可观测Universe第84章 飞马座51b

飞马座51b (系外行星) · 描述：系外行星研究的里程碑 · 身份：首个被发现的围绕类太阳恒星运行的系外行星属于热木星 · 关键事实：它的发现于1995年开启了系外行星研究的新时代荣获2019年诺贝尔物理学奖。

飞马座51b：系外行星研究的“破冰者”（第一篇） ——从“孤独地球”到“行星宇宙”的认知革命 一、人类对“他者行星”的千年追问：从神话到科学的跨越 当古埃及人将天狼星的升起与尼罗河泛滥关联当中国先民把北斗七星奉为“天帝之车”当伽利略用望远镜看见木星四颗卫星绕其旋转时人类对“宇宙中是否存在其他世界”的追问早已从神话想象坠入科学实证的轨道。

但在1995年之前“系外行星”（Exoplanet即围绕太阳以外恒星运行的行星）始终是天文学中的“幽灵”——既没有直接观测证据也没有被广泛接受的理论确证。

这种局面的根源在于行星本身的“隐形性”。

行星不发光只能反射恒星的光其亮度比宿主恒星暗数十亿倍；更关键的是行星与恒星的距离极近（以太阳系为例木星与太阳的距离约7.78亿公里若放在10秒差距外——约32.6光年——视角仅0.5角秒相当于从地球看月球上的一颗芝麻）。

因此直接拍摄系外行星的难度堪比在千里之外辨认一盏蜡烛旁的萤火虫。

直到20世纪下半叶技术的进步才为系外行星探测打开缺口。

天文学家发现不必直接“看到”行星也能通过恒星的运动或光线的变化反推行星的存在——这就是“间接探测法”的核心逻辑。

其中最具可行性的是两种方法：一是“径向速度法”（多普勒法）通过测量恒星因行星引力摆动产生的光谱频移推断行星的质量和轨道；二是“凌日法”通过观测行星穿过恒星表面时恒星亮度的微小下降判断行星的大小和轨道周期。

但这些方法都需要极致的精度。

以径向速度法为例木星绕太阳运行时太阳的径向速度变化仅为12米/秒（约为人步行速度的1/8）；地球的影响更小仅0.1米/秒——这相当于要从飓风的风声中听清一个人的耳语。

因此在1995年之前天文学家虽尝试多年却始终未能找到类太阳恒星行星的可靠信号。

二、飞马座51：一颗“太阳双胞胎”的异常波动 1994年瑞士日内瓦大学的天文学家米歇尔·马约尔（Michel Mayor）站在实验室的电脑前盯着屏幕上跳动的光谱数据眉头紧锁。

这位研究恒星光谱数十年的教授此时正面临一个抉择：是否要押注一个“几乎不可能”的目标——飞马座51恒星（51 Pegasi）。

（1）为什么是飞马座51？ 飞马座51是一颗距离地球约50光年的G型主序星位于飞马座的北部天区。

在天文学家眼中它是“类太阳恒星”的完美样本：质量约为太阳的1.06倍表面温度5500K（与太阳的5778K几乎一致）光度是太阳的1.4倍甚至年龄也与太阳相仿（约45亿年）。

用马约尔的话说：“如果我们想找‘第二个太阳系’首先要找一个‘第二个太阳’。

” 选择飞马座51的另一个原因是它的“安静”——相较于其他活跃的恒星（比如有强烈耀斑的M型矮星）飞马座51的光谱线更稳定减少了噪声干扰。

这让天文学家更有信心检测到微小的径向速度变化。

（2）ELODIE光谱仪：捕捉“恒星的呼吸” 为了检测飞马座51的摆动马约尔与他的博士生迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）使用了日内瓦天文台的ELODIE高分辨率光谱仪。

这台仪器安装在1.93米反射望远镜上能将恒星光线分解成精细的光谱线（类似棱镜分光）并测量每条谱线的波长变化——精度高达1米/秒。

接下来的8个月里两人每晚都守在望远镜旁。

奎洛兹后来回忆：“我们会先校准光谱仪然后用导星相机锁定飞马座51的位置接着连续曝光40分钟收集光谱数据。

之后我们要把数据导入电脑用自编的程序分析谱线的位移。

” 起初结果令人沮丧：光谱线的波动杂乱无章既有恒星自身的活动（比如太阳黑子引起的亮度变化）也有地球大气层的扰动。

但奎洛兹没有放弃——他开始逐点排查噪声源：先扣除恒星活动的影响（通过分析钙H、K线的强度变化这是恒星磁活动的标志）再用多项式拟合消除地球大气层的折射效应。

当他完成这些处理后一条清晰的周期性曲线跃然纸上：飞马座51的径向速度以4.23天的周期在+50米/秒到-50米/秒之间波动。

三、“这不可能是错的！”：飞马座51b的诞生 小主这个章节后面还有哦请点击下一页继续阅读后面更精彩！。

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