今年诺贝尔物理学奖又属于天体物理
发布时间:2019-10-09
出品:科普中国
制作:苟利军(中国科学院国家天文台)
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  刚刚教完课,还在回程路上,就被三位天文学家获得2019年物理学诺奖的消息包围。天体物理拿下这一奖项对于很多此前的预测来说,绝对属于集体翻车。 

  三位获得诺奖的人分别是詹姆斯·皮伯斯(James Peebles)、米歇尔·梅厄(Michel Mayor)和迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)。皮伯斯获奖的理由是物理宇宙学的理论研究,而另外两位因发现第一个围绕类日恒星运行的系外行星而获奖。 

就是他们了!2019诺贝尔物理学奖得主(图片来源:https://www.nobelprize.org) 

    

  本来分别有可能获奖的领域,现在同时获奖,的确有些让人意外。不过也是意外而自然。 

  在天文学界,皮伯斯的名字是如雷贯耳,可以说是宇宙学领域内的先驱性人物。自从1970年以来,他被广泛认为是世界领先的理论宇宙学家。在这期间,他主要对原始核合成,暗物质,宇宙微波背景和结构形成等领域做出了理论贡献。对于宇宙学领域,笔者了解有限,仅仅读过他写的书,听过他讲的报告,所以在这里就不多述了。之前笔者曾经在很多场合听到过众人谈论皮伯斯有望得奖的可能。俗话说,只要活得久就有可能,今年84岁的皮伯斯终于等到了。 

    

  老爷子还为我们带来了鸡汤——“奖项虽然也很重要,但要因为热爱搞科研才行啊!” 

  而对于梅厄和奎洛兹,笔者平常对于这个系外行星领域比较关注,所以也是多一些了解。 

右侧是Michel Mayor,左侧是他的学生Didier Queloz(图片来源:ESO) 

    

  自从天文学家帮助我们认识到宇宙及其广袤之后,一个很自然的问题就出现了。 

  宇宙这么大,除了地球,还有其他地方有生命存在吗?或者说,有没有其它的星球适合于生命的存在? 

  所以寻找适宜的系外行星就是天文学家的一个目标,也是在帮助未来的人类做着未雨绸缪的事情。 

  寻找地外行星的工作从上世纪80年代开始发展,终于在90年代的时候,取得了突破。此次获奖的两位都是瑞士的天文学家,还是一对师生。他们为寻找太阳系之外的行星做出了开创性的工作,在1995年的时候,他们提出了一种叫做视向速度法的方法,在飞马座51恒星周围发现了一颗轨道周期为4.2天的行星,这就是我们现在熟知的飞马座51b(命名方式就是从内自外,按照字母顺序b开始)。 

 

图片来源见水印 

    

  这次探测,真正在意义上开启了人类探测系外行星的时代。 

  其实,这里值得一提的还有两位科学家,一位是美国旧金山州立大学的天文学家杰佛瑞·马西(Geoffrey Marcy)。他在梅厄和奎洛兹发布结果的6天后,也就是10月12日,就带领团队确认了这个行星,并在不久后又相继发现了围绕类太阳恒星转动的第2和第3颗行星。梅厄和Marcy的团队,而在此之后分别由继续发现了百余颗行星,这为之后深入研究系外行星提供了很多的可靠的统计信息。他们也引领了系外行星探测的“潮流”,所使用的视向速度法也成为当时的主流探测方法之一。现在寻找系外行星最重要的方法是凌星法,之后通常用视向速度法再验证。到目前为止,在开普勒卫星的帮助之下,科学家们已经确认了将近4000颗系外行星,而还有四千多颗等待确认,让我们意识到很多的希望系外行星系统和我们的太阳系差别很大,更多的行星比我们地球要大一些,超级地球就是在那样的情形之下提出来的。 

  梅厄和Marcy还在2005年的时候共同分享了素有东方诺贝尔之称的邵逸夫奖。说到这里,或许大家会有点疑惑,为什么这次Marcy没有获得诺贝尔奖的青睐呢?除了工作成果的重要性,还不得不提到,在几年前的时候,Marcy因为骚扰女学生而被学校开除,很自然地,已经与诺奖无缘了。 

  说回来今年的诺奖,虽然很多人对天体物理的获奖表示意外,但对于系外行星的获奖,其实很是自然的。笔者在2015年接受采访的时候,就曾看好它当年会得奖,不过时隔4年,这个领域喜获诺奖,也算是不算长。 

  说到第一颗系外行星,还需要说明的一点是,通常我们会说人类发现的第一颗系外行星是1995年找到的飞马座51b。但其实,如果不看中心天体的类型的话,第一颗系外行星应该是在中子星周围周围发现的。 

  那是1992年,波兰天文学家、美国宾夕法尼亚州立大学教授亚历山大·沃尔兹森(Aleksander Wolszczan)和当时正在美国国立射电天文台做博士后的戴尔·费雷欧(Dale Frail)宣布发现了围绕毫秒脉冲星PSR 1257+12旋转的两颗行星。 

围绕中子星旋转的行星想象图(图片来源:https://www.illustration-scientifique.com) 

    

  这一系统到1994年时被沃尔兹森确认。然而,一方面,在中子星周围发现的系外行星的数目非常有限,另一方面,中子星周围环境极其特殊和极端,和地球的环境相差太大,对于我们了解地外生命并没有太大的帮助。不仅如此,当时探测所使用的方法“脉冲计时法”,也存在很大的局限性。 

  因此,人们往往会把“人类发现的第一颗系外行星”这一桂冠戴到飞马座51b的头上。但准确地说,飞马座51b是人类发现的第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星。 

  总而言之,此次获奖,皮伯斯作为一个理论天文物理学家,帮助我们更加深入地了解了宇宙的演化历程,而梅厄和奎洛兹作为天文学家,通过观测的方式帮助我们打开了一个更广阔的系外行星的世界,让我们在太阳系之外看到我们的地球的影子。 

  感谢他们,推进了人类所能认知的疆域,让我们看到更广阔的的宇宙! 

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