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在艺术家的想象中,半人马座α星B和它的行星是这样的。左下方的是半人马座α星A。同α星C一起,这三颗星组成了一颗三合星。从地球用裸眼观测,它是天上第三亮的那颗恒星。图片右上角的那颗小星则是距地球4个多光年的太阳。 Reuters

这并非行星“阿凡达”,但它的确环绕距我们最近的恒星南门二(半人马座α)运转。这颗炽热的星球是遥远世界的新星,对它的探索成为天文物理学的重大挑战。在该领域,总是能见到身为先锋的瑞士人。

此内容发布于 2012年11月08日 - 11:00
瑞士资讯swissinfo.ch

“系外行星学是当前天文学领域中发展最快的一门学科,”剑桥大学天文学院网站的匙铭中写道。这所艾萨克·牛顿曾教过书的大学刚刚聘请了迪迪尔·奎洛兹(Didier Quéloz),他是17年前飞马座51b的合作发现者。飞马座51b是第一颗被发现的系外行星,它环绕着一颗类似太阳的恒星运转。

1995年10月,奎洛兹尚在日内瓦大学撰写天文物理学论文时,就与他当时的教授米歇尔·麦耶(Michel Mayor)一起,宣布了这个可能是自哥白尼革命性理论以来最重要的发现。从此人们认识到,密密麻麻布满天空的不仅是恒星,还有无数行星。

广泛

“这不止是一个飞跃,而是系外行星学遇到真正的大海啸,”如今奎洛兹高兴地说道:“因为我们意识到,该学科超出了天文物理学的范围。它会令地质学家、大气物理学家与生物学家感兴趣。我们是这一继续扩大的、重大研究新课题的载体。”

这位40岁的年轻教授离开瑞士远赴英国,以便“向研究规模空前扩张的欧洲拓展自己的领域”。不过他仍保留了在日内瓦25%的授课工作。因为“在世界领先机构与有意在该领域发展的大学之间创立有机纽带,很合情合理。”

“这正符合大学精神-universalis(拉丁文,意为‘广泛、通用’),”奎洛兹接着讲下去:“我们没有闭门造车,而是在尝试建立各种桥梁,以拥有启发性的活力、学生的交换、想法的交流,以及共同的项目。科学总是藐视国界与小的国家障碍。”

在等待组建剑桥大型系外行星研究队伍期间,奎洛兹的名字出现在《自然》杂志于10月17日发表的一篇文章署名中,该文公布了日内瓦队伍的最新发现。

他在那儿与麦耶、高精度径向速度行星搜索器(HARPS)之父弗朗切斯科·佩佩(Francesco Pepe),及未来的系外行星定性卫星(CHEOPS,亦称“基奥普斯轨道望远镜”)负责人,伯尔尼大学的威利·本茨(Willy Benz)等人有来往。不过文章的主要作者是博士生泽维尔·杜牧斯克(Xavier Dumusque)。就像1995年的迪迪尔·奎洛兹一样,该领域可谓后继有人。

熔炉里的潘多拉

这位年轻科研人员与同事一道,曾对截止目前所发现的最小与最近的系外行星作了描述。人们已在距离太阳4.3光年(愈40万亿公里)的南门二三合星系统里寻找多年,电影《阿凡达》的编剧也将纳威人的森林世界潘多拉设定在这个星系中。

南门二Bb(半人马座α Bb)的质量只比地球稍大,与超木星(super-Jupiter)一比简直就是小巫见大巫,而后者仍是系外行星列表中的大个头。行星的体积越小,它所造成的母恒星速差就越小,也就越难被发现。经过3年的观测,才找到这颗行星。

不过,要在这颗行星上见到巨型树木与蓝色高个类人生物的机会等于零。它环绕母恒星公转一周需3.2天,距母恒星只有600万公里,比水星与太阳的距离还要近6倍。在这种温度下,那里的世界只是个遍地岩浆的地狱。

不过不是没有其它行星的可能。我们现在知道,恒星周围常常会有多颗行星。因此不排除南门二B有一整套行星系统的可能性。但是它们离得越远,就越不容易被监测到。

高精度径向速度行星搜索器

至此我们就达到了目前设备的极限。然而凭着高精度径向速度行星搜索器(HARPS),瑞士人给科学界配备了摄谱仪中的劳斯莱斯。自2003年起装置在智利拉西拉一台欧洲望远镜上的这架仪器,能够侦测到比步行速度还慢的恒星接近与远离我们的位移!今年春天,一架同样的仪器在加那利群岛投入使用,以探索北半球的星空。

但是这种借助摄谱仪的方法,即径向速度法,还不能告诉我们所面对的是哪种类型的行星。这时就需要用到凌日法,即在该行星行经其母恒星和地球之间时进行观察(参考视频《等待发现的无穷世界》,见右栏)。而这正是系外行星定性卫星(CHaracterizing ExOPlanet Satellite)-首架瑞士太空望远镜-的任务。

10月19日,欧洲航天局在收到的26个项目中,为该局可迅速搭建、耗资低于1.5亿欧元的最新“小任务”计划选择了系外行星定性卫星项目。预计2017年启用的系外行星定性卫星将探索已知有小行星的500颗恒星,以便对它们更好地定性。

这也是该项目与法欧合作对流旋转和行星横越任务卫星(Corot,2007年发射)及开普勒太空望远镜(Kepler,2009年)的不同,二者采取的是“随机撒网”的方式,把镜头对准尽可能多的恒星,以期观察到行星凌“日”。如今收获虽丰富,但对这些候选系外行星的确定却尚需时日(这也是北半球高精度径向速度行星搜索器的任务之一)。正如系外行星定性卫星项目负责人维利·本茨的解释:“对流旋转和行星横越任务卫星与开普勒太空望远镜观察的大都是些亮度很低的恒星,对它们径向速度的测量也不是非常精确。因此会令人感到有些失望...”

要想走得更远,就还得再等等,比如将装置在欧洲南方天文台(ESO)甚大望远镜(Very Large Telescope)上的新一代摄谱仪ESPRESSO系外行星搜寻设备,高精度径向速度行星搜索器的设计者弗朗切斯科·佩佩就在为此工作。

宇宙中的其它生命?

到底是什么激励着这些研究人员不懈探索遥远的世界,即使他们永远不会踏足,甚至看一眼这些星球?对弗朗切斯科·佩佩而言,首先是“对夜空之美、对星星和其它世界的痴迷...”。

那么外星生命呢?这位天文物理学家自称“对它可能在别处存在相当有信心。只要想一想,宇宙中存在着不计其数的星系,每个星系又有不计其数的恒星,我们知道几乎每个恒星都有自己的行星,我很难相信里面不存在某种类似地球的世界。即使不完全相像,我也找不出生命不会在其它条件下发展的理由。经常人们议论的口气,就好像地球上的生命形式就是唯一的可能。不过幸运的是,大自然比我们更有想象力。”

“但是,”佩佩指出:“目前这只是一种感觉,不是证据。我们正在为获得证据而努力。”

即便维利·本茨自己也深信外星生命的存在,但他也没有更多的证据。“不过目前我的看法不比其他人的更有价值,”他表示:“尚未有人能够复制生命,即使是在地球上的试管里。因此这是个开放的问题。只要一切条件都具备就一定会产生生命呢?还是这是个在宇宙中只出现一次的东西?在这种情况下,‘为什么’这个问题也同样有意义……”

精于行星形成与进化方面的维利·本茨,从这个布满新世界的丰盛中,首先看到的是观察“大自然创造的多样性”的机会。因而探索外星生命并不是他的唯一目标。在他看来,“探索生命的过程也同样有意义”。

高精度径向速度行星搜索器-摄谱仪中的劳斯莱斯

高精度径向速度行星搜索器(High Accuracy Radial velocity Planetary Search project)是世界最好的摄谱仪。2003年,它被安装在智利拉西拉属欧洲南方天文台的一架3.6米望远镜上,这里拥有南半球最清澈的天空。

2012年春,相同的北半球高精度径向速度行星搜索器被安装在位于加那利群岛拉帕尔玛岛,属于意大利国家天文物理学研究所的一架3.6米望远镜上,以观察北半球的星空。

高精度径向速度行星搜索器能够侦测到恒星在1公里/时以内速度的变化。这一摆动在星体光谱(其光线碎裂产生的类似虹射现象)上的印迹以十亿分之一米计。因此仪器需在一个几乎完全真空的空间(0.01毫巴)内转动,温度变化则应控制在千分之1度以内,因为最小的温度或气压变化,都会使科学家们要测量的数据发生百倍的失真。

行星的探测不能一夜而就。只有通过长期观测,才能辨认出它令母恒星运转产生的规律性差异。因此,要得到北半球高精度径向速度行星搜索器的最初结果还需再等几个月。不过现被命名为“南半球高精度径向速度行星搜索器”的它的“长兄”,对米歇尔·麦耶在日内瓦天文台组建的队伍取得世界领先地位,可谓立下了汗马功劳。在截止目前已确认的830多颗系外行星中,有一小半就是借助它发现的。

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瑞士的精准

“如果我们是个产业部门,那么就可以在高精度径向速度行星搜索器上大大方方地贴上‘瑞士制造’的标签,即使这不仅是瑞士,还有来自法、意、英、美等多家研究所间的合作项目,”两架高精度径向速度行星搜索器之父,弗朗切斯科·佩佩解释道:“不过我们是项目的承包人,而且的的确确,令高精度径向速度行星搜索器与其它设备不同的专业技术和小细节,都来自瑞士。”

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