系外行星终获诺奖,人类不孤单
发布时间:2019-10-09
出品:科普中国
制作:中日精英大学联合会
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  2019108日,2019年度诺贝尔物理学奖授予了三位天体物理学家,以奖励他们在扩展人类对于宇宙认识方面做出的突出贡献。其中,两位获奖者以系外行星的发现而斩获桂冠。这两位获奖者其实是师徒关系。迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)是(Michel Mayor)米歇尔·麦耶指导的研究生。师徒同时获奖,也算是诺奖历史上的一段佳话了。 

2019年诺贝尔物理学奖三位得主(图片来源:https://www.nobelprize.org 

    

  人类1995年才找到第一颗绕太阳型恒星运行的系外行星 

  如今,相信大多数的人都认为人类并非宇宙中唯一的智慧生物,然而,有件事可能会超出你的常识范畴——人类最早发现围绕太阳型恒星运行的系外行星其实是在1995年,而笔者彼时已经是一位十岁的少年了。 

人类发现的第一颗围绕太阳型恒星运行的系外行星(图片来源见水印) 

    

  坦率的说,笔者最早了解到这件事的时候着实吃了一惊,毕竟在那时,哈勃已经升空5年,而苏梅克列维9号彗星一年之前才与木星天地大冲撞。 

  然而,事实是,在这两位获奖者于1995年发现围绕飞马座51b星的系外行星之前,人类还真没有直接观测到与地球类似的系外行星的证据,无论科学家或者普通人是如何确信这件事。所以,第一颗系外行星被发现的时间,可能比我们以为的要晚的多。 

  不过,需要特别指出的是,其实在1992年,波兰天文学家亚历山大·沃尔兹森就曾经发现了一颗系外行星,只不过这颗行星所处的环境与地球完全不同,他所围绕旋转的并非是类似太阳的恒星,而是一颗中子星。如果系外行星研究独立获奖,相信亚历山大·沃尔兹森很可能会有一席之地,然而由于本领域今年已有两位学者入围,亚历山大·沃尔兹森获得诺贝尔奖的可能性也基本归零了。 

    

  言归正传,什么是系外行星呢? 

  正如字面意思所言,系外行星就是太阳系外的行星。它们围绕着各自的恒星旋转,与地球和太阳的关系完全一样。 

  

系外行星想象图(图片来源:见图片水印) 

    

  夜空中大部分闪亮的天体是恒星,它们体积巨大,自身发生聚变反应,进而向周围宇宙空间辐射光热。而行星围绕恒星旋转,体积要小的多,且自身无法发光发热。我们能看到恒星是因为它们无时无刻不在放射光芒,而我们能看到行星是因为它们会反射恒星的光亮。 

    

  麦耶和奎洛兹是怎样发现系外行星的? 

  两位科学家并非直接观察行星,而是将目标对准行星围绕的恒星。他们发现恒星的颜色存在周期性的变化,这与其周围存在的引力源有关,他们认为这是行星围绕恒星运动过程中二者间的作用结果。 

  在他们公布观测结果后仅仅6天,美国天文学家杰佛瑞·马西(Geoffrey W. Marcy)就观测到了这颗行星的存在。同样遗憾的是,虽然杰佛瑞·马西在寻找系外行星方面功绩彪炳(他和他的合作者总共发现了人类目前已知的100余颗系外行星中的70多颗),他也在事实上失去了获诺奖的可能。 

    

  这颗系外行星有哪些特殊之处? 

第一颗绕太阳型恒星运行的系外行星与太阳系行星的对比(图片来源:NASA 

    

  这颗行星与其围绕着的飞马座51b星间距离非常近,以太阳系作比较的话,这颗行星的轨道甚至比水星还靠内。由于距离接近,这颗行星的公转周期只有101个小时,也就是说这颗行星上的一年还不到5天。其次,这颗行星的质量大约是木星的一半,与之特征类似的太阳系行星(公转周期如此短且质量如此大)完全不存在。可想而知,这颗行星所处的环境将极为严酷,生命存在的可能性微乎其微,不过这也从一个侧面反应了宇宙中空间环境的多样性。 

    

  发现系外行星对于人类有何意义? 

  学术意义而言,系外行星的发现为天文学家提供了可以借鉴的研究方法,从新的角度为人类开启了一扇认识宇宙的大门。 

  

图片来源:见图片水印 

  长远来说,人类的终极目标将是星辰大海,我们的足迹将会踏上月球火星,并且最终在未来的某个时间冲出太阳系。系外行星的搜寻和研究,或许是在为数千年后的人类寻找安身之所。 

关闭