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在宇宙中寻找另一个地球

2020-03-16

学苑创造·B版 2020年2期
关键词:飞马外行星木星

瑞士天文学家米歇尔·马约尔和他的学生迪迪埃·奎洛兹,凭借发现绕类太阳恒星旋转的系外行星飞马座51b这一伟大成就,斩获了2019年诺贝尔物理学奖。1995年10月6日,米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹在意大利弗洛伦萨的一个天文学会议上宣布了他们的发现,顿时引起轰动。这是人类首次发现围绕类太阳恒星的系外行星,在他们之前,天文学家也发现过其他系外行星,但那些行星的母恒星不是死了,就是快死了,或者半死不活。这一发现在当时的天文学界引发了一场革命,促使研究人员发展出新的理论,去解释孕育行星的物理过程。

万众瞩目的飞马座51b

这颗被命名为飞马座51b的行星位于一颗与太阳相距50光年,名叫飞马座51的恒星的光谱中,它的母恒星飞马座51正值壮年,而且跟太阳差不多大。飞马座51b绕着飞马座51快速运动,只需要4天时间,就能完成一圈公转。这意味着它的轨道离飞马座51极近,只有800万千米,如此近的距离,足以让母恒星将它加热到超过1000℃。相较而言,地球的温度就要低得多,因为它距离母恒星太阳足有1.5亿千米,要用一年的时间才能绕太阳一圈。

飞马座51b个头大得惊人,是一个巨型气球,体积足以跟太阳系中最大的气态巨行星木星相提并论。木星比地球的体积大了1300倍。按照以往关于行星系统形成的观点,木星尺寸的行星应该形成于远离恒星的地方,要花很长时间才能完成一圈公转,比如木星需要将近12年的时间才能绕太阳一圈,因此飞马座51b超短的公转周期,对寻找系外行星的科学家来说,完全不合常理。也正因为它太不合常理,科学家们才一直没有发现它。

新大陆:径向速度法

寻找系外行星是一件极端困难的事情。因为行星本身不会发光,只能够反射恒星的光芒,这意味着,行星的绝对亮度其实非常微弱。即使是离太阳系最近的那些恒星,它们与地球之间的距离也要以光年计。相距如此遥远的情况下,系外行星肯定會被笼罩在它所环绕的恒星的光芒中,也就是说,系外行星根本无法被地球上的望远镜观测到。那么这对师徒到底是用什么办法,才捅破这层天文学界花了400多年也没能捅破的窗户纸呢?

他们使用的是径向速度法。如果一颗恒星的周围真的存在一颗行星,它们就会构成一个彼此绕转的两体系统。不妨把一颗恒星想象成一个在舞会上落单的人,只能孤零零地站着不动。如果它有了一颗行星,那就有了一个舞伴,它就可以与舞伴一起跳旋转舞了。当然,由于恒星的质量远远大于行星的质量,恒星旋转的幅度远比行星要小得多。

由于彼此旋转,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(向着地球运动的物体发出的光会变得更蓝,称为蓝移)。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的红移(物体远离地球时,它发出的光会变得更红,称为红移)。这样一来,如果一颗恒星的周围真的存在一颗行星,这颗恒星的光谱就会出现周期性的蓝移和红移交替的现象。换言之,如果发现一颗恒星的光谱出现了周期性的蓝移和红移交替的现象,就可以断定这颗恒星拥有一颗行星。这种探测系外行星的方法就是径向速度法。

航天学家齐奥尔科夫斯基说过:“地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”如果地球和太阳系不能待了,那么在茫茫银河系中,人类应该去哪儿发展呢?追随着马约尔和奎洛兹的足迹,目前,天文学家们已发现4000多颗地外行星,根据现有的数据估算,在银河系中,类似地球的行星可能有110亿颗。由此看来,人类的未来有着无限可能!

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