Saying Farewell to the Spacecraft That Mapped the Milky Way
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这里是科学美国人科学速递，我是瑞秋·费尔特曼。您可能听说过哈勃和詹姆斯·韦伯等空间望远镜。它们因向我们提供令人惊叹的宇宙图像并为世界各地无数人提供非常漂亮的手机壁纸而闻名。但与此同时，您可能从未听说过的一艘宇宙飞船一直在以一种更安静、更不引人注目的方式塑造我们对宇宙的理解。

我今天的嘉宾是李·比林斯，他是《科学美国人》杂志的资深空间和物理编辑。他将告诉我们为什么欧洲航天局的盖亚宇宙飞船如此重要，以及为什么即使盖亚任务在技术上即将结束，但它的科学遗产才刚刚开始。

李，非常感谢您今天加入我们。瑞秋，再次见到你我很高兴。我的理解是，你今天来是为了告诉我们一项我们大多数人都不知道自己有多么怀念的任务的结束。首先，什么是盖亚？没错。

没错。盖亚是一艘宇宙飞船，由欧洲航天局早在 2013 年 12 月发射。它的任务是创建有史以来最好、最大、最精确的银河系地图。

它最近在 1 月 15 日停止采集科学数据。所以我在这里庆祝盖亚，并告诉您为什么盖亚如此酷，以及为什么即使您应该怀念它，但最好的实际上还在后面。那么，告诉我盖亚是如何开始的？它的目标是什么？谁让它实现的？

天文学的重中之重是观察天空中的物体，计算出它们的距离和亮度。这就是我们了解自己在宇宙中位置的方式。几个世纪前，我们实际上并不知道地球与太阳的距离。

现在几个世纪过去了，我们当然知道地球与太阳之间的距离。更重要的是，我们知道天空中的许多恒星的距离。几乎所有我们可以在天空中看到的恒星，我们都非常清楚它的距离和亮度。

这有点像人们有时所说的宇宙距离阶梯的第一级。我们可以说某个物体距离我们 X 十亿光年，或者只有几光年，等等。我们做到这一点的方式是，从这个宇宙距离阶梯开始，它的第一级是到最近恒星的距离。从那里，您必须推断到其他距离估计方法，依此类推。

在 80 年代和 90 年代，盖亚之前是由欧洲航天局发射的另一颗名为依巴谷的卫星。依巴谷有点像盖亚的原型。它正在做同样的事情。它试图绘制银河系的地图，但它观察到的恒星数量要少得多。它无法像盖亚那样精确地观察恒星的运动。从根本上说，这就是盖亚的全部

盖亚真正做的事情。它观察恒星在天空中如何移动。当您测量这种运动时，这会为您提供对这些物体距离的估计。然而，非常重要的是要记住，盖亚不仅仅是观察这一点。与之前的依巴谷卫星不同，它还观察诸如光度、温度、许多不同物体的化学成分等方面。它已经做了大约二十年。

十亿颗恒星和银河系及其周围的其他天体。当您将所有这些数据放在一起时，不幸的是，您得到的结果不是一幅美丽的图片。它不是您可以挂在墙上作为海报并说“哇，看看这个。太棒了”的华丽图片。相反，这是一个巨大的地图，一个巨大的目录，由大约 3 万亿个物体组成。

观测结果。这非常基本且重要。您可以从中得出各种酷炫的科学结论，但这并不性感，对吧？它不会出现在杂志封面上。因此，即使盖亚就像天文学家呼吸的空气，正如有人曾经告诉我的那样，它也是一种只有天文学家才会喜欢的望远镜或任务。

嗯。是的，这是有道理的。我的意思是，哈勃和詹姆斯·韦伯，就像我们一样，可以看到很多真正华丽的回报，当然，这要感谢幕后人员不懈努力地处理图像。但是，对于盖亚，我们这些外行人欣赏的视觉成分较少。

您显然提到了詹姆斯·韦伯太空望远镜、哈勃太空望远镜，这些其他大型、美丽的望远镜。它们制作出大型、美丽的图像。

盖亚通过制作这张真正伟大的地图所做的一件事是，它创建了一种坐标系或参考系，其他望远镜可以使用它来进行指向。所以，我有点夸张了，但从某种意义上说，我们获得这些漂亮图片以及我们知道我们的望远镜在天空中指向何处的方式是通过盖亚这样的东西。盖亚已经设定了标准，并且它将长期存在。

那么，盖亚负责哪些发现呢？我们只完成了盖亚数据的三分之一左右。因此，它收集了大约 11 年的数据。总共计划发布五批数据。我们目前只发布了三批数据。第四批数据预计将于 2026 年某个时候发布。第五批数据，也就是最重要的数据，全部数据，预计将在十年末发布。这将构成

盖亚的所有观测结果。那时我们将真正获得各种惊人的东西。但我们已经看到很多东西了。很难正确地概括盖亚所做的一切。这是一个大杂烩。我认为盖亚向我们展示的最酷的事情之一是在所谓的银河考古学领域。这意味着一切

我们今天如何看待银河系，以及如何看待其周围旋转的不同类型的恒星和结构，以及我们如何对时间进行反向工程或追溯，并倒带以了解它如何凝聚和结合在一起？您研究的东西例如所谓的恒星潮汐流，它们是与银河系合并的较小星系的残余物？盖亚所做的一件事是

它向我们展示了例如银河系最后一次大合并发生的时间。您仍然可以看到这个被撕裂的较小星系的化石残余物，它与银河系合并形成了我们今天看到的熟悉的星系。我们可以说，这次事件，最后一次大合并，发生在大约 100 亿年前。那是在太阳和地球形成之前，对吧？这简直让我难以置信，在我们甚至以非常具体的意义存在之前，

这些事情正在发生，我们可以看到它。我们可以看到它的证据。我还提到了我们可以看到在周围旋转的恒星潮汐流。盖亚能够追踪……

这些不同的潮汐流并发现了许多新的潮汐流。许多潮汐流都围绕着我们银河系的所谓晕状结构旋转。您将银河系想象成一个扁平的圆盘，带有一个条状结构和一个螺旋结构，对吧？好吧，围绕它的是一个更弥漫的云层，其中也包含恒星。我们认为其中有很多暗物质。在盖亚发现的这些潮汐流之一中，这个潮汐流似乎被咬掉了一小块。而且

其想法是，似乎从该流中咬掉的那一部分实际上可能是晕状结构中暗物质团的证据。所以，你知道，我们正在试图寻找暗物质，这种神秘的物质据称具有引力，但除此之外不会与宇宙中的任何其他物质相互作用。我们正在试图在地球上的所有这些实验室实验中找到它，但它们一直没有结果。我们找不到它。我们找不到它。有些人说，也许暗物质并不存在。

好吧，我们从像这个潮汐流这样的东西中发现了证据，它显然被咬掉了一块饼干怪风格的碎片，事实上，你知道，那可能是那里的暗物质。我们最终可能会通过这种遥远的观测方式找到暗物质的决定性证据，而不是在我们的实验室中找到它。盖亚向我们展示了银河系某些部分更精确的结构，例如，它发现银河系圆盘实际上存在一个奇怪的翘曲，因为它受到与另一个较小的矮星系合并的影响。

它已经测量了我们的太阳系在空间中围绕银河系中心运动的速度，相对于大约 130 万个遥远的类星体（基本上是活跃星系的核心，基本上是正在吞噬物质并喷出大量光和能量的巨大超大质量黑洞）的参考系。我们可以看到这些宇宙信标跨越非常非常广阔的空间。

因此，盖亚制作了超过一百万个类星体的三维地图，我们可以根据这些遥远的物体追踪我们的运动。这正在绘制我们围绕银河系、围绕银河系中心的路线。因此，我们围绕银河系中心运行，这基本上向我们展示了该轨道的速度及其特征。它发现了大量的星体。它已经改进了大约 150,000 个星体的轨道，并且它已经发现了数百个星体周围的卫星。

它发现了一种新型黑洞。同样，我们所看到的只是这些物体在空间中移动时来回摆动的运动。有时您可以推断，您观察一颗恒星，并看到它来回移动，就像周围有一些看不见的伴星一样。您可以进行计算并说，哦，

那不是一颗行星。事实上，那东西的质量大约是我们太阳的 30 倍。那会是什么呢？好吧，它只能是一个黑洞。所以我们发现了黑洞。这只是一些小例子。关键是盖亚就是一个宝库。这是一个聚宝盆，我们将长期从中受益。是的。那么，这项任务是如何结束的，我们将如何继续使用盖亚呢？所以……

1 月 15 日，科学观测停止了。那时它停止了测量天空中物体的运动和其他属性。但是，它仍然存在于那里。

它正在地球-太阳拉格朗日 2 点或 L2 处运行，这是一个距离地球约一百万英里的准稳定点，远在月球之外，那里的所有周围引力都对齐，因此您实际上不需要使用太多推进剂来保持宇宙飞船在那里。它就在那里。它将在那里再待几周，然后它将被移动到一个墓地轨道，一个日心轨道。因此，它将绕太阳运行，远离地球的影响范围，这样它就不会

挡住任何东西或造成任何其他问题。它将于 3 月 27 日在 3 月底永久关闭。在将其转移到这个新轨道并退役时，将其放下，可以说，他们正在进行各种细微的测试，调整其相对于太阳和地球的方向等等，基本上是为了弄清楚如何更好地控制那里的宇宙飞船，甚至观察其一些材料和硬件对在太空中停留如此长时间的反应。

但真正令人兴奋的事情将出现在未来的数据发布中。我认为我真正无法充分表达的是

系外行星。盖亚的系外行星如此酷的原因再次在于我之前在谈论寻找黑洞时描述的方法。它所做的只是观察一颗小恒星在天空中横向摆动的方式。该技术，其技术名称为星测法，是它的技术名称。如果您现在查看任何系外行星目录并按检测方法排序，则会发现

有各种不同的检测方法。我们不需要全部介绍它们。但关键是，在所有这些方法中，我敢肯定，星测法最少，因为这需要很长时间

才能积累足够的数据来真正识别这些摆动并将它们与行星联系起来。因此，您需要对恒星进行非常非常精确的测量，时间很长，多年。因此，我们一直无法很好地做到这一点。因此，它是单数位，我们从星测法（这种技术）中知道的系外行星数量，

盖亚在其最终数据发布时，我已经与科学家交谈过，他们保守地说，它将为我们提供数千颗新的系外行星。更中庸的估计是数万颗系外行星。然后更乐观的估计是 10 万颗系外行星。

哇。我的意思是，这太疯狂了。我有点无法接受。因此，当这种情况发生时，这将非常令人兴奋，但也将不堪重负。我认为这方面的另一个方面是它只是一个数据喷泉，一个东西的喷泉。这也解释了为什么需要这么长时间才能……

发布这些数据，即使从某种意义上说，数据都存在于某个服务器上的某个地方，对吧？需要时间进行校准，需要时间进行分析，需要时间清除错误并进行清理，等等。因此，幕后有很多工作要做，以确保这些数据将来可用。是的，非常酷。那么，随着盖亚的退役，这个领域接下来会发生什么？

简而言之，我们已经拥有的盖亚及其数据仍然有很多伟大的东西。我之前提到过，盖亚为我们创建了一个参考系，许多其他望远镜将使用它来进行精确指向。

但随着时间的推移，这将退化，因为物体移动，恒星移动，太阳系移动。因此，我们等待的时间越长，退化就越严重，精度就越低。因此，在某个时候，将需要另一项任务。欧洲航天局，如果您不知道的话，欧洲人确实在这方面处于领先地位。他们是这个领域中唯一的游戏参与者。他们已经在规划类似于盖亚红外版本的东西。盖亚主要使用可见光进行观测。所以如果……

如果我们发射类似红外盖亚的东西，这可能是在本世纪中叶，对吧？比如 2045 年、2050 年左右。您可以做的事情例如穿透银河系中心的所有尘埃，这些尘埃都在我们星系的尘埃圆盘中。您可以用红外线穿透它。您可以看到圆盘中的许多其他恒星，穿过圆盘，甚至在某种程度上看到另一侧的东西。这将是我们对

星系考古学和结构的理解的又一次飞跃，并将继续为其他望远镜提供更好的指向信息。非常酷。有很多值得期待的事情。李，非常感谢您今天来与我们聊天。瑞秋，非常感谢你忍受了我对盖亚的热情洋溢的表达。我很感激。

听众朋友们，如果您想表达对盖亚的爱，当阳光反射到它的太阳能电池板时，您实际上可以用后院望远镜观测到它。欧洲航天局的网站可以告诉您宇宙飞船在天空中的任何位置，以帮助您找到它。这就是今天的节目全部内容。星期五收听关于耳虫的深入探讨。为什么有些歌曲会卡在我们脑子里，我们该如何摆脱它们？

科学速递由我瑞秋·费尔特曼以及丰达姆·翁吉、凯尔托·哈珀、麦迪逊·戈德堡、奈玛·马西和杰夫·达尔维西奥制作。今天的节目由李·比林斯报道和联合主持。艾米丽·马科夫斯基、莎娜·波西斯和亚伦·沙特克为我们的节目进行事实核查。我们的主题音乐由多米尼克·史密斯创作。订阅《科学美国人》以获取更多最新和深入的科学新闻。这里是科学美国人，我是瑞秋·费尔特曼。下次再见！

再见。