测量恒星距离的重要性

郭红锋

天体测量的古老话题

天文学是地球文明最早发展起来的自然科学之一。古代科学家用肉眼观星，借助于一些简单的辅助工具和数学计算，对天空进行了有限的调查。最早的系统天文观测记录可以追溯到公元前 1000 年左右的亚述人、巴比伦人以及同时代的中国古人。他们积累了关于天体的知识，并记录了它们的周期性运动，但他们不知道恒星和行星有多远。

公元前2世纪，著名的希腊天文学家喜帕恰斯编制了一份恒星星表。他的工作在天文学家托勒密的书中被记载而流传下来。为了测量天空中的角度，喜帕恰斯采用了至今仍在使用的古代巴比伦做法，将一个圆分成360度，每个度分为60角分。喜帕恰斯的星表是最早成功绘制天空图的尝试之一，它以大约1度的精度，列出了天空中1000多颗恒星的位置。

早期的星表（包括中国的古代星表），基本上是在天球面上标注恒星的位置和相互关系，没有距离信息。因为距离是很难测量的参数。

近代有关恒星距离的测量

自从意大利天文学家伽利略于1609年制成第一个用于观察天空的望远镜，就开启了观测天文学的新纪元，大大促进了现代实验科学的发展。望远镜优于眼睛的增强功能，使天文学家能够收集充足的证据来测量和检验由波兰天文学家哥白尼提出的日心说宇宙观。

望远镜的发明和日心说宇宙观被承认，引发了天文学家对天体测量的进一步热情。很多天文学家都想测量地球绕太阳周年运动所产生的视差。但由于恒星太远，周年视差角太小，在当时的技术水平下，难以测量出令人信服的结果。直到在19世纪30年代后期，科学家才测量到织女星、南门二等几颗近距离恒星的视差值。这些结果使天文学家首次确定了少数恒星的距离。从19世纪50年代开始，摄影在天文观测中的应用改变了绘制天空星图的技术，也使天体测量水平大大提高，天文学家开始编制数量越来越大的恒星位置和距离的星表。

20世纪以来，大口径、长焦距的大型望远镜和照相技术的结合，使测定视差的精度大大提高。当时的技术可以测到视差角约1/100角秒，即当恒星同地球的距离约等于100秒差距时，其周年视差的观测误差已相当于其视差本身相等的数值，因此只有对距离小于100秒差距（1秒差距约等于3.26光年）的近距星，才能比较准确地测定它们的三角视差。

由于受到地球大气等干扰影响，直到20世纪上半叶，来自地面望远镜的星表在规模和精度上虽然有所提高，但能测量到距离的恒星也只有10000颗左右。

现代的测量

为了得到更高精度的天体测量结果，就只有借助于太空望远镜去太空进行观测了。

欧空局在1989年发射了著名的依巴谷卫星（其英文名称的缩写采用Hipparcos，与古希腊天文学家喜帕恰斯同名），中文称“依巴谷高精视差测量卫星”，是欧空局发射的专门用于测量遥远恒星的视差，从而计算恒星距离的卫星。

依巴谷卫星的目标是对银河系内数十万颗较亮的恒星进行测量。由于没有大气的干扰，依巴谷的精度比当时的地面望远镜高出10～100倍。它最终完成了上百万颗恒星的测量，远超最初的设想。依巴谷卫星的巨大成功，为后来的天文学研究和卫星导航奠定了坚实的基础。从 1989年到1993年，依巴古衛星的数据让天文学家以前所未有的精度绘制了超过10万颗恒星的位置、速度和距离。

盖亚太空望远镜（与哈勃等其他太空望远镜不同），是继依巴古卫星后，又一颗专门测量恒星的位置、距离和运动的高精度天体测量卫星，它要在依巴谷卫星遗产的基础上绘制10亿颗恒星的三维图像，并探索我们银河系的组成、起源和演化。相较于它的前任依巴谷卫星，盖亚望远镜的测量精度达到了当代超高水平。盖亚望远镜探测的角分辨率一般情况下可达0.1毫角秒，最高时可达史无前例的0.024毫角秒。盖亚太空望远镜最初的目标是测量银河系中大约15亿颗恒星的相关参数（位置、距离、自行等），为银河系做一次大规模“恒星普查”。虽然调查的样本数大约只占银河系恒星总数的1%，但是这足以让天文学家欣喜若狂。

迄今为止，盖亚太空望远镜已绘制出18亿颗恒星的精确位置，并掌握其中大多数恒星与地球的精确距离，以及它们的运行状况。现在，这台“宇宙探索机器”正以令人难以置信的速度带给人类关于宇宙的新见解，很多天文学家都在对盖亚所收集的海量数据进行研究，每天平均有3篇学术论文发表，都是基于该望远镜的观测数据。有人评论说，“盖亚数据就像席卷天体物理学领域的一场海啸！该望远镜的观测数据涉及到天体物理学的各个领域，从邻近地球的恒星，到太阳系行星，一直延伸至宇宙的边缘。”

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