盖亚太空望远镜——太空探索故事（7）

2022-05-30郭红锋

军事文摘·科学少年 2022年7期

郭红锋

盖亚太空望远镜是欧洲航天局（ESA）于2013年12月19日发射到距地球150万千米的拉格朗日L2点进行探测工作的空间望远镜。

盖亚太空望远镜包括有史以来最强大的望远镜和成像系统，其目的是做精细天体测量。它的目标是获得银河系里各类星体的高精确信息，包括恒星、褐矮星、太阳系以外的行星轨道以及附近的小行星等。它将观测银河系中约10亿颗恒星的位置和运动，绘制迄今最精确的银河系三维天图，还将测量每颗恒星的亮度、温度和化学成分等，希望能回答科学家关心的有关银河系起源和演化等问题。

拉格朗日点L2

拉格朗日点L2点是太阳与地球引力的5个平衡点之一，在日地连线地球的外侧。由于日地平均距离1.5亿千米，约比地球到L2点距离（150万千米）远100倍;太阳直径（1392000千米）约为地球直径（12800千米）的109倍，故通过三角计算可以知道，太阳照射地球的本影到不了L2点，但半影区很大。也就是说，在L2点看太阳是食分很大的环食，因此工作在这里的望远镜受太阳辐射很少，受环境影响很小，是绝佳的太空观测点。

图1

盖亚望远镜及其测量系统

盖亚望远镜的主要部件见图2，按照图2从上到下的顺序，其部件和名称见表1。

表1

盖亚望远镜有效载荷部分由两架望远镜、焦平面仪器和相关电子

设备组成。

2 个望远镜计划在 5 年内对每个目标观测大约 70 次，以获得其精确位置、距离、运动和亮度变化等信息。

盖亚望远镜还包含 3 个焦平面的探测设备：

1. 天文测量仪，测量视星等为 5.7～20 等之间恒星的角位置;

2. 天文光度仪，可测量视星等为 5.7～20 等恒星发出的320～1000纳米谱段的光谱，蓝色和红色分光光度计用来确认恒星状态，如表面温度、质量、年龄、组成元素等;

3. 径向速度光谱仪，获得高分辨率光谱以测定天体径向速度，径向速度的测量对于修正视线方向加速度非常重要。

盖亚望远镜的优异之处还在于它搭载了一个超级相机系统，具有惊人的“10亿像素阵列”，被喻为“盖亚之眼”，是欧空局打造的高精度数字成像系统，拥有前所未有的成像质量和观测分辨率。

盖亚的超级相机不是为了拍摄天体的真实照片。相反，它收集的是对天体位置、运动、距离和颜色等非常精确的测量数据。每隔6小时，盖亚的天空测绘仪就会围绕整个天球扫描一个360度的狭长地带，每隔几个月就会覆盖整个天空。计算机会在几秒钟内，自动检查出这些切片中恒星的图像，然后用这些图像的位置来预测这些恒星何时何地可以被盖亚的主要科学仪器记录。

在盖亚每次探测的过程中，它都会先对目标进行多次拍摄。每一次的拍摄都会让盖亚收集到该恒星的参数信息。这些信息收集完成之后就不断地传送到地面数据庫。科学家通过盖亚太空望远镜的数据，可以计算出该恒星在宇宙中的运动轨迹，绘制银河系的三维空间图，并揭示星系的组成结构、形成以及未来的演化。

盖亚望远镜的测量方案

盖亚望远镜的测量方案采取三角视差法测量，这种测量方式是从不同方向的两点观察同一物体。对同一个物体，两条视线与两个点之间的连线可以形成一个等腰三角形，根据这个三角形顶角的大小，就可以知道这个三角形的高，也就是物体距观察者的距离。

同样道理，天文学家为了测量恒星的距离，最基本的方法也是采用三角视差法。因为恒星离我们非常遥远，在地球上测量恒星的距离用的基线是地球围绕太阳转动的轨道直径。观察者从地球上绕日轨道直径的两端看到同一颗恒星，会发现在遥远的恒星背景中有微小的方向差（称视差角），这种跟随地球一年才能观察到的恒星在视觉方向的微小差别被称为周年视差。测量到恒星的周年视差角就可以计算得到恒星离我们的距离。早期的测量精度有限（在角秒的量级），只能测量较近的恒星（大约几光年远），所以用这种方法获得的恒星距离信息很少。