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國家天文臺研究員詳解諾貝爾物理獎:人類有可靠辦法搜索系外行星-夢之網科技

夢之網科技?2019-10-08?文章動態?

國家天文臺研究員詳解諾貝爾物理獎:人類有可靠辦法搜索系外行星-夢之網科技

2019年諾貝爾物理學獎揭曉,授予三位天體物理學學者,分別是James Peebles、Michel Mayor以及Didier Queloz,以表彰他們為理解宇宙演化和地球在宇宙中的位置所作出的貢獻。

揭曉后,中國科學院國家天文臺星云計劃研究員李然在知乎撰文,詳解三位獲獎者的貢獻。

要點

11995年發現的飛馬座51b是第一顆這樣的行星,發現者是日內瓦大學的Michel Mayor(米歇爾·梅爾)和Didier Queloz(迪迪爾·奎洛茲)。這個發現意味著天文學家終于有了可靠的方法去搜索太陽系外的行星。

2James Peebles花大量時間探索了宇宙如何從微波背景的時代演化到今天。他也是冷暗物質理論最初的幾個提出者這一。在過去的40年里,人們一直認為Peebles值得獲得一個諾貝爾獎。

關于地外行星:

1781年以前,人類知道的大行星數目是5。1920年,這個數字艱難地增加到了8。但到了2016年11月,人類已經發現的行星數目增加到了3414,而且在急速地增長中。

新增加的行星來自太陽系外,尋找到這些行星絕非易事。我們可以考慮一下太陽系的情況。

地球的直徑只有太陽的百分之一,表面積是太陽的萬分之一。我們還記得“旅行者號”在飛出太陽系之前,曾經回眸對地球做過一個自拍。

在照片里,地球是一個非常暗淡的藍點,湮滅在太陽的光芒中,如果沒有人特別提示,觀察者幾乎辨認不出。

“旅行者號”當時距離太陽還遠遠不到1光年,而距離太陽最近的比鄰星就在4光年以外,更不用說其他恒星了。

不夸張地比喻,尋找其他恒星周圍的“地球”,就好像在大海中航行的水手試圖觀察遙遠的燈塔的光輝下的一只飛蟲那么困難。

20世紀末,天文學家終于在太陽以外的恒星周圍發現了第一批行星。1995年發現的飛馬座51b是第一顆這樣的行星,發現者是日內瓦大學的Michel Mayor(米歇爾·梅爾)和Didier Queloz(迪迪爾·奎洛茲)。

這個發現意味著天文學家終于有了可靠的方法去搜索太陽系外的行星。這個方法被稱作“視向速度法”。這個方法利用到光的多普勒移動效應, 如果光源相對觀測者移動,觀測者就會看到光線的頻率發生變化。

當一顆恒星向觀測者運動的時候,觀測者會看到恒星變得藍一些,當它遠離觀測者的時候,恒星會稍稍地變藍紅,如果一顆恒星和一顆行星組成一個雙星系統,它們都會繞著共同質量中心運動。

換句話說,行星會造成主星的速度波動,這種速度波動會產生可以觀測的多普勒頻移現象。地球上的觀測者一般是看不見暗淡的行星的,但卻可以看到恒星的顏色發生周期性的微小變化,從而確定行星的存在。通過視向速度方法,觀測者還可以估計行星的質量。

行星的質量越大,恒星的多普勒頻移就越明顯。最早發現的幾顆太陽系外行星都可以造成比較明顯的多普勒頻移現象。

例如,飛馬座51b可以造成它的主星產生一個50m/s的速度波動,這比木星對太陽的影響大得多。這是因為它距離主星非常近,只有日地距離的1/20。由于距離主星非常近,飛馬座51b的表面溫度可能達到1000攝氏度以上。

相比比較寒冷的木星,行星學家們稱這些靠近主星的大個子為熱木星。熱木星的存在絕非個例,今天發現的太陽系外行星列表中,大約有1/3的行星都可以被歸類為熱木星。

雖然這樣高的比例和它們容易被觀測有關,但也說明熱木星確實是在行星系統中廣泛存在的。至于它們的成因,則是另外一個至今火熱的話題。

關于宇宙:

James Peebles早在40年前就和諾貝爾獎擦肩而過。他是宇宙微波背景輻射的主要理論闡釋者。

今天的宇宙學理論認為,宇宙起源于一次沛莫能當的大爆炸。但我們能確認這件事情嗎? 在上世紀40年代末到50年初代,伽莫夫和他的學生發表了一系列文章,深入探討論如何尋找大爆炸在宇宙中留下的證據。

假設我們在今晚看到夜空中有一顆距離我們10光年的恒星死亡,爆發為超新星。我們需要提醒自己,這顆恒星實際上在10年前就已經死亡,只是它死亡時發出的光線今天正好傳播到地球。換句話說,當我們觀察越遠處的天體時,看到的是它越古老時期的樣子。我們能夠觀察到的宇宙的最遠的地方,那里的光線應該從宇宙誕生之初就徑直向我們傳播而來,今天剛好到達地球。在地球上,我們向任何一個方向看去,都應該能夠看到某個地方在宇宙誕生之初發出的光。

文章關鍵詞
物理
諾貝爾
系外行星
米歇爾·梅爾
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