石磊

今天，發(fā)現(xiàn)一顆太陽(yáng)系外行星對(duì)于我們來(lái)說(shuō)已司空見(jiàn)慣。但俗話說(shuō)，萬(wàn)事開(kāi)頭難。在幾十年前，尋找系外行星的想法還被認(rèn)為是近乎瘋狂。許多人曾經(jīng)懷疑，擁有數(shù)顆種類(lèi)不同行星的太陽(yáng)系，在宇宙中也許是個(gè)異數(shù)，沒(méi)有證據(jù)表明其他恒星系也會(huì)如此。再說(shuō)，即便那里存在行星，它們也太小、太暗了，被它們所環(huán)繞的恒星的光芒所掩蓋，而無(wú)法被我們探測(cè)到。所以，如果有誰(shuí)決心去尋找系外行星，不但無(wú)法獲得科研資金，還要拿自己的聲譽(yù)去冒險(xiǎn)。

但是，隨著第一顆系外行星的發(fā)現(xiàn)，這一局面被改變了。迄今為止，被證實(shí)的系外行星已超過(guò)3500顆，而且數(shù)量還在攀升。改變這一局面的是兩位瑞士天文學(xué)家。我們今天就來(lái)談?wù)勊麄兊墓适隆?/p>

捕捉恒星的微小“擺動(dòng)”

事情還得追溯到上世紀(jì)90年代。當(dāng)時(shí)，戴狄爾·奎若茲還在瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)攻讀博士。他的導(dǎo)師是米歇爾·麥耶。麥耶是分析恒星光譜的權(quán)威。他曾經(jīng)研制出一種光譜儀器。當(dāng)一顆恒星附近掠過(guò)一個(gè)較大的天體時(shí)，恒星光譜的微小移動(dòng)能被這種儀器捕捉到。例如，在一個(gè)雙恒星系統(tǒng)中，兩顆恒星繞著共同的質(zhì)心轉(zhuǎn)。一顆恒星在其伴星引力的作用下，徑向速度發(fā)生周期性的變化，根據(jù)多普勒效應(yīng)的原理，在光譜上表現(xiàn)為光譜的周期性移動(dòng)。而這種光譜儀就能檢測(cè)到光譜的微小移動(dòng)。

當(dāng)奎若茲在讀博時(shí)，麥耶正在參與建造一個(gè)更加靈敏的裝置?！胞溡胝覀€(gè)人參加這一項(xiàng)目，而我恰好喜歡建造點(diǎn)什么，于是事情就這樣開(kāi)始了，” 奎若茲回憶說(shuō)。

起初，新的儀器僅能識(shí)別最低至每秒50米的徑向速度變化。此后，奎若茲開(kāi)發(fā)了一個(gè)軟件，把精度提高到10米/秒。這讓他們大喜過(guò)望，因?yàn)檫@一精度具備了探測(cè)太陽(yáng)系外巨行星的條件。

麥耶和奎若茲選擇了到那時(shí)為止沒(méi)有被人關(guān)注過(guò)的100顆恒星。他們知道這是一項(xiàng)耗時(shí)的工作，打算收集十年的數(shù)據(jù)。1994年5月，麥耶向奎若茲交代工作后，就去夏威夷度假了。

異常預(yù)示著存在一顆巨行星？

1994年7月，奎若茲第一次開(kāi)始觀測(cè)距離地球50光年的一顆叫“飛馬座51”的恒星。到9月，他意識(shí)到數(shù)據(jù)有些異常。這顆恒星的光譜移動(dòng)讓他很困惑：如果它來(lái)自一個(gè)雙星系統(tǒng)，移動(dòng)似乎太小；如果是由行星引起的，移動(dòng)似乎又太快?？羝潛?dān)心軟件上出了錯(cuò)。有一個(gè)星期，他試圖在軟件中找差錯(cuò)，但沒(méi)找到。他當(dāng)時(shí)很恐慌，但沒(méi)向任何人透露這一“壞消息”。

奎若茲一邊繼續(xù)跟蹤觀測(cè)，一邊想觀測(cè)其他恒星，看看是否也存在類(lèi)似情況。結(jié)果是沒(méi)有。這就進(jìn)一步排除了程序出錯(cuò)的可能。他承認(rèn)，這種無(wú)法理解的移動(dòng)是真實(shí)存在的，但他還是不敢告訴正在度假的麥耶。

1995年1月，絕望中的奎若茲想出一個(gè)自己都認(rèn)為是牽強(qiáng)的解決方案。他設(shè)想：倘若存在一顆巨行星，只要它距離母恒星“飛馬座51”非常近，公轉(zhuǎn)周期非常短，就能解釋光譜為何移動(dòng)這么快。但這違背了一個(gè)天文學(xué)“常識(shí)”。因?yàn)樾行切纬衫碚撜f(shuō)，巨行星不可能在離恒星很近的軌道上形成；比如太陽(yáng)系的氣態(tài)巨行星木星，就離太陽(yáng)很遠(yuǎn)，需要12年才能公轉(zhuǎn)一周。

但是，奎若茲把這條“常識(shí)”推一邊，還是按自己的思路工作下去。他通過(guò)數(shù)據(jù)擬合發(fā)現(xiàn)，如果這顆巨行星的公轉(zhuǎn)周期是4.2天，就能完滿(mǎn)解釋觀測(cè)數(shù)據(jù)?？墒窃谶@種情況下，這顆巨行星距離恒星“飛馬座51”，比水星離太陽(yáng)還近！

沒(méi)錯(cuò)，是一顆系外行星！

興奮的奎若茲把這一結(jié)果傳真了給麥耶。他這樣寫(xiě)道：“我想我已經(jīng)找到了一顆質(zhì)量相當(dāng)于木星，但公轉(zhuǎn)周期只有四天的行星?！?麥耶不信，吩咐他繼續(xù)跟蹤，直到他回來(lái)。

1995年4月，救苦救難的師父終于從夏威夷回來(lái)了，但“飛馬座51”已轉(zhuǎn)到了南半球的天空，要等到7月才能恢復(fù)觀測(cè)。7月，麥耶連續(xù)觀測(cè)了四個(gè)晚上。第五個(gè)晚上，他終于對(duì)奎若茲說(shuō)：“看來(lái)我們是找到了一顆行星。盡管按理說(shuō)它不應(yīng)該是，但它確實(shí)就是?！?/p>

8月，他們共同起草了一篇論文，投給《自然》雜志。奎若茲記得當(dāng)時(shí)有點(diǎn)提心吊膽。他知道，他在本領(lǐng)域內(nèi)還是一名無(wú)名小卒，只要論文里有一個(gè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，就會(huì)斷送他的職業(yè)生涯。

到了10月份，《自然》仍然沒(méi)有接受這篇論文。他們干脆在一次國(guó)際會(huì)議上公布了他們的發(fā)現(xiàn)。與會(huì)的一位聽(tīng)眾當(dāng)即打電話給一位尋找系外行星的權(quán)威人士。這位天文學(xué)家對(duì)“飛馬座51”連續(xù)觀測(cè)了五個(gè)晚上，收集到的數(shù)據(jù)也支持奎若茲和麥耶的結(jié)論。11月，論文終于發(fā)表了。

但即使這樣，許多天文學(xué)家對(duì)這一結(jié)論還是抱懷疑態(tài)度，而且懷疑持續(xù)了多年。直到1999年，哈佛大學(xué)的一位天文學(xué)家以無(wú)可辯駁的數(shù)據(jù)證明，他觀測(cè)到另一顆太陽(yáng)系之外的行星，大家才開(kāi)始接受這一事實(shí)：系外行星的確是存在的，而且現(xiàn)有的觀測(cè)技術(shù)就可以發(fā)現(xiàn)它們。如今，單單開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡就發(fā)現(xiàn)了2300多顆系外行星。作為開(kāi)創(chuàng)者，奎若茲和麥耶至今依然工作在這一領(lǐng)域的前沿。

系外行星的發(fā)現(xiàn)證明，在擁有行星的意義上來(lái)說(shuō)我們的太陽(yáng)系也并不特殊。目前唯一可以自夸是，它擁有宇宙中唯一已知的生命。但隨著天文學(xué)家開(kāi)始搜尋系外行星大氣中的生命跡象，這一特殊地位還能維持多久呢？