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国家天文台研究员详解诺贝尔物理奖:人类有可靠办法搜索系外行星

时间:2019-10-09 04:38来源:网络整理 作者:管理员 点击:

国家天文台研究员详解诺贝尔物理奖:人类有可靠办法搜索系外行星

2019年诺贝尔物理学奖揭晓,授予三位天体物理学学者,分别是James Peebles、Michel Mayor以及Didier Queloz,以表彰他们为理解宇宙演化和地球在宇宙中的位置所作出的贡献。

揭晓后,中国科学院国家天文台星云计划研究员李然在知乎撰文,详解三位获奖者的贡献。

要点

1995年发现的飞马座51b是第一颗这样的行星,发现者是日内瓦大学的Michel Mayor(米歇尔·梅尔)和Didier Queloz(迪迪尔·奎洛兹)。这个发现意味着天文学家终于有了可靠的方法去搜索太阳系外的行星。

James Peebles花大量时间探索了宇宙如何从微波背景的时代演化到今天。他也是冷暗物质理论最初的几个提出者这一。在过去的40年里,人们一直认为Peebles值得获得一个诺贝尔奖。

关于地外行星:

1781年以前,人类知道的大行星数目是5。1920年,这个数字艰难地增加到了8。但到了2016年11月,人类已经发现的行星数目增加到了3414,而且在急速地增长中。

新增加的行星来自太阳系外,寻找到这些行星绝非易事。我们可以考虑一下太阳系的情况。

地球的直径只有太阳的百分之一,表面积是太阳的万分之一。我们还记得“旅行者号”在飞出太阳系之前,曾经回眸对地球做过一个自拍。

在照片里,地球是一个非常暗淡的蓝点,湮灭在太阳的光芒中,如果没有人特别提示,观察者几乎辨认不出。

“旅行者号”当时距离太阳还远远不到1光年,而距离太阳最近的比邻星就在4光年以外,更不用说其他恒星了。

不夸张地比喻,寻找其他恒星周围的“地球”,就好像在大海中航行的水手试图观察遥远的灯塔的光辉下的一只飞虫那么困难。

20世纪末,天文学家终于在太阳以外的恒星周围发现了第一批行星。1995年发现的飞马座51b是第一颗这样的行星,发现者是日内瓦大学的Michel Mayor(米歇尔·梅尔)和Didier Queloz(迪迪尔·奎洛兹)。

这个发现意味着天文学家终于有了可靠的方法去搜索太阳系外的行星。这个方法被称作“视向速度法”。这个方法利用到光的多普勒移动效应, 如果光源相对观测者移动,观测者就会看到光线的频率发生变化。

当一颗恒星向观测者运动的时候,观测者会看到恒星变得蓝一些,当它远离观测者的时候,恒星会稍稍地变蓝红,如果一颗恒星和一颗行星组成一个双星系统,它们都会绕着共同质量中心运动。

换句话说,行星会造成主星的速度波动,这种速度波动会产生可以观测的多普勒频移现象。地球上的观测者一般是看不见暗淡的行星的,但却可以看到恒星的颜色发生周期性的微小变化,从而确定行星的存在。通过视向速度方法,观测者还可以估计行星的质量。

行星的质量越大,恒星的多普勒频移就越明显。最早发现的几颗太阳系外行星都可以造成比较明显的多普勒频移现象。

例如,飞马座51b可以造成它的主星产生一个50m/s的速度波动,这比木星对太阳的影响大得多。这是因为它距离主星非常近,只有日地距离的1/20。由于距离主星非常近,飞马座51b的表面温度可能达到1000摄氏度以上。

相比比较寒冷的木星,行星学家们称这些靠近主星的大个子为热木星。热木星的存在绝非个例,今天发现的太阳系外行星列表中,大约有1/3的行星都可以被归类为热木星。

虽然这样高的比例和它们容易被观测有关,但也说明热木星确实是在行星系统中广泛存在的。至于它们的成因,则是另外一个至今火热的话题。

关于宇宙:

James Peebles早在40年前就和诺贝尔奖擦肩而过。他是宇宙微波背景辐射的主要理论阐释者。

今天的宇宙学理论认为,宇宙起源于一次沛莫能当的大爆炸。但我们能确认这件事情吗? 在上世纪40年代末到50年初代,伽莫夫和他的学生发表了一系列文章,深入探讨论如何寻找大爆炸在宇宙中留下的证据。

(责任编辑:admin)
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