蓋亞空間望遠鏡基本情況

蓋亞空間望遠鏡于2013年12月19日 在圭亞那太空中心使用聯(lián)盟號運載火箭發(fā)射升空。目前已抵達地球軌道 的 L2 拉格朗日點附近以利薩如軌道運行。

蓋亞空間望遠鏡將反復(fù)掃描天空，平均每隔5年有70次觀測10億顆恒星內(nèi)的每顆恒星 。蓋亞不僅把恒星的位置和運動繪制成圖，還將測量每顆恒星的關(guān)鍵物理性質(zhì)，例如亮度、溫度和化學(xué)成分等。為實現(xiàn)目標，蓋亞太空望遠鏡將緩慢轉(zhuǎn)動，讓它的2部望遠鏡掠過整個天空，然后讓這些望遠鏡各個部分的光同時聚焦在一部數(shù)碼相機上。

確定一顆恒星的光度，這是確認恒星距離的必要條件。恒星的視差是少數(shù)不需要透過物理假設(shè)得知恒星距離的方式之一，而地面的望遠鏡因為大氣層擾動和儀器誤差而無法得到足夠精確的視差量測結(jié)果。觀測光度最微弱的天體可以使恒星光度模式更加完整。所有天體到達一定亮度時都必須被量測以獲得無偏差的樣本。必須要有大量的觀測對象以解釋恒星演化中較快速的階段。觀測銀河系中大量天體對于了解銀河系的動力學(xué)模式也相當重要，要注意的是，10億顆恒星仍不到銀河系總恒星數(shù)量的1%。對恒星的天體測量和觀測恒星在銀河系中運動狀態(tài)是了解各種恒星分布模式的必要方式，由其是較遠處恒星的。

可對超過10億顆恒星進行天文測量 ，可觀測最暗恒星為V波段視星等20等。確認恒星的位置，依恒星表面顏色的不同，V波段10等恒星的精確度可達7 μas，相當于在1000公里以外測量一根頭發(fā)的直徑;15等時精確度約12到25 μas，20等時則是100到300 μas。確認距離地球最近恒星的距離誤差約0.001%。而距離地球約3萬光年，接近銀河系中心的距離誤差20%。量測4000萬顆恒星的切向速度精確度預(yù)期至少0.5 km/s。精確量測1000顆系外行星的軌道和軌道傾角，并以天文測量法確認行星的真實質(zhì)量。蓋亞任務(wù)其他相關(guān)于基礎(chǔ)物理的觀測則有偵測阿爾伯特·愛因斯坦廣義相對論預(yù)測的，光因為太陽重力場而彎曲的程度;因此可以直接觀測時空的結(jié)構(gòu)。。

"蓋亞"探測器的優(yōu)異之處在于其搭載了被稱為"十億像素陣列"的超級相機， 被喻為"蓋亞之眼"，是歐洲空間局打造的數(shù)字成像系統(tǒng) ，擁有前所未有的觀測分辨率 ，科學(xué)家試圖通過"蓋亞"超級相機探測器繪制銀河系的三維地圖 ，并揭示星系的組成結(jié)構(gòu)、形成以及未來的演化。

蓋亞上面搭載的光譜儀將會提供每一顆恒星的詳細物理特征，并對它們的光度、有效溫度、引力以及元素組成進行分析。這種大規(guī)模的恒星調(diào)查活動將會 為我們提供有關(guān)銀河系的起源、結(jié)構(gòu)和演化的觀測數(shù)據(jù)。與此同時，還會對大量的類星體、河外星系、系外行星以及太陽系內(nèi)的天體進行觀測和測量。

每過十年，美國的天文學(xué)家就會對未來進行一次規(guī)劃，列出他們最想要的東西。這一做法使得美國天文學(xué)界在最核心的問題上形成了統(tǒng)一戰(zhàn)線，可以同仇敵愾、一致對外。在2000年天文學(xué)家們公布的清單上，下一代空間望遠鏡占據(jù)了顯赫的位置，它將接替哈勃空間望遠鏡(HST)挑起美國天文學(xué)的大梁，并且使得美國天文學(xué)繼續(xù)保持"領(lǐng)跑"的態(tài)勢。

這就是詹姆斯·韋布空間望遠鏡(JWST)，它先進的光學(xué)系統(tǒng)、獨特的軌道以及有別于HST的工作波段將給我們帶來一個全新的宇宙。但同時它不斷上漲的成本，也在不斷地拖累美國航宇局(NASA)整個的空間科學(xué)計劃。這也使得它自誕生那一刻起就處在風(fēng)口浪尖之上。

尖端技術(shù)放眼早期宇宙

甚至在HST發(fā)射前一年的1989年，美國空間望遠鏡研究所的天文學(xué)家就開始籌劃下一代空間望遠鏡了。按照目前的計劃它將在2014年發(fā)射。作為燞ST的接班人，JWST將扛起下一代空間望遠鏡的大旗。

不過HST主要觀測的是可見光和紫外波段，而JWST的優(yōu)勢則在紅外波段。位于大氣層之上的JWST可以對波長從0.6微米(可見光譜紅端)到28微米(遠紅外的起始)的輻射一覽無遺。JWST6.5米的直徑也讓它變得十分靈敏，在紅外波段它擁有猶如HST在可見光波段的分辨率，它還可以看到比HST犓?蕓吹降淖畎等醯奶焯寤掛?瞪?0~100倍的天體。

為此JWST將采用一系列的尖端技術(shù)，例如由鈹制成的超輕型光學(xué)系統(tǒng)、超靈敏紅外探測器以及一個能讓中紅外探測器長期維持在7開的制冷機。進入紅外波段意味著望遠鏡必須要有較大的口徑，但是這也帶來了發(fā)射上的麻煩。JWST的反射鏡實在太大，目前現(xiàn)有的任何火箭都沒有辦法把它送上天。因此不得不"化整為零"，先將鏡面收起來待發(fā)射入軌之后再將鏡面打開。而為了在紅外波段進行觀測，JWST還必須遠離熱源。它會使用多層結(jié)構(gòu)來保護望遠鏡免受陽光照射，同時還要遠離地球的影響。為此JWST將會被發(fā)射到距離地球達150萬千米的第二拉格朗日點附近，在那里它能具有比HST更大的可視天區(qū)。但是一旦JWST牫雋巳魏撾侍猓?绱艘T兜木嗬朧溝孟肴ノ?薜暮教煸幣倉荒芡?笮頌盡K?訨WST必須一開始就在每個細節(jié)上都表現(xiàn)完美才行。除了被動的降溫方式之外，JWST還會用制冷機來給自己降溫。這使得它不會像先前的空間紅外望遠鏡(例如斯皮策空間望遠鏡)那樣工作壽命受到制冷劑供應(yīng)的制約。

在紅外波段的觀測能力并不是可有可無的，它是必需的。如果你想深入早期宇宙，那么進入紅外波段是你唯一的選擇。理論認為，在大爆炸的光輝褪去之后，宇宙進入了一個長期的"黑暗時代"。最終，低溫物質(zhì)聚集坍縮形成了第一代恒星，出現(xiàn)了第一縷光。這些最早的恒星正以極高的速度遠離我們，這會拉伸到達我們的光線，使得它的波長到達光譜的紅端。一般認為，第一代恒星在大爆炸之后小于10億年的時間里便開始發(fā)光，所以它的紅移值可以達到20甚至更大--導(dǎo)致可見光進入紅外波段。這就是為什么具有驚人視力的HST沒有在紅移大于7的地方發(fā)現(xiàn)這些天體的很大一部分原因。JWST會解決這個問題。年輕的恒星會發(fā)出紫外輻射，經(jīng)過值為15的紅移之后就會進入波長為1.9微米的紅外波段，這正好位于JWST的最佳工作波段。

1、測量銀河系內(nèi)10億顆恒星的位置、距離以及本證運動。

2、探測上萬個系外行星系統(tǒng)。

3、尋找運行在地球和太陽之間區(qū)域的阿波希利型小行星(Apohele asteroids)。因為該區(qū)域總是被強烈的陽光所照射，所以很難用地基的望遠鏡進行觀測監(jiān)視。

4、探測50萬顆遙遠的類星體(Quasar)。

5、對阿爾伯特?愛因斯坦的廣義相對論進行更加精確的測量。