1995年10月,我们对宇宙的理解发生了范式转变。瑞士天文学家米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹宣布发现了飞马座51b,这是首颗被确认围绕类太阳恒星运行的系外行星。这一单一发现,最初受到质疑,却不可逆转地改变了我们对地球在宇宙中的地位的看法,将我们从一个可能独一无二的位置转移到银河系一个广阔且可能存在生命的邻近区域。在此发现之前,其他恒星周围存在行星的说法在很大程度上是理论性的,更多的是科幻小说的主题,而非科学研究的对象。飞马座51b的确认打开了系外行星研究的闸门,过去几十年,这一领域蓬勃发展,得益于日益精进的技术以及人类对了解自身起源和地球外生命潜力的基本愿望。这一突破在2019年获得了诺贝尔物理学奖,它不仅仅是发现了一颗行星,更是重新定义了我们在宇宙中的地址。
这一最初的发现证明了细致的观察和创新技术的价值。马约尔和奎洛兹利用了位于智利拉西拉天文台的高精度径向速度行星搜寻器(HARPS)光谱仪。该仪器使他们能够探测到恒星飞马座51的微小摆动,这是由一颗环绕行星的引力引起的。这种摆动非常微妙,需要多年的精确测量才能确认。这颗行星本身就是一个惊喜——一颗质量与木星相似的气态巨行星,以比水星绕太阳近得多的距离围绕其恒星运行。这挑战了现有的行星形成理论,这些理论预测气态巨行星只能在离恒星更远的地方形成。飞马座51b的出乎意料的特性促使人们进一步研究和完善这些理论,从而了解行星系统可以具有多么惊人的多样性。这一发现也突出了我们自己的太阳系作为了解其他地方行星排列方式的模板的局限性。
这次最初发现的影响远远超出了对一颗系外行星的识别。它点燃了全球寻找和描述其他世界的工作。后来的任务,例如美国宇航局的开普勒太空望远镜和凌日系外行星巡天卫星(TESS),已经发现了数千颗系外行星,揭示了令人惊叹的各种行星系统。这些任务采用了不同的技术,主要是凌日法——探测行星从恒星前方经过时恒星光线的微弱变暗。收集到的数据使科学家们能够估算行星的大小、轨道周期,甚至大气成分。当前和未来的任务,如宜居世界观测站,旨在直接对系外行星成像,并在它们的大气层中寻找生物特征——生命的迹象。地球是否形成在一个特殊的地方,或者宜居行星在宇宙中是否很常见,仍然是系外行星研究的核心焦点。了解行星和行星系统的多样性对于回答这个问题至关重要。正在进行的工作也深入研究了长期的行星环境变化,认识到即使是潜在的宜居行星也可能在数百万年的地质时期内不再宜居。
寻找系外行星不仅仅是天文学的追求,它与关于生命起源和我们在宇宙中的地位的基本问题紧密相连。系外行星的发现激发了天文学家、生物学家和行星科学家之间的合作,促进了一个新的跨学科领域——天体生物学。由瑞士著名天文学家在苏黎世建立的研究中心,致力于研究这些基本问题。已发现的系外行星数量之多表明,生命的构成要素可能广泛存在。虽然探测地外生命仍然难以捉摸,但对系外行星的持续探索提供了找到地球外生命证据的诱人可能性,从根本上改变我们对宇宙和我们自身存在的理解。我们理解的演变,从地心说发展到认识到地球只是数十亿行星中的一颗,随着每一颗新发现的系外行星、每一次新的大气分析和每一个新的理论模型而持续进行。了解我们宇宙起源的旅程远未结束,但马约尔和奎洛兹在1995年的开创性工作提供了关键的第一步。
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