2019年的諾貝爾物理學獎已經于10月8日揭曉。

這次的三位獲獎者大家可能已經通過這幾天的新聞了解到了，他們分別是：

這次諾貝爾物理學獎的頒獎詞所描述的范圍也比較大：

“For contributions to our understanding of the evolution of the universe and Earth’s place in the cosmos”

獎勵他們，為我們理解宇宙的演化以及地球在宇宙中的位置做出的貢獻。

三位科學家都是天體物理學界的大牛，有很多文章已經對他們做了詳細的介紹。其中，后兩位的獲獎理由是：

“For the discovery of an exoplanet orbiting a solar-type star”

是的，兩位科學家最杰出的貢獻就是發現并確認了太陽系外的第一顆環繞類似太陽的恒星旋轉的系外行星。

這顆行星，被稱為51 Pegasi b。

No.1 這顆星在哪里？

51 Pegasi b，用中文來說，就是飛馬座51b。飛馬座51，是位于飛馬座的一顆類太陽的主序星；飛馬座51b，指的就是環繞飛馬座51的最近的一顆行星。天文學界的慣例，就是在恒星后面跟一個小寫字母，從b開始，來表示其行星。此外，也有用從A開始的大寫字母編號的方式。

飛馬座51，用中國傳統名稱，則是室宿增一，本身不是很亮，但是比較近，距離太陽大約50.9光年，視星等5.49，在沒有光污染的情況下，肉眼也可以看到。

No.2 這顆行星是怎么被發現的？

50.9光年說遠確實不遠，畢竟我們已知的宇宙是以百億光年來計的。但是要說近，那是絕對不對的，就算是光，也要跑50多年才能到達我們的眼睛。相對于這么大的距離尺度，要觀測一個“渺小”的行星，是很難用望遠鏡做到的——更不要說行星本身幾乎不發光，本來也沒有什么信號。

那么這兩位科學家是怎么做到的呢？

他們運用了一種，叫做“多普勒光譜學”的方法(也叫徑向速度測量法)。

這種方法是Otto Struve于1952年提出的。大概的意思是，恒星和行星的引力是相互的，如果是一顆比較大的行星圍繞恒星旋轉，那么這兩體的質心，會比較明顯的偏移恒星的中心，從而使在體系外的觀測者看起來這個恒星在原地旋轉。

在這個時候，因為恒星在相對于地面上的觀測者做周期性的運動，那么這顆恒星的多普勒頻移，就會周期性地呈現出藍移和紅移。

如果觀測到這種周期性的藍移和紅移，就說明有一顆質量可觀的行星在圍繞這顆恒星旋轉。

于是，這次獲得諾貝爾獎的Michel Mayor和Didier Queloz兩個人，利用這個原理，制作了ELODIE攝譜儀，這臺儀器能夠監測最小7米每秒恒星的徑向速度。

1993年，這臺儀器安裝使用，僅僅兩年，1995年10月6日，兩位科學家就確認并發表了關于51 Pegasi b的發現成果。

聰明的你，一定立刻就會想到——這個方法看起來很厲害，那就一定有缺陷！是的，這個方法的一個重大缺陷就是：如果這顆行星的軌道面正好垂直于我們觀測它的視線方向，我們就無法用這個方法找到系外行星。

原理很好理解。如果像上圖中示意的一樣，軌道平面和我們的視線平行，那么，恒星的周期運動，一定會相對于我們忽遠忽近，有一個視線方向上的速度變化，這使我們能夠看到紅藍移的周期變化。

但是如果像這樣，軌道平面正對我們，那么恒星再怎么轉，相對于我們的位置也幾乎不變，我們也就得不到紅藍移的周期信息。

此外，有些恒星本來就不穩定，會膨脹、縮小以及閃爍，也會影響這個方法的有效性。

No.3 這顆行星長什么樣子？

剛才也說到，51 Pegasi b，是51 Pegasi的第一顆行星。這是一顆“熱木星(Hot Jupiters)”。什么叫熱木星呢？顧名思義，很熱的木星。這個熱是由外而內的。飛馬座51和他的行星特別親熱——超出地球人想象的親熱。飛馬座51b，公轉周期只有大約4個地球日，這比水星約88個地球日的公轉周期要短得多得多得多得多。也就是說，它距離飛馬座51的距離，也比水星到太陽的距離近得多得多。

剛開始科學家都以為51 Pegasi b是個類地行星，有著堅實的地表，就像水星那樣非常非常非常大，有半個木星那么重，大約相當于150個地球質量。因為過去科學家確實沒有見識過距離太陽這么近的行星，本能就覺得應該類比太陽系。那個時候的行星演化理論，也無法支持氣態巨行星在這么近的地方出現。

最開始，科學家推測它可能是一顆褐矮星，被剝離了外表，只剩下核心。算是一個分解了的恒星的殘留物——因此含有比較高的重元素成份。

后來，更多的類似熱木星被發現，例如巨蟹座55(55 Cancri)和牧夫座Τ(τ Bo?tis)，熱木星成為一個專門的門類，來描述這些很熱、距離恒星很近的氣體巨星。51 Pegasi b像木星一樣，是一顆氣體巨行星(Gas Giant)。它有著厚厚的大氣層，可能有個固態的內核。不考慮溫室效應和潮汐加熱作用，且假設球面反照率為0.1，那么它的表面溫度應該達到1265K。由于這種高溫，它雖然只有半個木星重，但是估計半徑比木星還要大。

就很膨脹。

現在，51 Pegasi b被國際天文學聯合會命名為Dimidium，拉丁語意為“一半”，意思是半個木星。

51 Pegasi b的藝術想象圖

所以你看，觀測手段的提升往往能帶來科學的飛躍。

No.4 地外行星有沒有什么土特產？

很遺憾目前沒有發現，就算有，我們也難以從狂暴的氣體巨星上開采土特產。不過，還有一些別的選項。

這次諾貝爾獎的描述是，首次發現圍繞“類太陽恒星”旋轉的系外行星。聰明的讀者一定又一次發現了漏洞！

那就是，沒說是首次發現系外行星。

沒錯，別的類型的系外行星，在這之前就已經有所發現了。

這樣的行星，并不圍繞一顆“類似太陽的”主序星旋轉，而是圍繞“恒星的遺骸”，脈沖星旋轉。

PSR B1257+12，又被稱為“巫妖星”(Lich)。(恰逢魔獸世界懷舊服剛剛上線不久，祝大家排隊愉快)

巫妖和他的行星們：尸鬼、促狹鬼、夢魘

過去科學家認為，只有主序星才可能擁有行星，但是人類首次發現的系外行星，就是環繞非主序星的——可能這就是愛情吧，總是充滿意外和打臉。

1992年，Wolszczan和Frail，通過用脈沖計時法(Pulse Timing)，分析巫妖的射電信號：脈沖星有很強的射電信號，發現并確認了第一顆和第二顆系外行星，PSR B1257+12b，尸鬼(Draugr)，PSR B1257+12c，促狹鬼(Poltergeist)。1994年發現了第三顆，PSR B1257+12d，夢魘(Phobetor)。

尸鬼、促狹鬼和夢魘的成比例的藝術想象圖

可以看到，三顆地外行星，都比這次獲獎的地外行星更早被確認，而且這樣的反常的案例，也一樣推動了人類對宇宙的認識，但是目前他們還沒得過諾獎。也許評選委員會有自己的考慮吧。

現在，科學家認為，“巫妖”可能還存在第四個手下，但是相關研究還不夠充分，不能認定。

那么，說好的土特產呢？！

還記得曾經，我們在“滅霸同款土豆試吃指南”里寫過，土星這樣的氣體巨星，內部溫度壓強很高，因此會形成鉆石雨——鉆石雨落在了哪里呢？那當然是沉淀在其固態的核心里。

目前的研究表明，巫妖的三個召喚獸，可能有兩種形成原因，第一可能是原來的恒星死亡之后，變成白矮星，白矮星又和另一顆白矮星碰撞、粉碎，形成新的吸積盤。這三顆行星就在新的吸積盤中形成；但是也有一種可能，那就是這些行星其實是原來的氣體巨星的固態內核，在超新星爆發中，氣體巨星的大氣層被整個剝離，只剩內核。

美國普林斯頓大學的Marc Kuchner認為，這些行星很可能富集碳元素，在上述的溫壓條件下，有可能富含金剛石。

鉆戒貶值預警。

我也想得諾貝爾獎怎么辦？

不，你不想。

現在，尋找新的太陽系外行星的方法，除了上述的徑向速度法、脈沖計時以外，還有十多種至少成功過一次的方法，以及五六種可能靠譜的方法。方法很多，星空也非常廣大，要么提出一個新方法，要么找到一顆別具一格的，比如說和地球一毛一樣的系外行星；或者開上飛船，拉回一船鉆石的行星，拍在諾貝爾獎評委會臉上，讓他們單獨給你開一個新的獎項，我覺得都是不錯且有操作性的方法。

圖注：截至2014年9月，每年發現的系外行星

(圖中不同的顏色表示不同的探測方法得到的結果。其中藍色為徑向速度法。)

正如這次頒獎詞寫的：

“For contributions to our understanding of the evolution of the universe and Earth’s place in the cosmos”

用心、用力、用情，去開拓人類知識的邊疆。

人類會銘記你的貢獻。

美編：高欣欣

校對：黃志偉

總結

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