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诺贝尔奖得主系外行星是如何被发现的

一位艺术家描绘的围绕其恒星运行的行星51号。(图片版权所有)美国宇航局/美国加州理工学院(JPL Caltech)

最近的诺贝尔物理学奖由宇宙学家杰姆·皮布尔斯(Jim Peebles)和一对瑞士天文学家米歇尔·马约尔(Michel Mayor)和迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)共同获得。

马约尔(Mayor)和奎洛兹(Queloz)发现了第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星,这是一个里程碑式的发现,有两个原因:它确凿地表明,太阳不是唯一一颗拥有一个行星家族的恒星(这是我们长期以来一直认为但从未证明过的),而且宇宙确实是,真的很奇怪。

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脉冲开始

仔细的读者会注意到,我的措辞非常清楚:市长和奎洛兹发现了第一颗绕类太阳恒星运行的系外行星,而不是第一颗系外行星本身。这归功于1992年的亚历山德·沃拉兹坎和戴尔·弗雷尔。事实上,他们达成了一对一的交易,找到了两颗围绕同一颗恒星运行的行星。

,但那颗恒星与我们的太阳完全不同。它是一个脉冲星,一个快速旋转的,从一个曾经巨大的恒星的稠密的剩余核心。脉冲星会有规律地在地球上发出一束辐射,就像远处灯塔的闪光一样——因此得名脉冲星。当系外行星围绕死核运行时,它们会轻轻地拖拽脉冲星,使其摆动,这将导致地球上脉冲星喷溅频率的微妙变化。

虽然这是天文学的一个主要发现,但并不完全是我们正在寻找的。我们想知道——而且仍然想知道——外面是否还有另一个地球。虽然行星在超新星爆炸后仍然绕着剩余的核心运行的概念是一个令人费解的问题,但它并不能直接帮助我们寻找。更重要的是,脉冲星上使用的技术依赖于其脉冲的规则频率,这是我们在常规恒星上无法使用的伎俩。

使其成为主流的

,相反,我们必须观察恒星自身的摆动,直到几年后,天文学家才完善了这种测量技术。

这项技术依赖于光谱仪,一种将远距离光源的光分解成多种成分(本质上是一种非常科学的彩虹)的装置。有了这个光谱,像Mayor和Queloz这样的天文学家可以从光谱中留下的指纹中找到已知元素的特征,比如氢和碳。从那里,他们可以日复一日地盯着恒星,寻找光谱的变化。

以及光谱的变化可以通过多普勒频移揭示恒星的运动。当救护车从你身边经过时,同样的改变会导致它的叫声改变音调,这也恰好是光。当一个光源向你移动时,光线会向更高、更蓝的频率移动,当一个光源离开你时,光线会向下移动到更低、更红的频率。

这不是一项新技术;天文学家已经测量恒星的多普勒频移将近200年了。

但是在1995年市长和奎洛兹更进一步,把仪器的精度提高到了一个新的水平,即使是最微小的变化也会保持警惕。

如果一颗行星绕着一颗恒星运行,来自该行星的引力会像一条顽固的狗的皮带一样拉住恒星。恒星不会移动太多——恒星通常会比它们的行星大几个数量级——但它们仍然会移动,希望是以一种可探测的方式。1995年,两位未来的诺贝尔奖获得者确定了这一点,证实了51号恒星Pegasi光谱中无误的前后摆动,这种摆动只能由一个相对较小的、看不见的伴星——轨道上的一颗系外行星引起。

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无聊是最好的

没有什么特别引人注目的是51号行星,这就是为什么在那里发现一颗系外行星如此引人注目。这只是一次正常的日常跑步-这颗磨星距离地球约50光年,质量比太阳高10%,年龄稍高,为60亿年。

这是一颗正常的恒星,生活在正常的恒星生活中,至少有一颗行星在其轨道上。就像我们的太阳一样,

市长和奎洛兹的发现开创了一个新的寻找系外行星的时代,导致了数以百计,最终数千个系外行星的确认探测。它们现在是如此的普遍以至于新闻中很少有公告,而且我们发现一个类似地球的孪生行星只是时间问题。

有些像它的热木星

,但是围绕51号行星运行的行星与我们在太阳系中看到的完全不同,令人惊讶的是,人们对它的发现的第一反应之一是将结果完全扔掉,成为垃圾。

,但市长和奎洛兹的结果是无可争辩的,我们不得不面对51号佩加西向我们展示的现实。它的行星,在当时被命名为51号Pegasi b,现在被国际天文学联合会命名为Dimidium(尽管一些天文学家保留了它非正式的名字Bellerophon),是一个相当典型的气态巨行星,质量约为木星的一半,或者是地球质量的150倍。

它的轨道距离母星只有500万英里(800万公里)。就上下文而言,

比水星离太阳近7倍多。

一个巨大的气态巨星是如何做到的,它只能在太阳系的外围形成,那里有足够的原材料将一颗行星堆积成如此巨大的体积,最后却离它的母行星如此之近,令人不安?我们还不完全确定,但我们确实想出了一个很酷的名字:热木星。

和一个专门的观察,市长和奎洛兹完成了两个把戏。他们开创了系外行星天文学研究的新纪元,他们颠覆了数十年来对行星形成方式的理解。难怪他们获得了诺贝尔奖。

图片中最奇怪的外星行星极热和难以置信的接近:如何热朱庇特藐视理论10外星行星,可以容纳外星生命

保罗M萨特是俄亥俄州立大学天体物理学家,主持人问一个太空人和空间电台,《你在宇宙中的位置》一书的作者萨特将这篇文章贡献给了生命科学姐妹网站Space的专家之声:评论版和见解。

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