2022年度邵逸夫天文學獎頒授給兩位在天體測量學有極大貢獻的天文學家

2022年度邵逸夫獎今日（5月24日）公佈得獎者名單，其中天文學獎平均頒授給兩位在天體測量學有極大貢獻的天文學家，他們分別是瑞典隆德大學（Lund University）天文學及理論物理系隆德天文台榮休教授萊納特·林德格倫（Lennart Lindegren）和愛爾蘭都柏林大學學院物理學院客座教授邁克爾·佩里曼（Michael Perryman）以表彰他們一生對天體測量學的貢獻，尤其是在歐洲太空總署依巴谷衛星（HIgh Precision PARallax COllecting Satellite，縮寫為 Hipparcos，全稱為「高精度視差採集衛星」，中文按照縮寫，音譯為依巴谷衛星）及蓋亞衛星（Gaia）的構想和設計中扮演的角色。

於1989年發射的依巴谷衛星，曾測量逾十萬顆恆星的位置和運動狀況，其精確度比地面天文台高出兩個數量級。蓋亞衛星於2013年發射，目前仍在運作，以其精確度更高的技術，測量了數以十億計的恆星、類星體及太陽系天體的位置和轉動狀況。這兩項任務所得的成果豐碩，精準描繪出銀河系裡恆星的分佈及特性，以及為銀河系的形成及歷史提供獨有的見解，影響天文學及天體物理學裡幾乎所有的分支。這個獎項亦旨在表彰所有令依巴谷衛星及蓋亞衛星得以成功的天文學家和工程師。

自史前時代開始，測量行星及恆星的位置、距離及轉動都對天文學極為重要。早期托勒密（Ptolemy 約公元100–170），兀鲁伯（Uluġ Beg 1394–1449）和第谷·布拉赫（Tycho Brahe 1546–1601）透過肉眼觀測而編製的星表，在過去兩個世紀，無論是數據的數量還是精確度，都由不斷提高的望遠鏡星表取替。然而，在二十世紀末，由地面光學望遠鏡所衍生的天體測量學在謀求進一步改進時，遇到難以克服的困難。這些困難來自大氣畸變、望遠鏡所受到的熱力及重力問題，不同望遠鏡的數據也難以整合處理。

歐洲太空總署的依巴谷衛星（1989–1993）開啟了精確太空天體測量學的時代。依巴谷衛星將超過十萬顆亮星編入星表。它測量了這些恆星在天空中的視位置的年度變化，其微細度就相等於從香港望向北京，所見的一個拇指寬度。透過測量地球沿著軌道運轉時恆星視位置的細微變化（視差），依巴谷衛星測定超過二萬顆恆星的距離，不確定性少於百分之十。

歐洲太空總署的蓋亞衛星於2013年12月啟動，其設計以依巴谷衛星的設計準則為基礎，但性能大幅提升。蓋亞衛星所測量的恆星位置，數量比依巴谷多一萬倍，精確度亦是依巴谷衛星的一百倍。蓋亞衛星幾乎將整個銀河系裡接近百分之一的恆星編入星表，目前已以視差為基準，測定超過五千萬顆恆星的距離，不確定性少於百分之十。視差是天文學裡所有距離的基礎，因此亦是測量宇宙規模最堅實的基礎。

蓋亞衛星項目的初始星表已於公眾平台發放，有關的研究徹底改變了多個領域的天文學認知，並有望在任務結束之前（2025或之後），推出內容更加豐富、數量更加龐大、精確度更加高的星表。蓋亞衛星的宇宙普查，無論在數量還是質量上，在未來數十年內也無法被超越。

蓋亞衛星能夠測量恆星在天空上位置的微小變化，細如從香港望向北京，所見一絲頭髮的寬度；它亦能測量恆星在天空中的運動，可測的幅度比由地球望向月球，所見太空人頭髮生長的視速度還要小。蓋亞衛星卓越的表現，歸根於其獨有的設計，蓋亞衛星是由兩個不同指向的太空望遠鏡組成，所得影像然後再由單一的探測器組合起來。太空望遠鏡每六小時轉動一次，每當有恆星影像劃過探測器的一個定點時，便會將精確的測量數據送回地球。

為甚麼精確的天體測量學如此重要？這是因為它提供了天體的位置、速度及距離等基本數據，為現代天文學及天體物理學裡幾乎所有的分支奠下基石。恆星與地球精確的距離，讓我們能夠測量它們的絕對光度，繼而為恆星的內部物理過程，如簡併星的內部結晶，提供高敏感度的測量。恆星空間分佈中的小規模不均勻性，提供了一個被破壞的恆星團的一瞥，也許類似於太陽誕生的地方。透過測量恆星的速度，我們能推斷出它們的銀心軌道，繼而獲得銀河系的形成歷史和神秘暗物質在銀河系裡分佈的線索。

蓋亞衛星正在探測很久以前被銀河系瓦解的小型伴星系之殘骸，以及銀盤裡恆星分佈的不規則性，這有可能反映出最近倖存的伴星系或看不見的暗物質團的干擾。蓋亞衛星的測量數據讓我們能夠首次確定遙遠星團和矮星系的軌道。蓋亞衛星將會提供大量輔助性的天文觀測數據，包括十億顆恆星的全天多色測光普查、數百萬顆恆星的視向速度、數十萬顆變星的光變曲線、數千顆太陽系外行星的發現和測量、仔細程度前所未見的小行星及其它小型太陽系天體的普查、紀錄數十萬顆遙遠類星體的統一星表，以及對愛因斯坦重力理論嶄新而嚴格的測試。

依巴谷衛星和蓋亞衛星的成功有賴許多人在過去半個世紀的共同努力。邵逸夫獎表彰其中二人，他們均為這兩項任務作出持續且關鍵的科學貢獻。萊納特·林德格倫在依巴谷衛星的設計上提出許多構想。他是負責分析依巴谷衛星數據的兩個獨立團隊中其中一隊的主管，亦是依巴谷衛星科學團隊和蓋亞衛星科學團隊的成員，先後在任時間各達二十多年。

邁克爾·佩里曼在1981至1997年期間擔任依巴谷衛星的項目科學家，同時期出任依巴谷衛星科學團隊的主席，並且是1997年一份描述依巴谷星表的論文的主要作者。佩里曼亦在1995至2008年間擔任蓋亞衛星的項目科學家，1995至2000年間擔任蓋亞衛星科學諮詢小組主席，並在2001至2008年間擔任蓋亞衛星科學團隊的主席。林德格倫和佩里曼在九十年代提出蓋亞衛星的構想，在其科學及技術上的設計扮演著重要角色。

【圖：隆德大學及歐洲太空總署；文：節錄自邵逸夫獎基金會2022年5月24日新聞公佈】