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只是发现了一颗星,凭什么得了诺贝尔奖?-郑州小程序开发

梦之网科技2019-10-09文章动态

他们的得奖多少有些突然,让很多天文学家都没有心理准备,在我的心中,诺奖他们是迟早能获得的,只不过来的比预想中早了一些。可能这也是诺奖评委会为了激励系外行星和外星生命探索,同时让公众更多了解这一领域的方式。

2019年的诺贝尔物理学奖于10月8日公布,有一半的奖金归属了一对师徒——瑞士的天文学家Michel Mayor和Didier Queloz。

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 从左往右,第二位和第三位就是这对幸运的师徒啦(图片来源:https://www.nobelprize.org)

颁奖词说,授予他们诺奖,是为了表彰他们“发现了一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星”。只看这句话,我想很多人可能会有疑惑,发现一颗系外行星也能拿诺奖?别想糊弄我,我可是清清楚楚记得,光NASA的Kepler望远镜就找到了几千颗啊!非也非也,能拿诺奖,当然凭的是真本事,就让我们一起看一下,凭什么这师徒二人能够获得诺奖青睐吧。

1.首先,他们研究的是什么?

在颁奖词里我们已经知道了,这二位研究的是围绕类太阳恒星的系外行星。

我们在宇宙中是否唯一,是人类从仰望星空开始就在不断追问的问题,在太阳系之外的宇宙中,是否还有其他行星存在,也是一些历史伟人们经常思考的问题。

早在16世纪,布鲁诺在《论无限的宇宙和世界》中就提出了他对于系外行星的预言。他认为天空中的恒星,应该都像我们的太阳一样,它们的周围也会环绕着行星,而这些行星也可以孕育自己的生命。18世纪时,牛顿在他的旷世名作《自然哲学的数学原理》一书中提到了同样的可能性。通过与太阳周围行星类比,牛顿的脑海中浮现出的,是其他恒星周围类似太阳系一样行星环绕的场景。

所以说,类太阳恒星周围的系外行星,就是如上面两位伟人所想的那样,在夜空中像太阳一样的其他亮星周围,也有行星在绕转,组成其他的“太阳系”。

2.他们如何找系外行星?巧妙的方法,幸运的颜色

由于行星自身不发光,所以我们很难直接在其他恒星周围找到可能存在的系外行星,这时候牛顿的万有引力定律又可以来帮忙了。行星自身的质量使得行星和恒星围绕着他们共同的质量中心在转动,那么在地球上的望远镜,就有可能看到行星引力对于恒星的影响,行星让恒星在天空中轻轻“摇摆”。在视线方向上,恒星受行星引力作用,时而远离时而靠近我们,这种细微的摇摆反应在光谱上,就会造成恒星光谱整体不断的红移和蓝移。我们称这种探测系外行星的方法为视向速度法。通过这一方法可以估算系外行星的质量这一重要参数。

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 视向速度法示意图

当时国际上的几个小组就是通过这种方法,长期监测天上的一批恒星,期待发现潜在的系外行星对恒星光谱造成的速度变化,从而夺取这个领域的第一。这其中就包括Mayor和Queloz师徒,他们利用的是位于法国上普罗旺斯天文台的一台2米的望远镜和它所携带的当时最先进的光谱分析设备。

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 Mayer(右)和Queloz(左)在发现飞马座51b的望远镜前

这台望远镜被涂成了红色,这个中国人眼中的幸运色,也给瑞士人带来了好运。

3.他们找到了什么?一颗不可思议的系外行星!

功夫不负有心人,师徒二人长期监测绘制出的视向速度曲线,显示飞马座51周围存在一个质量至少有半个木星这么重的天体,每4天绕转一圈。

但这一发现却令师徒二人困惑不已。

要知道,太阳系中距离太阳最近的水星,公转周期也要88天。这个天体质量巨大却离它的太阳如此之近。他们在一个佛罗伦萨的学术会议上介绍了这个令人不可思议的发现,并寻求其他天文学家的帮助。

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 Marcy(右)和Butler(左)在Lick望远镜前

与此同时,美国的天文学家Geoffrey Marcy和Paul Butler,也在利用加州大学的望远镜做着同样的工作。当得知瑞士同行的发现时,他们也把自己的望远镜对准了飞马座51,并且得到了相似的视向速度变化曲线。此外,他们还对自己之前观测的其他恒星数据进行再次分析,又找到了一些类似的信号——巨大的质量、较小的周期。

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