2019年10月8日,瑞典皇家科學(xué)院宣布,米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲因首次發(fā)現(xiàn)太陽系外行星獲得諾貝爾物理學(xué)獎,并稱其研究為“我們理解宇宙演化和地球在宇宙中的位置作出了貢獻”。
在2019年10月29日“第二屆世界頂尖科學(xué)家論壇”主旨演講環(huán)節(jié),米歇爾·馬約爾做了探索太陽系外行星的相關(guān)分享。36氪也依據(jù)演講內(nèi)容進行了整理,以下為演講的相關(guān)內(nèi)容。
借此機會,跟大家介紹一下一個非常古老的話題以及我的看法。我非常榮幸能夠去探索一個非常古老的問題,2000多年前希臘哲學(xué)家他們就在探討這個問題,我們叫做宇宙中多個世界。
希臘伊壁鳩魯就說到,有可能在其他星球上也有生物的存在,F(xiàn)在我們已經(jīng)實現(xiàn)了第一句話的驗證,第二句還沒有實現(xiàn)驗證,在過去2000年當(dāng)中有非常多的哲人他們都在探討,都在思考這個問題。
最下面可以看到關(guān)于星球形成的一些思想提出者,當(dāng)時都是一些非常新的理念。大家知道太陽系其實是屬于銀河系的一部分,銀河系當(dāng)中有超過20億個星體,太陽系只是這么大一個體系當(dāng)中很小的一部分。我們馬上要問一個問題,在太陽系以外有沒有行星體系?我們只呈現(xiàn)了銀河系很小一部分,我們在想,通過現(xiàn)代的方法能不能夠去驗證其他恒星周圍運行的行星?
當(dāng)然,行星它們的光芒跟恒星相比是非常微小的。在1943年的時候,大部分天文學(xué)家他們都不認(rèn)為我們有其他的行星系,大家覺得太陽系是非常獨特的,但是在1943年的時候出現(xiàn)一個思想的改變,我們發(fā)現(xiàn)在銀河系當(dāng)中,可能有成千萬的行星系,那個時候我們發(fā)現(xiàn)有非常多星系的拓展,當(dāng)然也有很多的爭議。
我們看一下行星是怎么樣形成的,我們知道在銀河系當(dāng)中有非常多的氣體,有一些叫做巨型分子云,這些云當(dāng)中有一些是太陽質(zhì)量的10萬倍,有的時候這些分子云一起可以形成新的行星。根據(jù)這樣一個現(xiàn)象,我們就形成了星系。這其實在物理上是非常困難的一個問題,在這么復(fù)雜的情況下如何形成行星?大概24、25年之前,我們通過望遠鏡可以看到一些塵土和氣體的物質(zhì)形成的物質(zhì)。現(xiàn)在給大家展示是獵戶星云的圓形星盤,這當(dāng)然只占到了太陽系一部分。大家看到這些非常年輕的恒星周圍都有行星在運行。
我們想在銀河系當(dāng)中,太陽系以外應(yīng)該有非常多的行星系,我們怎么樣探測它們呢?當(dāng)時非常困難,當(dāng)時沒有工具可以讓我們直接看到這些行星,因此我們需要開發(fā)一些間接的方式讓我們檢測行星的存在。
我們要檢測行星,怎么樣來實現(xiàn)呢?有一個恒星旁邊有行星在運轉(zhuǎn),我們其實可以看到多普勒平移的效益,如果我們有非常敏感的儀器,我們可以看到恒星釋放的頻率改變,當(dāng)然我們不是直接用眼睛看,但是我們可以去探測頻率的移動。
在恒星當(dāng)中如果我們?nèi)タ,它的光分布是非常?fù)雜,有的時候看到某一些波段被一個物體遮擋的時候,那我們就可以通過觀察頻率的改變?nèi)グl(fā)現(xiàn)一些跡象。當(dāng)然非常困難,有的時候恒星的移動非常小,有的時候只占到這么窄頻段當(dāng)中的千分之一的運動量,所以非常困難。
大概30年前我們啟動了一個項目,在法國南部一個比較老的天文臺,大家可以看到70年,80年歷史的一些望遠鏡,當(dāng)然這不是問題。我們當(dāng)時有了一個新的光譜議,它的敏感性可以測量到恒星速度的微小改變,我們就開始去看恒星的速度,我們觀測大概10年期的時間。比如說像木星這樣的星體,它沒有辦法離恒星很近,在1995年的時候跟DDA一起,我們發(fā)現(xiàn)了一個物體,它每一次改變速度的周期只有4.2天,這其實是很奇怪的。這可能跟我們理論上值相差非常大,我們不知道這個時候有沒有行星,在出版我們文獻之前我們一定要確保說,我們觀測到D 信號是可以驗證的,最終在1995年我們發(fā)布了論文。
這是一個跟木星質(zhì)量差不多的行星,但是它有非常多的差異,這就開始了物理學(xué)當(dāng)中D 一個新發(fā)展。在遙遠距離如何形成一個恒星?大質(zhì)量行星怎么樣在恒星周圍很近的地方形成?做了研究以后,我們給大家看一下這是智力的一個照片,大概有60個盤狀的儀器,這些干涉儀可以用于觀測行星的形成,同時也能夠進一步了解星系、宇宙、恒星等等。這是非常棒的儀器,幾年之前,所有的這些儀器觀測到一個小的性云,看到它內(nèi)部發(fā)生一些什么。
我們來看大型星系,我們可以通過儀器看到非常精確內(nèi)部如何形成一個行星。之后我們就有能力可以去分析行星系的形成機制,大家看到一圈一圈的物質(zhì),這些可以用來形成年輕的行星,現(xiàn)在我們有非常多類似的觀測。
我們從北半球搬到了南半球,我們會在這樣的沙漠里工作。大家看到這有四個8.2米直徑的望遠鏡,我們開發(fā)一些新的儀器來探索新的行星系,而且我們有新的光譜議,它們的敏感性非常高。其實這個過程是很困難的,因為我們必須要確保光譜議是很穩(wěn)定的,不是一天穩(wěn)定,而是要幾年都很穩(wěn)定,這在技術(shù)上是非常難實現(xiàn)的
現(xiàn)在我們已經(jīng)檢測到了4000個行星系,我只給大家看一個。下面圖表當(dāng)中,大家可以看到一些紅點,每一天晚上我們觀測到速度之后,我們把它記錄下來,過幾年之后我們累計出了一些紅色點形成的云狀圖,大家看到一些變化的波紋,我們在想是不是這個地方存在一個行星?我們可以讓電腦幫我們運算,這樣一來我們會發(fā)現(xiàn)其實圍繞恒星的有七個行星,而不是一個行星,F(xiàn)在我們可以通過這樣奇怪的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)一些新的行星,有的運行周期只有一天,有的質(zhì)量是地球質(zhì)量一倍或者地球質(zhì)量10倍,這對于我們來看世是非常大的驚喜,因為它跟太陽系是非常不一樣的,讓我們發(fā)現(xiàn)了宇宙的多元化。
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