2019诺奖得主米歇尔·马约尔:通过现代方法验证其他恒星周围运行的行星
2019-10-29
科创板日报
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  2019年10月8日,瑞典皇家科学院宣布,米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹因首次发现太阳系外行星获得诺贝尔物理学奖,并称其研究为“我们理解宇宙演化和地球在宇宙中的位置作出了贡献”。

  在2019年10月29日“第二届世界顶尖科学家论坛”主旨演讲环节,米歇尔·马约尔做了探索太阳系外行星的相关分享。36氪也依据演讲内容进行了整理,以下为演讲的相关内容。


  借此机会,跟大家介绍一下一个非常古老的话题以及我的看法。我非常荣幸能够去探索一个非常古老的问题,2000多年前希腊哲学家他们就在探讨这个问题,我们叫做宇宙中多个世界。

  希腊伊壁鸠鲁就说到,有可能在其他星球上也有生物的存在。现在我们已经实现了第一句话的验证,第二句还没有实现验证,在过去2000年当中有非常多的哲人他们都在探讨,都在思考这个问题。

  最下面可以看到关于星球形成的一些思想提出者,当时都是一些非常新的理念。大家知道太阳系其实是属于银河系的一部分,银河系当中有超过20亿个星体,太阳系只是这么大一个体系当中很小的一部分。我们马上要问一个问题,在太阳系以外有没有行星体系?我们只呈现了银河系很小一部分,我们在想,通过现代的方法能不能够去验证其他恒星周围运行的行星?

  当然,行星它们的光芒跟恒星相比是非常微小的。在1943年的时候,大部分天文学家他们都不认为我们有其他的行星系,大家觉得太阳系是非常独特的,但是在1943年的时候出现一个思想的改变,我们发现在银河系当中,可能有成千万的行星系,那个时候我们发现有非常多星系的拓展,当然也有很多的争议。

  我们看一下行星是怎么样形成的,我们知道在银河系当中有非常多的气体,有一些叫做巨型分子云,这些云当中有一些是太阳质量的10万倍,有的时候这些分子云一起可以形成新的行星。根据这样一个现象,我们就形成了星系。这其实在物理上是非常困难的一个问题,在这么复杂的情况下如何形成行星?大概24、25年之前,我们通过望远镜可以看到一些尘土和气体的物质形成的物质。现在给大家展示是猎户星云的圆形星盘,这当然只占到了太阳系一部分。大家看到这些非常年轻的恒星周围都有行星在运行。

  我们想在银河系当中,太阳系以外应该有非常多的行星系,我们怎么样探测它们呢?当时非常困难,当时没有工具可以让我们直接看到这些行星,因此我们需要开发一些间接的方式让我们检测行星的存在。

  我们要检测行星,怎么样来实现呢?有一个恒星旁边有行星在运转,我们其实可以看到多普勒平移的效益,如果我们有非常敏感的仪器,我们可以看到恒星释放的频率改变,当然我们不是直接用眼睛看,但是我们可以去探测频率的移动。

  在恒星当中如果我们去看,它的光分布是非常复杂,有的时候看到某一些波段被一个物体遮挡的时候,那我们就可以通过观察频率的改变去发现一些迹象。当然非常困难,有的时候恒星的移动非常小,有的时候只占到这么窄频段当中的千分之一的运动量,所以非常困难。

  大概30年前我们启动了一个项目,在法国南部一个比较老的天文台,大家可以看到70年,80年历史的一些望远镜,当然这不是问题。我们当时有了一个新的光谱议,它的敏感性可以测量到恒星速度的微小改变,我们就开始去看恒星的速度,我们观测大概10年期的时间。比如说像木星这样的星体,它没有办法离恒星很近,在1995年的时候跟DDA一起,我们发现了一个物体,它每一次改变速度的周期只有4.2天,这其实是很奇怪的。这可能跟我们理论上值相差非常大,我们不知道这个时候有没有行星,在出版我们文献之前我们一定要确保说,我们观测到D 信号是可以验证的,最终在1995年我们发布了论文。

  这是一个跟木星质量差不多的行星,但是它有非常多的差异,这就开始了物理学当中D 一个新发展。在遥远距离如何形成一个恒星?大质量行星怎么样在恒星周围很近的地方形成?做了研究以后,我们给大家看一下这是智力的一个照片,大概有60个盘状的仪器,这些干涉仪可以用于观测行星的形成,同时也能够进一步了解星系、宇宙、恒星等等。这是非常棒的仪器,几年之前,所有的这些仪器观测到一个小的性云,看到它内部发生一些什么。

  我们来看大型星系,我们可以通过仪器看到非常精确内部如何形成一个行星。之后我们就有能力可以去分析行星系的形成机制,大家看到一圈一圈的物质,这些可以用来形成年轻的行星,现在我们有非常多类似的观测。

  我们从北半球搬到了南半球,我们会在这样的沙漠里工作。大家看到这有四个8.2米直径的望远镜,我们开发一些新的仪器来探索新的行星系,而且我们有新的光谱议,它们的敏感性非常高。其实这个过程是很困难的,因为我们必须要确保光谱议是很稳定的,不是一天稳定,而是要几年都很稳定,这在技术上是非常难实现的

  现在我们已经检测到了4000个行星系,我只给大家看一个。下面图表当中,大家可以看到一些红点,每一天晚上我们观测到速度之后,我们把它记录下来,过几年之后我们累计出了一些红色点形成的云状图,大家看到一些变化的波纹,我们在想是不是这个地方存在一个行星?我们可以让电脑帮我们运算,这样一来我们会发现其实围绕恒星的有七个行星,而不是一个行星。现在我们可以通过这样奇怪的结构发现一些新的行星,有的运行周期只有一天,有的质量是地球质量一倍或者地球质量10倍,这对于我们来看世是非常大的惊喜,因为它跟太阳系是非常不一样的,让我们发现了宇宙的多元化。

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