从200万到13亿!银河系最强大礼包已上线 2018年4月25日

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2018年4月25日，一个看似普通的工作日，对于天文学家和天文爱好者而言，可能是他们打开新世界大门的日子。剑桥大学的天文学家瓦西里·贝洛克洛夫(Vasily Belokurov)形容这"像在等待圣诞节的到来"。因为这一天，圣诞老人欧洲宇航局(ESA)发布了有史以来最详尽的银河系大礼包数据，包括了近17亿天体的位置，其中约13亿天体包含距离、颜色、速度以及运动方向的信息。平均每颗恒星被观测20次，每次观测有15个测量结果。整个数据包的大小有500多G。

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在ESA展示的第一张银河系3D地图上，我们可以直观了解盖亚望远镜在银河系探测范围方面的提升。图片来源:ESA

庞大的数据包来自盖亚望远镜。它由ESA设计并制造，于2013年12月19日升空。盖亚的目的是要在5年时间内绘制一个包含约10亿颗恒星的三维星图，这些恒星大约占到银河系所有恒星的1%。ESA曾在2016年9月14日发布了盖亚在14个月内的数据。这一次，是第二阶段的数据发布。

盖亚数据处理与分析联盟的执行主席、现年48岁的安东尼?布朗(Anthony Brown)形象地描述了这次数据的体量，"如果从我出生的那一刻起，每一秒数一颗恒星，那我也得再多数上5年才能数完"。

这次发布无疑掀起了一场科学热潮。ESA在推特上提到，在数据发布后的3个小时内，超过4000人访问了相关界面，数据下载量达到1.8TB。在数据发布的当天，相关网页的浏览量更是达到了每小时15万次，下午6点时，高峰浏览量甚至达到每小时25万次。

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"盖亚"第二批数据发布的统计结果。图片来源:ESA

在第一批数据发布之后，平均每天都有一篇新的论文产生。这样的论文井喷随着第二批数据的发布又一次上演了。在接下来的数周内，可以猜想众多天文学家将开启不眠不休的"科研机器人"模式。仅在5月的头4天里，arXiv.org就上线了12篇与盖亚第二批数据发布相关的研究论文。

这份礼包没有让天文学家们失望。不论是银河系、系外行星还是恒星领域，他们都有了新的收获与思路。

给银河系"称重"

怎么准确地给银河系称重?困扰科学家的并不是去哪找银河系大小的天平，而是一些看不见的东西。银河系的大部分质量都以暗物质晕的形式存在，而暗物质是看不见摸不着的，只会施加引力作用。但通过观察银河系外围移动的天体，科学家能够通过这些天体受到的引力来推测暗物质的质量。

美国空间望远镜研究所的劳拉·沃特金斯(Laura Watkins)和同事，结合了盖亚和哈勃空间望远镜的数据，利用球状星团的运动估算了银河系的质量。他们在4月30日发布的一篇论文中报告称，银河系大约有1.7万亿个太阳那么重。

精确测定系外行星大小

盖亚的数据还让我们更了解太阳系以外的行星。绝大多数已知的太阳系外行星，是NASA的开普勒望远镜发现的。开普勒所使用的方法，能够精确测量出行星相对于恒星的大小，但估算恒星本身有多大的能力有限，因此也就无法测定行星的真实半径。美国夏威夷大学的天文学家丹尼尔?胡伯(Daniel Huber)说，盖亚解决了这个问题。

知晓了一颗恒星的亮度和距离，就可以估算它的大小。盖亚的数据就提供了这样的捷径。胡伯及其同事利用盖亚的数据更精确地估计了近20万颗恒星的大小，同时也更精确地测定了2000多颗系外行星的大小。他们在5月1日提交了相关的研究论文。

深入恒星流

银河系就像一头猛兽，撕裂了大量星团，将它们拉伸成了长条，称为恒星流。美国哈佛大学史密松天体物理中心的安娜·博纳卡(Ana Bonaca)与普林斯顿大学的天文学家亚德里安?普莱斯-维兰(Adrian Price-Whelan)，研究了银河系中最长的一条恒星流，称为GD-1。

盖亚对恒星运动的测量结果，结合夏威夷泛星巡天系统(Pan-STARRS)对恒星亮度与颜色的测量数据，让他们能够准确辨别哪些恒星属于这条恒星流。数据还发现，GD-1中存在一些空隙，其中的恒星似乎失踪了。这可能暗示，这条恒星流曾经近距离接触过暗物质团块，被它们所扰乱。

寻找"飙车老司机"

一些团队利用盖亚的数据找出了快速移动的恒星，它们以每秒超过1000千米的速度在银河系中飞奔，在宇宙天体中算是高速公路上的飙车党了。美国加州大学伯克利分校的沈肯(Shen Ken，音译)所在的团队，利用盖亚的数据寻找能确定1a型超新星源头的线索。这类超新星是白矮星发生爆炸的结果。

对于白矮星爆炸的确切起因，科学家并不完全清楚。某个理论认为，两颗白矮星互相旋转，一颗窃取了另一颗的物质。最终，小偷因为窃取得太多，质量超过上限而爆炸了，剩下来的那颗因此获得了很高的速度。

盖亚的第二批数据一经发布，沈肯与同事就立刻开始寻找这些快速移动的白矮星。数据发布一个半小时后，他们就率先使用地面望远镜对一些"飙车老司机"进行了仔细观测。在4月30日提交的一篇论文中，他们报告说发现了3颗可能来自1a型超新星爆炸的恒星。

不过，这些还只是盖亚的开始。沃特金斯表示，数据非常丰富。"我们需要数月甚至数年的时间才能充分利用这些数据。"

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盖亚能够观测到恒星的运动。上图中显示了大麦哲伦星云的旋转。图片来源:ESA

每一天，盖亚都会向地球发回约40GB的原始数据，与其前身依巴谷卫星相比，盖亚这次发布的数据涉及的空间范围约达先前的1000倍。不仅相比以往的研究在测量范围上有了飞跃的进展，即便是相比于盖亚的第一次数据发布--200万颗星体距离及运动轨迹的数据，增量也是相当可观的。用盖亚数据处理联盟英国负责人盖瑞·吉尔莫(Gerry Gilmore)的话来说，这一次的数据发布更像是从"试用版"到"正式版"的巨大推进。

盖亚的数据采集及处理团队目前已经在着手准备第三次数据发布。根据ESA发布的信息，第三批数据发布的时间预计为2020年的下半年，而最后一次数据发布的时间预计为2022年底。在盖亚任务结束的时候，观测的恒星数量有望达到20亿，平均对每个恒星进行70次观测。(编辑:Steed)

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