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上部 說史 二十四 劃時代的發現

上部 說史

二十四 劃時代的發現

真正具有里程碑意義的歷史性發現是在1995年10月6日,瑞士天文學家米歇爾·麥耶及戴狄爾·魁若茲宣布首次發現了一顆圍繞飛馬座51的行星,這一天現在基本上被公認為人類發現系外行星的開端。
1995年終於來了,世界上的天文迷們為這一年等待了幾十年,它註定要成為外星人搜尋歷史上最重要的年份之一。以至於很多年以後,人們還會津津樂道地談論這一年的天文發現。這一年,在尋找太陽系外行星的事業上有了重大的進展。
這兩個瑞士人是幸運的,雖然尋找系外行星的工作是極其枯燥的,但他們數年的辛勞得到了回報。然而,與此形成鮮明對比的是兩個悲情的美國天文學家:馬西和巴特勒。這倆老哥在加州擁有當時世界上最先進的設備,為了尋找系外行星已經付出了11年的努力。雖然他們確信利用視向速度法肯定能找到系外行星,但一直未能如願,不過他們始終不曾放棄https://read.99csw.com。1995年的一天早上,他們還沒睡醒,就聽說了兩個瑞士人宣布發現了飛馬座51星有行星環繞。倆人大吃一驚,並且對此並不十分相信,馬西對巴特勒說:「該死的,這不可能,我們對飛馬座51星有一抽屜的觀測資料,要是有行星我們早就應該發現了!」於是兩個人立即開始重新分析那些資料,結果很無奈地證實這兩個瑞士人是對的。這裏面的關鍵問題在於飛馬座51的這顆行星的公轉周期只有4天,而馬西他們一直以為周期會是10年左右,誰能想到居然有一顆行星4天就繞恆星轉一周,這速度也太驚人了。他們忽略了4天波動一次的數據,就這樣錯過了可能會影響他們一生的發現,第一個發現系外行星的桂冠就這樣幸運地落在了這兩個瑞士人的頭上,這讓馬西和巴特勒無比鬱悶。
但「天體測量法」卻有著開創性意義,它為天文學家們打開了一個嶄新的思路。在這個基礎上,天文學家們又發展了一種被稱為「視向速度法」的觀測方法。
理論的突破終於在20世紀的最後一年到來。
我們已經知道恆星周圍如果有行星,那麼這顆恆星就會圍繞它們的共同質心旋轉。現在想象一下你站在一個很大的廣場上,遠遠的有一個人在原地兜圈子,從你的角度望過去,你會發現這個人時而遠離你,時而靠近你,我們把他相對於你視線方向的速九_九_藏_書度稱為「視向速度」。假設一顆恆星是在做著圓周運動,那麼如果我們用視向速度作為Y軸,用時間作為X軸,那麼畫出圖來就會是像下面這樣的一個正弦曲線:
羅斯威爾事件只能算是我們外星人搜尋史話中的「野史」,還是讓我們回到「正史」上來吧,真正的科學史一定是由科學家們創造的。
但不管怎麼說,1995年絕對是一個可以載入史冊的年份,發現太陽系以外的行星的意義怎麼評價都不為過。過去,人們總在說太陽只不過是宇宙中普普通通的一顆恆星,地球只不過是繞著這顆普普通通恆星運轉的一顆普普通通的行星,但說歸說,沒有證據啊。像德雷克、卡爾薩根這些老一輩的外星人痴迷者之所以對外星人的存在深信不疑,也都是基於這個「平凡理論」——恆星很普遍,太陽很平凡,行星很普遍,地球很平凡。在第一顆太陽系外行星發現之前,「平凡理論」永遠只能是一種主觀合理判斷,但並不能成為一個「觀測事實」。在飛馬座51行星被瑞士人發現之後,全世界的天文學家再沒有人懷疑我們這個宇宙中除了遍布恆星外,也遍布著行星。
視向速度法一經發明后,很快就迎來了激動人心的發現。1988年,加拿大天文學家布魯斯·坎貝爾等人宣布,利用視向速度法,發現仙王座γ星擁有行星。但沒過多久,布魯斯自己開始懷疑起自己的發現了,因為他的硬體設九九藏書備不怎麼靈,觀測精度有點糙,而且來自圈內的質疑聲又不斷,所以這個可憐的天文學家在巨大的壓力面前不得不宣稱說對自己的發現結果尚有所保留,還在繼續確認當中。這一確認就再沒下文了,他就這樣生生地丟掉了第一個發現系外行星的桂冠。比這更令他懊喪的是,到了2003年,別的天文學家用更強悍的硬體設備證實了仙王座γ星確實有行星環繞。而這時候大家幾乎已經把布魯斯當年的工作都忘掉了,實在太多年過去了,天文學界已經發生了翻天覆地的變化。
不過,遺憾的是,在更靈敏的儀器發明之前,利用視向速度法發現的行星都不可能允許生命的發生。因為限於目前的技術所能達到的精度,視向速度法只能觀測到巨大的類似像木星這樣的氣態行星對恆星引起的抖動。不但要個頭大,還得離宿主恆星比較近,只有這樣引起的恆星抖動才足夠大到能被光譜儀捕捉到。而像地球這樣小巧的類地行星由於質量相較恆星來說實在太小,它引起的抖動還無法被捕捉到。因此,想要發現允許生命存在的類似地球這樣的系外行星,利用視向速度法目前還是不可能的。
這個方法真是令人拍案叫絕,它絕就絕在把人類現有的技術條件所能達到的觀測精度大大提高了,因為光譜儀的精度要遠遠的高於檢測照片上恆星的位移的精度,而且最妙的是光譜的變化幾乎不受地球自轉和公轉的影響,也https://read.99csw.com不受大氣的干擾,這簡直就是天賜的禮物啊。
飛馬座51行星的發現激勵和鼓舞了全世界熱衷於尋找太陽系外行星的天文學家們。很快,第2顆、第3顆……系外行星被不斷地發現,人們已經無法滿足於僅僅找到巨大的氣態行星,新的競賽已經開始,那就是看誰能第一個發現類地行星(固態行星)。天文學家們都明白,大家擁有的設備都差不多,觀測精度誰也不比誰強到哪去,這場競賽的關鍵在於方法和理論的創新,要靠理論指導實踐。
知道這個曲線有什麼用呢?既然第一個辦法都無法觀測到抖動,難道還有辦法測量出視向速度不成?別急,所以說科學家就是聰明,他們總是能想到一些我們想不到的東西。首先你回想一下,你有沒有站在鐵路邊上看火車疾馳而過的經驗?當一列火車從遠處駛來,發出鳴叫時,你會聽到鳴叫聲的音調會升高;然後從你身邊駛過後,又會降低(注意我這裏說的是音調,不是音量)。這是因為聲音是一種波,當波源向你飛速靠近時,它的頻率會變高,反之則變低,這個現象以它的發現者名字命名,叫做「多普勒效應」。如果恆星也能像火車一樣發出鳴叫聲,那就好辦了,我們只要豎起耳朵聽一下音調的變化就大致知道了恆星的速度變化。遺憾的是,這該死的恆星它不會叫啊。幸好,恆星會發出很強烈的光,光也是一種波,同樣會產生多普勒效應,當一顆恆星跟你之間九九藏書有視向速度時,光波的頻率就會忽而變高,忽而變低。光的不同頻率對應著光的不同顏色,就像彩虹,一邊是紅色,一邊是藍色,當光的頻率變低時,顏色就會朝著紅色端移動,我們稱之為「多普勒紅移現象」;反之就朝著藍色端移動,稱之為「多普勒藍移現象」。現在假設一顆恆星有視向速度,我們就可以用靈敏的光譜儀來測量到多普勒效應,如果我們發現這顆恆星發出的光頻率的變化恰好符合上面的正弦曲線圖,那麼我們就可以推斷出這顆恆星在原地兜圈子,那恆星為什麼會原地兜圈子呢?想來想去,除了它周圍有一顆行星圍繞著旋轉以外,也想不出第二個解釋了。因此,只要找到了產生視向速度的恆星,也就相當於找到了行星存在的證據。

圖1-25 恆星的視向速度是正弦曲線
我們先來回顧一下本書第七節講到的「天體測量法」尋找系外行星的內容,雖然我們無法在望遠鏡中直接看到系外行星,但是我們可以通過觀測恆星有規律的「抖動」來推測這顆恆星被一顆行星環繞。但這個方法確是一個典型的知易行難之事,我打過一個比喻,這就好像是坐在遊樂場的「咖啡杯」裏面觀察遠在幾公裡外的一盞小小的燈泡的微弱抖動。