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只是發現了一顆星,憑什么得了諾貝爾獎?-鄭州小程序開發

夢之網科技?2019-10-09?文章動態?

他們的得獎多少有些突然,讓很多天文學家都沒有心理準備,在我的心中,諾獎他們是遲早能獲得的,只不過來的比預想中早了一些。可能這也是諾獎評委會為了激勵系外行星和外星生命探索,同時讓公眾更多了解這一領域的方式。

2019年的諾貝爾物理學獎于10月8日公布,有一半的獎金歸屬了一對師徒——瑞士的天文學家Michel Mayor和Didier Queloz。

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 從左往右,第二位和第三位就是這對幸運的師徒啦(圖片來源:https://www.nobelprize.org)

頒獎詞說,授予他們諾獎,是為了表彰他們“發現了一顆圍繞類太陽恒星運行的系外行星”。只看這句話,我想很多人可能會有疑惑,發現一顆系外行星也能拿諾獎?別想糊弄我,我可是清清楚楚記得,光NASA的Kepler望遠鏡就找到了幾千顆啊!非也非也,能拿諾獎,當然憑的是真本事,就讓我們一起看一下,憑什么這師徒二人能夠獲得諾獎青睞吧。

1.首先,他們研究的是什么?

在頒獎詞里我們已經知道了,這二位研究的是圍繞類太陽恒星的系外行星。

我們在宇宙中是否唯一,是人類從仰望星空開始就在不斷追問的問題,在太陽系之外的宇宙中,是否還有其他行星存在,也是一些歷史偉人們經常思考的問題。

早在16世紀,布魯諾在《論無限的宇宙和世界》中就提出了他對于系外行星的預言。他認為天空中的恒星,應該都像我們的太陽一樣,它們的周圍也會環繞著行星,而這些行星也可以孕育自己的生命。18世紀時,牛頓在他的曠世名作《自然哲學的數學原理》一書中提到了同樣的可能性。通過與太陽周圍行星類比,牛頓的腦海中浮現出的,是其他恒星周圍類似太陽系一樣行星環繞的場景。

所以說,類太陽恒星周圍的系外行星,就是如上面兩位偉人所想的那樣,在夜空中像太陽一樣的其他亮星周圍,也有行星在繞轉,組成其他的“太陽系”。

2.他們如何找系外行星?巧妙的方法,幸運的顏色

由于行星自身不發光,所以我們很難直接在其他恒星周圍找到可能存在的系外行星,這時候牛頓的萬有引力定律又可以來幫忙了。行星自身的質量使得行星和恒星圍繞著他們共同的質量中心在轉動,那么在地球上的望遠鏡,就有可能看到行星引力對于恒星的影響,行星讓恒星在天空中輕輕“搖擺”。在視線方向上,恒星受行星引力作用,時而遠離時而靠近我們,這種細微的搖擺反應在光譜上,就會造成恒星光譜整體不斷的紅移和藍移。我們稱這種探測系外行星的方法為視向速度法。通過這一方法可以估算系外行星的質量這一重要參數。

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 視向速度法示意圖

當時國際上的幾個小組就是通過這種方法,長期監測天上的一批恒星,期待發現潛在的系外行星對恒星光譜造成的速度變化,從而奪取這個領域的第一。這其中就包括Mayor和Queloz師徒,他們利用的是位于法國上普羅旺斯天文臺的一臺2米的望遠鏡和它所攜帶的當時最先進的光譜分析設備。

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 Mayer(右)和Queloz(左)在發現飛馬座51b的望遠鏡前

這臺望遠鏡被涂成了紅色,這個中國人眼中的幸運色,也給瑞士人帶來了好運。

3.他們找到了什么?一顆不可思議的系外行星!

功夫不負有心人,師徒二人長期監測繪制出的視向速度曲線,顯示飛馬座51周圍存在一個質量至少有半個木星這么重的天體,每4天繞轉一圈。

但這一發現卻令師徒二人困惑不已。

要知道,太陽系中距離太陽最近的水星,公轉周期也要88天。這個天體質量巨大卻離它的太陽如此之近。他們在一個佛羅倫薩的學術會議上介紹了這個令人不可思議的發現,并尋求其他天文學家的幫助。

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 Marcy(右)和Butler(左)在Lick望遠鏡前

與此同時,美國的天文學家Geoffrey Marcy和Paul Butler,也在利用加州大學的望遠鏡做著同樣的工作。當得知瑞士同行的發現時,他們也把自己的望遠鏡對準了飛馬座51,并且得到了相似的視向速度變化曲線。此外,他們還對自己之前觀測的其他恒星數據進行再次分析,又找到了一些類似的信號——巨大的質量、較小的周期。

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