2019年的諾貝爾物理學獎于10月8日公布，有一半的獎金歸屬了一對師徒——瑞士的天文學家Michel Mayor和Didier Queloz。?

從左往右，第二位和第三位就是這對幸運的師徒啦

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　　頒獎詞說，授予他們諾獎，是為了表彰他們“發(fā)現(xiàn)了一顆圍繞類太陽恒星運行的系外行星”。只看這句話，我想很多人可能會有疑惑，發(fā)現(xiàn)一顆系外行星也能拿諾獎？別想糊弄我，我可是清清楚楚記得，光NASA的Kepler望遠鏡就找到了幾千顆??！非也非也，能拿諾獎，當然憑的是真本事，就讓我們一起看一下，憑什么這師徒二人能夠獲得諾獎青睞吧。?

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　　1. 首先，他們研究的是什么？?

　　在頒獎詞里我們已經(jīng)知道了，這二位研究的是圍繞類太陽恒星的系外行星。?

　　我們在宇宙中是否唯一，是人類從仰望星空開始就在不斷追問的問題，在太陽系之外的宇宙中，是否還有其他行星存在，也是一些歷史偉人們經(jīng)常思考的問題。?

　　早在16世紀，布魯諾在《論無限的宇宙和世界》中就提出了他對于系外行星的預言。他認為天空中的恒星，應該都像我們的太陽一樣，它們的周圍也會環(huán)繞著行星，而這些行星也可以孕育自己的生命。18世紀時，牛頓在他的曠世名作《自然哲學的數(shù)學原理》一書中提到了同樣的可能性。通過與太陽周圍行星類比，牛頓的腦海中浮現(xiàn)出的，是其他恒星周圍類似太陽系一樣行星環(huán)繞的場景。?

　　所以說，類太陽恒星周圍的系外行星，就是如上面兩位偉人所想的那樣，在夜空中像太陽一樣的其他亮星周圍，也有行星在繞轉(zhuǎn)，組成其他的“太陽系”。?

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　　2.他們?nèi)绾握蚁低庑行?？巧妙的方法，幸運的顏色?

　　由于行星自身不發(fā)光，所以我們很難直接在其他恒星周圍找到可能存在的系外行星，這時候牛頓的萬有引力定律又可以來幫忙了。行星自身的質(zhì)量使得行星和恒星圍繞著他們共同的質(zhì)量中心在轉(zhuǎn)動，那么在地球上的望遠鏡，就有可能看到行星引力對于恒星的影響，行星讓恒星在天空中輕輕“搖擺”。在視線方向上，恒星受行星引力作用，時而遠離時而靠近我們，這種細微的搖擺反應在光譜上，就會造成恒星光譜整體不斷的紅移和藍移。我們稱這種探測系外行星的方法為視向速度法。通過這一方法可以估算系外行星的質(zhì)量這一重要參數(shù)。?

視向速度法示意圖?

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　　當時國際上的幾個小組就是通過這種方法，長期監(jiān)測天上的一批恒星，期待發(fā)現(xiàn)潛在的系外行星對恒星光譜造成的速度變化，從而奪取這個領(lǐng)域的第一。這其中就包括Mayor和Queloz師徒，他們利用的是位于法國上普羅旺斯天文臺的一臺2米的望遠鏡和它所攜帶的當時最先進的光譜分析設(shè)備。?

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Mayer（右）和Queloz（左）在發(fā)現(xiàn)飛馬座51b的望遠鏡前?

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　　這臺望遠鏡被涂成了紅色，這個中國人眼中的幸運色，也給瑞士人帶來了好運。?

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　　3.他們找到了什么？一顆不可思議的系外行星！?

　　功夫不負有心人，師徒二人長期監(jiān)測繪制出的視向速度曲線，顯示飛馬座51周圍存在一個質(zhì)量至少有半個木星這么重的天體，每4天繞轉(zhuǎn)一圈。?

　　但這一發(fā)現(xiàn)卻令師徒二人困惑不已。?

　　要知道，太陽系中距離太陽最近的水星，公轉(zhuǎn)周期也要88天。這個天體質(zhì)量巨大卻離它的太陽如此之近。他們在一個佛羅倫薩的學術(shù)會議上介紹了這個令人不可思議的發(fā)現(xiàn)，并尋求其他天文學家的幫助。?

Marcy（右）和Butler（左）在Lick望遠鏡前?

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　　與此同時，美國的天文學家Geoffrey Marcy和Paul Butler，也在利用加州大學的望遠鏡做著同樣的工作。當?shù)弥鹗客械陌l(fā)現(xiàn)時，他們也把自己的望遠鏡對準了飛馬座51，并且得到了相似的視向速度變化曲線。此外，他們還對自己之前觀測的其他恒星數(shù)據(jù)進行再次分析，又找到了一些類似的信號——巨大的質(zhì)量、較小的周期。?

　　美國人獨立觀測的數(shù)據(jù)，從側(cè)面證實了瑞士人的發(fā)現(xiàn)，才最終促成了飛馬座51b這“第一顆類太陽恒星周圍的系外行星”的頭銜。1995年11月， Mayor和當時還是他博士生的Queloz在《自然》雜志發(fā)表文章，正式宣布他們首次在類太陽恒星——飛馬座51周圍，發(fā)現(xiàn)了系外行星——飛馬座51b。?

飛馬座51b基本信息?

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　　對于像飛馬座51b這種大質(zhì)量短周期的系外行星，由于距離恒星很近所以表面溫度極高，天文學家也給了它們一個形象的名字——熱木星。?

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　　4.聽說第一顆系外行星不是他倆發(fā)現(xiàn)的？憑啥還能拿諾獎？?

　　的確，天文學家一直在不斷尋找太陽系之外的行星。?

　　1992年，射電天文學家Aleksander Wolszczan 和Dale Frail在脈沖星PSR 1257+12周圍發(fā)現(xiàn)的兩顆系外行星，才是人類首次發(fā)現(xiàn)的太陽系外行星。?

脈沖星PSR 1257+12系外行星系統(tǒng)示意圖?

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　　但是，脈沖星是高速自轉(zhuǎn)的中子星，中子星是一些大質(zhì)量恒星死亡的產(chǎn)物，它的密度大到在一個指甲蓋大小的體積內(nèi)，就集中了數(shù)噸的重量。又因為脈沖星有強磁場，一直在高速轉(zhuǎn)動并不斷向外發(fā)出周期性強輻射。這樣嚴酷的環(huán)境，周圍存在的系外行星肯定跟我們的地球相去甚遠。?

　　考慮到我們尋找系外行星的目的，還是希望能發(fā)現(xiàn)宇宙中其他的生命，因此，雖然這兩顆系外行星創(chuàng)造了人類第一次，但顯然科學家還是更希望在跟太陽類似的恒星周圍找到行星，而不是在一個死亡的大怪物旁邊。?

　　此外，發(fā)現(xiàn)這兩顆行星所使用的方法是精確的計時方法，這一方法發(fā)現(xiàn)的系外行星到目前為止也只有幾十顆，并不是尋找系外行星的主流方法。所以Wolszczan和Frail也就遺憾的與諾獎失之交臂了。?

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　　5.美國天文學家的工作就晚了幾天，不重要嗎？為什么諾獎沒有他們的名字？?

　　前文我們提到，飛馬座51b能夠拿下“第一顆類太陽恒星周圍的系外行星”的頭銜，絕對離不開美國天文學家Geoffrey Marcy和Paul Butler的工作。?

　　實際上，Marcy他們的工作確實重要。從那之后的數(shù)年內(nèi)，瑞士和美國這兩個小組領(lǐng)導的團隊，幾乎包攬了最初發(fā)現(xiàn)的幾百顆系外行星，其中美國人的發(fā)現(xiàn)還要更多一些。他們開啟了未來30年系外行星探測的熱潮。?

　　在這一重要發(fā)現(xiàn)十年后的2005年，有著東方諾貝爾獎之稱的邵逸夫獎，也將天文獎頒給了Geoffrey Marcy和Michel Mayor，以表彰他們發(fā)現(xiàn)第一顆類太陽恒星周圍系外行星的巨大貢獻。這在當時也就意味著，如果不出意外，兩人很可能會在若干年后拿下諾貝爾獎，當時大家普遍推測未來美國人和瑞士人會平分諾貝爾獎。?

　　可是意外還是到來了，十年一個輪回，2015年，學術(shù)上無比出色的Geoffrey Marcy，被爆出了性騷擾丑聞而名聲掃地，更是被所在的加州大學伯克利分校開除。不知道這跟他最早使用的望遠鏡被刷成黃色是否有關(guān)系……但顯然諾貝爾獎已經(jīng)不可能再有他的名字。?

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　　6、說來說去，發(fā)現(xiàn)這顆系外行星的意義究竟在哪？?

　　有人可能會說了，就發(fā)現(xiàn)一顆系外行星，你也說了，這顆星外號熱木星，離恒星很近，不宜居，我也不能搬家去那兒，不是說諾獎都要頒給為人類作出重大貢獻的人嗎？所以他倆到底是為啥拿了諾獎呢？?

　　一句話：1995年飛馬座51b的發(fā)現(xiàn)，改變了人類對于行星形成認知，也開啟了系外行星研究的新時代。?

　　早已退休的Michel Mayor教授，依然還繼續(xù)著對系外行星的探索，他所領(lǐng)導的著名系外行星搜尋項目HARPS計劃，是目前世界上精度最高的視向速度探測器。?

　　他當年的學生Didier Queloz，也已經(jīng)成為了劍橋大學的教授，并且活躍在系外行星前沿研究領(lǐng)域，領(lǐng)導著多個歐洲的地面和空間系外行星探測計劃。?

　　系外行星作為天體物理學領(lǐng)域的年輕分支，在近三十年來得到了蓬勃的發(fā)展。探測方法不斷革新，研究手段有了更長足的進步，研究內(nèi)容也從最初的尋找行星確定基本性質(zhì)，到現(xiàn)在已經(jīng)可以深入研究行星大氣。?

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從圖中可以清楚看到，近二十年系外行星發(fā)現(xiàn)的數(shù)量急速上升?

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　　從1995年的第一顆，到現(xiàn)在的4000多顆，我們不僅僅知道了系外行星的存在，還知道了系外行星是在恒星周圍普遍存在的，這從一到多的過程，對于人類的認識無疑是革命性的。?

　　從熱木星，到超級地球再到類地行星，我們已經(jīng)不僅僅可以發(fā)現(xiàn)大個頭的系外行星，還發(fā)現(xiàn)了更多與我們地球質(zhì)量大小類似的行星。更多地球兄弟姐妹的發(fā)現(xiàn)，無疑也為我們帶來了更多的憧憬。從簡單的測量行星周期質(zhì)量半徑，到現(xiàn)在可以探測到行星大氣上可能存在的水分子和氧分子，我們的觸手在一點點向系外生命靠近。?

　　因此，毫不夸張地說，Mayor和Queloz的發(fā)現(xiàn)，開啟了系外行星研究的新時代，使得系外行星成了當今天文學中最活躍的研究領(lǐng)域之一。?

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　　寫在最后：?

　　但是系外行星領(lǐng)域畢竟還很年輕，還沒有出現(xiàn)類似找到另一個有生命星球這樣重磅的發(fā)現(xiàn)。他們的得獎多少有些突然，讓很多天文學家都沒有心理準備，在我的心中，諾獎他們是遲早能獲得的，只不過來的比預想中早了一些。所以我想，可能這也是諾獎評委會為了激勵系外行星和外星生命探索，同時讓公眾更多了解這一領(lǐng)域的方式。?

　　比所在研究領(lǐng)域的前輩獲獎更令人開心的是，未來大型的空間地面望遠鏡，將用更先進的設(shè)備進一步深入細致地研究我們近鄰的系外行星，期待人類能夠有一天揭開它們上面生命存在的奧秘。??