蓋亞空間望遠(yuǎn)鏡具體任務(wù)

確定一顆恒星的光度，這是確認(rèn)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(yuǎn)鏡因?yàn)榇髿鈱訑_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(dá)一定亮度時(shí)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(dāng)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(yùn)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(yuǎn)處恒星的。

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

蓋亞空間望遠(yuǎn)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(yùn)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(shí)現(xiàn)目標(biāo)，蓋亞太空望遠(yuǎn)鏡將緩慢轉(zhuǎn)動，讓它的2部望遠(yuǎn)鏡掠過整個天空，然后讓這些望遠(yuǎn)鏡各個部分的光同時(shí)聚焦在一部數(shù)碼相機(jī)上。

可對超過10億顆恒星進(jìn)行天文測量 ，可觀測最暗恒星為V波段視星等20等。確認(rèn)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(dá)7 μas，相當(dāng)于在1000公里以外測量一根頭發(fā)的直徑;15等時(shí)精確度約12到25 μas，20等時(shí)則是100到300 μas。確認(rèn)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(rèn)行星的真實(shí)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?yàn)樘栔亓龆鴱澢某潭?因此可以直接觀測時(shí)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(jī)， 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(jī)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(xì)物理特征，并對它們的光度、有效溫度、引力以及元素組成進(jìn)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(shí)，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(jìn)行觀測和測量。

每過十年，美國的天文學(xué)家就會對未來進(jìn)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(yuǎn)鏡占據(jù)了顯赫的位置，它將接替哈勃空間望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡(JWST)，它先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)、獨(dú)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(shí)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(jì)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(yuǎn)鏡研究所的天文學(xué)家就開始籌劃下一代空間望遠(yuǎn)鏡了。按照目前的計(jì)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(yuǎn)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(yuǎn)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(jī)。進(jìn)入紅外波段意味著望遠(yuǎn)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(shí)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(jìn)行觀測，JWST還必須遠(yuǎn)離熱源。它會使用多層結(jié)構(gòu)來保護(hù)望遠(yuǎn)鏡免受陽光照射，同時(shí)還要遠(yuǎn)離地球的影響。為此JWST將會被發(fā)射到距離地球達(dá)150萬千米的第二拉格朗日點(diǎn)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(xì)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(jī)來給自己降溫。這使得它不會像先前的空間紅外望遠(yuǎn)鏡(例如斯皮策空間望遠(yuǎn)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(jìn)入紅外波段是你唯一的選擇。理論認(rèn)為，在大爆炸的光輝褪去之后，宇宙進(jìn)入了一個長期的"黑暗時(shí)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(yuǎn)離我們，這會拉伸到達(dá)我們的光線，使得它的波長到達(dá)光譜的紅端。一般認(rèn)為，第一代恒星在大爆炸之后小于10億年的時(shí)間里便開始發(fā)光，所以它的紅移值可以達(dá)到20甚至更大--導(dǎo)致可見光進(jìn)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(jìn)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(yùn)動。

2、探測上萬個系外行星系統(tǒng)。

3、尋找運(yùn)行在地球和太陽之間區(qū)域的阿波希利型小行星(Apohele asteroids)。因?yàn)樵搮^(qū)域總是被強(qiáng)烈的陽光所照射，所以很難用地基的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測監(jiān)視。

4、探測50萬顆遙遠(yuǎn)的類星體(Quasar)。

5、對阿爾伯特?愛因斯坦的廣義相對論進(jìn)行更加精確的測量。