盖亚太空望远镜的主要目标是：
要了解更多关于银河系的起源和演变的信息，创建一个包含10亿颗恒星的3D地图。
通过观察恒星的运动来探测类型木星大小的行星，这些行星可能受到轨道行星牵引影响的恒星，范围大概在150光年内。
观测褐矮星，或“失败的恒星”，褐矮星体积和质量不够大，无法开始核聚变。
寻找整个太阳系的小行星，范围包括地球附近、到火星和木星之间的小行星带、到海王星以外的物体的冰冷区域（称为柯伊伯带）。
在达到最大亮度之前寻找爆炸的恒星（超新星）。
测试爱因斯坦的广义相对论，例如通过观察大质量物体的引力如何扭曲光线。
使命亮点
盖亚太空望远镜于2013年12月发射后，于2014年2月拍摄了第一张照片。观测了大型Magellenic星云中的一组恒星。虽然盖亚太空望远镜任务仍处于早期阶段，但2014年11月发布的一项研究表明，盖亚太空望远镜可以找到7万颗新行星。但最终的数字可能需要数年才能揭晓，分析盖亚太空望远镜的数据还需要一定时间。
盖亚太空望远镜在2016年9月发布的第一份数据，包括14个月的观测，这些数据描绘了大约1,114,200,000颗恒星的位置和亮度。 ESA表示，数据还包括超过200万颗恒星的距离和运动情况。第一次数据发布引发了一系列基于盖亚太空望远镜的研究工作。
例如，在2017年，盖亚太空望远镜发布的数据揭示了一些有趣的天文现象。一个以前看不见的星团，这个星团很大（30光年宽）而且很明亮，但隐藏在一颗天狼星的后面。
2017年，盖亚太空望远镜跟踪研究了六颗超高速恒星，这些恒星的运动可能受到了暗物质的影响，暗物质构成了宇宙质量的大部分。它还协助观察MU69小行，这是2015年由冥王星飞行的新地平线号探测器的下一个目标。（新地平线号探测器将于2019年1月1日乘MU69飞行。）2017年底，盖亚太空望远镜发现了一颗名为Gliese 710的恒星，这颗恒星会扰乱奥尔特云中物体的路径，导致彗星远离太阳系。
2018年初，天文学家称，盖亚太空望远镜对恒星运动的精确观测将有助于研究土星轨道以外的一个小环状天体，该天体目前被称为查里克洛。从地球的角度来观测，查里克洛会从一颗恒星表面经过。通过观测该天体遮挡恒星光线的现象，有助于科学家更好地理解环的结构。要做到这一点，科学家需要确切知道恒星的位置，盖亚太空望远镜可以提供协助。
另外，在2018年3月的数据中，盖亚太空望远镜协助地球观测了海王星最大的卫星特里顿。
2018年5月，盖亚的最新数据涵盖了近17亿颗全彩星。虽然该数据集的结果仍在进行解析，但初步结果显示，北天御夫座内的一颗恒星--御夫座ε存在着奇怪的变暗和亮光。
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