(譯自英文原稿)
2022年度邵逸夫天文学奖平均颁予莱纳特・林德格伦(Lennart Lindegren)和迈克尔・佩里曼(Michael Perryman),以表彰他们一生对天体测量学的贡献,尤其是在欧洲太空总署依巴谷号及盖亚号(以下简称依巴谷及盖亚)的构想和设计中扮演的角色。莱纳特・林德格伦是瑞典隆德大学天文学及理论物理系隆德天文台荣休教授。迈克尔・佩里曼是爱尔兰都柏林大学学院物理学院客座教授。
于1989年发射的依巴谷,曾测量逾100,000颗恒星的位置和运动状况,其精确度比地面观察台高出两个数量级。盖亚于2013 年发射,目前仍在运作,以其精确度更高的技术,测量了数以十亿计的恒星、类星体及太阳系天体的位置和转动状况。这两项任务所得的成果丰硕,精准描绘出银河系里恒星的分佈及特性,以及为银河系的形成及歷史提供独有的见解,影响天文学及天体物理学里几乎所有的分支。这个奖项亦旨在表彰所有令依巴谷及盖亚得以成功的天文学家和工程师。
自史前时代开始,测量行星及恒星的位置、距离及转动都对天文学极为重要。早期托勒密(约公元100–170),兀鲁伯(1394–1449)和第谷・布拉赫(1546–1601)透过肉眼观测而编製的星表,在过去两个世纪,无论是数据的数量还是精确度,都已被不断提高的望远镜星表取替。然而,在二十世纪末,由地面光学望远镜所衍生的天体测量学在谋求进一步改进时,遇到难以克服的困难。这些困难来自大气畸变、望远镜所受到的热力及引力问题,不同望远镜的数据也难以整合处理。
欧洲太空总署的依巴谷(1989–1993)开啟了精确太空天体测量学的时代。依巴谷将超过100,000颗亮星编入星表。它测量了这些恒星在天空中的视位置的年度变化,其微细度就相等于从香港望向北京,所见的一个拇指宽度。透过测量地球沿着轨道运转时恒星视位置的细微变化(视差),依巴谷测定了超过20,000颗恒星的距离,不确定性少于百分之十。
欧洲太空总署的盖亚于2013年12月啟动,其设计以依巴谷的设计准则为基础,但性能大幅提升。盖亚所测量的恒星位置,数量比依巴谷多10,000 倍,精确度亦是依巴谷的100倍。盖亚几乎将整个银河系里接近百分之一的恒星编入星表,目前已以视差为基准,测定超过五千万颗恒星的距离,不确定性少于百分之十。视差是天文学里所有距离的基础,因此亦是测量宇宙规模最坚实的基础。
盖亚项目的初始星表已于公众平台发放,有关的研究彻底改变了多个领域的天文学认知,并有望在任务结束之前(2025或之后),推出内容更加丰富、数量更加庞大、精确度更加高的星表。盖亚的宇宙普查,无论在数量还是质量上,在未来数十年内也无法被超越。
盖亚能够测量恒星在天空上位置的微小变化,细如从香港望向北京,所见一丝头发的宽度;它亦能测量恒星在天空中的运动,可测的幅度比由地球望向月球,所见宇航员头发生长的视速度还要小。盖亚卓越的表现,归根于其独有的设计 — 盖亚是由两个不同指向的太空望远镜组成,所得影像然后再由单一的探测器组合起来。太空望远镜每六小时转动一次,每当有恒星影像划过探测器的一个定点时,便会将精确的测量数据送回地球。
为什幺精确的天体测量学如此重要?这是因为它提供了天体的位置、速度及距离等基本数据,为现代天文学及天体物理学里几乎所有的分支奠下基石。恒星与地球精确的距离,让我们能够测量它们的绝对光度,继而为恒星的内部物理过程,如简併星的内部结晶,提供高敏感度的测量。恒星空间分佈中的小规模不均匀性,提供了一个被破坏的恒星团的一瞥,也许类似于太阳诞生的地方。透过测量恒星的速度,我们能推断出它们的银心轨道,继而获得银河系的形成歷史和神秘暗物质在银河系里分佈的线索。盖亚正在探测很久以前被银河系瓦解的小型伴星系之残骸,以及银盘里恒星分佈的不规则性,这有可能反映出最近倖存的伴星系或看不见的暗物质团的干扰。盖亚的测量数据让我们能够首次确定遥远星团和矮星系的轨道。盖亚将会提供大量辅助性的天文观测数据,包括十亿颗恒星的全天多色测光普查、数百万颗恒星的视向速度、数十万颗变星的光变曲线、数千颗太阳系外行星的发现和测量、仔细程度前所未见的小行星及其他小型太阳系天体的普查、纪录了数十万颗遥远类星体的统一星表,以及对爱因斯坦引力理论崭新而严格的测试。
依巴谷和盖亚的成功有赖许多人在过去半个世纪的共同努力。邵逸夫奖表彰其中二人,他们均为这两项任务作出持续且关键的科学贡献。莱纳特・林德格伦在依巴谷的设计上提出许多构想。他是负责分析依巴谷数据的两个独立团队中其中一队的主管,亦是依巴谷科学团队和盖亚科学团队的成员,先后在任时间各达二十多年。迈克尔・佩里曼在1981至1997年期间担任依巴谷的项目科学家,同时期出任依巴谷科学团队的主席,并且是1997年一份描述依巴谷星表的论文的主要作者。佩里曼亦在1995至2008年间担任盖亚的项目科学家,1995至2000年间担任盖亚科学谘询小组主席,并在2001至2008年间担任盖亚科学团队的主席。林德格伦和佩里曼在九十年代提出盖亚的构想,在其科学及技术上的设计扮演着重要角色。
邵逸夫天文学奖遴选委员会
2022年5月24日 香港