最初取名GAIA（Globe Astrometric Interferometers for Astrophysics）是因为1993年提交的初始建议方案为3组斐索干涉仪结构，后续研究改为类似依巴谷天体测量卫星的结构和原理，即通过卫星旋转扫描，两个夹角106.5°的视场连续测量天体的一维坐标[亮于13等的目标，以及一些用于校准和确定卫星姿态的目标（暗于13等）有两维观测坐标]，大量一维坐标组合求解给出目标的天体测量参数，并加入了分光设备，遂改称为Gaia。依巴谷卫星原理与最新技术结合，Gaia的观测精度、星数、极限星等将有几个数量级的提高：相比依巴谷卫星，Gaia卫星将在恒星位置精度上提高50至100倍，在观测目标的数量上提高10000倍。

Gaia的光学系统为两个口径1.4×0.5m，焦距35m的反射式望远镜，反射镜安装在一个直径3.5m的环形基座上（图1），光束组合器M4/M'4将两个视场的图像投射到共同的焦面上。焦面有106个CCD组成的面阵（图2）。测光通过2个低色散无缝棱镜分光仪和红（330～680nm）、蓝（640～1050nm）光度计及专用CCD，视向速度用无缝光栅视向速度光谱仪测量（λ/Δλ=10⁴，λ≈847～874nm）。

图1 Gaia的光学系统

图2 Gaia的焦面CCD组成

卫星以1°/分钟的角速度绕自转轴旋转。自转轴与太阳方向的夹角为45°，并以63天的周期绕太阳进动（图3）。垂直于自转轴的两个望远镜视场连续扫描，每个天体观测几十至250次不等，平均观测72次。

图3 Gaia的扫描方式

Gaia计划观测极限星等V=20.7的10亿个天体，给出它们的精确位置、自行、视差、视向速度以及亮度、光谱分类等物理特性。通过50万个类星体的观测（此为Gaia DR2数据，2020年12月3日发布的EDR3数据超150万颗类星体），构成Gaia光学参考架，并通过其中几百颗^[注]具有光学亮度强的河外射电源连接到国际天球参考系（ICRS）。预期的天体测量参数精度为：（单位μas）

Gaia的首要科学目标是建立精确的3D银河系图像，验证各种银河系形成理论及恒星形成和演化理论，阐明银河系的起源和演化历史，以及利用对恒星分布和运动的精确测量帮助我们了解分布在银河系周围的暗物质。此外，还将观测大量特殊天体，发现和证认数万颗棕矮星、白矮星和超新星；发现数万颗系外行星并测定它们的轨道；测量从近地到柯伊伯带的几万颗小行星以及发现的彗星的轨道；通过测量太阳和大行星引力场引起的光线偏转，检验爱因斯坦广义相对论。

Gaia于2013年12月19日发射成功，进入日地拉格朗日点L2的利萨茹（Lissajous）轨道。计划工作5年，可能延长至2022年甚至2024年，总计达10年的观测。

2016年9月，Gaia发布了第一批观测结果，包括11亿个源的位置和G星等，200万颗Tycho2-Gaia共同星的位置、自行、视差，南银极附近的3000颗造父变星和天琴座RR型变星的G波段光变曲线和特征。

2018年4月Gaia发布了第二批观测结果，包含超过16.9亿颗恒星的位置及亮度信息、13.3亿颗恒星的视差和自行数据、约13.8亿颗恒星的颜色、超过七百万颗恒星的视向速度、55万个变源数据等。

最终星表预期2024年甚至更往后完成。

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