2019年的諾貝爾物理學獎於10月8日公佈，有一半的獎金歸屬了一對師徒——瑞士的天文學家Michel Mayor和Didier Queloz。頒獎詞說，授予他們諾獎，是為了表彰他們“發現了一顆圍繞類太陽恆星運行的系外行星”。只看這句話，我想很多人可能會有疑惑，發現一顆系外行星也能拿諾獎？

從左往右，第二位和第三位就是這對幸運的師徒啦（圖片來源：https：//www.nobelprize.org）

別想糊弄我，我可是清清楚楚記得，光NASA的Kepler望遠鏡就找到了幾千顆啊！非也非也，能拿諾獎，當然憑的是真本事，就讓我們一起看一下，憑什麼這師徒二人能夠獲得諾獎青睞吧。

1、首先，他們研究的是什麼？

在頒獎詞裡我們已經知道了，這二位研究的是圍繞類太陽恆星的系外行星。

我們在宇宙中是否唯一，是人類從仰望星空開始就在不斷追問的問題，在太陽系之外的宇宙中，是否還有其他行星存在，也是一些歷史偉人們經常思考的問題。

早在16世紀，布魯諾在《論無限的宇宙和世界》中就提出了他對於系外行星的預言。他認為天空中的恆星，應該都像我們的太陽一樣，它們的周圍也會環繞著行星，而這些行星也可以孕育自己的生命。18世紀時，牛頓在他的曠世名作《自然哲學的數學原理》一書中提到了同樣的可能性。通過與太陽周圍行星類比，牛頓的腦海中浮現出的，是其他恆星周圍類似太陽系一樣行星環繞的場景。

所以說，類太陽恆星周圍的系外行星，就是如上面兩位偉人所想的那樣，在夜空中像太陽一樣的其他亮星周圍，也有行星在繞轉，組成其他的“太陽系”。

2、他們如何找系外行星？巧妙的方法，幸運的顏色

由於行星自身不發光，所以我們很難直接在其他恆星周圍找到可能存在的系外行星，這時候牛頓的萬有引力定律又可以來幫忙了。行星自身的質量使得行星和恆星圍繞著他們共同的質量中心在轉動，那麼在地球上的望遠鏡，就有可能看到行星引力對於恆星的影響，行星讓恆星在天空中輕輕“搖擺”。在視線方向上，恆星受行星引力作用，時而遠離時而靠近我們，這種細微的搖擺反應在光譜上，就會造成恆星光譜整體不斷的紅移和藍移。我們稱這種探測系外行星的方法為視向速度法。通過這一方法可以估算系外行星的質量這一重要參數。

視向速度法示意圖

當時國際上的幾個小組就是通過這種方法，長期監測天上的一批恆星，期待發現潛在的系外行星對恆星光譜造成的速度變化，從而奪取這個領域的第一。這其中就包括Mayor和Queloz師徒，他們利用的是位於法國上普羅旺斯天文台的一台2米的望遠鏡和它所攜帶的當時最先進的光譜分析設備。

Mayer（右）和Queloz（左）在發現飛馬座51b的望遠鏡前

這台望遠鏡被塗成了紅色，這個中國人眼中的幸運色，也給瑞士人帶來了好運。

3、他們找到了什麼？一顆不可思議的系外行星！

功夫不負有心人，師徒二人長期監測繪製出的視向速度曲線，顯示飛馬座51周圍存在一個質量至少有半個木星這麼重的天體，每4天繞轉一圈。

但這一發現卻令師徒二人困惑不已。

要知道，太陽系中距離太陽最近的水星，公轉週期也要88天。這個天體質量巨大卻離它的太陽如此之近。他們在一個佛羅倫薩的學術會議上介紹了這個令人不可思議的發現，並尋求其他天文學家的幫助。

Marcy（右）和Butler（左）在Lick望遠鏡前

與此同時，美國的天文學家Geoffrey Marcy和Paul Butler，也在利用加州大學的望遠鏡做著同樣的工作。當得知瑞士同行的發現時，他們也把自己的望遠鏡對準了飛馬座51，並且得到了相似的視向速度變化曲線。此外，他們還對自己之前觀測的其他恆星數據進行再次分析，又找到了一些類似的信號——巨大的質量、較小的周期。

美國人獨立觀測的數據，從側面證實了瑞士人的發現，才最終促成了飛馬座51b這“第一顆類太陽恆星周圍的系外行星”的頭銜。1995年11月， Mayor和當時還是他博士生的Queloz在《自然》雜誌發表文章，正式宣布他們首次在類太陽恆星——飛馬座51周圍，發現了系外行星——飛馬座51b。

飛馬座51b基本信息

對於像飛馬座51b這種大質量短週期的系外行星，由於距離恆星很近所以表面溫度極高，天文學家也給了它們一個形象的名字—— 熱木星。

4、聽說第一顆系外行星不是他倆發現的？憑啥還能拿諾獎？

的確，天文學家一直在不斷尋找太陽系之外的行星。

1992年，射電天文學家Aleksander Wolszczan和Dale Frail在脈衝星PSR 1257+12 周圍發現的兩顆系外行星，才是人類首次發現的太陽系外行星。

脈衝星PSR 1257+12系外行星系統示意圖

但是，脈衝星是高速自轉的中子星，中子星是一些大質量恆星死亡的產物，它的密度大到在一個指甲蓋大小的體積內，就集中了數噸的重量。又因為脈衝星有強磁場，一直在高速轉動並不斷向外發出週期性強輻射。這樣嚴酷的環境，周圍存在的系外行星肯定跟我們的地球相去甚遠。

考慮到我們尋找系外行星的目的，還是希望能發現宇宙中其他的生命，因此，雖然這兩顆系外行星創造了人類第一次，但顯然科學家還是更希望在跟太陽類似的恆星周圍找到行星，而不是在一個死亡的大怪物旁邊。

此外，發現這兩顆行星所使用的方法是精確的計時方法，這一方法發現的系外行星到目前為止也只有幾十顆，並不是尋找系外行星的主流方法。所以Wolszczan和Frail也就遺憾的與諾獎失之交臂了。

5、美國天文學家的工作就晚了幾天，不重要嗎？為什麼諾獎沒有他們的名字？

前文我們提到，飛馬座51b能夠拿下“第一顆類太陽恆星周圍的系外行星”的頭銜，絕對離不開美國天文學家Geoffrey Marcy和Paul Butler的工作。

實際上，Marcy他們的工作確實重要。從那之後的數年內，瑞士和美國這兩個小組領導的團隊，幾乎包攬了最初發現的幾百顆系外行星，其中美國人的發現還要更多一些。他們開啟了未來30年系外行星探測的熱潮。

在這一重要發現十年後的2005年，有著東方諾貝爾獎之稱的邵逸夫獎，也將天文獎頒給了Geoffrey Marcy和Michel Mayor，以表彰他們發現第一顆類太陽恆星周圍系外行星的巨大貢獻。這在當時也就意味著，如果不出意外，兩人很可能會在若干年後拿下諾貝爾獎，當時大家普遍推測未來美國人和瑞士人會平分諾貝爾獎。

可是意外還是到來了，十年一個輪迴，2015年，學術上無比出色的Geoffrey Marcy，被爆出了性騷擾醜聞而名聲掃地，更是被所在的加州大學伯克利分校開除。不知道這跟他最早使用的望遠鏡被刷成黃色是否有關係……但顯然諾貝爾獎已經不可能再有他的名字。

6、說來說去，發現這顆系外行星的意義究竟在哪？

有人可能會說了，就發現一顆系外行星，你也說了，這顆星外號熱木星，離恆星很近，不宜居，我也不能搬家去那兒，不是說諾獎都要頒給為人類作出重大貢獻的人嗎？所以他倆到底是為啥拿了諾獎呢？

一句話：1995年飛馬座51b的發現，改變了人類對於行星形成認知，也開啟了系外行星研究的新時代。

早已退休的Michel Mayor教授，依然還繼續著對系外行星的探索，他所領導的著名系外行星搜尋項目HARPS計劃，是目前世界上精度最高的視向速度探測器。

他當年的學生Didier Queloz，也已經成為了劍橋大學的教授，並且活躍在系外行星前沿研究領域，領導著多個歐洲的地面和空間系外行星探測計劃。

系外行星作為天體物理學領域的年輕分支，在近三十年來得到了蓬勃的發展。探測方法不斷革新，研究手段有了更長足的進步，研究內容也從最初的尋找行星確定基本性質，到現在已經可以深入研究行星大氣。

從圖中可以清楚看到，近二十年系外行星發現的數量急速上升

從1995年的第一顆，到現在的4000多顆，我們不僅僅知道了系外行星的存在，還知道了系外行星是在恆星周圍普遍存在的，這從一到多的過程，對於人類的認識無疑是革命性的。

從熱木星，到超級地球再到類地行星，我們已經不僅僅可以發現大個頭的系外行星，還發現了更多與我們地球質量大小類似的行星。更多地球兄弟姐妹的發現，無疑也為我們帶來了更多的憧憬。從簡單的測量行星周期質量半徑，到現在可以探測到行星大氣上可能存在的水分子和氧分子，我們的觸手在一點點向系外生命靠近。

因此，毫不誇張地說，Mayor和Queloz的發現，開啟了系外行星研究的新時代，使得系外行星成了當今天文學中最活躍的研究領域之一。

寫在最後：

但是系外行星領域畢竟還很年輕，還沒有出現類似找到另一個有生命星球這樣重磅的發現。他們的得獎多少有些突然，讓很多天文學家都沒有心理準備，在我的心中，諾獎他們是遲早能獲得的，只不過來的比預想中早了一些。所以我想，可能這也是諾獎評委會為了激勵系外行星和外星生命探索，同時讓公眾更多了解這一領域的方式。

比所在研究領域的前輩獲獎更令人開心的是，未來大型的空間地面望遠鏡，將用更先進的設備進一步深入細緻地研究我們近鄰的系外行星，期待人類能夠有一天揭開它們上面生命存在的奧秘。