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上部 說史 七 尋找系外行星

上部 說史

七 尋找系外行星

從20世紀50年代開始,尋找太陽系以外的行星就成為天文學上最令人著迷的一項觀測活動。這個活動的意義不言而喻,雖然太陽系有那麼多的行星,似乎由此可以推測出在別的恆星系也應當有很多行星才對,而有行星的存在,才有外星生命發生的可能性,但問題是,證據在哪裡呢?沒有證據,哪怕邏輯上再正確,也沒法拿到檯面上來說。於是,整個學界乃至所有科普迷、天文迷都迫切地希望天文學家們能早日拿出系外行星存在的證據,誰要是第一個搞定這個事情,那這個人一定會引起轟動。
但我前面說過,以人類當時的天文望遠鏡技術,想要直接「看」到系外行星是幾乎不可能的。你可能感到有點疑惑,真的https://read•99csw•com有那麼難嗎?平常我們在一些科幻電影或者動畫片裏面似乎這很容易,滿宇宙都是各種形狀的天體,就算我們現在不能像星際迷航中一樣開著宇宙飛船滿宇宙觀光,我們拿著望遠鏡在天上還看不到嗎?是的,完全看不到,讓我先來給你看張圖片:
天狼星是夜空中最亮的幾顆恆星之一,很好認。我們在地面上用大口徑的光學望遠鏡對準它,拍攝出來的照片就像上圖展示的那樣。不過你千萬不要認為天狼星實際上的形狀就是像圖上那樣的一個大刺蝟,這是由於地球大氣扭曲了光線,就好像你從水下看地面上的景物一樣;並且在天文攝影的時候需要長時間的曝光,地球又是在自轉,因此拍出來的照片就成了這個樣子。真實的情況是,你在那個刺蝟狀的光團上用針刺一下,刺出來的那個小洞差不多就是恆星的實際大小。而圖片上箭頭所指的那個小亮點你可能認為這不就是一顆行星嘛,看上去還真有點像,並且人們還發現他大概40年繞天狼星轉一圈。九-九-藏-書其實呢,如果做一些簡單的計算就會發現,箭頭所指的那個天體距離天狼星有好幾個光年之遙,而且至少要發出像太陽一樣亮的光芒,這隻能說明它也是一顆恆星,並且是天狼星的一顆「伴星」,互相圍繞著旋轉。
雖然難度很高,但不管怎麼說,天體測量法是個了不起的主意,它打開了天文學家們的思路,找到了間接觀測行星的方法,並且奠定了以後尋找系外行星的各種方法的基礎。這時候離人類真正發現第一顆系外行星還有30多年的時間,這個話題我們要稍稍放一放,因為在這30多年中還有很多激動人心的事情值得一說。
如果在天狼星的邊上有一顆自己不發光的行星,那麼它在望遠鏡中的亮度必然還要再暗淡1萬倍,這實在是太暗了。但真正致命的並不是行星太暗,真正悲摧的是它恰恰又在一顆很亮的恆星邊上,它會完全隱沒在天狼星散發出的那個刺蝟狀的光團中。所以,想要找到系外行星,靠直接觀測是不太靠譜的,必須得想到一些「奇門招數」,從而間接觀測到系外行星。

圖1-4 光學望遠鏡中的天狼星
九-九-藏-書
天文學家們想到了一個非常巧妙的方法,他們把這個方法稱為「天體測量法」。要理解這個方法的原理,我必須先要給大家普及一點基本的物理知識。當一顆行星繞著恆星公轉的時候,粗略地看上去,就是恆星不動,行星繞著轉。但如果我們精確一點計算,就會發現,恆星並不是完全不動的。實際上根據牛頓力學我們可以推算出,恆星和行星其實是圍繞著他們的共同質量中心旋轉,這個共同的質量中心被稱為「質心」。但往往行星的質量相較恆星來說非常小,比如我們地球的質量只有太陽的1/33萬,所以地日的質心位於太陽內部。因此,儘管擺動幅度非常之小,但從理論上來說,恆星是在「抖動」的。換句話說,如果我們觀測到宇宙中的某顆恆星是在有規律地抖動,那除九_九_藏_書了有一顆行星在圍繞著它旋轉以外,找不出第二個合理的解釋。

圖1-5 行星和恆星圍繞共同質心旋轉
但這個事情絕對就是一個知易行難的事情,說說是容易的,真想要觀察到恆星的抖動,那可真叫一個難。你要知道,我們的地球不但在自轉,還在公轉,也就是說我們放在地面上的望遠鏡相對於恆星來說,本身就是在不停地運動中的,在這種情況下我們要觀測到恆星的抖動有多難,我打個比方你就知道。兒童樂園裡面的那種叫「咖啡杯」的遊樂項目玩過嗎?你坐在一個大「咖啡杯」裏面,而這個咖啡杯又是放在一個大圓盤上,遊戲啟動后,整個大圓盤就會轉動起來,不但大圓盤轉動起來,咖啡杯本身也開始自轉起來。在這個情況下,你的任務是坐在咖啡杯裏面觀察遠在幾千米外的一盞小小的燈泡發出的微弱燈光,https://read.99csw.com並且要能夠觀測出這個小燈泡在1毫米內的輕微抖動。如果有人向你宣布他成功的觀測到了這個小燈泡的抖動,我想恐怕你是不會那麼輕易相信的吧。
但是,總會有人第一個吃螃蟹的。到了20世紀50年代晚期,第一個聲稱找到系外行星的人出現了,他的名字叫彼德·范,來自斯沃斯莫爾學院(一所位於美國費城附近的叫斯沃斯莫爾的小鎮上的學校)。彼得聲稱發現了一顆繞著巴納德星公轉的行星,他說他看到了這顆恆星有規律的抖動,證明這顆恆星邊上有一顆行星。但基於我前面闡述過的理由,相信彼得的人並不多,不過也沒法證明他是錯誤的。直到今天,這件事也沒個最終結論,大家基本上都認為不太靠譜。
要找到太陽系以外的智慧文明,我們首先就要找到太陽系以外行星存在的證據。這看起來像是一個非常正確的邏輯,但是,真的必須這樣嗎?這是人類的一種思維定式,想要打破很難。但並不意味著不能打破,有一個叫做戴森的科學家率先打破了這種思維定式,他把人類尋找外星人的視線帶向了一個全新的角度。