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欧空局发射“盖亚”号10亿象素阵列的探测器
发布时间:2013-12-19  阅读次数:2240  字体大小: 【】 【】【

欧空局发射“盖亚”号10亿象素阵列的探测器

据物理学家组织网站报道,本月19日,欧洲空间局的“盖亚”卫星(Gaia)就将从南美洲的库鲁航天中心发射升空。这颗卫星的任务是以前所未有的精度对银河系内数以十亿计的恒星进行观测,测量它们的位置,距离和运动。站在盖亚项目背后的人是尼尔斯·玻尔研究所的丹麦天文学家埃里克·霍格(Erik H?g),这颗卫星将是颠覆性的,其观测的效率将比同样是由欧洲发射的前任依巴谷卫星(Hipparcos)高出数百万倍。



天体测量学是天文学的一个分支,主要关注对恒星位置和距离的测量。通过长期测量,还将可以觉察到这些恒星在星系中的运动。通俗的说,天体测量就像是给天空绘制地图。


但即便是使用地球上最强大的望远镜,由于星光在进入地球大气层后发生的抖动,进行的测量都将是精度不高的。因此,欧洲空间局,即ESA,在1989年发射了全球首颗天体测量卫星“依巴谷”。这颗卫星以远远超出前人的高精度进行了恒星位置的测量工作。埃里克·霍格当时便参与了依巴谷卫星的设计和开发。后来依巴谷卫星的表现也超出了所有人的预期,不管是其精度还是其所测量恒星的数量都超出了原有计划。最后科学家们得到了一份包含250万颗恒星的精确星表,被广泛用于天文观测和卫星导航控制等领域。


对新卫星的设想


但即便在依巴谷卫星取得如此巨大成功的情况下,埃里克很快便有了新的想法。他说:“就在1992年,我提出了一项新的卫星方案‘罗默’(Roemer,以丹麦著名天文学家罗默的名字命名),并计划以此作为依巴谷卫星的后续方案,当时依巴谷卫星项目还在进行之中。正是这一方案开启了盖亚项目的工作,尽管当时绝大部分人还依旧忙于依巴谷卫星的数据分析工作。”


之所以依巴谷卫星会取得如此巨大的成功有一部分原因是在欧洲有很多对天体测量学非常熟悉的科学家,这一点在世界上任何其他地方都不具备。此前苏联,美国和日本都曾经进行过类似的尝试但都无果而终,在那里他们缺乏必要的科学和经济基础来做这样一件事。执行这样一个项目花费昂贵,依巴谷卫星项目或盖亚卫星项目的花费都和悉尼歌剧院的建造成本相当,因而只有举全欧洲之力的欧洲空间局才能胜任


盖亚探测器的彷徨


然而通往“盖亚”项目的道路曲折而漫长。该项目的正式全名是“全球天体物理干涉测量仪”。(GAIA)。“GAIA”这个英文缩写中的字母“I”代表“干涉测量”,这是因为欧洲空间局(ESA)在1993年提出了干涉测量在这一方面的应用。这就意味着来自遥远恒星的光芒会被两个望远镜收集并送入干涉仪,在每一颗恒星的图像上产生干涉条纹,从而可以判断其精准的位置。


ESA已经确定将空间干涉测量作为盖亚卫星的技术基础,但在经过了数年的细致研究之后,科学家们发现这项技术其实并不适合用于天体测量学研究。因为这项技术将要求探测器的光学和机械部件必须具备极高的精准度,这种精准度是此前还从未尝试过的,除此之外卫星上也没有足够的空间能用于容纳特制的望远镜设备,这样一来你就无法采集到足够的星光,也就无法开展高精度的天体测量。


回到罗默望远镜概念上来


1998年,欧洲空间局和GAIA研究团队正式抛弃了干涉测量概念并回归到使用CCD设备对恒星进行直接测量的方案上来。这也就相当于回到了埃里克·霍格最初提出的“罗默”望远镜项目理念上来了。


在霍格于1992年提出的最初版本的“大型罗默”探测器方案中,其设想的是发射一颗卫星,上面搭载一个大型的望远镜他说:“因为事情很明显,你只需要搭载一台大型的望远镜便可以达成所要求的精度。这也是为何在1994年的时候我提出‘大型罗默’探测器项目,这颗卫星将携带口径70厘米的望远镜。这将能让探测器采集到更多的光线从而提升其探测精度。因此现在所实施的探测方案实际上便是当初的‘大型罗默望远镜’,只是GAIA盖亚的名字被沿用了下来而已。”霍格现在已经退休,他在盖亚项目上一直工作到了2007年。


盖亚探测器由欧洲Astrium公司负责开发制造,期间保持与欧空局研制团队以及盖亚研制团队的紧密合作。盖亚卫星一旦升空便将开展前所未有的大规模巡天观测,在短短数年时间内它会对数以十亿计的恒星进行观察,基本每一颗恒星都会被重复观测大约70次,随后获得的大量数据在进行比对分析时便将可以揭示出恒星的位置及其在空间中的运动情况,当然还有它们的距离值。最早是在1976年,瑞典天文学家莱纳特·林德格伦(Lennart Lindegren)开发了用于依巴谷卫星的数学计算方法,现在林德格伦教授还将继续领衔负责盖亚项目的有关工作。


高效巡天


相比前辈依巴谷,盖亚卫星的巡天效率将比前者高出数百万倍。这是因为盖亚探测器携带了比依巴谷口径更大的望远镜,并且其探测设备对光线的敏感程度要比早期的依巴谷卫星高出10倍。最后盖亚卫星还能够同时处理数千颗恒星的数据,而依巴谷卫星一次只能处理一颗恒星的数据。盖亚卫星使用了106块CCD芯片,每一片都是1000万像素的。这样产生的数据量将是非常惊人的,整个盖亚团队中共有来自20个国家的超过400名科学家专门负责对这些海量数据的复杂数学处理工作。按计划,盖亚项目将持续约5年时间,但在那之后也有可能会被延长1~2年时间。


盖亚项目取得的成果将会被广泛地应用于宇宙学和天文学的各个领域,它将对整个天空进行巡视,对银河系和其它近邻星系中数以十亿计的恒星进行测量,并搜寻脉冲星,双星,那些带有行星的恒星以及星际尘埃云。盖亚项目将精确测量恒星距离和运动状况并勘测银河系中的暗物质效应。按照目前预计,在开展一年多的观测之后,盖亚探测器的首批数据将在2015年左右对外发布。
来源:www.awaker.hk
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