人類在宇宙中是否真的孤獨

2020-11-24 黎川發布

2019-10-17來源：光明日報作者：劉玉娟 魏星

圖片來源：視覺中國

2019年諾貝爾物理學獎公布，今年的獎項頒給了在宇宙學和系外行星領域深耕的三位天文學家。其中，系外行星的研究主要揭示一個重大問題：人類在宇宙中真的孤獨嗎？

系外行星就是太陽系以外的行星，跟太陽系類似，系外行星也是圍繞著它的恆星運動。1995年10月，馬約爾和奎洛茲宣布在類太陽星周圍發現了一顆太陽系之外的行星，即系外行星。它是位於我們所處的銀河系中飛馬座51b。這是一顆氣態行星，軌道周期為4.2天。因為質量與木星相當，被稱為類木行星。米歇爾和奎洛茲因為這一發現獲得2019年的諾貝爾物理學獎，與從事物理宇宙學理論研究的詹姆斯·皮布爾斯平分秋色。

為什麼觀測到一顆星就可以得諾獎？早在1992年天文學家就發現了第一顆系外行星，但為什麼諾貝爾物理學獎仍然會發給馬約爾和奎洛茲呢？

首先是1992年發現的主星是脈衝星，因其極其特殊的環境使得它周圍存在系外生命的可能性基本為零，所以未引起公眾的關注。而1995年馬約爾和奎洛茲發現的這顆是圍繞在類太陽星周圍，這滿足了人們期望在太陽系外尋找另一個「地球」的想像。

千百年來人們一直有個疑問：人類在宇宙中是不是孤獨存在的？這次發現為系外生命的搜尋邁出了堅定的一步，打開了人類進行系外生命探測的大門，是一個裡程碑式的進展。因此，人們往往會把「人類發現的第一顆系外行星」這一殊榮落到飛馬座51b的頭上，但是準確地說，飛馬座51b是人類發現的第一顆圍繞類太陽恆星運行的系外行星。

之前人們對行星的認識僅局限於太陽系內八大行星，1995年馬約爾和奎洛茲的發現為人們打開了一個新領域。

此後的二十多年，天文學家共發現了4000多顆系外行星，它們有著各種各樣的軌道、周期等，差異之大令人難以置信，多種多樣系外行星的發現也挑戰了人們對於行星系統的傳統觀念。我們最終的目標是發現一個或者多個可供人類居住的「地球」，為將來人類進行星級移民尋找目標，以及尋找宇宙中是否還有其他生命。

1995年第一顆在類太陽星周圍發現的系外行星開闢了人類系外行星探測的新紀元，歐美等發達國家在這一領域部署了大批研究人員，也投入大量研究經費。但在茫茫宇宙中探索太陽系外行星，進而探索系外生命和系外文明這一重要天文研究領域不能缺少中國人的身影。比如，中國科學院國家天文臺趙剛研究員領導的研究小組，在國內率先利用國家天文臺2.16米望遠鏡開展系外行星進行搜尋，並於2008年發現第一顆利用中國自主設備探測的太陽系外行星，開啟了中國天文工作者利用自己的觀測設備搜尋系外行星的探索和研究。2.16米高解析度光纖光譜儀預期可以達到好於1m/s的探測精度，可以探測到超級地球乃至類地行星。

對於系外行星的研究有很多目的，一是為人類尋找下一個居住的家園；二是研究這些系外行星系統其實就是研究太陽系的過去和未來；三是完善行星形成理論。比如，1995年發現的這顆行星離恆星很近，溫度很高，在如此高溫下行星無法形成。1996年著名天文學家林潮等人提出了行星遷移的解釋，認為這顆行星是在距離恆星較遠的地方形成，然後遷移到了現在的位置。國外對系外行星的研究已經如火如荼，而我國才剛剛開始。要說的是，目前對系外行星的觀測集中在光學波段，得到的是行星軌道和質量等信息，我國的天眼望遠鏡將對系外行星的射電波段進行觀測，有望得到系外行星的內部結構和組成等信息。

許多孩子對星空好奇。在宇宙面前人類永遠是孩子，人類對宇宙的探索永無止境。很多問題都還是未解之謎，希望更多有興趣的人加入對天文的研究，加入對系外行星的研究，為人類找到答案。（作者：劉玉娟，系中國科學院國家天文臺星雲計劃研究員；魏星，系北京師範大學天文系教授）

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