我们可以从这张包含 13 亿颗恒星的新详细地图中了解到什么

我们大多数人都曾仰望夜空，想知道星星离我们有多远，或者它们在往哪个方向移动。事实上，科学家们并不知道银河系绝大多数恒星的确切位置或速度。但现在，欧洲航天局盖亚卫星旨在以前所未有的细节绘制银河系中的恒星图，它传来的一批新数据为这个问题带来了曙光。盖亚卫星于 4 月 25 日开放，向所有人公开了盖亚的第二份数据。引用科幻经典《2001：太空漫游》中人物戴夫鲍曼的话：“它充满了星星”。事实上，它包含了超过 13 亿颗恒星的距离数据。盖亚卫星于 2013 年发射升空，自那时起一直用它的两台望远镜扫描天空，目的是破译我们的银河系是如何形成和演化的。为此，需要测量视差。如果您将手指伸直放在手臂上，用一只眼睛看它，然后用另一只眼睛看它，您的手指看起来会相对于背景移动位置。角度变化称为视差。

在太空中，盖亚可以看到恒星位置的类似微小变化。在相隔六个月的不同地点（绕地球轨道的一半）进行观测，就像用一只眼睛看手指，然后用另一只眼睛看手指一样。当你知道视差以及盖亚到太阳的距离（或从鼻子到眼睛的距离）时，你可以使用简单的三角学来计算到每颗恒星（或你的手指）的距离。

盖亚还可以看到恒星在天空平面上随时间移动。如果我们知道恒星的距离，这些“角度/时间”单位可以转换为速度的物理单位（例如公里/秒）。然而，要知道恒星在三维空间中的移动方式，我们还需要测量沿视线垂直于天空的速度。这需要一台银河系速度摄像机！

普通雷达测速摄像机利用多普勒效应（即波因运动而拉伸或压缩）测量从汽车反射的信号的无线电频率变化，从而测量汽车的速度。同样，盖亚测量恒星发出的光的频率变化来检查恒星的速度。如果恒星朝我们移动，恒星发出的光会更蓝；如果恒星远离我们，恒星发出的光会更红。这被称为径向速度。

数据革命

盖亚于 2016 年首次发布的数据公布了约 200 万颗恒星的距离，但未包括任何径向速度。然而，我们已经知道了其中不到 40 万颗恒星的径向速度——这是通过许多不同的调查从地面测量的。

Gaia 第二次发布的数据包括近 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 Gaia 成为有史以来规模最大的径向速度调查，而且还将具有精确 3D 空间速度的恒星数量增加了 18 倍。

一系列盖亚科学论证论文也与星表一同出版。我参与了其中一篇论文的研究，绘制了迄今为止最详细的三维空间速度图。

令人兴奋的是，该图显示银河系中恒星呈全球分布，其中大多数位于我们银河系的薄盘中。它们排列成圆拱形的薄子结构。这是了解银河系如何形成及其如何演变的重要线索。现在，接力棒交给天文学界，以解释这一发现并探索盖亚第二次数据发布的全部潜力。

最终，盖亚制作的目录可以帮助我们做出许多新发现——包括绘制太阳系内数以万计的小行星地图。通过观察恒星亮度的下降，我们还可以找到围绕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准确预测暗物质（一种未知的、看不见的物质，被认为构成了宇宙中的大部分物质）在银河系中的位置。盖亚还发现了近 5,000 个物体，它们可以在消失之前被地面望远镜跟踪。其中大多数是超新星，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性质。

盖亚下一次数据发布将在 2020 年。预计这将使已知径向速度的恒星数量从今天的 700 万颗增加到 3000 万颗左右——这让我们的团队还要忙上好几年。

乔治·西布鲁克 (George Seabroke) 是伦敦大学学院天体物理学高级研究员。本文最初发表于 The Conversation 。