發現第一顆外星球的人
今天,發現一顆太陽系外行星對於我們來說已司空見慣。但俗話說,萬事開頭難。在幾十年前,尋找系外行星的想法還被認為是近乎瘋狂。許多人曾經懷疑,擁有數顆種類不同行星的太陽系,在宇宙中也許是個異數,沒有證據表明其他恆星系也會如此。再說,即便那裡存在行星,它們也太小、太暗了,被它們所環繞的恆星的光芒所掩蓋,而無法被我們探測到。所以,如果有誰決心去尋找系外行星,不但無法獲得科研資金,還要拿自己的聲譽去冒險。
但是,隨著第一顆系外行星的發現,這一局面被改變了。迄今為止,被證實的系外行星已超過3500顆,而且數量還在攀升。改變這一局面的是兩位瑞士天文學家。我們今天就來談談他們的故事。
捕捉恆星的微小「擺動」
事情還得追溯到上世紀90年代。當時,戴狄爾·奎若茲還在瑞士日內瓦大學攻讀博士。他的導師是米歇爾·麥耶。麥耶是分析恆星光譜的權威。他曾經研製出一種光譜儀器。當一顆恆星附近掠過一個較大的天體時,恆星光譜的微小移動能被這種儀器捕捉到。例如,在一個雙恆星系統中,兩顆恆星繞著共同的質心轉。一顆恆星在其伴星引力的作用下,徑向速度發生周期性的變化,根據多普勒效應的原理,在光譜上表現為光譜的周期性移動。而這種光譜儀就能檢測到光譜的微小移動。
當奎若茲在讀博時,麥耶正在參與建造一個更加靈敏的裝置。「麥耶想找個人參加這一項目,而我恰好喜歡建造點什麼,於是事情就這樣開始了,」 奎若茲回憶說。
起初,新的儀器僅能識別最低至每秒50米的徑向速度變化。此後,奎若茲開發了一個軟體,把精度提高到10米/秒。這讓他們大喜過望,因為這一精度具備了探測太陽系外巨行星的條件。
麥耶和奎若茲選擇了到那時為止沒有被人關注過的100顆恆星。他們知道這是一項耗時的工作,打算收集十年的數據。1994年5月,麥耶向奎若茲交代工作後,就去夏威夷度假了。
異常預示著存在一顆巨行星?
1994年7月,奎若茲第一次開始觀測距離地球50光年的一顆叫「飛馬座51」的恆星。到9月,他意識到數據有些異常。這顆恆星的光譜移動讓他很困惑:如果它來自一個雙星系統,移動似乎太小;如果是由行星引起的,移動似乎又太快。奎若茲擔心軟體上出了錯。有一個星期,他試圖在軟體中找差錯,但沒找到。他當時很恐慌,但沒向任何人透露這一「壞消息」。
奎若茲一邊繼續跟蹤觀測,一邊想觀測其他恆星,看看是否也存在類似情況。結果是沒有。這就進一步排除了程序出錯的可能。他承認,這種無法理解的移動是真實存在的,但他還是不敢告訴正在度假的麥耶。
1995年1月,絕望中的奎若茲想出一個自己都認為是牽強的解決方案。他設想:倘若存在一顆巨行星,只要它距離母恆星「飛馬座51」非常近,公轉周期非常短,就能解釋光譜為何移動這麼快。但這違背了一個天文學「常識」。因為行星形成理論說,巨行星不可能在離恆星很近的軌道上形成;比如太陽系的氣態巨行星木星,就離太陽很遠,需要12年才能公轉一周。
但是,奎若茲把這條「常識」推一邊,還是按自己的思路工作下去。他通過數據擬合發現,如果這顆巨行星的公轉周期是4.2天,就能完滿解釋觀測數據。可是在這種情況下,這顆巨行星距離恆星「飛馬座51」,比水星離太陽還近!
沒錯,是一顆系外行星!
興奮的奎若茲把這一結果傳真了給麥耶。他這樣寫道:「我想我已經找到了一顆質量相當於木星,但公轉周期只有四天的行星。」 麥耶不信,吩咐他繼續跟蹤,直到他回來。
1995年4月,救苦救難的師父終於從夏威夷回來了,但「飛馬座51」已轉到了南半球的天空,要等到7月才能恢復觀測。7月,麥耶連續觀測了四個晚上。第五個晚上,他終於對奎若茲說:「看來我們是找到了一顆行星。儘管按理說它不應該是,但它確實就是。」
8月,他們共同起草了一篇論文,投給《自然》雜誌。奎若茲記得當時有點提心弔膽。他知道,他在本領域內還是一名無名小卒,只要論文里有一個數據錯誤,就會斷送他的職業生涯。
到了10月份,《自然》仍然沒有接受這篇論文。他們乾脆在一次國際會議上公布了他們的發現。與會的一位聽眾當即打電話給一位尋找系外行星的權威人士。這位天文學家對「飛馬座51」連續觀測了五個晚上,收集到的數據也支持奎若茲和麥耶的結論。11月,論文終於發表了。
但即使這樣,許多天文學家對這一結論還是抱懷疑態度,而且懷疑持續了多年。直到1999年,哈佛大學的一位天文學家以無可辯駁的數據證明,他觀測到另一顆太陽系之外的行星,大家才開始接受這一事實:系外行星的確是存在的,而且現有的觀測技術就可以發現它們。如今,單單開普勒太空望遠鏡就發現了2300多顆系外行星。作為開創者,奎若茲和麥耶至今依然工作在這一領域的前沿。
系外行星的發現證明,在擁有行星的意義上來說我們的太陽系也並不特殊。目前唯一可以自誇是,它擁有宇宙中唯一已知的生命。但隨著天文學家開始搜尋系外行星大氣中的生命跡象,這一特殊地位還能維持多久呢?
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