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有人一年前就预言这对师徒要夺诺奖?因为他们捅破了天文学界花了

更新时间:2019-10-24 14:12:28 

2019年诺贝尔物理学奖授予普林斯顿大学的詹姆斯·皮布尔斯教授,以表彰他的“物理宇宙学的理论发现”,授予日内瓦大学的米歇尔·马约尔教授和迪迪尔·奎罗兹教授,以表彰他们“发现一颗围绕太阳型恒星运行的外行星”。

中山大学物理与天文学院副教授、博士生导师王爽多年来一直致力于宇宙学研究。一年前,他发表了一篇文章,预测米歇尔市长和教师兼学生迪迪尔·奎罗兹有一天会戴上诺贝尔奖桂冠。

到2019年,两位诺贝尔奖获得者米歇尔·马约尔和迪迪尔·奎罗兹的发现将引发天文学革命。从那以后,银河系中发现了4000多颗系外行星。陌生的新世界仍在被发现。它的大小、形状和轨道令人难以置信。

在天文学史上,这是一个具有重大历史意义的景点:距离太阳50光年的飞马座51b,是人类发现的第一颗绕主序列星旋转的外行星,它的发现也宣告了外行星探索时代的到来。

事实上,一些人长期以来一直怀疑在广阔的宇宙中还有许多其他的行星。例如,早在16世纪,被罗马教廷烧死的意大利哲学家乔尔丹诺·布鲁诺就猜测布满星星的天空实际上是遥远的太阳,有许多行星围绕着它们运行。此外,著名的牛顿爵士在他的代表作《自然哲学的数学原理》中也表达了同样的观点。

然而,寻找系外行星极其困难。原因很简单。行星本身不发光,它们只能反射恒星的光。这意味着地球的绝对亮度实际上非常非常弱。另一方面,最近的恒星和地球之间的距离是以光年为单位测量的。由于相距如此之远,系外行星必然会被它们周围的恒星所包围。换句话说,地球上的望远镜看不到系外行星。

数百年来,人们一直无法找到强有力的证据来支持系外行星的存在。自19世纪以来,人们一直跑出去宣称他们已经发现了太阳系以外的行星。然而,事实证明,他们几乎把所有的时间都花在了审视自己上。

直到20世纪90年代,才有人出生,用相当有力的证据证明了系外行星的存在。完成这一壮举的人是来自瑞士的老师和学生。

米歇尔·迈尔是其中一名教师。

1971年,麦尔在瑞士日内瓦大学获得博士学位。在剑桥大学、南欧和夏威夷大学工作了几年后,他回到日内瓦大学教书并在那里工作,直到退休。

其中一个学生是迪迪尔·奎罗斯。20世纪90年代初,奎罗斯被日内瓦大学天文系录取,然后成为迈尔的博士生。毕业后,他在剑桥大学卡文迪许实验室找到了一份永久的工作。

也许有些读者会问:“大师和徒弟用什么方法刺破天文学界已经花了400多年却未能刺破的窗口纸?”答案是我们在参观比邻星时已经讨论过的径向速度法。接下来,我将带你回顾一下这个方法。

如果一颗恒星周围真的有一颗行星,这颗恒星和这颗行星将形成一个围绕彼此旋转的两体系统。你不妨把明星想象成一个独自在舞会上只能独自站立的人。如果它有一颗行星,它就有一个伙伴,它可以和伙伴一起旋转。当然,因为恒星的质量比行星的质量大得多,所以恒星自转的幅度比行星的小得多。

当恒星相互旋转时,当行星远离地球时,它们会稍微靠近地球。此时,恒星发出的光会微微蓝移。另一方面,当行星靠近地球时,恒星会稍微远离地球。此时,恒星发出的光会发生轻微的红移。因此,如果一颗行星真的存在于恒星周围,恒星的光谱将显示周期性的蓝移和红移交替。换句话说,如果发现一颗恒星的光谱有周期性的蓝移和红移交替,就可以断定这颗恒星有一颗行星。这种探测系外行星的方法是径向速度法。

1995年底,迈耶和奎罗斯在《自然》杂志上发表了一篇论文,宣布他们在法国普罗旺斯天文台使用了一种新的分光计来探测距离太阳51,50光年的一颗名为飞马座(Pegasus)的恒星光谱中交替出现蓝移和红移的4.2天周期。由此可以推断,在距离飞马座51仅有800万公里的地方,有一颗木星大小的行星,公转周期为4.2天。迈尔和奎罗斯称这颗行星为飞马座51b。这是人类历史上第一颗围绕主序星旋转的太阳系外行星。

这一里程碑式的发现为人类打开了通向新世界的大门。在接下来的20年里,跟随迈尔和奎罗斯的脚步,天文学家发现了近4000颗系外行星。著名的《纽约时报》甚至将迈尔和奎罗斯发现系外行星与哥伦布和美洲发现相提并论,称这两人为“新大陆的发现者”。

诺贝尔奖的这一重大发现给麦尔带来了无数荣誉。然而,奎罗斯没有这么幸运。20年来,他一直被排除在天文学的主要奖项之外。为什么奎罗斯如此不幸?因为一个“程金曜”在半路上被杀了。这个人是美国天文学家杰弗里·马西。

马西最初是一名文科学生。他在加州大学洛杉矶分校获得文学学士学位。在此期间,他又获得了天文学双学士学位,这一决定彻底改变了他的人生轨迹。大学毕业后,马西选择了转行,在圣克鲁斯加州大学攻读天文学博士学位。获得博士学位后,他在卡内基研究所和威尔逊山天文台做了几年博士后,然后在旧金山州立大学找到了终身职位。

20世纪90年代初,马西也开始寻找系外行星。他从未和梅尔大师或奎罗斯大师打过仗,后者是1995年第一个发现飞马座51b的人。尽管他在起跑线上输了,马西还是成功地回来了。事实上,在人类发现的前100颗系外行星中,有70多颗是玛西的研究团队发现的。

为什么玛西能在寻找太阳系外行星的竞赛中脱颖而出?因为他率先使用了另一种探测系外行星的方法,即所谓的凌日法。

凌星方法的原理非常简单。我们在参观太阳系时已经说过,整个太阳系的天体基本上在同一平面上。同样,银河系中的所有天体基本上都在同一平面上。这意味着如果一颗遥远的恒星有一颗行星,行星围绕恒星旋转的平面不太可能垂直于我们对恒星的观察方向。这样,当行星在地球和恒星之间移动时,它会阻挡恒星发出的部分光,从而导致恒星的表观星等在一段时间内略微下降。当行星移动到其他地方时,恒星的表观星等将恢复正常。

因为行星总是以固定的周期围绕恒星旋转,所以它在地球和恒星之间运行的时间是周期性的,从而导致恒星的表观星等周期性下降。换句话说,如果我们观察到恒星的表观星等总是周期性地减小(然后恢复正常),我们可以得出结论,恒星一定有自己的行星。这种探测系外行星的方法是凌日法。到目前为止,中天法已经超越了径向速度法,成为寻找系外行星的头号武器。

凭借寻找系外行星效率的压倒性优势,玛西将奎罗斯推出,成为系外行星探索领域的标志性人物,这与麦尔是一致的。1999年底,玛西搬到了加州大学伯克利分校(美国顶尖的公立学校);又过了三年,他被选为美国科学院的成员。从那以后,他和梅耶尔赢得了天文学的所有奖项,包括2005年肖文学奖。

由于在系外行星探索领域的杰出贡献,马西也成为诺贝尔物理学奖的热门候选人。一些读者可能已经注意到这句话的奇怪之处:你为什么说“一次”?因为现在玛西已经从祭坛跌落到深渊。

2015年,四名女性向加州大学伯克利分校投诉玛西对她们进行性骚扰。后来,学校对马西展开了为期六个月的调查,并于2015年10月发布了调查报告。该报告指出,从1995年开始,马尔西已经对至少七名妇女进行了20年的性骚扰。这份调查报告一经发表,立即在学术界引起了相当大的轰动。加州大学伯克利分校的大量教员立即发出联名信,要求马西立即离开学校。

迫于压力,玛西于2015年10月7日在互联网上发布了一封公开信,宣布对自己的所作所为道歉,并辞去加州大学伯克利分校的教授一职。从那以后,玛西从学术界消失了。这位太阳系外行星探索领域的先驱因此成为另一场影响深远的著名社会运动的“烈士”。

马西在深渊中翻滚,清除了奎罗斯前进道路上最大的障碍。2017年,他取代玛西,与他的前导师梅尔一起获得著名的沃尔夫物理学奖。

我在此预言有一天,大师和学徒将戴上诺贝尔奖的桂冠。

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