獲得其精確位置、距離、運(yùn)動和亮度變化等信息。

蓋亞望遠(yuǎn)鏡還包含 3 個焦平面的探測設(shè)備：

1. 天文測量儀，測量視星等為 5.7～20 等之間恒星的角位置;

2. 天文光度儀，可測量視星等為 5.7～20 等恒星發(fā)出的320～1000納米譜段的光譜，藍(lán)色和紅色分光光度計用來確認(rèn)恒星狀態(tài)，如表面溫度、質(zhì)量、年齡、組成元素等;

3. 徑向速度光譜儀，獲得高分辨率光譜以測定天體徑向速度，徑向速度的測量對于修正視線方向加速度非常重要。

蓋亞望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)異之處還在于它搭載了一個超級相機(jī)系統(tǒng)，具有驚人的“10億像素陣列”，被喻為“蓋亞之眼”，是歐空局打造的高精度數(shù)字成像系統(tǒng)，擁有前所未有的成像質(zhì)量和觀測分辨率。

蓋亞的超級相機(jī)不是為了拍攝天體的真實(shí)照片。相反，它收集的是對天體位置、運(yùn)動、距離和顏色等非常精確的測量數(shù)據(jù)。每隔6小時，蓋亞的天空測繪儀就會圍繞整個天球掃描一個360度的狹長地帶，每隔幾個月就會覆蓋整個天空。計算機(jī)會在幾秒鐘內(nèi)，自動檢查出這些切片中恒星的圖像，然后用這些圖像的位置來預(yù)測這些恒星何時何地可以被蓋亞的主要科學(xué)儀器記錄。

在蓋亞每次探測的過程中，它都會先對目標(biāo)進(jìn)行多次拍攝。每一次的拍攝都會讓蓋亞收集到該恒星的參數(shù)信息。這些信息收集完成之后就不斷地傳送到地面數(shù)據(jù)庫?？茖W(xué)家通過蓋亞太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，可以計算出該恒星在宇宙中的運(yùn)動軌跡，繪制銀河系的三維空間圖，并揭示星系的組成結(jié)構(gòu)、形成以及未來的演化。

蓋亞望遠(yuǎn)鏡的測量方案

蓋亞望遠(yuǎn)鏡的測量方案采取三角視差法測量，這種測量方式是從不同方向的兩點(diǎn)觀察同一物體。對同一個物體，兩條視線與兩個點(diǎn)之間的連線可以形成一個等腰三角形，根據(jù)這個三角形頂角的大小，就可以知道這個三角形的高，也就是物體距觀察者的距離。

同樣道理，天文學(xué)家為了測量恒星的距離，最基本的方法也是采用三角視差法。因?yàn)楹阈请x我們非常遙遠(yuǎn)，在地球上測量恒星的距離用的基線是地球圍繞太陽轉(zhuǎn)動的軌道直徑。觀察者從地球上繞日軌道直徑的兩端看到同一顆恒星，會發(fā)現(xiàn)在遙遠(yuǎn)的恒星背景中有微小的方向差（稱視差角），這種跟隨地球一年才能觀察到的恒星在視覺方向的微小差別被稱為周年視差。測量到恒星的周年視差角就可以計算得到恒星離我們的距離。早期的測量精度有限（在角秒的量級），只能測量較近的恒星（大約幾光年遠(yuǎn)），所以用這種方法獲得的恒星距離信息很少。

圖4

考考你

人們常說：沒有做不到的，只有想不到的。面對浩瀚宇宙無窮的奧秘，你想到了什么？

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