2019诺贝尔物理学奖属于天体物理

作者: 苟利军

来源: 科普中国

发布日期: 2019-10-09 17:50:03

2019年诺贝尔物理学奖授予了三位天文学家,他们的研究分别在理论宇宙学和系外行星的发现上取得了突破性成果。詹姆斯·皮伯斯因在物理宇宙学的理论研究获奖,米歇尔·梅厄和迪迪埃·奎洛兹则因发现第一个围绕类日恒星运行的系外行星而获奖。这些成就不仅扩展了人类对宇宙和系外行星的理解,也为未来寻找地外生命提供了重要线索。

刚刚教完课,还在回程路上,就被三位天文学家获得2019年物理学诺奖的消息包围。天体物理拿下这一奖项对于很多此前的预测来说,绝对属于集体翻车。三位获得诺奖的人分别是詹姆斯·皮伯斯、米歇尔·梅厄和迪迪埃·奎洛兹。皮伯斯获奖的理由是物理宇宙学的理论研究,而另外两位因发现第一个围绕类日恒星运行的系外行星而获奖。在天文学界,皮伯斯的名字是如雷贯耳,可以说是宇宙学领域内的先驱性人物。

自从1970年以来,他被广泛认为是世界领先的理论宇宙学家。对于梅厄和奎洛兹,笔者平常对于这个系外行星领域比较关注,所以也是多一些了解。自从天文学家帮助我们认识到宇宙及其广袤之后,一个很自然的问题就出现了。宇宙这么大,除了地球,还有其他地方有生命存在吗?寻找适宜的系外行星就是天文学家的一个目标,也是在帮助未来的人类做着未雨绸缪的事情。

寻找地外行星的工作从上世纪80年代开始发展,终于在90年代的时候,取得了突破。此次获奖的两位都是瑞士的天文学家,还是一对师生。他们为寻找太阳系之外的行星做出了开创性的工作,在1995年的时候,他们提出了一种叫做视向速度法的方法,在飞马座51恒星周围发现了一颗轨道周期为4.2天的行星,这就是我们现在熟知的飞马座51b。这次探测,真正在意义上开启了人类探测系外行星的时代。

其实,这里值得一提的还有两位科学家,一位是美国旧金山州立大学的天文学家杰佛瑞·马西。他在梅厄和奎洛兹发布结果的6天后,也就是10月12日,就带领团队确认了这个行星,并在不久后又相继发现了围绕类太阳恒星转动的第2和第3颗行星。梅厄和Marcy的团队,而在此之后分别由继续发现了百余颗行星,这为之后深入研究系外行星提供了很多的可靠的统计信息。

他们也引领了系外行星探测的“潮流”,所使用的视向速度法也成为当时的主流探测方法之一。现在寻找系外行星最重要的方法是凌星法,之后通常用视向速度法再验证。到目前为止,在开普勒卫星的帮助之下,科学家们已经确认了将近4000颗系外行星,而还有四千多颗等待确认,让我们意识到很多的希望系外行星系统和我们的太阳系差别很大,更多的行星比我们地球要大一些,超级地球就是在那样的情形之下提出来的。

梅厄和Marcy还在2005年的时候共同分享了素有东方诺贝尔之称的邵逸夫奖。说到这里,或许大家会有点疑惑,为什么这次Marcy没有获得诺贝尔奖的青睐呢?除了工作成果的重要性,还不得不提到,在几年前的时候,Marcy因为骚扰女学生而被学校开除,很自然地,已经与诺奖无缘了。说回来今年的诺奖,虽然很多人对天体物理的获奖表示意外,但对于系外行星的获奖,其实很是自然的。

笔者在2015年接受采访的时候,就曾看好它当年会得奖,不过时隔4年,这个领域喜获诺奖,也算是“不算长”。说到第一颗系外行星,还需要说明的一点是,通常我们会说人类发现的第一颗系外行星是1995年找到的飞马座51b。但其实,如果不看中心天体的类型的话,第一颗系外行星应该是在中子星周围周围发现的。

那是1992年,波兰天文学家、美国宾夕法尼亚州立大学教授亚历山大·沃尔兹森和当时正在美国国立射电天文台做博士后的戴尔·费雷欧宣布发现了围绕毫秒脉冲星PSR 1257+12旋转的两颗行星。这一系统到1994年时被沃尔兹森确认。然而,一方面,在中子星周围发现的系外行星的数目非常有限,另一方面,中子星周围环境极其特殊和极端,和地球的环境相差太大,对于我们了解地外生命并没有太大的帮助。

不仅如此,当时探测所使用的方法“脉冲计时法”,也存在很大的局限性。因此,人们往往会把“人类发现的第一颗系外行星”这一桂冠戴到飞马座51b的头上。但准确地说,飞马座51b是人类发现的第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星。

总而言之,此次获奖,皮伯斯作为一个理论天文物理学家,帮助我们更加深入地了解了宇宙的演化历程,而梅厄和奎洛兹作为天文学家,通过观测的方式帮助我们打开了一个更广阔的系外行星的世界,让我们在太阳系之外看到我们的地球的影子。感谢他们,推进了人类所能认知的疆域,让我们看到更广阔的的宇宙!

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