我们把夜空中繁星璀璨的条带称作“银河”，并以银河系命名我们身处的星系。天文学家长期以来都在探索银河系的起源、演化、组成和结构，希望能够描绘一幅完整的银河系图景。在这个过程中，一台服役超过10年的空间望远镜扮演了至关重要的角色。
2025年1月15日，欧洲空间局（esa）对外宣布，盖亚空间望远镜（gaia）完成了最后一次科学观测，即将迎来谢幕的时刻。在过去的10年里，盖亚对超过20亿颗恒星和其他天体进行了超过3万亿次观测，从而彻底改变了我们对银河系和宇宙附近地区的认识。
盖亚艺术想象图，背景是根据盖亚获得的数据绘制的银河系。（图片来源：欧洲空间局）
欧洲空间局科学主任卡罗尔·蒙代尔（carole mundell）在欧洲空间局官网上表示：“这标志着盖亚科学观测的结束，我们正在庆祝完成了这一令人难以置信的任务，它超出了我们所有人的预期。”蒙代尔同时表示，盖亚收集的数据宝库让我们对银河系的起源和演化有了独特的见解，并以一种我们尚未完全理解的方式改变了天体物理学和太阳系科学。盖亚代表了欧洲对天体测量学作出的杰出贡献，并将为后代留下持久的遗产。
注视银河的超级相机
人类对星空的测量有着悠久的传统，从古埃及、古巴比伦到古代中国，人们都试图通过测量为星空建立秩序，以便于从事农耕、开展祭祀和制定历法。进入20世纪后，天文学家观测到河外星系的存在，认识到我们所在的银河系只是宇宙的一部分。随着观测技术的发展，天文学家估计银河系内有数千亿颗恒星，而太阳只是其中一个普通的成员。
但在很长一段时间里，天文学家对银河系内恒星的位置、运动、组成等情况缺乏了解，无法构建一个全面的银河系演化理论。1989年，欧洲空间局发射了伊巴谷天体测量卫星（hipparcos satellite），这是第一颗测量恒星位置的卫星。在任务期内，伊巴谷对大约11.8万颗恒星进行了高精度测量，还对超过200万颗恒星进行了较低精度的位置测量。
在伊巴谷结束观测任务的1993年，瑞典隆德大学的莱纳特·林德格伦（lennart lindegren）和欧洲空间局的迈克尔·佩里曼（michael perryman）提出了作为伊巴谷继任者的盖亚任务。起初，盖亚（gaia）是“天体物理全球天文干涉仪”（global astrometric interferometer for astrophysics）的首字母缩写词。虽然此后因为望远镜设计的调整，这个缩写已经无法准确描述该项目，但考虑到项目的延续性，这个缩写还是被保留下来。在古希腊神话中，盖亚是大地之神，而这一次，大地之神将注视头顶的银河。
2013年12月19日，盖亚在法属圭亚那库鲁发射基地由俄罗斯联盟号运载飞船搭载升空。2014年1月8日，盖亚成功到达距离地球大约150万千米的日地系统第二拉格朗日点附近。2014年7月25日，在顺利通过前期测试后，盖亚正式开启观测工作。
作为伊巴谷的继任者，盖亚以其自身的超强性能而被寄予厚望：二者相比，盖亚测量恒星位置和运动的精度是伊巴谷的200倍。它携带的仪器主要完成三个方面的测量：一是天体几何学，用以确定恒星的位置和运动；二是光度学，用以测量恒星的颜色；三是光谱学，用以测量恒星的径向速度，同时弄清这些恒星的组成成分。其中的核心器件是一台9.38亿像素的ccd探测器，这是有史以来在太空中使用过的像素最高的相机。盖亚搭载的两台望远镜能对天空进行扫描，每分钟就可以观测约10万颗恒星。
硕果累累的探测之旅
盖亚的任务期原计划为5年，但因为工作状况良好，任务期得以延长到超过10年。正如蒙代尔所说，盖亚在任务期内获得的成果超出了所有人的预期。在观测任务进行的同时，欧洲空间局已先后在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日发布过盖亚获得的观测数据。天文学家使用这些数据，已经产出了13000篇学术论文，在多个领域内完成了重要的发现。
在任务期内，盖亚一直在对恒星的位置、距离、运动、光度变化、成分和许多其他特征进行大量的测量。这使盖亚获得了它最重要的一项成果，即绘制了迄今为止最大、最精确的银河系图像，以前所未有的方式展示了我们身处的这个星系。
随着观测数据的不断增加，这幅银河系图像的质量也在不断提高。例如，2016年9月14日欧洲空间局首次发布盖亚的数据时，由于缺少恒星的颜色信息，因此当时发布的是银河系的黑白图像；而到了2018年4月25日第二次发布数据时，天文学家就已经能够根据当时获得的13.8亿颗恒星的颜色信息绘制了银河系的彩色图像。
国际天文学联合会天文学教育办公室科学可视化专家斯特凡·佩恩-沃德纳尔（stefan payne-wardenaar）表示，因为盖亚改变了我们对银河系的印象，所以在最新绘制的银河系艺术想象图中包含了相对于此前模型的重大修改，甚至一些基本的观点也被修正，比如银河系中心棒状结构的旋转、银河系盘的扭曲、旋臂的详细结构以及太阳附近的星际尘埃等。
与此同时，盖亚进行的大量测量使得天文学家得以开展“银河系考古学”研究，揭示银河系复杂历史中缺失的环节，帮助我们更好地了解银河系的起源。根据盖亚获得的数据，天文学家发现银河系在其早期历史中与其他星系的一部分以及多条古老恒星流发生过合并，还发现了银河系正同人马座矮星系进行碰撞的证据。因此，盖亚重写了银河系的历史，并且预言了银河系的未来。
根据盖亚的观测数据绘制的银河系侧视艺术想象图。（图片来源：欧洲空间局）
在观测银河系恒星的过程中，盖亚还有很多其他发现，这些发现，小到太阳系内的小行星，大到银河系外的星系和类星体。例如，盖亚已经提供超过15颗小行星的精确轨道。它还绘制了迄今最大的包含130万颗类星体的三维地图，其中最远的类星体诞生于宇宙年龄仅为15亿年之时。盖亚还发现了一种新的黑洞，其中一个黑洞的质量约为太阳质量的33倍。这个黑洞隐藏在天鹰座中，同地球的距离不到2000光年，这是天文学家第一次在银河系内发现这样大的恒星级黑洞。
令人惊讶的是，目前获得的这些发现还只是基于盖亚在任务前几年的观测所获得的数据。盖亚数据和分析联盟主席、荷兰莱顿大学的安东尼·布朗（anthony brown）表示：“在过去的10年里，盖亚就是一部发现机器，而这个趋势还将继续。”
值得期待的“退休生活”
虽然从发射到现在已经有超过11年时间，盖亚在此期间经历了微陨石撞击和太阳风暴的洗礼等考验，但它在“退休”前依然状态良好。欧洲空间局决定结束观测任务是因为盖亚需要低温氮气作为维持精确指向的推进剂，而现在推进剂已经耗尽。
不过，在欧洲空间局宣布结束盖亚的观测任务后，研究人员会在未来几个月里继续下载盖亚的观测数据，对盖亚的数据的分析还将继续进行多年。根据计划，欧洲空间局将在不早于2026年年中和不早于2030年年底再发布两次数据，而最后一次发布的将是全部观测数据。2026年发布的数据量预计将达到500tb，这些数据来自任务的前5.5年，相当于最初预计的任务期限。在进一步提升银河系地图精准度的同时，这次发布的数据还将帮助天文学家发现更多的双星系统和系外行星。
盖亚数据和分析联盟副主席、意大利帕多瓦天文台的安东内拉·瓦莱纳里（antonella vallenari）表示：“天文学界一直在等待着下一次的数据发布，而这还只是涵盖了收集到的数据的一半。虽然现在盖亚已经停止了观测，但在未来的很多年里，当我们准备这些可供使用的令人难以置信的数据集时，仿佛一切照常。”
在盖亚结束观测任务时，一段短暂的技术测试随即开始。这些测试有可能进一步提升盖亚的观测精度，帮助研究人员了解某些技术在经历长期太空之旅后的表现如何，甚至能够助益未来太空任务的设计工作。在经历为期数周的测试后，盖亚将会离开目前环绕第二拉格朗日点的轨道，进入远离地球影响范围的日心轨道。盖亚会在2025年3月27日被进行钝化处理，以避免对其他航天器造成危害或干扰。
在进行技术测试时，盖亚的方位会发生变化，它也会暂时变亮几倍，这使得地面观测者能够很容易地使用小型望远镜对它进行观测。这台注视银河系超过10年的空间望远镜，在自己即将功成身退之时也给了我们一个注视它的机会。在盖亚任务经理乌韦·拉默斯（uwe lammers）看来，盖亚在星空中闪耀是它送给我们的最后的礼物。但正如很多天文学家翘首以待的那样，在未来发布的数据里，还将有很多惊喜等待着我们。
南方周末特约撰稿 鞠强
责编 朱力远
