我們把夜空中繁星璀璨的條帶稱作“銀河”，並以銀河系命名我們身處的星系。天文學家長期以來都在探索銀河系的起源、演化、組成和結構，希望能夠描繪一幅完整的銀河系圖景。在這個過程中，一台服役超過10年的空間望遠鏡扮演了至關重要的角色。
2025年1月15日，歐洲空間局（esa）對外宣布，蓋亞空間望遠鏡（gaia）完成了最後一次科學觀測，即將迎來謝幕的時刻。在過去的10年里，蓋亞對超過20億顆恆星和其他天體進行了超過3萬億次觀測，從而徹底改變了我們對銀河系和宇宙附近地區的認識。
蓋亞藝術想象圖，背景是根據蓋亞獲得的數據繪製的銀河系。（圖片來源：歐洲空間局）
歐洲空間局科學主任卡羅爾·蒙代爾（carole mundell）在歐洲空間局官網上表示：“這標誌着蓋亞科學觀測的結束，我們正在慶祝完成了這一令人難以置信的任務，它超出了我們所有人的預期。”蒙代爾同時表示，蓋亞收集的數據寶庫讓我們對銀河系的起源和演化有了獨特的見解，並以一種我們尚未完全理解的方式改變了天體物理學和太陽系科學。蓋亞代表了歐洲對天體測量學作出的傑出貢獻，並將為後代留下持久的遺產。
注視銀河的超級相機
人類對星空的測量有着悠久的傳統，從古埃及、古巴比倫到古代中國，人們都試圖通過測量為星空建立秩序，以便於從事農耕、開展祭祀和制定曆法。進入20世紀後，天文學家觀測到河外星系的存在，認識到我們所在的銀河系只是宇宙的一部分。隨着觀測技術的發展，天文學家估計銀河系內有數千億顆恆星，而太陽只是其中一個普通的成員。
但在很長一段時間裡，天文學家對銀河系內恆星的位置、運動、組成等情況缺乏了解，無法構建一個全面的銀河系演化理論。1989年，歐洲空間局發射了伊巴谷天體測量衛星（hipparcos satellite），這是第一顆測量恆星位置的衛星。在任務期內，伊巴谷對大約11.8萬顆恆星進行了高精度測量，還對超過200萬顆恆星進行了較低精度的位置測量。
在伊巴谷結束觀測任務的1993年，瑞典隆德大學的萊納特·林德格倫（lennart lindegren）和歐洲空間局的邁克爾·佩里曼（michael perryman）提出了作為伊巴谷繼任者的蓋亞任務。起初，蓋亞（gaia）是“天體物理全球天文干涉儀”（global astrometric interferometer for astrophysics）的首字母縮寫詞。雖然此後因為望遠鏡設計的調整，這個縮寫已經無法準確描述該項目，但考慮到項目的延續性，這個縮寫還是被保留下來。在古希臘神話中，蓋亞是大地之神，而這一次，大地之神將注視頭頂的銀河。
2013年12月19日，蓋亞在法屬圭亞那庫魯發射基地由俄羅斯聯盟號運載飛船搭載升空。2014年1月8日，蓋亞成功到達距離地球大約150萬千米的日地系統第二拉格朗日點附近。2014年7月25日，在順利通過前期測試後，蓋亞正式開啟觀測工作。
作為伊巴谷的繼任者，蓋亞以其自身的超強性能而被寄予厚望：二者相比，蓋亞測量恆星位置和運動的精度是伊巴谷的200倍。它攜帶的儀器主要完成三個方面的測量：一是天體幾何學，用以確定恆星的位置和運動；二是光度學，用以測量恆星的顏色；三是光譜學，用以測量恆星的徑向速度，同時弄清這些恆星的組成成分。其中的核心器件是一台9.38億像素的ccd探測器，這是有史以來在太空中使用過的像素最高的相機。蓋亞搭載的兩台望遠鏡能對天空進行掃描，每分鐘就可以觀測約10萬顆恆星。
碩果累累的探測之旅
蓋亞的任務期原計劃為5年，但因為工作狀況良好，任務期得以延長到超過10年。正如蒙代爾所說，蓋亞在任務期內獲得的成果超出了所有人的預期。在觀測任務進行的同時，歐洲空間局已先後在2016年9月14日、2018年4月25日、2020年12月3日、2022年6月13日和2023年10月10日發布過蓋亞獲得的觀測數據。天文學家使用這些數據，已經產出了13000篇學術論文，在多個領域內完成了重要的發現。
在任務期內，蓋亞一直在對恆星的位置、距離、運動、光度變化、成分和許多其他特徵進行大量的測量。這使蓋亞獲得了它最重要的一項成果，即繪製了迄今為止最大、最精確的銀河系圖像，以前所未有的方式展示了我們身處的這個星系。
隨着觀測數據的不斷增加，這幅銀河系圖像的質量也在不斷提高。例如，2016年9月14日歐洲空間局首次發布蓋亞的數據時，由於缺少恆星的顏色信息，因此當時發布的是銀河系的黑白圖像；而到了2018年4月25日第二次發布數據時，天文學家就已經能夠根據當時獲得的13.8億顆恆星的顏色信息繪製了銀河系的彩色圖像。
國際天文學聯合會天文學教育辦公室科學可視化專家斯特凡·佩恩-沃德納爾（stefan payne-wardenaar）表示，因為蓋亞改變了我們對銀河系的印象，所以在最新繪製的銀河系藝術想象圖中包含了相對於此前模型的重大修改，甚至一些基本的觀點也被修正，比如銀河系中心棒狀結構的旋轉、銀河系盤的扭曲、旋臂的詳細結構以及太陽附近的星際塵埃等。
與此同時，蓋亞進行的大量測量使得天文學家得以開展“銀河系考古學”研究，揭示銀河系複雜歷史中缺失的環節，幫助我們更好地了解銀河系的起源。根據蓋亞獲得的數據，天文學家發現銀河系在其早期歷史中與其他星系的一部分以及多條古老恆星流發生過合併，還發現了銀河系正同人馬座矮星系進行碰撞的證據。因此，蓋亞重寫了銀河系的歷史，並且預言了銀河系的未來。
根據蓋亞的觀測數據繪製的銀河系側視藝術想象圖。（圖片來源：歐洲空間局）
在觀測銀河系恆星的過程中，蓋亞還有很多其他發現，這些發現，小到太陽系內的小行星，大到銀河系外的星系和類星體。例如，蓋亞已經提供超過15顆小行星的精確軌道。它還繪製了迄今最大的包含130萬顆類星體的三維地圖，其中最遠的類星體誕生於宇宙年齡僅為15億年之時。蓋亞還發現了一種新的黑洞，其中一個黑洞的質量約為太陽質量的33倍。這個黑洞隱藏在天鷹座中，同地球的距離不到2000光年，這是天文學家第一次在銀河系內發現這樣大的恆星級黑洞。
令人驚訝的是，目前獲得的這些發現還只是基於蓋亞在任務前幾年的觀測所獲得的數據。蓋亞數據和分析聯盟主席、荷蘭萊頓大學的安東尼·布朗（anthony brown）表示：“在過去的10年里，蓋亞就是一部發現機器，而這個趨勢還將繼續。”
值得期待的“退休生活”
雖然從發射到現在已經有超過11年時間，蓋亞在此期間經歷了微隕石撞擊和太陽風暴的洗禮等考驗，但它在“退休”前依然狀態良好。歐洲空間局決定結束觀測任務是因為蓋亞需要低溫氮氣作為維持精確指向的推進劑，而現在推進劑已經耗盡。
不過，在歐洲空間局宣布結束蓋亞的觀測任務後，研究人員會在未來幾個月里繼續下載蓋亞的觀測數據，對蓋亞的數據的分析還將繼續進行多年。根據計劃，歐洲空間局將在不早於2026年年中和不早於2030年年底再發布兩次數據，而最後一次發布的將是全部觀測數據。2026年發布的數據量預計將達到500tb，這些數據來自任務的前5.5年，相當於最初預計的任務期限。在進一步提升銀河系地圖精準度的同時，這次發布的數據還將幫助天文學家發現更多的雙星系統和系外行星。
蓋亞數據和分析聯盟副主席、意大利帕多瓦天文台的安東內拉·瓦萊納里（antonella vallenari）表示：“天文學界一直在等待着下一次的數據發布，而這還只是涵蓋了收集到的數據的一半。雖然現在蓋亞已經停止了觀測，但在未來的很多年裡，當我們準備這些可供使用的令人難以置信的數據集時，彷彿一切照常。”
在蓋亞結束觀測任務時，一段短暫的技術測試隨即開始。這些測試有可能進一步提升蓋亞的觀測精度，幫助研究人員了解某些技術在經歷長期太空之旅後的表現如何，甚至能夠助益未來太空任務的設計工作。在經歷為期數周的測試後，蓋亞將會離開目前環繞第二拉格朗日點的軌道，進入遠離地球影響範圍的日心軌道。蓋亞會在2025年3月27日被進行鈍化處理，以避免對其他航天器造成危害或干擾。
在進行技術測試時，蓋亞的方位會發生變化，它也會暫時變亮幾倍，這使得地面觀測者能夠很容易地使用小型望遠鏡對它進行觀測。這台注視銀河系超過10年的空間望遠鏡，在自己即將功成身退之時也給了我們一個注視它的機會。在蓋亞任務經理烏韋·拉默斯（uwe lammers）看來，蓋亞在星空中閃耀是它送給我們的最後的禮物。但正如很多天文學家翹首以待的那樣，在未來發布的數據里，還將有很多驚喜等待着我們。
南方周末特約撰稿 鞠強
責編 朱力遠
