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    发布时间:2019-10-13 14:10

    2019年10月8日,2019年的诺贝尔物理学奖新鲜出炉。这个奖项由美国普林斯顿大学教授詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles )、瑞士日内瓦大学天文教授米歇尔·梅耶尔(Michel Mayor),以及他的学生迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)共同获得。

    诺贝尔奖的每个奖项奖金为900万瑞典克朗(约合人民币 697 万元)),其中、詹姆斯教授因在“物理宇宙学方面的理论发现”获得一半奖金。而米歇尔·梅耶尔和迪迪埃·奎洛兹师徒因“发现太阳系外绕日行星”而平分另外一半奖金。

    AG真人线上视讯由于诺贝尔奖在世界范围内的有着举足轻重的地位,其评选的苛刻程度也是著名的。所以每一位诺奖得主的背后都有一段有趣故事。今天我们就先来说说梅耶尔和奎洛兹两师徒的故事。

    AG真人线上视讯1995年底,这两师徒达成了“发现太阳系外绕日行星”的成就,简单的说:他们发明了一种方法发现了一颗名为飞马座51b的行星。它围绕一颗名叫飞马座51的恒星公转(与太阳相距50光年)。更重要的是飞马座 51这颗恒星与太阳一样正值壮年。而之前,天文学家观测到的母恒星不是已经死亡的脉冲星,就是步入暮年的红巨星。

    这是一次划时代的重大发现,著名的《纽约时报》甚至把梅耶尔和奎洛兹发现系外行星这件事与哥伦布发现美洲大陆相提并论,称这对师徒为“新世界的发现者”。

    发现系外行星到底有多难?

    1781年以前人类知道的大行星数目是6,到了1920年这个数字才艰难地增加到10(这其中还有一个冥王星在其后被票选排除出行星序列)。然而这些行星都是太阳系内的,对于系外行星的探索直到上个世纪的九十年代才有了一些进展。

    寻找系外行星是一件极其困难的事情。原因很简单:行星本身并不发光,而只能反射恒星的光芒。这也就意味着行星的绝对亮度非常非常微弱。另外一方面系外的恒星与地球之间的距离都是以光年计的。在相距如此遥远的情况下,系外行星反射的那点可怜的微光肯定会被它所环绕的恒星的光芒所掩盖。

    这就如同站在你家楼顶面在城市霓虹灯中找地上的一只虫子那样。事实上,在地球上用望远镜观察系外行星几乎是不可能的。

    通过现代天文学知识我们都知道:太阳只是银河系中一颗普普通通的的恒星,那么太阳系在银河系中也肯定不是独一无二的。但数百年来,我们却没办法证明另外一颗恒星周围还有行星存在。一直到了20世纪90年代,瑞典的这对师徒才横空出世,用相当有利的证据证明了系外行星的存在。

    师徒俩的绝招:视向速度法

    AG真人线上视讯读者们可能就会问了:这师徒用了什么办法。搞定了天文学界花了几百年都没有解开的这个谜底呢?实际上,他们研究出了一种视向速度法。

    这个方法利用到光的多普勒移动效应:假设一颗恒星周围真的存在一颗行星,恒星和行星就会构成一个彼此绕转的独立系统。就像太阳和地球那样。 由于彼此旋转的存在,当行星离地球远去时,恒星就会略微靠近地球。此时,恒星发出的光就会发生轻微的蓝移。反之,当行星向地球飞来时,恒星就会略微远离地球;此时恒星发出的光就会发生轻微红移。

    如此一来,如果一颗恒星的周围存在一颗行星。这颗恒星的光谱就会出现周期性蓝移和红移交替的现象。科学家只要观察一颗恒星光谱是否出现这种周期性的蓝移和红移交替的现象,就可以断定这颗恒星是否拥有一颗行星。

    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。例如,飞马座51b就是一颗和木星大小接近的巨大行星。但它和主星的距离只有800万千米,差不多是日地距离的的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。公转周期只有4.2天。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。

    AG真人线上视讯之后的20多年时间里,天文学家们追随着梅耶尔和奎洛兹的脚步,陆续发现了将近4000可系外行星。其中有大约有1/3都是类似的“热木星”。

    师徒俩一波三折的获奖经历

    AG真人线上视讯梅耶尔和奎洛兹师徒发布论文展示他们的研究结果时。起初并不为得到天文学界的认可——因为它动摇了现存的理论,太过奇特,很难让人相信。

    AG真人线上视讯不过幸运的是,当他们在佛罗伦萨的会议上进行报告时,另外两名天文学家杰弗里·马西(Geoffrey Marcy)与保罗·巴特勒(Paul Butler)也在用望远镜观测。就第一时间对他们的理论进行了核实,很快证实了这一理论的真实性。马西后来回忆道,当时他们也不怎么相信这套理论的真实性,而在短短几天之后当正确结果就摆在他面前时,他自己也十分惊讶。

    ▲杰弗里·马西

    AG真人线上视讯事实上这位曾任职于加州大学伯克利分校的马西,也曾是诺贝尔奖的最热候选人之一。马西对系外行星的研究甚至比梅耶尔师徒早了2年左右。当梅耶尔师徒公布他们的研究结果时,马西的电脑里已经存了好几个太阳系外行星的数据,可他当时缺乏足够的算力去处理这些数据,导致成果晚了两个月。结果被梅耶尔师徒捷足先登。

    AG真人线上视讯虽然没有拔得头筹,但马西是发现系外行星最多的人。在人类最初发现的100颗系外行星中,就有超过70颗是他和他的团队发现的。

    马西还发明了另外一种探测系外行星的方法:凌星法。如今凌星法已经超过了视向速度法,成为寻找系外行星的头号利器。

    AG真人线上视讯凌星法的原理其实不难:了解过太阳系的朋友都知道,整个太阳系内的天体基本都处在同一个平面上。同样的,整个银河系内的天体也都基本处于同一个平面上。这意味着太阳系外的恒星如果拥有一个行星,那么此行星围绕此恒星旋转的平面,就不太可能与我们看这颗恒星的视线方向垂直。 如此,当这颗行星运行到地球与恒星之间的时候,就会挡住恒星发出的部分光芒。从而使此恒星的视星等(天文学术语,是指观测者用肉眼所看到的星体亮度)在一段时间内会出现微小的下降,而当行星运行到其他地方时,此恒星的视星等又会恢复正常。

    AG真人线上视讯由于行星总是会以一个固定周期绕恒星旋转。如果我们观察到某颗恒星的视星等总是周期性的下降(随后又恢复正常)。就可以断定这款恒星一定拥有自己的行星。这种探测系外行星的方法比视向速度法更方便快捷。在寻找系外行星效率上的压倒性优势。

    由于发明了凌星法,马西一度挤掉了奎洛兹。成为和梅耶尔并驾齐驱的系外行星探索领域的标志性人物。如果剧情照此演下去,去诺贝尔晚会上领奖的应该是梅耶尔和马西。

    但马西最终没有夺得诺贝尔奖,原因是因为性丑闻

    2015年,在被4位女士投诉之后,加州大学伯克利分校对马西进行了为期6个月的调查。调查结果显示,在过去的20年间,马西至少对7名女性进行过性骚扰。随后,马西通过网络公开信道歉,并且辞去教职,从此在学术界销声匿迹。

    此次事件最大的受益者就是奎洛兹,因为马西的出局。他得以和导师梅耶尔一起拿到了这个诺贝尔物理学奖。

    ▲学生迪迪埃·奎洛兹

    AG真人线上视讯可见获得诺贝尔奖除了努力和成就以外,还有一定的运气成分。如果马西能够早两个月发布自己的研究成果,再洁身自好一些。很可能就可以替代梅耶尔和奎洛兹师徒拿到那一半的诺贝尔奖金了。

    看到这里大家可能会问,另外一位诺奖得主——詹姆斯·皮布尔斯又是什么来路呢?他凭什么可以单独获得另外一半的奖金呢?实际上他的获奖故事更有戏剧性,我们在下一篇会提到他的故事。




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