蓋亞任務

**蓋亞任務**（**Gaia**）是歐洲太空總署的太空望遠鏡。該任務的目的是要繪製一個包含約 10 億顆或銀河系 1% 恆星的三維星圖。作為依巴谷衛星的後繼任務，蓋亞任務是歐洲太空總署在 2000 年以後的遠期科學任務。蓋亞任務在約 5 年的任務中將可觀測到視星等最暗為 20 等的天體。它的目標包含：

* 確認 10 億顆恆星的位置、距離和每年自行量。對視星等 15 等恆星的精確度為 20 µas，20 等則為 200 µas。
* 偵測數萬個太陽系外行星系統。
* 能夠發現軌道在地球和太陽之間的阿波希利型小行星。這個區域對地面望遠鏡相當難以觀測，因為該區域幾乎只在白晝時才會出現在天球。
* 偵測最多 50 萬個類星體。
* 阿爾伯特・愛因斯坦廣義相對論的更精確實驗。

蓋亞任務的資料將可建立在銀河系內甚至之外的極高解析度三維星圖，並且繪出恆星的運動方向以了解銀河系的形成與演化。分光光度法量測可以得知被觀測恆星的物理性質，以確認其光度、有效溫度、表面重力和組成元素。這種大規模的恆星觀測將提供許多基本觀測資料以解決關於銀河系形成、結構與演化等多種重要問題。大量的類星體、星系、太陽系外行星和太陽系天體也將同時被觀測。

作為依巴谷衛星的後繼任務，蓋亞任務是歐洲太空總署的地平線 2000+ (Horizon 2000+) 長期科學計劃的一部分。亞利安航太公司於 2013 年 12 月 19 日在蓋亞那太空中心使用聯盟號運載火箭為 ESA 發射蓋亞太空望遠鏡。該衛星在地球軌道的 L2 拉格朗日點附近以利薩如軌道運行。

## 太空飛行器

_蓋亞_是由阿麗亞娜太空中心使用 Soyuz ST-B 和以 Fregat-MT 為上層組合的火箭，於 2013 年 12 月 19 日 9:12（世界時，當地為 6:12）從位於法屬蓋亞那庫互的 _Ensemble de Lancement Soyouz_ 發射。在發射後 43 分鐘（9:54 UTC），衛星與火箭脫離，由上層推送朝向太陽 - 地球的 L2 點前進，於 2014 年 1 月 8 日抵達距離地球約 150 萬公里的 L2 點。L2 點為太空飛行器提供了非常穩定的引力和熱環境。太空飛行器使用利薩如軌道以避免太陽被地球遮蔽，限制了太陽能電池板所獲得的能量，以及擾亂與妨礙太空飛行器的熱平衡。發射之後，總是朝向太陽的 10 米直徑遮陽板被展開，從而保持望遠鏡所有的元件都是冷卻的，而且其表面的太陽能電池都能使用。

### 科學儀器

## 觀測原理

蓋亞任務和先前的依巴谷衛星類似，包含兩個望遠鏡可觀測兩者之間固定的廣角觀測方向。該太空望遠鏡會持續以兩個望遠鏡的觀測方向垂直向為軸轉動。而它的自轉軸在天球上會劃出一個小幅度的進動軌跡，同時保持與太陽相同的夾角。透過從兩個方向精確觀測天體在天球上的相對位置，就可得到一個固定的參考系統。

和它的名稱不同的是，蓋亞任務實際上並未使用干涉測量術確認天體位置。在原始設計時干涉測量術原被認為是實現足夠目標解析度的方式，但之後演變成現在的成像望遠鏡。

在觀測範圍中每個天體平均會被觀測 70 次，並且任務預期持續 5 年。這些量測將幫助確認以下天文測量的參數：在天球上隨時間變化的恆星角位置並得知其視差以計算距離、使用光譜儀以都卜勒光譜學法量測較亮恆星的徑向速度。

在蓋亞太空望遠鏡內設有兩個熔融石英棱鏡以進行多色測光。稜鏡位置分散在所有光線進入望遠鏡視野內，尚未到達偵測儀器的光路上。藍色分光光度計負責觀測波長 3300–6800Å 光線，紅色分光光度計則覆蓋 6400–10500Å。

天文學家還希望利用蓋亞任務以天體測量法觀測到系外行星並確認其軌道傾角。

## 衛星儀器與性能

蓋亞任務的衛星酬載包含：

* 兩座主鏡口徑 1.45 x 0.5 公尺的望遠鏡。
* 兩個望遠鏡投影的 1.0 x 0.5 公尺焦平面陣列。這是由 106 個 4500 x 1966 像素的 CCD 所組成。

蓋亞太空望遠鏡包含三個各自分離的儀器：

* 天文測量儀（ASTRO），量測視星等 5.7 到 20 等之間恆星的角位置。
* 光度儀，可量測視星等 5.7 到 20 等恆星 320-1000 nm 波段的光譜。而藍色和紅色分光光度計則用來確認恆星狀態，例如表面溫度、質量、年齡、組成元素。
* 徑向速度光譜儀，在波段 847-874 nm（鈣離子線）觀測視線上最暗 17 等天體取得其高解析度光譜以測定天體徑向速度。在 V 波段 11.5 等時解析度可達 1 km/s，17.5 等時則是 30 km/s。徑向速度的量測對於修正視線方向加速度是很重要的。

衛星的遙測鏈路傳輸速度平均值大約是 1 Mbit/s，而在焦平面的總傳輸速度是數 Gbit/s，因此在每個天體影像周圍只有數十個像素可下載。這代表對天體影像的偵測與控制是強制性的。當觀測恆星密度高的區域時，這類過程將特別複雜。

## 任務歷程

蓋亞任務於 1993 年 10 月由瑞典隆德大學的倫納特・林德格倫和 ESA 的麥可・佩里曼提出建議加入 Horizon Plus 的長期科學任務。2000 年 10 月 13 日歐洲太空總署科學計畫委員會接受該計畫，並列為基石任務的第 6 項計畫。2006 年 2 月 9 日蓋亞任務被定為 B2 期程，並由阿斯特里姆負責硬體設備製造。本任務總預算包含太空望遠鏡製造、發射和地面控制總共約 7.4 億歐元。

在蓋亞任務預定的 5 年任務中假設壓縮後的資料傳輸率 1 Mbit/s，總資料量將達到約 60 TB，即 200 TB 的未壓縮可用資料量。而 ESA 提供部分資金的資料處理任務則委託給 2006 年 11 月 ESA 的相關招標公告公布後傳送計畫書，並獲選的資料處理與分析聯盟（Data Processing and Analysis Consortium，DPAC）進行。DPAC 的資金將由參與計畫的國家提供，並且保證會提供至蓋亞任務資料最終天體目錄預計製作完成的 2020 年。

蓋亞太空望遠鏡每天將有 8 個小時以 5 Mbit/s 的速率傳輸資料。ESA 將使用最敏感的三個衛星地面站，即位於西班牙的塞夫雷羅斯地面站，阿根廷的馬拉圭地面站，和澳大利亞的新諾西亞地面站以直徑 35 公尺的天線進行資料接收。

## 目的

蓋亞太空望遠鏡任務有以下目的：

* 確定一顆恆星的光度，這是確認恆星距離的必要條件。恆星的視差是少數不需要透過物理假設得知恆星距離的方式之一，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果。
* 觀測光度最微弱的天體可以使恆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恆星演化中較快速的階段。觀測銀河系中大量天體對於了解銀河系的動力學模式也相當重要，要注意的是，10 億顆恆星仍不到銀河系總恆星數量的 1%。
* 對恆星的天體測量和觀測恆星在銀河系中運動狀態是了解各種恆星分布模式的必要方式，由其是較遠處恆星的。

蓋亞任務預期可達到以下成果：

* 可對超過 10 億顆恆星進行天文測量，可觀測最暗恆星為 V 波段視星等 20 等。
* 確認恆星的位置，依恆星表面顏色的不同，V 波段 10 等恆星的精確度可達 7 μas，相當於在 1000 公里以外測量一根頭髮的直徑；15 等時精確度約 12 到 25 μas，20 等時則是 100 到 300 μas。
* 確認距離地球最近恆星的距離誤差約 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 萬顆恆星的切向速度精確度預期至少 0.5 km/s。
* 精確量測 1000 顆系外行星的軌道和軌道傾角，並以天文測量法確認行星的真實質量。

蓋亞任務其他相關於基礎物理的觀測則有偵測阿爾伯特・愛因斯坦廣義相對論預測的，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構。

### 資料釋放

蓋亞星表將分階段釋出：預期早期的版本是不完整的，特別是在眾星聚集區中較黯淡的那些恆星。最先釋出的資料，蓋亞 DR1，是依據 2015 年 7 月至 2016 年 9 月 13 日，共 14 個月的觀測資料。這些釋放的資料包括由蓋亞測量的 11 億顆恆星位置和光度；第谷第二星表和蓋亞都有，超過 200 萬顆恆星的位置、視差和自行整合的資料；大約 3,000 顆變星的「光度曲線和特性；用來定義天體參考框架…… 超過 2,000 個源自外星系的目標」。要獲得蓋亞 DR1，可以訪問蓋亞資料庫，或是經由其它的天文資料中心，例如斯特拉斯堡天文資料中心（CDS）。

第二階段的資料（DR2）已在 2018 年 4 月釋出，將包括 10 億顆恆星的位置、視差、和自行，所有的恆星在紅色和藍色的光度資料都可接受正規的標準誤差；對許多簡單的情況，可以測量徑向速度。第三階段的數據於 2020 年 12 月公佈，它比 2018 年公佈的數據多了 1 億個光源的詳細信息。第四階段釋出的數據可能將包括變星分類、太陽系的結果，和非單星星表。最後，完整的蓋亞星表，將在任務結束三年後的 2022 年釋出，在 DR2 和最終版本之間會有幾個版本則尚未決定。

蓋亞天空的資料運用，將推廣來探索星系在三度空間的研究。

## 相關條目

* 依巴谷衛星，以高解析度（0.6-1.0 mas）量測超過 11 萬 8 千顆預選恆星，並以 20-30 mas 繪出其餘 200 萬顆恆星星圖的天文測量衛星。
* 宇宙距離尺度
* 太空干涉測量任務：美國已經取消的一個計劃。

## 參考資料

## 外部連結

* 維基共享資源上的相關多媒體資源：蓋亞任務
* Gaia mission home （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* ESA Gaia mission （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Gaia page at ESA Spacecraft Operations （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Gaia blog. European Space Agency. （原始內容存檔於 2013-08-24）.
* Gaia library （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* "Journey to a Billion Suns （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）" is a 360° immersive film for Fulldome planetaria about the Gaia mission.