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解读2019诺贝尔物理学奖:因为他们 人类重新认识宇宙_上海随缘食品经营许可证办理平台

  出品| 新浪科技《科学大家》   撰文| 苟利军,中国科学院国家天文台研究员,恒星级黑洞研究团组首席科学家,中国科........

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解读2019诺贝尔物理学奖:因为他们 人类重新认识宇宙_上海随缘食品经营许可证办理平台

发布时间:2019-10-10 热度:

出品| 科技《科学大家》,

撰文| 苟利军  ,中国科学院国家天文台研究员   。恒星级黑洞研究团组首席科学家   !中国科学院大学天文学教授,《中国国家天文》杂志执行总编。

2019年10月8日   ,2019年诺贝尔物理学奖揭晓:加拿大裔美国科学家詹姆斯·皮布尔斯(James Peebles)、瑞士科学家米歇尔·马约尔(Michel Mayor)、瑞士科学家迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)三人获奖 。其中一半奖金授予美国普林斯顿大学的詹姆斯·皮布尔斯!获奖理由是“对于物理宇宙学方面的理论发现”;另一半奖金授予瑞士日内瓦大学的米歇尔·马约尔和瑞士日内瓦大学/英国剑桥大学的迪迪埃·奎洛兹 ,获奖理由是“发现了围绕其他类太阳恒星运行的系外行星”  。

在我刚刚从雁栖湖教完课   ,还在回程路上。就被这三位天文学家获得2019年诺贝尔物理学奖的消息包围   !

2019诺贝尔物理学奖得主,

本来分别有可能获奖的领域,现在同时获奖  。的确有些让人意外  !不过也是意外而自然,

皮布尔斯的名字是如雷贯耳 ,可以说是宇宙学领域内的先驱性人物。自从1970年以来 !他被广泛认为是世界领先的理论宇宙学家,他主要对原始核合成、暗物质、宇宙微波背景和结构形成等领域做出了理论贡献   。也正是他的很多贡献!才使宇宙学进入了真正的精确宇宙学时代 ,之前我曾经在很多场合听到过众人谈论皮布尔斯有望得奖的可能 。只要活得久就有可能  !今年84岁的皮布尔斯终于等到了,他的获奖可称得上实至名归。

老爷子还为我们带来了鸡汤——“奖项虽然也很重要,但要因为热爱搞科研才行啊  。

揭示宇宙历史,

现代宇宙学揭示了宇宙的历史 ,以及宇宙中令人意想不到的物质和能量组成部分 。人们发现太阳远不是银河系中唯一具有行星的恒星 !新的发现显示,行星系统具有广泛的多样性。在过去的几十年里!我们不仅对宇宙的理解发生了深刻的变化,而且我们也对地球在宇宙中所处的地位看法也发生了巨大的改变。今年的诺贝尔物理学奖关注的正是这些突破性的发现!

如此令人兴奋的发展之所以成为可能  ,要感谢过去半个世纪以来。物理学家们在宇宙学理论框架中的突破性发现!今年的诺贝尔奖得主皮布尔斯在这个领域做出了开创性的贡献 ,他通过详细的建模。并利用分析和数值方法 !对宇宙的基本属性进行了探索   ,发现了意想不到的新物理学。我们有了一个统一的模型!能够描述宇宙从最初的几分之一秒到现在以及遥远未来的状态变化,对我们的宇宙做出一个精确的描述。

宇宙学是一门充斥着没有坚实依据的猜想,数据也少得可怜。宇宙学已经成长为一门精确的数学科学  !愈发精确的观测数据正发挥关键性作用 ,发现的时代并未终结  。随着测量精度越来越高!我们将有可能发现全新的,此前未能预料到的现象 。物理宇宙学将为我们带来更多惊喜!而皮布尔斯正是那个将我们引向发现的领路人   ,

而对于马约尔和奎洛兹  ,我平常对于这个系外行星领域比较关注 。所以也是多了一些了解   !

自从天文学家帮助我们认识到宇宙及其广袤之后 ,一个很自然的问题就出现了   。

!

宇宙其他地方还有生命存在吗?,

还有其他地方有生命存在吗?或者说  ,有没有其它的星球适合于生命的存在?2014年年底的《星际穿越》电影和2019年年初上映的科幻大片《流浪地球》都是讲述了地球面临灾难  。寻找新的家园的事情!或许在接下来的一两百年,我们的地球会安然无事。上万年或者更久的一点的时间之后!地球的环境变化就可能不太适合生命的居住,过世的物理学家霍金就曾预测。如果人类不保护环境 !那么用不了上万年 ,只需几百年的时间  。我们就需要离开这个生我们养我们的蓝色星球 !所以寻找寻找适宜的系外行星就是天文学家的一个目标,也是在帮助未来的人类做着未雨绸缪的事情 。

寻找地外行星的工作从上世纪80年代开始发展,终于在90年代的时候。此次获奖的两位都是瑞士的天文学家  !还是一对师生 ,他们为寻找太阳系之外的行星做出了开创性的工作。在1995年的时候!他们提出了一种叫做视向速度法的方法 ,在飞马座51恒星周围发现了一颗轨道周期为4.2天的行星 。这就是我们现在熟知的飞马座51b(命名方式是结合了发现时间和距离远近两种方式  !先时间后距离,同时发现按照从内自外。字母顺序从b开始)!

51 Pegasi拥有一颗质量与木星相当的行星 ,1995年的这一发现标志着一片全新的天体物理学领域就此开启   。即对系外行星与行星形成过程的研究!

真正开启了人类探测系外行星的时代,

这里值得一提的还有一位科学家 ,他就是美国旧金山州立大学的天文学家杰佛瑞·马西(Geoffrey Marcy) 。他在马约尔和奎洛兹发布结果的6天后  !也就是1995年的10月12日,就带领团队确认了这个行星  。并在不久后又相继发现了围绕类太阳恒星转动的第2和第3颗行星!解读2019诺贝尔物理学奖:因为他们 人类重新认识宇宙_上海随缘食品经营许可证办理平台

马约尔和Marcy的团队,而在此之后分别由继续发现了百余颗行星。这为之后深入研究系外行星提供了很多的可靠的统计信息!他们也引领了系外行星探测的“潮流”  ,所使用的视向速度法也成为当时的主流探测方法之一   。现在寻找系外行星最重要的方法是凌星法!之后通常用视向速度法再验证  ,

在开普勒卫星的帮助之下,科学家们已经确认了将近4000颗系外行星 。而还有四千多颗等待确认!让我们意识到很多的希望系外行星系统和我们的太阳系差别很大,更多的行星比我们地球要大一些。超级地球就是在那样的情形之下提出来的 !

马约尔和马西还在2005年的时候共同分享了素有东方诺贝尔之称的邵逸夫奖,或许大家会有点疑惑。为什么这次马西没有获得诺贝尔奖的青睐呢?除了工作成果的重要性!还不得不提到,在几年前的时候 。马西因为骚扰女学生而被学校开除!已经与诺奖无缘了  ,

说回来今年的诺奖,虽然很多人对天体物理的获奖表示意外 。但对于系外行星的获奖 !其实是很自然的   ,笔者在2015年接受采访的时候。就看好它当年会得奖 !不过时隔4年,这个领域喜获诺奖不算长   。

说到第一颗系外行星  ,还需要说明的一点是。通常我们会说人类发现的第一颗系外行星是1995年找到的飞马座51b !如果不看中心天体的类型的话,第一颗系外行星应该是在中子星周围发现的。

那是1992年,波兰天文学家、美国宾夕法尼亚州立大学教授亚历山大·沃尔兹森(Aleksander Wolszczan)和当时正在美国国立射电天文台做博士后的戴尔·费雷欧(Dale Frail)宣布发现了围绕毫秒脉冲星PSR 1257+12旋转的两颗行星  。

这一系统到1994年时被沃尔兹森确认,在中子星周围发现的系外行星的数目非常有限。中子星周围环境极其特殊和极端  !和地球的环境相差太大,对于我们了解地外生命并没有太大的帮助  。当时探测所使用的方法“脉冲计时法”!也存在很大的局限性,

 。

人们往往会把“人类发现的第一颗系外行星”这一桂冠戴到飞马座51b的头上,飞马座51b是人类发现的第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星   。

在此后的一段时间内,系外行星的发现速度比较缓慢 。带来这个领域再一次巨大飞跃的利器大约在10多年之后出现了!这就是被称为“行星猎手”的开普勒卫星   ,这颗卫星在2009年发射升空。一直运行到2018年的11月份正式退休   !很快它就发现了大批的系外行星 ,大约有将近4000颗系外行星得到了确认。多一半就是由开普勒卫星一个设备所发现的!除过这些确认的行星之外,还有四千多颗开普勒行星还等待确认。正是开普勒卫星给行星探测领域所带来的巨大变化 !这个项目的负责人威廉·伯鲁奇(William J   ,Borucki)获得了2015年的邵逸夫奖。

就在开普勒卫星退役之前,2018年的4月  。NASA由发射了另外一个系外行星寻找的卫星  !那就是凌日系外行星巡天卫星(TESS)发射升空,它计划运行两年  。将对85%的天空展开勘测!比开普勒卫星的探测区域大400倍  ,TESS卫星将着重寻找围绕太阳系附近恒星运行的行星。而这些行星的特征将借由地面观测手段予以确定!它也寻找到了一批系外行星,

除过探测系外行星之外  ,天文学家也开展了一些更为深入的研究。在2001年!天文学家观察到了证明大气存在的首个“印记”:589.3纳米的钠共振双线,天文学家又相继观察到了以气体形式存在的二氧化碳和水等分子  。科学家观测到的大气层主要存在于气态巨行星之上 !就在不久之前,研究人员在体积更小的非气态行星上成功探测到了水的存在。

随着天文学家观测到了一些位于宜居带中、表面能够支持液态水存在的类地行星,自然有人提出疑问:这些行星上是否有生命存在?虽然目前尚未在系外行星上探测到生命。但未来的系外行星特征探测卫星(CHEOPS)、詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)、行星凌日和恒星振动任务(PLATO)、以及极大望远镜(ELT)等地面任务都将配备先进仪器   !在类地行星大气中寻找生命存在的迹象  ,如氧气和甲烷等等。

皮布尔斯作为一个理论天文物理学家,帮助我们更加深入地了解了宇宙的演化历程。而马约尔和奎洛兹作为天文学家  !通过观测的方式帮助我们打开了一个更广阔的系外行星的世界,让我们在太阳系之外看到我们的地球的影子  。

推进了人类所能认知的疆域 ,让我们看到更广阔的宇宙。

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