鄧勁松

（中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái) 100101）

1.邵逸夫獎(jiǎng)天文學(xué)桂冠得主

2022 年5 月24 日，單項(xiàng)獎(jiǎng)金金額高達(dá)120 萬(wàn)美元的邵逸夫獎(jiǎng)公布，其中天文學(xué)獎(jiǎng)被歐洲天文學(xué)家倫納特·林德格倫(Lennart Lindegren)和邁克爾·佩里曼(Michael Perryman)平分，“以表彰他們一生對(duì)天體測(cè)量學(xué)的貢獻(xiàn)”，特別是在歐洲空間局“依巴谷號(hào)及蓋亞號(hào)的構(gòu)想和設(shè)計(jì)中扮演的角色”。

圖1 邵逸夫天文學(xué)獎(jiǎng)獲得者倫納特·林德格倫(右)和邁克爾·佩里曼(左)(圖片來(lái)源：邵逸夫獎(jiǎng)官網(wǎng))

兩位天文學(xué)家均為20 世紀(jì)50 年代初生人，獲獎(jiǎng)身份分別是瑞典隆德大學(xué)天文與理論物理系隆德天文臺(tái)的榮譽(yù)退休教授和愛(ài)爾蘭都柏林大學(xué)學(xué)院物理學(xué)院的客座教授。林德格倫一直就職于隆德大學(xué)直至退休，是瑞典皇家科學(xué)院院士，而佩里曼則曾加入歐洲空間局為之直接服務(wù)多年。他們二人是碩果累累的依巴谷天文衛(wèi)星(Hipparcos)和蓋亞天體測(cè)量探測(cè)器(Gaia)任務(wù)最主要的推動(dòng)者及核心科學(xué)成員。

2.天體測(cè)量學(xué)過(guò)往的興衰

眾所周知，天文學(xué)是一門(mén)以觀測(cè)為主的學(xué)科。想必很多非天文專業(yè)人士會(huì)有疑問(wèn)，用現(xiàn)代天文儀器對(duì)天體開(kāi)展的各種定量化觀測(cè)不就是測(cè)量嗎？難道這里的天體測(cè)量還有何特定所指？

翻閱全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)公布的《天文學(xué)名詞》(1998年版)，能找到天體測(cè)量學(xué)的詞條釋義，即“天文學(xué)的分支，主要內(nèi)容是測(cè)定和研究天體及地面點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)”；而互聯(lián)網(wǎng)上的英文維基百科強(qiáng)調(diào)天體測(cè)量是對(duì)天體位置和運(yùn)動(dòng)的“精確”測(cè)量。至于前者釋義中的“地面點(diǎn)”，是為了涵蓋國(guó)內(nèi)天體測(cè)量在當(dāng)代占據(jù)重要地位的大地測(cè)量應(yīng)用，本篇小文并不涉及。

顯然，身為天文學(xué)最古老的一個(gè)分支，天體測(cè)量學(xué)是古代天文學(xué)的中心，也是現(xiàn)代天文學(xué)的基礎(chǔ)。沒(méi)有天體測(cè)量學(xué)，就不會(huì)有我們所需要的星圖和星表。沒(méi)有天體測(cè)量學(xué)，也不會(huì)有開(kāi)普勒三定律的歷史性發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)的發(fā)展和人類對(duì)世界的認(rèn)識(shí)不知會(huì)走上怎樣一條歧路。而伴隨著望遠(yuǎn)鏡等一系列先進(jìn)儀器和奇思妙想的專用技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代天體測(cè)量學(xué)得以誕生并逐漸成熟，位置(包括距離)和運(yùn)動(dòng)測(cè)量的天體數(shù)目和精度在過(guò)去兩百年間實(shí)現(xiàn)了巨大的提升。

圖2 20世紀(jì)后期天測(cè)學(xué)家眼中的天文學(xué)倒金字塔(圖片來(lái)源：Ronald Probst)

但是，到了20 世紀(jì)六七十年代，天體測(cè)量在國(guó)際上逐漸邊緣化，淪落為一個(gè)只有少數(shù)人從事的瑣碎乏味、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的“技術(shù)工種”。在大部分天文學(xué)青年才俊的眼中，看不出它還能對(duì)揭示宇宙奧秘做出什么令人激動(dòng)的貢獻(xiàn)，有何值得投身的吸引力。天測(cè)專用的子午望遠(yuǎn)鏡被大量關(guān)停，騰出空間用于擴(kuò)建天文臺(tái)的圖書(shū)館、辦公室甚至食堂。1974 年，美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)的羅納德·普羅布斯特(Ronald Probst)在碩士論文中發(fā)布了一張漫畫(huà)——天文學(xué)的倒金字塔壓在形單影只的天體測(cè)量學(xué)家身上。漫畫(huà)流傳于國(guó)際天體測(cè)量界，表達(dá)著他們當(dāng)年的無(wú)奈和困惑。

3.天測(cè)的地面之困與轉(zhuǎn)機(jī)——走向空間

天體測(cè)量學(xué)當(dāng)年的困境，很大程度上是因?yàn)樗寻l(fā)展到了接近地面觀測(cè)條件所允許的能力極限。首先，地基光學(xué)天文觀測(cè)難以避開(kāi)大氣視寧度問(wèn)題，即大氣湍動(dòng)造成的星像模糊(以及快速晃動(dòng))。對(duì)天體測(cè)量來(lái)說(shuō)，還必須改正大氣折射現(xiàn)象帶來(lái)的位置畸變，這個(gè)量取決于測(cè)量時(shí)刻的天體地平高度和當(dāng)?shù)卮髿鈱?shí)況，并且因?yàn)榇髿庹凵渎实牟ㄩL(zhǎng)依賴關(guān)系，跟天體自身的顏色和儀器的波長(zhǎng)響應(yīng)也有耦合。此外，地球重力導(dǎo)致的望遠(yuǎn)鏡彎沉，溫差變化導(dǎo)致的熱脹冷縮，都是不可忽視的誤差來(lái)源。而考慮到地面上單臺(tái)儀器所能覆蓋的天區(qū)有限，要獲得全局意義上的天體絕對(duì)位置測(cè)量，必須將多臺(tái)儀器的不同觀測(cè)數(shù)據(jù)縫合在一起，它們之間的未知系統(tǒng)偏差將會(huì)在全天范圍內(nèi)積累，難以消除。事實(shí)上，到20 世紀(jì)70 年代，(光學(xué)波段)絕對(duì)位置測(cè)量所能實(shí)現(xiàn)的最好精度停滯在0.1 角秒附近，且僅限于幾千顆最亮的恒星。

20 世紀(jì)60 年代中期，資深的法國(guó)天文學(xué)家皮埃爾·拉克魯特(Pierre Lacroute)率先提議在空間開(kāi)展天體測(cè)量。他有一個(gè)天才般的創(chuàng)意：把方向相距很遠(yuǎn)的兩塊天區(qū)同時(shí)成像在望遠(yuǎn)鏡焦面的同一區(qū)域，將二者固定已知的間隔角度作為基準(zhǔn)，于是可以將二者的恒星兩兩成對(duì)、做天球上投影位置的較差測(cè)量，再通過(guò)改變天區(qū)對(duì)來(lái)掃描全天、并實(shí)現(xiàn)多次覆蓋；這樣，就能把天球各處的恒星位置嚴(yán)密耦合在一起，實(shí)現(xiàn)全局自洽、高精度的絕對(duì)測(cè)量。而要想實(shí)現(xiàn)這一方案，必須擺脫地球大氣層對(duì)觀測(cè)的限制。

當(dāng)代天體測(cè)量學(xué)還格外關(guān)注三角視差法對(duì)銀河系恒星距離的測(cè)量，因?yàn)榫嚯x是將張角、輻射流量等觀測(cè)量轉(zhuǎn)換為天體的物理尺寸、發(fā)光強(qiáng)度、質(zhì)量等內(nèi)稟特性的關(guān)鍵信息，而視差距離是逐級(jí)深入的所謂“宇宙距離階梯”的根基。視差，是指從兩個(gè)不同位置觀測(cè)同一物體，視方向相對(duì)于遠(yuǎn)處背景物體的差異。我們的深度視覺(jué)基于兩眼間距，而與天文測(cè)距對(duì)應(yīng)的是地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)帶來(lái)的天體位置的周年視差，測(cè)量基線是地球軌道(見(jiàn)圖3所示天球投影位置周年視運(yùn)動(dòng))。周年視差1 角秒所對(duì)應(yīng)的距離，被定義為天文學(xué)的基本距離單位秒差距，約等于3.26光年。

同一視場(chǎng)內(nèi)的天體方位基本一致，視差測(cè)量中的方位相關(guān)因子可視為相同，一般只能獲得待測(cè)天體與背景天體間的視差相對(duì)值，這限制著地面的距離測(cè)量精度。而采用拉克魯特的空間天測(cè)方案，可同時(shí)解算出待測(cè)天體和背景天體的絕對(duì)視差，這是因?yàn)樗鼈儊?lái)自方位間隔甚遠(yuǎn)的天區(qū)對(duì)，視差因子迥異(參見(jiàn)圖3)。

在歐洲天體測(cè)量學(xué)界如法國(guó)的讓·科瓦列夫斯基(Jean Kovalevsky)和丹麥的埃里克·霍格(Erik H?g)等人的共同推動(dòng)下，拉克魯特的方案逐步變得完善和技術(shù)可行，屬于以林德格倫和佩里曼為代表的新一代天體測(cè)量學(xué)家的空間時(shí)代漸漸拉開(kāi)了帷幕。

4.依巴谷衛(wèi)星與天測(cè)的鳳凰涅槃

1980年，歐洲空間局終于批準(zhǔn)研發(fā)專用于天體測(cè)量的伊巴谷天文衛(wèi)星，英文全稱是High Precision Parallax Collecting Satellite(高精度視差采集衛(wèi)星)，采用縮寫(xiě)Hipparcos 以紀(jì)念相傳創(chuàng)立三角學(xué)、發(fā)明星等、制定西方世界第一份星表的古希臘天文學(xué)家喜帕恰斯(Hipparchus)。

年輕的佩里曼在同一年入職歐洲空間局。他剛拿到劍橋的理論物理博士學(xué)位，之前研究過(guò)射電星系，而上級(jí)指派他去了解關(guān)注依巴谷項(xiàng)目。身為天體測(cè)量的門(mén)外漢，他本非特別情愿，但很快就被其概念的簡(jiǎn)明巧妙和創(chuàng)造性迷住了。佩里曼自翌年起擔(dān)任項(xiàng)目科學(xué)家，同時(shí)主持科學(xué)團(tuán)隊(duì)，任務(wù)是協(xié)調(diào)并獲得科學(xué)界的支持來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)、研制、測(cè)試及運(yùn)行，確保衛(wèi)星能滿足科學(xué)需求，并優(yōu)化其科學(xué)能力。

圖3 小場(chǎng)天測(cè)的相對(duì)視差測(cè)量(小圖)與拉克魯特提議空間天測(cè)方案的絕對(duì)視差測(cè)量(圖片來(lái)源：Fran?ois Mignard)

如圖4 所示，依巴谷的望遠(yuǎn)鏡(口徑約30 厘米)設(shè)計(jì)保留了拉克魯特的原初創(chuàng)意，從中劈開(kāi)一面反射鏡，使兩半錯(cuò)開(kāi)固定角度(依巴谷的設(shè)計(jì)取29度)，將來(lái)自兩個(gè)不同方向天區(qū)(間隔58度)的光線導(dǎo)入共同的成像光路。衛(wèi)星沿一條垂直觀測(cè)方向的軸自轉(zhuǎn)(周期約2 小時(shí))，兩個(gè)視場(chǎng)一前一后掃描天球上同一個(gè)大圓，而自轉(zhuǎn)軸自身的方向進(jìn)動(dòng)(周期約57天)帶動(dòng)掃描大圓遍歷全天——任務(wù)最終對(duì)天球各個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)了平均約30 次觀測(cè)。星像沿掃描方向被焦面格柵調(diào)制，位置信息被以探測(cè)時(shí)間信號(hào)的形式記錄下來(lái)。

身為霍格的學(xué)生，林德格倫比佩里曼早幾年進(jìn)入依巴谷項(xiàng)目?；舾裨廊毁澩笥训霓揶?，說(shuō)他對(duì)天體測(cè)量學(xué)的最大貢獻(xiàn)莫過(guò)于發(fā)現(xiàn)了林德格倫。依巴谷的數(shù)據(jù)處理是一大難題，用全部數(shù)據(jù)直接全局求解遠(yuǎn)超出當(dāng)年的計(jì)算能力。而林德格倫快刀斬亂麻，即刻找出一條讓人恍然大悟的捷徑，技術(shù)上可行而又足夠嚴(yán)格。數(shù)據(jù)處理被分成三步，首先是估算掃描大圓上各對(duì)恒星的間隔，然后對(duì)大圓上的恒星位置一維求解，最后結(jié)合所有大圓解計(jì)算出恒星的天測(cè)參數(shù)。作為依巴谷項(xiàng)目的核心成員，林德格倫自1990年起接替霍格領(lǐng)導(dǎo)兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)處理團(tuán)隊(duì)之一。他為人低調(diào)，卻滿腦子的神機(jī)妙算，同時(shí)又追求數(shù)學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)依巴谷衛(wèi)星的方方面面都有突出貢獻(xiàn)。譬如，根據(jù)他別出心裁的建議，制造合束鏡時(shí)先將兩半鏡面切掉一小條，就此“神奇地”提高了成像質(zhì)量。

1989年8月8日，依巴谷衛(wèi)星發(fā)射，目的地是高度約3萬(wàn)6千公里的地球同步軌道。衛(wèi)星先進(jìn)入一個(gè)近地點(diǎn)只有500公里而遠(yuǎn)地點(diǎn)與前者相銜接的轉(zhuǎn)移軌道，但是意外發(fā)生了，遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火失敗，衛(wèi)星被滯留在轉(zhuǎn)移軌道上，任務(wù)可能功虧一簣！在工程團(tuán)隊(duì)心力交瘁之時(shí)，佩里曼臨危自薦，接過(guò)來(lái)對(duì)工程負(fù)責(zé)的項(xiàng)目經(jīng)理一職……經(jīng)過(guò)數(shù)月馬不停蹄的調(diào)整和測(cè)試，衛(wèi)星在轉(zhuǎn)移軌道上艱難開(kāi)始掃描觀測(cè)。盡管存在種種不利條件，頭六個(gè)月全天觀測(cè)數(shù)據(jù)的位置精度達(dá)到了約0.01角秒，已遠(yuǎn)超地面光學(xué)天測(cè)，依巴谷涅槃重生！

依巴谷衛(wèi)星一直工作到1993年，最終獲得的天測(cè)結(jié)果甚至超過(guò)了任務(wù)目標(biāo)。它產(chǎn)生的依巴谷星表包含全天約12萬(wàn)顆亮星，測(cè)光精度約千分之二個(gè)星等，絕對(duì)位置精度優(yōu)于1毫角秒，而其約1毫角秒的視差測(cè)量精度，對(duì)2萬(wàn)余顆近鄰亮星而言，意味著距離的不確定度優(yōu)于10%。國(guó)際天球參考系在光學(xué)波段的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，就是基于依巴谷星表?；舾裼质紫茸⒁獾?，測(cè)量衛(wèi)星姿態(tài)的焦面設(shè)備也可以提取天體位置和星等信息，由此獲得上百萬(wàn)顆恒星的第谷星表，精度介于依巴谷星表和地面天測(cè)之間，構(gòu)成天文學(xué)家實(shí)用的“基本”參考架。

圖4 依巴谷衛(wèi)星的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)設(shè)計(jì)示意圖(圖片來(lái)源：Floor Van Leeuwen)

依巴谷的天測(cè)數(shù)據(jù)還直接產(chǎn)生了大量的天體物理學(xué)成果。人們得以了解銀河系大尺度內(nèi)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)，基于日地對(duì)星光的引力偏折驗(yàn)證了廣義相對(duì)論，用視差距離更準(zhǔn)確地定標(biāo)造父變星“標(biāo)準(zhǔn)燭光”、從而協(xié)助哈勃空間望遠(yuǎn)鏡確定了哈勃常數(shù)及宇宙的年齡，對(duì)年老球狀星團(tuán)的距離測(cè)量解決了其年齡與宇宙年齡沖突的長(zhǎng)期悖論，等等。

5.蓋亞探測(cè)器——天體測(cè)量的全新時(shí)代

依巴谷只是空間天體測(cè)量的小試牛刀，由林德格倫和佩里曼牽頭，歐洲天文界隨即提議了雄心勃勃的蓋亞項(xiàng)目，測(cè)量規(guī)模和精度要比依巴谷高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。項(xiàng)目最初稱為Global Astrometric Interferometer for Astrophysics，意為“(面向)天體物理學(xué)(的)全局天體測(cè)量干涉儀”。后來(lái)放棄了激進(jìn)的干涉測(cè)量概念，回歸依巴谷方案的設(shè)計(jì)原則，但英文縮寫(xiě)名Gaia得以保留，對(duì)應(yīng)希臘神話生育天空和時(shí)間等遠(yuǎn)古眾神的大地母神。

蓋亞天體測(cè)量探測(cè)器成為歐洲空間局的旗艦型項(xiàng)目，于2014 年發(fā)射，目前仍在軌工作。跟依巴谷衛(wèi)星不同，它運(yùn)行在環(huán)繞日地第二拉格朗日點(diǎn)的軌道上，此處位于日地聯(lián)線的外側(cè)，距離地球約150萬(wàn)公里，能擺脫地球?qū)σ曇暗恼诒危€(wěn)定的熱環(huán)境也利于最小化儀器熱形變帶來(lái)的測(cè)量誤差。

蓋亞由兩臺(tái)全同的三反消像散望遠(yuǎn)鏡構(gòu)成，經(jīng)由合束器將不同方向的兩個(gè)天區(qū)同時(shí)成像在共同焦面上(圖5)。望遠(yuǎn)鏡的主鏡尺寸約1.5×0.5 米，焦面由百余片CCD探測(cè)器拼接覆蓋(見(jiàn)圖5右下及小圖)，像元總數(shù)高達(dá)10 億。兩個(gè)觀測(cè)方向的夾角固定為106.5 度，借助激光干涉測(cè)量將變化控制在微角秒量級(jí)。蓋亞跟依巴谷一樣通過(guò)自轉(zhuǎn)(每秒一個(gè)角分)掃描天球大圓，天區(qū)依次掃過(guò)焦面上的星像捕獲區(qū)、位置天測(cè)區(qū)、星等測(cè)光區(qū)、視線速度區(qū)，而自轉(zhuǎn)軸進(jìn)動(dòng)周期約2 個(gè)月，任務(wù)期間計(jì)劃對(duì)天球各方向?qū)崿F(xiàn)平均約70次采樣。

圖5 蓋亞天體測(cè)量探測(cè)器的望遠(yuǎn)鏡及焦面示意圖(圖片來(lái)源：歐洲空間局Gaia官網(wǎng))

在蓋亞任務(wù)中，佩里曼長(zhǎng)期擔(dān)任項(xiàng)目科學(xué)家并主持科學(xué)團(tuán)隊(duì)，直至2008 年，而林德格倫則組織和領(lǐng)導(dǎo)了數(shù)據(jù)的處理和分析工作。

蓋亞任務(wù)計(jì)劃測(cè)量數(shù)十億顆恒星(占銀河系恒星總數(shù)約百分之一)，外加一批河外天體，數(shù)據(jù)量極其龐大。不過(guò)，現(xiàn)今的計(jì)算能力也已遠(yuǎn)非依巴谷時(shí)代所能想象。因此，任務(wù)選取上億顆恒星的數(shù)據(jù)做大規(guī)模整體迭代計(jì)算，獲得包含天體測(cè)量參數(shù)、衛(wèi)星姿態(tài)參數(shù)、儀器幾何定標(biāo)參數(shù)、(廣義相對(duì)論效應(yīng)的)參數(shù)化后牛頓修正在內(nèi)的天測(cè)核心解?；诤诵慕猓偻扑愠鍪Ｓ啻蟛糠趾阈堑奶鞙y(cè)結(jié)果。隨著觀測(cè)數(shù)據(jù)的逐年積累和持續(xù)迭代，測(cè)量的規(guī)模和精度也不斷提升，結(jié)果定期向翹首以盼的全球天文界發(fā)布。

蓋亞最終版的測(cè)量結(jié)果將基于十年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，而截至目前發(fā)布的第三版，它已獲得15 億顆恒星的完整天測(cè)參數(shù)，包含天球位置、周年視差和自行(天球上投影運(yùn)動(dòng))，測(cè)量出3 千萬(wàn)顆恒星的視向速度，捕獲到1千萬(wàn)顆河外的星系或類星體以及16萬(wàn)顆太陽(yáng)系天體，還實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)系近鄰約100 秒差距范圍內(nèi)30 多萬(wàn)顆普通恒星的詳盡編目。它對(duì)亮于15 等恒星(比依巴谷星表暗大約10 倍)的位置測(cè)量精度達(dá)到了0.01～0.02毫角秒，而至于視差測(cè)量得到的距離值，不確定度優(yōu)于10%的已有超過(guò)5 千萬(wàn)顆恒星。

蓋亞還被巧妙設(shè)計(jì)成能同時(shí)開(kāi)展恒星物理參數(shù)的直接測(cè)量。其焦面的測(cè)光區(qū)已產(chǎn)生15 億顆恒星的兩波段星等。注意，實(shí)際被成像在測(cè)光區(qū)的是棱鏡生成的天體低分辨率光譜。借助這些光譜，蓋亞已測(cè)得5億顆恒星的有效溫度、表面重力常數(shù)、金屬豐度(泛指氫和氦之外的元素)、星際消光量等基本參數(shù)。對(duì)于亮星，還可以從視向速度測(cè)量用的高分辨率光譜中提取更多物理信息。

為進(jìn)一步展示蓋亞強(qiáng)大的科學(xué)能力，從其已發(fā)表的浩瀚天文和天體物理學(xué)成果中擷取二三，合成圖6 以饗讀者。左上所示是用1.5 萬(wàn)顆近鄰白矮星的蓋亞數(shù)據(jù)繪制的赫羅圖(絕對(duì)星等對(duì)應(yīng)發(fā)光強(qiáng)度、而顏色指示溫度)，其分布偏離了不同質(zhì)量白矮星的冷卻模型，卻符合一個(gè)有趣的、但多年來(lái)未能驗(yàn)證的理論預(yù)言：白矮星的內(nèi)核會(huì)在冷卻中固化結(jié)晶(釋放相變潛熱從而改變冷卻過(guò)程)。左下突出顯示了蓋亞揭示出的一些特殊恒星(星號(hào))和球狀星團(tuán)(圓圈)，它們的運(yùn)動(dòng)方向與銀河系恒星主體相反，并且因其元素豐度而在赫羅圖上占據(jù)特殊位置——理論模擬計(jì)算反溯出一個(gè)古老的矮星系，約在百億年前被銀河系吞噬，引發(fā)了內(nèi)銀暈和厚銀盤(pán)這兩大結(jié)構(gòu)的形成，它被命名為蓋亞-恩刻拉多斯(Gaia-Enceladus)。右圖是銀盤(pán)上6百多萬(wàn)顆恒星在相空間上的分布，呈現(xiàn)出優(yōu)美的“蝸殼”狀結(jié)構(gòu)，很可能是數(shù)億年前銀河系最近一次與某個(gè)相伴矮星系碰撞所導(dǎo)致的相混合現(xiàn)象。

6.額外的期待——從系外行星到“宇宙漣漪”

我們知道，恒星在系外行星的引力作用下，也會(huì)繞二者質(zhì)心做小幅的開(kāi)普勒軌道運(yùn)動(dòng)，早在一兩百年前就有通過(guò)天測(cè)尋找系外行星的失敗嘗試。根據(jù)預(yù)估，蓋亞的精度足以發(fā)現(xiàn)至少2 萬(wàn)顆系外行星，但在第四版數(shù)據(jù)前不會(huì)透露相關(guān)結(jié)果。值得一提的是，佩里曼曾于2005年主持歐洲天文界的系外行星工作組，之后以一己之力編著了《系外行星手冊(cè)》這本優(yōu)秀參考書(shū)，匯總了系外行星科學(xué)的技術(shù)、事實(shí)和理論。他是否正在熱盼著蓋亞樹(shù)起系外行星探測(cè)的天測(cè)法大旗呢？

圖6 蓋亞幾例有趣的科學(xué)成果：左上是用赫羅圖對(duì)白矮星內(nèi)核結(jié)晶化理論預(yù)言的證實(shí)(圖片來(lái)源：Tremblay等人、Nature期刊)；左下用星號(hào)和圓圈標(biāo)注出百億年前撞入銀河系的矮星系蓋亞-恩刻拉多斯的“遺存”(圖片來(lái)源：Helmi等人、Nature期刊)；右圖是銀盤(pán)恒星在相空間上“蝸殼”狀的相混合現(xiàn)象(圖片來(lái)源：Antoja等人、Nature期刊)

蓋亞的高精度天測(cè)，要求在全天球都必須考慮太陽(yáng)和地球?qū)π枪獾囊ζ?。反過(guò)來(lái)說(shuō)，這也是對(duì)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論(及與之競(jìng)爭(zhēng)的新引力理論)的重要檢驗(yàn)，精度相對(duì)于依巴谷將會(huì)是一個(gè)巨大躍升。

蓋亞數(shù)據(jù)還有望用于甚低頻引力波的探測(cè)。近幾年被地面探測(cè)器捕獲的是恒星級(jí)質(zhì)量黑洞或中子星的兩兩碰撞事件，信號(hào)頻率高，只需要短的探測(cè)“臂長(zhǎng)”；而尚待發(fā)現(xiàn)的甚低頻引力波，可能源自星系中央超大質(zhì)量的黑洞或雙黑洞，信號(hào)周期長(zhǎng)達(dá)數(shù)月到幾十年，它們彈撥起光年尺度的宇宙漣漪，微微擺弄著所掃過(guò)天體的位置。一方面，對(duì)于一批雙星系統(tǒng)中的毫秒脈沖星，可借由伴星的蓋亞數(shù)據(jù)定出精確距離、自行等，幫助脈沖星計(jì)時(shí)陣提高甚低頻引力波的探測(cè)靈敏度。另一方面，也可以在海量恒星的視位置變化中仔細(xì)尋覓引力波導(dǎo)致的大尺度下規(guī)則性的振動(dòng)印跡，難點(diǎn)在于處理高達(dá)200 太字節(jié)的蓋亞數(shù)據(jù)，堪稱大海撈針。幸運(yùn)的是研究表明，有方法將數(shù)據(jù)壓縮百萬(wàn)倍而僅損失1%的靈敏度，探測(cè)能力不遜于脈沖星計(jì)時(shí)陣。使用類星體的天測(cè)結(jié)果，也有可能在小數(shù)據(jù)量上實(shí)現(xiàn)同等靈敏度，因?yàn)樗鼈儤O其遙遠(yuǎn)(但極明亮)，內(nèi)稟自行可忽略不計(jì)。