一起看星星
「飛馬座51b」
近日梅厄（Mayor）和奎洛茲（Queloz）因發現系外行星「飛馬座51b」獲得諾貝爾獎的消息傳遍各大媒體和朋友圈。它作為人類發現的第一顆環繞類太陽恆星運行的系外行星，讓全世界的學者和公眾為之震動。今天我們將為大家講述這顆著名行星的故事。
So？
它
在
哪
Stellarium模擬的恆星「飛馬座51」在天空中的位置示意圖
秋季夜空中，我們很容易在北京地區南方的高空見到四顆較亮的恆星組成的近乎正方形的圖案，即壁宿一、壁宿二、室宿一和室宿二（仙女座α和飛馬座γ，α，β）組成的「飛馬座四邊形」。如圖（注意星圖的方向是上北下南、左東右西，方位角自北點逆時針起量），飛馬座51即位於室宿一（西南方）和室宿二（西北方）兩星連線中點偏西一點的位置。
當然，這是一顆非常暗的星，幾乎到達人類的視覺極限，如果不是絕對晴朗的夜空，肉眼是完全不可見的。飛馬座51b則是圍繞飛馬座51公轉的行星，也是人類發現的第一顆位於太陽系外的行星。
系外行星的命名是依據如下規則進行的：從b開始（不用a，可以理解為a是恆星本身），依據發現的先後順序依次編號為b、c、d……對於同時發現的行星，依據行星到恆星的平均距離由近及遠依次編號為b、c、d……
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它是如何被我們發現的？
視向速度（radial velocity）的示意圖（圖源網絡）
這顆行星是使用「視向速度法」發現的。所謂「視向速度」，就是一個物體的速度沿它和觀察者的連線方向（即視線方向）的分量。這種「視向速度法」是通過光譜分析來探測主恆星視向速度的周期性變化，進而推斷行星的存在並得知恆星-行星系統相關信息的。
「視向速度法」發現行星的原理示意圖（圖源網絡）
當獲得譜線移動的證據後，我們看到的將是一個視向速度隨時間周期性震蕩的波形圖。最先能獲得的信息便是行星的軌道周期（也就是視向速度的振蕩周期）。
通過對主恆星的一系列觀測，我們能夠知道恆星的光譜型/光度；而恆星的光譜型和光度與它的質量有著固定的關係，由此我們可以推知其質量。利用著名的克卜勒第三定律，我們便能知道行星的軌道半長徑。
根據行星的軌道半長徑和軌道周期，我們可以算出行星的軌道速度；結合恆星軌道速度（視向速度的最大值可以給出它的下限），我們便可以得知行星與恆星的質量比，進而推知行星質量。
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它是什麼樣子的？
通過質量估算，兩位科學家發現該行星是一個和木星類似的氣態行星。但是它不像太陽系中的木星一樣離太陽如此遙遠，事實上，它離主恆星是如此的近（不足水星到太陽距離的1/7），以至於它的表面溫度甚至超過1000°C。
這種類型的行星被稱為「熱木星」。它的大氣因受熱而膨脹，雖然它的質量約為木星的一半，但估計它的半徑會大於木星。在離主恆星很近的情況下，它被恆星潮汐鎖定，即像月球一樣，永遠只有同一面朝向恆星。
「熱木星」的藝術概念圖（圖源網絡）
太陽系和飛馬座51系統的對比圖（圖源：Nature）
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它的發現意味著什麼？
飛馬座51b的發現打開了系外行星尋找的大門。它又一次告訴人們，太陽系和地球在宇宙中並不是獨一無二的。越來越多的系外行星探測讓人們意識到，擁有行星系統的恆星在宇宙中並不是少數。進一步來說，飛馬座51是一顆類太陽恆星，能在類太陽恆星附近發現行星，對地外生命甚至地外文明的尋找都有著重要意義。
雖然說，顯然飛馬座51b因為太熱且沒有固態表面而不適宜通常的生命存在，但是尋找系外行星的大門就此敞開。迄今為止已經有近4000顆系外行星被確認，而還有四千多顆等待著確認。克卜勒望遠鏡、TESS、HARPS、ESPRESSO，以及我們中國的FAST和將來的新一代空間望遠鏡JWST，都正在為或者即將為系外行星的搜尋貢獻力量。
利用不同探測方法探測到的系外行星數量的逐年變化圖（圖源：NASA）
在理論層面，飛馬座51b的發現也顛覆了傳統的基於太陽系的行星系統形成理論。研究系外行星系統其實就是研究我們太陽系的過去和未來。過去，在離恆星如此近的地方形成類似木星的氣態巨行星是難以想像的，「熱木星」的發現開拓了人類的眼界，也使得科學家們迫切需要修改甚至重塑行星系統的形成理論。
而之後發現的「超級地球」等新行星類型更加令人驚訝。事實上，在已確認的系外行星中，絕大多數要比我們地球要大，比海王星要小，而和我們地球極為相近的行星則極少；像太陽系這樣「規則」的「巖質行星——氣態巨行星——冰巨星」系統反而屬於少數。這為行星的起源和演化帶來了更多的謎團，促使科學家們進一步探索行星世界的秘密。
最後，讓我們用中科院國家天文臺的苟利軍老師的一段話結束這一篇文章：「梅厄和奎洛茲作為天文學家，通過觀測的方式幫助我們打開了一個更廣闊的系外行星的世界，讓我們在太陽系之外看到我們的地球的影子。」
感謝他們
推進了人類所能認知的疆域
讓我們看到更廣闊的宇宙！
文案：張植竣 張亦松 等
排版：王宇佳 等