最新震撼星圖登場

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最新震撼星圖登場

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歐空局(ESA)蓋亞計劃(Gaia)最新發布了我們銀河系的動態視頻。

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視頻源自ESA

該視頻是基於第谷-蓋亞(Tycho-Gaia)天體測量方案的第一批數據製作而成的，預測並展示了200萬顆恆星未來500萬年的運動。這僅僅是蓋亞計劃的一個預覽，毫無疑問這些數據能夠讓科學家研究我們銀河系的形成。

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蓋亞衛星首年觀測數據形成的天圖

銀河系位於中央水平條帶，寬度約10萬光年

右下方可以看到伴星系大小麥哲倫雲

左下是仙女座星系

Credit: ESA/Gaia/DPAC

我們銀河系的恆星在永不停息地運動。但以我們的裸眼觀測，很難在人類的時間尺度上發現這些恆星在天空中的位置變化。18世紀，艾德蒙·哈雷(Edmond Halley)通過對比2千年前喜帕恰斯星圖後最早發現了這種運動。如今，我們可以通過高精度設備捕捉這些微小運動，並通過若干年的持續觀測來確定這種運動的路徑、方向和速度。歐空局的蓋亞衛星正是以前所未有的精度來觀測和記錄這些運動的。

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建造中的蓋亞衛星

Credit: ESA–M. Pedoussaut, 2013

恆星在太空中的運動速度可以表示為兩種：一是天空中的自行運動速度；二是朝向或遠離我們的徑向運動速度。第一種可以直接觀測並計算，第二種可以利用恆星光譜分析的多普勒原理來測定，光譜藍移表示朝向我們的徑向運動速度，反之紅移即表示遠離我們的徑向運動速度。

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2013年12月發射時的照片

Credit: ESA–S. Corvaja, 2013

蓋亞衛星2013年發射升空，2014年7月開始進行科研工作。它不斷重複地掃描天空，獲取了目前最精細的銀河系三維圖。2016年9月，第一批數據被公布，這些數據來自蓋亞衛星最早14個月的觀測，包括10億顆恆星的天空二維位置，以及第谷-蓋亞天體測量方案(簡稱TGAS)提供的超過200萬顆恆星的距離和自行運動信息。TGAS數據集包括蓋亞衛星首年觀測數據以及早前的依巴谷和第谷-2星表。其中，依巴谷和第谷-2星表源自歐空局20年前進行的依巴谷任務。

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1997年歐空局威尼斯會議的依巴谷衛星模型

Credit: ESA

視頻展示了TGAS取樣的2057050顆恆星，同時包括來自依巴谷星表的額外24320顆明亮恆星。這些恆星按照銀道坐標做矩形平面投影，圖像中恆星稠密的中央帶是銀道面。星越亮圖像中的光點越大，同時也真實地展示了星光的顏色。這些光度和顏色數據源自依巴谷任務的第谷-2星表。從蓋亞衛星2014至15年觀測的恆星位置開始，展示了通過TGAS數據預測的未來自行運動軌跡。每750年為一楨，總共持續500萬年。因為第一批數據有限，可以看到視頻開場時數據缺失的黑色條帶，它伴隨著未來恆星的運動逐漸被淡化。而這些條帶也可看出蓋亞衛星的掃描方式。

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上圖展示了蓋亞衛星開始的14個月巡天情況

以「畫圈」的方式掃描

藍色區域為最高頻次，淺色為低頻次

Credit: ESA/Gaia/DPAC

在視頻的開始，我們可以在畫面的最右側銀河稠密帶的下方看到獵戶座。隨著時間推移，星座的圖形發生了顯著變化。在視頻的左側可以看到兩個開放性星團英仙座a和昴星團，因為各自星團里的恆星同源，它們一同向左側邊緣移動。

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獵戶座位於視頻截圖右側紅框區域

Credit: ESA

視頻中恆星的移動速度差異較大，其中出現在銀道面的恆星移動速度較慢，出現在視頻框外的恆星移動速度快。由於透視效果，我們可以在夜空中看到的恆星由於距離我們較近，它們的運動也顯得比較快；而大多數恆星因為距離我們非常遙遠，它們的運動就顯得相對較慢。我們可以看到有些運動非常快的恆星，其中一部分是因為它們運動到臨近太陽時引起的。比如，吉利斯(Gliese)710將在135萬年後運動到離太陽僅13500天文單位(10萬億公里)的較近地方，那時視運動就非常快。另外一些恆星划出較大的弧線，並經過距離銀心「較近」的位置，表現出明顯的加速和減速，其實它們運動速度是恆定的，加速和減速是視覺假象。視頻中恆星的運動是相對於太陽的(並且太陽也在銀河系當中)，如果換成相對於銀河系中心，那麼位於外圍銀暈中的恆星就會相對運動較慢。雖然視頻只顯示恆星的運動，但是在視頻開場能夠看到阻擋我們視野的星際間氣體和塵埃雲。這裡需要留意，視頻推演了恆星的移動軌跡，但並沒有追蹤這些氣體和塵埃雲的運動。因此，視頻中逐漸消散的氣體和塵埃雲是虛假的效果。此外，蓋亞衛星也無法觀測和分析被這些物質遮擋的恆星。視頻中幾百萬年後，銀道面貌似向右側位移。這是因為太陽系與銀河系的相對運動引起的。此外，因為還有很多數據有待補充，視頻中的展示也有別於我們在地球上看到的圖像。比如，這裡我們看不到大小麥哲倫雲。

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蓋亞天圖中幾個NGC天體的位置

Credit: ESA/Gaia – CC BY-SA 3.0 IGO

這次發布的內容就好比是蓋亞計劃的一個預覽版。加上即將發布的第二批數據，TGAS比早前的權威星表依巴谷精度高2倍，星量多20倍，並且它還呈現了高精度的視差和自行運動。世界各地的科學家還將TGAS數據整合地面天文台的觀測數據，獲得包括位置、距離和自行運動在內的更強大資料庫。目前，已有三個整合星表。它們是擁有5.8億顆恆星自行運動數據的HSOY星表(Hot stuff for one year)、擁有1億顆恆星自行運動數據的UCAC5星表(the US Naval Observatory CCD Astrograph Catalog 5)和擁有3.5億顆恆星自行運動數據的GPS1(Gaia-PS1-SDSS)。

2018年4月，歐空局將發布第二版蓋亞數據，會包含10億顆恆星的位置、距離和自行運動數據，甚至還有部分恆星的徑向運動速度信息。這是天體測量學的全新紀元，能夠很好地幫助科學家探索銀河系形成的歷史和今後的發展。

本文源自ESA在Spacedaily的發布內容

翻譯：毛明遠 | 校對：李南

編排：毛明遠 | 配樂：解仁江

責任編輯：解仁江

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