可观测Universe 第84章 飞马座51b

飞马座51b (系外行星)

· 描述：系外行星研究的里程碑

· 身份：首个被发现的围绕类太阳恒星运行的系外行星，属于热木星

· 关键事实：它的发现于1995年开启了系外行星研究的新时代，荣获2019年诺贝尔物理学奖。

飞马座51b：系外行星研究的“破冰者”（第一篇）

——从“孤独地球”到“行星宇宙”的认知革命

一、人类对“他者行星”的千年追问：从神话到科学的跨越

当古埃及人将天狼星的升起与尼罗河泛滥关联，当中国先民把北斗七星奉为“天帝之车”，当伽利略用望远镜看见木星四颗卫星绕其旋转时，人类对“宇宙中是否存在其他世界”的追问，早已从神话想象坠入科学实证的轨道。但在1995年之前，“系外行星”（Exoplanet，即围绕太阳以外恒星运行的行星）始终是天文学中的“幽灵”——既没有直接观测证据，也没有被广泛接受的理论确证。

这种局面的根源，在于行星本身的“隐形性”。行星不发光，只能反射恒星的光，其亮度比宿主恒星暗数十亿倍；更关键的是，行星与恒星的距离极近（以太阳系为例，木星与太阳的距离约7.78亿公里，若放在10秒差距外——约32.6光年——视角仅0.5角秒，相当于从地球看月球上的一颗芝麻）。因此，直接拍摄系外行星的难度，堪比在千里之外辨认一盏蜡烛旁的萤火虫。

直到20世纪下半叶，技术的进步才为系外行星探测打开缺口。天文学家发现，不必直接“看到”行星，也能通过恒星的运动或光线的变化反推行星的存在——这就是“间接探测法”的核心逻辑。其中，最具可行性的是两种方法：一是“径向速度法”（多普勒法），通过测量恒星因行星引力摆动产生的光谱频移，推断行星的质量和轨道；二是“凌日法”，通过观测行星穿过恒星表面时恒星亮度的微小下降，判断行星的大小和轨道周期。

但这些方法都需要极致的精度。以径向速度法为例，木星绕太阳运行时，太阳的径向速度变化仅为12米/秒（约为人步行速度的1/8）；地球的影响更小，仅0.1米/秒——这相当于要从飓风的风声中听清一个人的耳语。因此，在1995年之前，天文学家虽尝试多年，却始终未能找到类太阳恒星行星的可靠信号。

二、飞马座51：一颗“太阳双胞胎”的异常波动

1994年，瑞士日内瓦大学的天文学家米歇尔·马约尔（Michel Mayor）站在实验室的电脑前，盯着屏幕上跳动的光谱数据，眉头紧锁。这位研究恒星光谱数十年的教授，此时正面临一个抉择：是否要押注一个“几乎不可能”的目标——飞马座51恒星（51 Pegasi）。

（1）为什么是飞马座51？

飞马座51是一颗距离地球约50光年的G型主序星，位于飞马座的北部天区。在天文学家眼中，它是“类太阳恒星”的完美样本：质量约为太阳的1.06倍，表面温度5500K（与太阳的5778K几乎一致），光度是太阳的1.4倍，甚至年龄也与太阳相仿（约45亿年）。用马约尔的话说：“如果我们想找‘第二个太阳系’，首先要找一个‘第二个太阳’。”

选择飞马座51的另一个原因，是它的“安静”——相较于其他活跃的恒星（比如有强烈耀斑的M型矮星），飞马座51的光谱线更稳定，减少了噪声干扰。这让天文学家更有信心检测到微小的径向速度变化。

（2）ELODIE光谱仪：捕捉“恒星的呼吸”

为了检测飞马座51的摆动，马约尔与他的博士生迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）使用了日内瓦天文台的ELODIE高分辨率光谱仪。这台仪器安装在1.93米反射望远镜上，能将恒星光线分解成精细的光谱线（类似棱镜分光），并测量每条谱线的波长变化——精度高达1米/秒。

接下来的8个月里，两人每晚都守在望远镜旁。奎洛兹后来回忆：“我们会先校准光谱仪，然后用导星相机锁定飞马座51的位置，接着连续曝光40分钟收集光谱数据。之后，我们要把数据导入电脑，用自编的程序分析谱线的位移。”

起初，结果令人沮丧：光谱线的波动杂乱无章，既有恒星自身的活动（比如太阳黑子引起的亮度变化），也有地球大气层的扰动。但奎洛兹没有放弃——他开始逐点排查噪声源：先扣除恒星活动的影响（通过分析钙H、K线的强度变化，这是恒星磁活动的标志），再用多项式拟合消除地球大气层的折射效应。当他完成这些处理后，一条清晰的周期性曲线跃然纸上：飞马座51的径向速度以4.23天的周期，在 50米/秒到-50米/秒之间波动。

三、“这不可能是错的！”：飞马座51b的诞生

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