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一顆肉眼能看到的星星,怎就引出了一個諾貝爾物理學獎?-鄭州網站建設

夢之網科技?2019-10-10?文章動態?

麥耶與奎洛茲的工作首次證明了“徑向速度法”是可以用來搜尋系外行星的。

撰文 | 王善欽

北京時間2019年10月8日晚間,2019年度的諾貝爾物理學獎公布。今年的物理諾獎被分為兩部分:著名宇宙學家吉姆·皮伯斯(James Peebles,1935-)得到其中一半;著名“系外行星”專家米歇爾·麥耶(Michel Mayor,1942-)和迪迪埃·奎洛茲(Didier Queloz,1966-)分享另外一半。

一顆肉眼能看到的星星,怎就引出了一個諾貝爾物理學獎?-鄭州網站建設

2019年諾貝爾物理學獎得主 | 諾獎官網

這個消息出來后,很多天文圈子里的人覺得有些驚訝,因為宇宙學和系外行星是兩個很不相同的領域。不過,我們可以這么想:宇宙學告訴我們從哪里來,系外行星科學告訴我們可以到哪里去:以后地球不適應生存了,就可以考慮搬到“太陽系外的行星”——“系外行星”——上去。

麥耶與奎洛茲獲獎的原因是:他們發現天上的一顆星星在擺動,然后根據擺動的速度大小確定出這顆星星周圍有一顆類似于木星的行星在繞著這顆星轉動——就像我們的地球繞著太陽轉動。

讓麥耶與奎洛茲獲得諾貝爾獎的那顆星星,名為“飛馬座51”(51 Pegasi),在天空中位于仙女座(Andromeda)下方的飛馬座(Pegasus)里。它距離地球51光年,意味著以每秒30萬千米的速度跑,需要跑51年才可以到達這顆星。

“飛馬座51”是5等星。人眼能夠看到的最暗星是6等星,5等星的亮度是6等星的2.5倍。所以你只要在一個晴朗的秋季夜晚,到一個沒有燈光污染的地方,不借助望遠鏡就可以看到飛馬座與仙女座的4顆明亮星星構成的一個四邊形,四邊形右邊那顆小星星就是那顆讓人拿到諾貝爾獎的星星——飛馬座51,它也可以用肉眼看到。這并不是我在想當然:中國古人稱飛馬座51為“室宿增一”,他們那時候可沒有望遠鏡。

一顆肉眼能看到的星星,怎就引出了一個諾貝爾物理學獎?-鄭州網站建設

圖中紅圈內部的黑點就是飛馬座51,旁邊所有光點也都是恒星 | Wikipedia

想想看,你在適當的條件下抬頭就可以用肉眼看到的這顆星星,居然也有一個類似于木星的行星繞著它轉,這是不是很神奇?它居然可以讓人拿到諾貝爾獎,是不是很激動?

在感到神奇與激動之后,你也許也想知道,為什么麥耶與奎洛茲看星星看出了個諾貝爾獎?他們給出那個結果的原理是什么?他們發現的這顆行星是人類發現的第一顆系外行星嗎?還有多少與這個話題有關的秘密?

系外行星的早期探索

人類早已從哲學或者宗教角度猜測宇宙中有大量類似于地球與太陽的系統,當時日心說尚未正式建立,地球被視為中心,太陽被視為繞著地球運轉的一顆火球。宗教徒與哲學家猜測宇宙中有很多“世界”,每個世界都有太陽繞著它們轉。

在哥白尼(Nikolaj Kopernik,1473-1543)系統建立日心說之后,第一個從科學角度猜測有“太陽系外的行星”的學者是布魯諾(Giordano Bruno,1548-1600)。他于1584年提出:天上的那些基本不動的星星——“恒星”——都是類似于太陽的天體,它們周圍也有類似于地球的行星圍繞它們轉動,這些行星自然就是太陽系外的行星,簡稱“系外行星”。

圍繞恒星運轉的行星,反射恒星光,我們可以看到太陽系內的行星,就是因為它們反射了太陽光。如果一顆遙遠的恒星周圍有行星,它反射恒星的光,我們似乎可以看到它們。

但實際上,要看到恒星附近的行星,是非常困難的,因為行星反射的光遠遠暗于恒星自身發出的光,就像在幾萬千米之外看螢火蟲在熊熊烈火旁邊飛舞,我們即使用望遠鏡看到了火堆,也很難看到螢火蟲。這使得人類長期以來無法搜尋到系外行星。

捕獵系外行星:觀測恒星顏色與亮度的變化

1952年,著名的恒星物理學家奧托·斯特魯維(Otto Struve,1897 -1963)首次建議:氣態巨行星會拽動恒星,使其顏色發生有規律的變化,可以據此計算出恒星朝著我們地球的運動速度——徑向速度;而且氣態巨行星可能會有規律地遮擋一部分傳播到地球上的恒星光。斯特魯維認為,可以用上面的兩個效應來判斷遠處恒星周圍是否有行星。斯特魯維的兩個想法有何依據?

首先,行星圍繞恒星運動時,恒星自身其實也在動,只是因為恒星質量比行星大得多,因此運動不明顯,我們就忽略恒星的運動了。但在某些情況下,這樣的運動是不可忽略的。比如,當行星質量很大而恒星質量比較小的時候,恒星的運動就比較顯著,明顯地與行星繞著共同的中心旋轉。

一顆肉眼能看到的星星,怎就引出了一個諾貝爾物理學獎?-鄭州網站建設

恒星會拽動行星,行星也會拽動恒星,二者繞著一個共同的點(質心)公轉 | Wikipedia

文章關鍵詞
恒星
系外行星
米歇爾·麥耶
迪迪埃·奎洛茲
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