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探寻真实的《阿凡达》世界:诺贝尔物理学奖再望星空

第一财经 2019-10-09 08:47:47
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是什么激励人类不懈探索遥远的宇宙,即使他们永远不会踏足?那一定是对夜空之美、对星星和其他世界的痴迷。

25年前,两位瑞士天文学家首次在飞马座星图中发现了一颗太阳系外行星——这一发现的深远意义丝毫不逊色于哥伦布发现新大陆,当之无愧地被誉为天文学研究领域的一座里程碑。

斗转星移,截至今年10月1日,已经被证实的系外行星数量多达4118颗,它们分布在3063个星系中,其中有669个星系拥有超过两颗以上的行星。

当地时间10月8日11时45分,瑞典皇家科学院宣布将2019年诺贝尔物理学奖授予普林斯顿大学的加拿大裔美国物理学家詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)教授,日内瓦大学的瑞士天体物理学家米歇尔·麦耶(Michel Mayor)教授和他的学生、日内瓦大学与剑桥大学的瑞士天文学家迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz),以表彰其在宇宙认知领域的颠覆性贡献,“为我们理解宇宙进化与地球在宇宙中地位做出了贡献”。

探寻真实的《阿凡达》世界:诺贝尔物理学奖再望星空

日内瓦大学发出贺信

诺贝尔委员会成员丹尼尔松(Ulf Danielsson)表示,皮布尔斯回答了宇宙的起源问题,麦耶和奎洛兹回答了人类是否孤独的问题。

三人将分享900万瑞典克朗(约合650万元人民币)的奖金。其中,詹姆斯·皮布尔斯因“在宇宙物理学上的理论发现”独享一半奖金,迪迪埃·奎洛兹和米歇尔·麦耶则因“发现环绕类太阳恒星的系外行星”共享另一半。

奎洛兹在得知获奖后表示:“过去25年不断有人告诉我,我的发现一定会得诺奖,但我觉得不重要。但是今天真的到来时,我还是非常惊喜。”

皮布尔斯1935年出生于加拿大,目前是美国普林斯顿大学的名誉教授。1962年,皮布尔斯获得普林斯顿大学物理学博士学位。此后,他一直留校任教,于2000年转为荣誉退休职位。

皮布尔斯是1970年代以来最有影响力的理论宇宙学家之一,对大爆炸模型做出了许多理论贡献,在初核合成、暗物质、宇宙微波辐射背景等领域做出了重要研究成果。瑞典皇家科学院评价称,“詹姆斯·皮布尔斯的理论框架经过20多年的发展,是我们现代理解大爆炸后宇宙演化的基础”。

探寻真实的《阿凡达》世界:诺贝尔物理学奖再望星空

米歇尔·麦耶1942年1月12日出生于瑞士, 1971年获得瑞士日内瓦大学博士学位,是日内瓦大学天文学系教授。

迪迪埃·奎洛兹1966年出生于瑞士,1995年获得瑞士日内瓦大学博士学位,现为瑞士日内瓦大学和英国剑桥大学教授。

2017年,对“引力波”的研究摘得了诺贝尔物理学奖桂冠,科学界普遍猜测今年不会再颁给天文学领域。然而时隔仅两年,诺贝尔奖又重回神秘太空,今年的诺贝尔奖花落宇宙学和系外行星学。

不过,宇宙物理学理论和系外行星学在学术界看来是两个完全不同的领域。因此,今年的诺贝尔奖将两者合并颁奖,略显牵强。

科普作家张轩中对第一财经记者表示:“宇宙学研究的是大尺度的宇宙,系外行星只是围绕太阳系的,并不在一个层面。所以今年的奖将这两个领域联系起来,比较牵强。”

日内瓦大学量子物理学家尼古拉斯·吉森(Nicolas Gisin)教授对其同事的获奖早有预测。他对第一财经记者表示:“米歇尔·麦耶和他的学生发现了第一颗系外行星,这足以让他们获得诺奖。米歇尔·麦耶在日内瓦天文台组建的队伍取得了世界领先地位。”

在首颗系外行星发现后,麦耶和奎洛兹在日内瓦大学主导创建了太阳系外行星全球研究中心。

回忆起当年第一颗系外行星发现时的情景,吉森至今记忆犹新。“不仅仅是日内瓦大学,全世界都惊叹当时的发现。”吉森告诉第一财经记者。

就在两位教授获得殊荣的消息公布后,不久吉森也收到来自大学有关部门的邮件,对两位教授的获奖表示祝贺。邮件中还回顾了两位教授25年前的工作,以及他们当前使用的观测工具。

天文学领域最大的探索

系外行星学被认为是当前天文学领域中最大的探索领域,也是发展最快的一门学科。早在1995年10月,奎洛兹还在日内瓦大学撰写天文物理学论文时,就与他当时的教授麦耶一起,宣布了这个可能是自哥白尼革命性理论以来最重要的发现——飞马座51b行星,这是第一颗被发现的系外行星,它环绕着一颗类似太阳的恒星运转。

从此人们认识到,密密麻麻布满天空的不仅有恒星,还有无数行星。

据介绍,飞马座51b是当时发现的最小与最近的系外行星,人们已在距离太阳4.3光年的“南门二”三合星系统里寻找多年,电影《阿凡达》的编剧也将纳威人的森林世界——潘多拉星球设定在这个星系中。

“这并非行星‘阿凡达’,但它的确环绕距我们最近的恒星南门二(半人马座α)运转。这颗炽热的星球是遥远世界的新星,对它的探索成为天文物理学的重大挑战。” 奎洛兹介绍说。

“这不只是一个飞跃,还是系外行星学遇到的真正的大海啸。”奎洛兹曾在2012年接受采访时说道,“因为我们意识到,该学科超出了天文物理学的范围。它会令地质学家、大气物理学家与生物学家感兴趣。我们是这一继续扩大的、重大研究新课题的载体。”

“第一颗系外行星的发现打开了一个全新的科学研究领域。”吉森向第一财经记者表示,“在天文物理学领域,总是能见到身为先锋的瑞士人。”

凭着高精度径向速度行星搜索器(HARPS),瑞士人给科学界配备了摄谱仪中的“劳斯莱斯”。自2003年起装置在智利拉西拉天文台的一台欧洲望远镜上的这架仪器,能够侦测到比步行速度还慢的恒星接近与远离人类的位移。另一架同样的仪器则在加那利群岛投入使用,以探索北半球的星空。

搜索外星生命

在日内瓦大学的贺信中,介绍了麦耶和奎洛玆所使用的观测工具,为系外行星定性卫星(CHEOPS),以及在日内瓦设计建造的新一代摄谱仪ESPRESSO系外行星搜寻设备,这款设备被装置在欧洲南方天文台(ESO)甚大望远镜(VLT)上,从此打开了全新的搜寻外星球的视野。

但行星的探测无法一蹴而就。只有通过长期观测,才能辨认出它令母恒星运转产生的规律性差异。而之后更有意义的工作将是探索外星球是否有生命存在。

这项工作在瑞士国家竞争力研究中心(NCCR)的帮助下完成,该机构向日内瓦大学的系外行星全球研究中心输送人才,共同探索宇宙的未知世界。

HARPS的发明人、日内瓦大学天文学教授弗朗切斯科·佩佩(Francesco Pepe)在谈到探索外星生命时表示,“正在努力获得证据”。

佩佩说道:“宇宙中存在着不计其数的星系,每个星系又有不计其数的恒星,我们知道几乎每个恒星都有自己的行星,我很难相信里面不存在某种类似地球的世界。即使不完全相像,我也找不出生命不会在其他条件下发展的理由,大自然比我们更有想象力。”

佩佩的猜测正在越来越接近现实。最近,在寻找太阳系以外生命的过程中,天文学家向前迈出了重要一步。

据《自然天文学》杂志发表的一项研究报告,科学家们首次发现在太阳系外宜居带的一个遥远行星的大气层中有水蒸气。

这个行星是距离地球110光年的系外行星K2-18b。一个国际研究小组表示,这是使用哈勃太空望远镜成功获得的一大发现。这份伦敦大学学院研究报告的共同作者奇亚拉斯(Angelos Tsiaras)表示:“在一个地球以外可能宜居的世界发现水,真是令人难以置信,它使我们怀疑‘地球是否独一无二’。”

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