天體測繪即將迎來重大升級。由歐洲航天局於2013年末發射的蓋亞號宇宙飛船，其任務是以空前的細節繪製天體圖。在其為期五年的執行結束時，它將精確地定位天空中十億顆恆星的位置，不確定性小至5微角秒——大約是從地球上看，放在月球上的四分之一硬幣的兩倍大小——比當今最好的星表好幾百倍。但最重要的是，其十億畫素的攝像頭還將繪製每顆恆星的距離和二維速度，從而提供銀河系的五維地圖。（最亮的1億顆恆星將給出三維速度）。對於哥倫比亞大學的天文學家凱瑟琳·約翰斯頓來說，繪製這張星圖就像第一次繪製地球的大陸一樣，將一個模糊的綠色斑點影像轉變為一個擁有山脈、河流和山谷的三維世界。“在某種程度上，我們幾乎不瞭解我們星系的外觀，就像我們瞭解其他星系一樣精確，”約翰斯頓說，她覺得令人震驚的是，天文學家仍然不清楚銀河系中心的精確距離。
但這即將改變。週三，蓋亞團隊將釋出大約十億顆恆星的位置，以及天空中最亮的200萬顆恆星的距離和自行（或橫向）運動（除了少數幾顆）。雖然這200萬顆恆星不一定是最近的，但它們都將位於我們銀河系的某個位置。隨著每次後續的資料釋出（計劃每年一次，直到2019年，最終版本將於2022年釋出），天文學家將在星系內繪製越來越遠的恆星，建立像池塘上的漣漪一樣從太陽向外輻射的連續地圖。因此，紐約大學的天文學家大衛·霍格推測，本週的資料釋出將主要影響恆星物理學——即恆星內部的動力學——而稍後的資料將影響星系物理學——對我們整個星系的研究。或者用約翰斯頓的類比來說，這就像先了解那些附近的山脈、河流和山谷，然後再看到整個大陸，並瞭解它最初是如何形成的。
因此，儘管全球的天文學家都在焦急地等待著資料，但恆星天文學家可能首先會開始動手研究。例如，霍格懷疑，蓋亞號的首次資料釋出將解決最近關於昴星團距離的爭議——著名的“七姐妹”。這場爭論是由蓋亞號的前身依巴谷任務的最終資料釋出引發的，絕非微不足道。沒有正確的距離，天文學家無法確定恆星的亮度和半徑。 “而這兩件事強烈地限制了恆星作為機器的工作方式，”霍格說。此外，昴星團是瞭解恆星如何形成的基準星團。“年輕恆星的理論非常棘手，”蓋亞專案科學家蒂莫·普魯斯蒂說。“因為它們不穩定，所以有很多選擇。因此，確實需要精確的觀測來約束這些模型。”
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但是，這第一批資料也可能會帶來驚喜。“天文學家認為我們非常瞭解恆星的工作原理，”普林斯頓大學的天文學家大衛·斯珀格爾說。“那是 50 年代、60 年代和 70 年代的偉大成就之一。但我懷疑，當我們的資料變得更好時，我們會發現，雖然我們基本瞭解了情況，但我們認為自己瞭解的一些事情我們並不瞭解。”
儘管如此，大多數天文學家都在期待蓋亞號未來的觀測。蓋亞號擁有兩個主鏡，可以收集30倍於依巴谷的光量，並且其攝像頭的解析度比哈勃太空望遠鏡上的攝像頭高50多倍，難怪天文學家如此興奮。“儘管我們可以在首次資料釋出中進行許多科學研究，但這與我們將在任務結束時能夠進行的研究相比根本不算什麼，”霍格說。在為期五年的執行之後，蓋亞號將釋出完整的十億顆恆星的三維位置和二維速度，延伸到銀河系的光環——一個巨大的恆星球體，包圍著星系的盤和旋臂。而這正是這個重達2000公斤的航天器真正發光的地方。
蓋亞號的主要科學目標是揭開銀河系的結構和動力學，從而揭示我們星系的劇烈歷史。它的一些恆星誕生於較小的星系中，這些星系後來被我們這個巨大的星系吞噬。如今，這些微小星系的殘餘物以橫跨天空的微弱星流的形式可見。“這就像去犯罪現場，”約翰斯頓說。“你正在尋找過去活著的星系，你正在尋找它們所在的軌道，你正在尋找與它們相關的恆星。因此，你可以建立起我們星系吞噬其他星系的歷史。”但是，這段歷史遠非清晰，許多細節——例如銀河系吞噬這些矮星系的頻率——仍然難以捉摸。因此，蓋亞號將尋找更多的星流，以幫助天文學家拼湊出銀河系的傳記。
最終，蓋亞的遺產無法提前確定。“它正在觀測大量的恆星，我們將在這些恆星中發現各種各樣的我們意想不到的東西，”霍格說。除了恆星之外，這顆小型衛星預計還將探測到數千顆系外行星，甚至可能繪製出存在於銀河系中的看不見的暗物質。它的發現中肯定會有驚喜。霍格計劃在週三早上前往他的辦公室，在新蓋亞星表中搜索異常恆星（那些看起來過分暗淡或明亮，或者移動過快或過慢的恆星）。“這些將是具有不尋常起源或指向恆星或星系物理學中缺失成分的恆星，”他說。“所以我認為，考慮這個問題並讓每個人都興奮起來的正確方式是，這是一個發現的機會。人們感到興奮是因為這是一個新世界。而首次資料釋出只是這個新世界的預告片。”