2019年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)于10月8日公布，有一半的獎(jiǎng)金歸屬了一對(duì)師徒——瑞士的天文學(xué)家Michel Mayor和Didier Queloz。?

從左往右，第二位和第三位就是這對(duì)幸運(yùn)的師徒啦

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　　頒獎(jiǎng)詞說(shuō)，授予他們諾獎(jiǎng)，是為了表彰他們“發(fā)現(xiàn)了一顆圍繞類太陽(yáng)恒星運(yùn)行的系外行星”。只看這句話，我想很多人可能會(huì)有疑惑，發(fā)現(xiàn)一顆系外行星也能拿諾獎(jiǎng)？別想糊弄我，我可是清清楚楚記得，光NASA的Kepler望遠(yuǎn)鏡就找到了幾千顆?。》且卜且?，能拿諾獎(jiǎng)，當(dāng)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(jiǎng)青睞吧。?

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　　1. 首先，他們研究的是什么？?

　　在頒獎(jiǎng)詞里我們已經(jīng)知道了，這二位研究的是圍繞類太陽(yáng)恒星的系外行星。?

　　我們?cè)谟钪嬷惺欠裎ㄒ?，是人類從仰望星空開(kāi)始就在不斷追問(wèn)的問(wèn)題，在太陽(yáng)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(jīng)常思考的問(wèn)題。?

　　早在16世紀(jì)，布魯諾在《論無(wú)限的宇宙和世界》中就提出了他對(duì)于系外行星的預(yù)言。他認(rèn)為天空中的恒星，應(yīng)該都像我們的太陽(yáng)一樣，它們的周圍也會(huì)環(huán)繞著行星，而這些行星也可以孕育自己的生命。18世紀(jì)時(shí)，牛頓在他的曠世名作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)中提到了同樣的可能性。通過(guò)與太陽(yáng)周圍行星類比，牛頓的腦海中浮現(xiàn)出的，是其他恒星周圍類似太陽(yáng)系一樣行星環(huán)繞的場(chǎng)景。?

　　所以說(shuō)，類太陽(yáng)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(yáng)一樣的其他亮星周圍，也有行星在繞轉(zhuǎn)，組成其他的“太陽(yáng)系”。?

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　　2.他們?nèi)绾握蚁低庑行牵壳擅畹姆椒?，幸運(yùn)的顏色?

　　由于行星自身不發(fā)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(shí)候牛頓的萬(wàn)有引力定律又可以來(lái)幫忙了。行星自身的質(zhì)量使得行星和恒星圍繞著他們共同的質(zhì)量中心在轉(zhuǎn)動(dòng)，那么在地球上的望遠(yuǎn)鏡，就有可能看到行星引力對(duì)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(shí)而遠(yuǎn)離時(shí)而靠近我們，這種細(xì)微的搖擺反應(yīng)在光譜上，就會(huì)造成恒星光譜整體不斷的紅移和藍(lán)移。我們稱這種探測(cè)系外行星的方法為視向速度法。通過(guò)這一方法可以估算系外行星的質(zhì)量這一重要參數(shù)。?

視向速度法示意圖?

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　　當(dāng)時(shí)國(guó)際上的幾個(gè)小組就是通過(guò)這種方法，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)天上的一批恒星，期待發(fā)現(xiàn)潛在的系外行星對(duì)恒星光譜造成的速度變化，從而奪取這個(gè)領(lǐng)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(guó)上普羅旺斯天文臺(tái)的一臺(tái)2米的望遠(yuǎn)鏡和它所攜帶的當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的光譜分析設(shè)備。?

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Mayer（右）和Queloz（左）在發(fā)現(xiàn)飛馬座51b的望遠(yuǎn)鏡前?

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　　這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡被涂成了紅色，這個(gè)中國(guó)人眼中的幸運(yùn)色，也給瑞士人帶來(lái)了好運(yùn)。?

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　　3.他們找到了什么？一顆不可思議的系外行星！?

　　功夫不負(fù)有心人，師徒二人長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)繪制出的視向速度曲線，顯示飛馬座51周圍存在一個(gè)質(zhì)量至少有半個(gè)木星這么重的天體，每4天繞轉(zhuǎn)一圈。?

　　但這一發(fā)現(xiàn)卻令師徒二人困惑不已。?

　　要知道，太陽(yáng)系中距離太陽(yáng)最近的水星，公轉(zhuǎn)周期也要88天。這個(gè)天體質(zhì)量巨大卻離它的太陽(yáng)如此之近。他們?cè)谝粋€(gè)佛羅倫薩的學(xué)術(shù)會(huì)議上介紹了這個(gè)令人不可思議的發(fā)現(xiàn)，并尋求其他天文學(xué)家的幫助。?

Marcy（右）和Butler（左）在Lick望遠(yuǎn)鏡前?

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　　與此同時(shí)，美國(guó)的天文學(xué)家Geoffrey Marcy和Paul Butler，也在利用加州大學(xué)的望遠(yuǎn)鏡做著同樣的工作。當(dāng)?shù)弥鹗客械陌l(fā)現(xiàn)時(shí)，他們也把自己的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)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(duì)自己之前觀測(cè)的其他恒星數(shù)據(jù)進(jìn)行再次分析，又找到了一些類似的信號(hào)——巨大的質(zhì)量、較小的周期。?

　　美國(guó)人獨(dú)立觀測(cè)的數(shù)據(jù)，從側(cè)面證實(shí)了瑞士人的發(fā)現(xiàn)，才最終促成了飛馬座51b這“第一顆類太陽(yáng)恒星周圍的系外行星”的頭銜。1995年11月， Mayor和當(dāng)時(shí)還是他博士生的Queloz在《自然》雜志發(fā)表文章，正式宣布他們首次在類太陽(yáng)恒星——飛馬座51周圍，發(fā)現(xiàn)了系外行星——飛馬座51b。?

飛馬座51b基本信息?

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　　對(duì)于像飛馬座51b這種大質(zhì)量短周期的系外行星，由于距離恒星很近所以表面溫度極高，天文學(xué)家也給了它們一個(gè)形象的名字——熱木星。?

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　　4.聽(tīng)說(shuō)第一顆系外行星不是他倆發(fā)現(xiàn)的？憑啥還能拿諾獎(jiǎng)？?

　　的確，天文學(xué)家一直在不斷尋找太陽(yáng)系之外的行星。?

　　1992年，射電天文學(xué)家Aleksander Wolszczan 和Dale Frail在脈沖星PSR 1257+12周圍發(fā)現(xiàn)的兩顆系外行星，才是人類首次發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系外行星。?

脈沖星PSR 1257+12系外行星系統(tǒng)示意圖?

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　　但是，脈沖星是高速自轉(zhuǎn)的中子星，中子星是一些大質(zhì)量恒星死亡的產(chǎn)物，它的密度大到在一個(gè)指甲蓋大小的體積內(nèi)，就集中了數(shù)噸的重量。又因?yàn)槊}沖星有強(qiáng)磁場(chǎng)，一直在高速轉(zhuǎn)動(dòng)并不斷向外發(fā)出周期性強(qiáng)輻射。這樣嚴(yán)酷的環(huán)境，周圍存在的系外行星肯定跟我們的地球相去甚遠(yuǎn)。?

　　考慮到我們尋找系外行星的目的，還是希望能發(fā)現(xiàn)宇宙中其他的生命，因此，雖然這兩顆系外行星創(chuàng)造了人類第一次，但顯然科學(xué)家還是更希望在跟太陽(yáng)類似的恒星周圍找到行星，而不是在一個(gè)死亡的大怪物旁邊。?

　　此外，發(fā)現(xiàn)這兩顆行星所使用的方法是精確的計(jì)時(shí)方法，這一方法發(fā)現(xiàn)的系外行星到目前為止也只有幾十顆，并不是尋找系外行星的主流方法。所以Wolszczan和Frail也就遺憾的與諾獎(jiǎng)失之交臂了。?

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　　5.美國(guó)天文學(xué)家的工作就晚了幾天，不重要嗎？為什么諾獎(jiǎng)沒(méi)有他們的名字？?

　　前文我們提到，飛馬座51b能夠拿下“第一顆類太陽(yáng)恒星周圍的系外行星”的頭銜，絕對(duì)離不開(kāi)美國(guó)天文學(xué)家Geoffrey Marcy和Paul Butler的工作。?

　　實(shí)際上，Marcy他們的工作確實(shí)重要。從那之后的數(shù)年內(nèi)，瑞士和美國(guó)這兩個(gè)小組領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，幾乎包攬了最初發(fā)現(xiàn)的幾百顆系外行星，其中美國(guó)人的發(fā)現(xiàn)還要更多一些。他們開(kāi)啟了未來(lái)30年系外行星探測(cè)的熱潮。?

　　在這一重要發(fā)現(xiàn)十年后的2005年，有著東方諾貝爾獎(jiǎng)之稱的邵逸夫獎(jiǎng)，也將天文獎(jiǎng)?lì)C給了Geoffrey Marcy和Michel Mayor，以表彰他們發(fā)現(xiàn)第一顆類太陽(yáng)恒星周圍系外行星的巨大貢獻(xiàn)。這在當(dāng)時(shí)也就意味著，如果不出意外，兩人很可能會(huì)在若干年后拿下諾貝爾獎(jiǎng)，當(dāng)時(shí)大家普遍推測(cè)未來(lái)美國(guó)人和瑞士人會(huì)平分諾貝爾獎(jiǎng)。?

　　可是意外還是到來(lái)了，十年一個(gè)輪回，2015年，學(xué)術(shù)上無(wú)比出色的Geoffrey Marcy，被爆出了性騷擾丑聞而名聲掃地，更是被所在的加州大學(xué)伯克利分校開(kāi)除。不知道這跟他最早使用的望遠(yuǎn)鏡被刷成黃色是否有關(guān)系……但顯然諾貝爾獎(jiǎng)已經(jīng)不可能再有他的名字。?

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　　6、說(shuō)來(lái)說(shuō)去，發(fā)現(xiàn)這顆系外行星的意義究竟在哪？?

　　有人可能會(huì)說(shuō)了，就發(fā)現(xiàn)一顆系外行星，你也說(shuō)了，這顆星外號(hào)熱木星，離恒星很近，不宜居，我也不能搬家去那兒，不是說(shuō)諾獎(jiǎng)都要頒給為人類作出重大貢獻(xiàn)的人嗎？所以他倆到底是為啥拿了諾獎(jiǎng)呢？?

　　一句話：1995年飛馬座51b的發(fā)現(xiàn)，改變了人類對(duì)于行星形成認(rèn)知，也開(kāi)啟了系外行星研究的新時(shí)代。?

　　早已退休的Michel Mayor教授，依然還繼續(xù)著對(duì)系外行星的探索，他所領(lǐng)導(dǎo)的著名系外行星搜尋項(xiàng)目HARPS計(jì)劃，是目前世界上精度最高的視向速度探測(cè)器。?

　　他當(dāng)年的學(xué)生Didier Queloz，也已經(jīng)成為了劍橋大學(xué)的教授，并且活躍在系外行星前沿研究領(lǐng)域，領(lǐng)導(dǎo)著多個(gè)歐洲的地面和空間系外行星探測(cè)計(jì)劃。?

　　系外行星作為天體物理學(xué)領(lǐng)域的年輕分支，在近三十年來(lái)得到了蓬勃的發(fā)展。探測(cè)方法不斷革新，研究手段有了更長(zhǎng)足的進(jìn)步，研究?jī)?nèi)容也從最初的尋找行星確定基本性質(zhì)，到現(xiàn)在已經(jīng)可以深入研究行星大氣。?

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從圖中可以清楚看到，近二十年系外行星發(fā)現(xiàn)的數(shù)量急速上升?

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　　從1995年的第一顆，到現(xiàn)在的4000多顆，我們不僅僅知道了系外行星的存在，還知道了系外行星是在恒星周圍普遍存在的，這從一到多的過(guò)程，對(duì)于人類的認(rèn)識(shí)無(wú)疑是革命性的。?

　　從熱木星，到超級(jí)地球再到類地行星，我們已經(jīng)不僅僅可以發(fā)現(xiàn)大個(gè)頭的系外行星，還發(fā)現(xiàn)了更多與我們地球質(zhì)量大小類似的行星。更多地球兄弟姐妹的發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑也為我們帶來(lái)了更多的憧憬。從簡(jiǎn)單的測(cè)量行星周期質(zhì)量半徑，到現(xiàn)在可以探測(cè)到行星大氣上可能存在的水分子和氧分子，我們的觸手在一點(diǎn)點(diǎn)向系外生命靠近。?

　　因此，毫不夸張地說(shuō)，Mayor和Queloz的發(fā)現(xiàn)，開(kāi)啟了系外行星研究的新時(shí)代，使得系外行星成了當(dāng)今天文學(xué)中最活躍的研究領(lǐng)域之一。?

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　　寫在最后：?

　　但是系外行星領(lǐng)域畢竟還很年輕，還沒(méi)有出現(xiàn)類似找到另一個(gè)有生命星球這樣重磅的發(fā)現(xiàn)。他們的得獎(jiǎng)多少有些突然，讓很多天文學(xué)家都沒(méi)有心理準(zhǔn)備，在我的心中，諾獎(jiǎng)他們是遲早能獲得的，只不過(guò)來(lái)的比預(yù)想中早了一些。所以我想，可能這也是諾獎(jiǎng)評(píng)委會(huì)為了激勵(lì)系外行星和外星生命探索，同時(shí)讓公眾更多了解這一領(lǐng)域的方式。?

　　比所在研究領(lǐng)域的前輩獲獎(jiǎng)更令人開(kāi)心的是，未來(lái)大型的空間地面望遠(yuǎn)鏡，將用更先進(jìn)的設(shè)備進(jìn)一步深入細(xì)致地研究我們近鄰的系外行星，期待人類能夠有一天揭開(kāi)它們上面生命存在的奧秘。??