意外又自然，2019诺贝尔物理学奖属于天体物理

青岛奥湾影像

出品：科普中国

制作：苟利军（中国科学院国家天文台）

监制：中国科学院计算机网络信息中心

刚刚教完课，还在回程路上，就被三位天文学家获得2019年物理学诺奖的消息包围。天体物理拿下这一奖项对于很多此前的预测来说，绝对属于集体翻车。

三位获得诺奖的人分别是詹姆斯·皮伯斯（James Peebles）、米歇尔·梅厄（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）。皮伯斯获奖的理由是物理宇宙学的理论研究，而另外两位因发现第一个围绕类日恒星运行的系外行星而获奖。

△就是他们了！2019诺贝尔物理学奖得主（图片来源：https://www.nobelprize.org）

本来分别有可能获奖的领域，现在同时获奖，的确有些让人意外。不过也是意外而自然。

在天文学界，皮伯斯的名字是如雷贯耳，可以说是宇宙学领域内的先驱性人物。自从1970年以来，他被广泛认为是世界领先的理论宇宙学家。在这期间，他主要对原始核合成，暗物质，宇宙微波背景和结构形成等领域做出了理论贡献。对于宇宙学领域，笔者了解有限，仅仅读过他写的书，听过他讲的报告，所以在这里就不多述了。之前笔者曾经在很多场合听到过众人谈论皮伯斯有望得奖的可能。俗话说，只要活得久就有可能，今年84岁的皮伯斯终于等到了。

△老爷子还为我们带来了鸡汤——"奖项虽然也很重要，但要因为热爱搞科研才行啊！"

而对于梅厄和奎洛兹，笔者平常对于这个系外行星领域比较关注，所以也是多一些了解。

△右侧是Michel Mayor，左侧是他的学生Didier Queloz（图片来源：ESO）

自从天文学家帮助我们认识到宇宙及其广袤之后，一个很自然的问题就出现了。

宇宙这么大，除了地球，还有其他地方有生命存在吗？或者说，有没有其它的星球适合于生命的存在？

所以寻找适宜的系外行星就是天文学家的一个目标，也是在帮助未来的人类做着未雨绸缪的事情。

寻找地外行星的工作从上世纪80年代开始发展，终于在90年代的时候，取得了突破。此次获奖的两位都是瑞士的天文学家，还是一对师生。他们为寻找太阳系之外的行星做出了开创性的工作，在1995年的时候，他们提出了一种叫做视向速度法的方法，在飞马座51恒星周围发现了一颗轨道周期为4.2天的行星，这就是我们现在熟知的飞马座51b（命名方式就是从内自外，按照字母顺序b开始）。

△图片来源见水印

这次探测，真正在意义上开启了人类探测系外行星的时代。

其实，这里值得一提的还有两位科学家，一位是美国旧金山州立大学的天文学家杰佛瑞·马西(Geoffrey Marcy)。他在梅厄和奎洛兹发布结果的6天后，也就是10月12日，就带领团队确认了这个行星，并在不久后又相继发现了围绕类太阳恒星转动的第2和第3颗行星。梅厄和Marcy的团队，而在此之后分别由继续发现了百余颗行星，这为之后深入研究系外行星提供了很多的可靠的统计信息。他们也引领了系外行星探测的"潮流"，所使用的视向速度法也成为当时的主流探测方法之一。现在寻找系外行星最重要的方法是凌星法，之后通常用视向速度法再验证。到目前为止，在开普勒卫星的帮助之下，科学家们已经确认了将近4000颗系外行星，而还有四千多颗等待确认，让我们意识到很多的希望系外行星系统和我们的太阳系差别很大，更多的行星比我们地球要大一些，超级地球就是在那样的情形之下提出来的。

梅厄和Marcy还在2005年的时候共同分享了素有东方诺贝尔之称的邵逸夫奖。说到这里，或许大家会有点疑惑，为什么这次Marcy没有获得诺贝尔奖的青睐呢？除了工作成果的重要性，还不得不提到，在几年前的时候，Marcy因为骚扰女学生而被学校开除，很自然地，已经与诺奖无缘了。

说回来今年的诺奖，虽然很多人对天体物理的获奖表示意外，但对于系外行星的获奖，其实很是自然的。笔者在2015年接受采访的时候，就曾看好它当年会得奖，不过时隔4年，这个领域喜获诺奖，也算是不算长。

说到第一颗系外行星，还需要说明的一点是，通常我们会说人类发现的第一颗系外行星是1995年找到的飞马座51b。但其实，如果不看中心天体的类型的话，第一颗系外行星应该是在中子星周围周围发现的。

那是1992年，波兰天文学家、美国宾夕法尼亚州立大学教授亚历山大·沃尔兹森(Aleksander Wolszczan)和当时正在美国国立射电天文台做博士后的戴尔·费雷欧(Dale Frail)宣布发现了围绕毫秒脉冲星PSR 1257+12旋转的两颗行星。

△围绕中子星旋转的行星想象图（图片来源：https://www.illustration-scientifique.com）

这一系统到1994年时被沃尔兹森确认。然而，一方面，在中子星周围发现的系外行星的数目非常有限，另一方面，中子星周围环境极其特殊和极端，和地球的环境相差太大，对于我们了解地外生命并没有太大的帮助。不仅如此，当时探测所使用的方法"脉冲计时法"，也存在很大的局限性。

因此，人们往往会把"人类发现的第一颗系外行星"这一桂冠戴到飞马座51b的头上。但准确地说，飞马座51b是人类发现的第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星。

总而言之，此次获奖，皮伯斯作为一个理论天文物理学家，帮助我们更加深入地了解了宇宙的演化历程，而梅厄和奎洛兹作为天文学家，通过观测的方式帮助我们打开了一个更广阔的系外行星的世界，让我们在太阳系之外看到我们的地球的影子。

感谢他们，推进了人类所能认知的疆域，让我们看到更广阔的的宇宙！