天体测绘即将迎来重大升级。由欧洲航天局于2013年末发射的盖亚号宇宙飞船，其任务是以空前的细节绘制天体图。在其为期五年的运行结束时，它将精确地定位天空中十亿颗恒星的位置，不确定性小至5微角秒——大约是从地球上看，放在月球上的四分之一硬币的两倍大小——比当今最好的星表好几百倍。但最重要的是，其十亿像素的摄像头还将绘制每颗恒星的距离和二维速度，从而提供银河系的五维地图。（最亮的1亿颗恒星将给出三维速度）。对于哥伦比亚大学的天文学家凯瑟琳·约翰斯顿来说，绘制这张星图就像第一次绘制地球的大陆一样，将一个模糊的绿色斑点图像转变为一个拥有山脉、河流和山谷的三维世界。“在某种程度上，我们几乎不了解我们星系的外观，就像我们了解其他星系一样精确，”约翰斯顿说，她觉得令人震惊的是，天文学家仍然不清楚银河系中心的精确距离。
但这即将改变。周三，盖亚团队将发布大约十亿颗恒星的位置，以及天空中最亮的200万颗恒星的距离和自行（或横向）运动（除了少数几颗）。虽然这200万颗恒星不一定是最近的，但它们都将位于我们银河系的某个位置。随着每次后续的数据发布（计划每年一次，直到2019年，最终版本将于2022年发布），天文学家将在星系内绘制越来越远的恒星，创建像池塘上的涟漪一样从太阳向外辐射的连续地图。因此，纽约大学的天文学家大卫·霍格推测，本周的数据发布将主要影响恒星物理学——即恒星内部的动力学——而稍后的数据将影响星系物理学——对我们整个星系的研究。或者用约翰斯顿的类比来说，这就像先了解那些附近的山脉、河流和山谷，然后再看到整个大陆，并了解它最初是如何形成的。
因此，尽管全球的天文学家都在焦急地等待着数据，但恒星天文学家可能首先会开始动手研究。例如，霍格怀疑，盖亚号的首次数据发布将解决最近关于昴星团距离的争议——著名的“七姐妹”。这场争论是由盖亚号的前身依巴谷任务的最终数据发布引发的，绝非微不足道。没有正确的距离，天文学家无法确定恒星的亮度和半径。 “而这两件事强烈地限制了恒星作为机器的工作方式，”霍格说。此外，昴星团是了解恒星如何形成的基准星团。“年轻恒星的理论非常棘手，”盖亚项目科学家蒂莫·普鲁斯蒂说。“因为它们不稳定，所以有很多选择。因此，确实需要精确的观测来约束这些模型。”
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但是，这第一批数据也可能会带来惊喜。“天文学家认为我们非常了解恒星的工作原理，”普林斯顿大学的天文学家大卫·斯珀格尔说。“那是 50 年代、60 年代和 70 年代的伟大成就之一。但我怀疑，当我们的数据变得更好时，我们会发现，虽然我们基本了解了情况，但我们认为自己了解的一些事情我们并不了解。”
尽管如此，大多数天文学家都在期待盖亚号未来的观测。盖亚号拥有两个主镜，可以收集30倍于依巴谷的光量，并且其摄像头的分辨率比哈勃太空望远镜上的摄像头高50多倍，难怪天文学家如此兴奋。“尽管我们可以在首次数据发布中进行许多科学研究，但这与我们将在任务结束时能够进行的研究相比根本不算什么，”霍格说。在为期五年的运行之后，盖亚号将发布完整的十亿颗恒星的三维位置和二维速度，延伸到银河系的光环——一个巨大的恒星球体，包围着星系的盘和旋臂。而这正是这个重达2000公斤的航天器真正发光的地方。
盖亚号的主要科学目标是揭开银河系的结构和动力学，从而揭示我们星系的剧烈历史。它的一些恒星诞生于较小的星系中，这些星系后来被我们这个巨大的星系吞噬。如今，这些微小星系的残余物以横跨天空的微弱星流的形式可见。“这就像去犯罪现场，”约翰斯顿说。“你正在寻找过去活着的星系，你正在寻找它们所在的轨道，你正在寻找与它们相关的恒星。因此，你可以建立起我们星系吞噬其他星系的历史。”但是，这段历史远非清晰，许多细节——例如银河系吞噬这些矮星系的频率——仍然难以捉摸。因此，盖亚号将寻找更多的星流，以帮助天文学家拼凑出银河系的传记。
最终，盖亚的遗产无法提前确定。“它正在观测大量的恒星，我们将在这些恒星中发现各种各样的我们意想不到的东西，”霍格说。除了恒星之外，这颗小型卫星预计还将探测到数千颗系外行星，甚至可能绘制出存在于银河系中的看不见的暗物质。它的发现中肯定会有惊喜。霍格计划在周三早上前往他的办公室，在新盖亚星表中搜索异常恒星（那些看起来过分暗淡或明亮，或者移动过快或过慢的恒星）。“这些将是具有不寻常起源或指向恒星或星系物理学中缺失成分的恒星，”他说。“所以我认为，考虑这个问题并让每个人都兴奋起来的正确方式是，这是一个发现的机会。人们感到兴奋是因为这是一个新世界。而首次数据发布只是这个新世界的预告片。”