系外行星研究：寻找另一个地球

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众所周知，今年的诺贝尔物理学奖颁给了三位长期在宇宙学和系外行星领域深耕的天文学家：詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles）、米歇尔·马约尔（Michel G. E. Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）。
宇宙学和系外行星都是当前天文学中最热点和前沿的研究领域之一，在这些领域努力探索的科学家也有不少取得了重要成果。马约尔和奎洛兹的贡献在于，他们发现了第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星。
1995 年 10 月，马约尔和奎洛兹宣布在类太阳星周围发现了一颗太阳系之外的行星，即系外行星。它位于我们所处的银河系中飞马座51b（51 Pegasi b）。这是一颗气态行星，轨道周期为4.2天。因为这颗行星的质量与木星相当，被称为类木行星。正是这一发现使马约尔和奎洛兹获得了今年的诺贝尔物理学奖，与从事物理宇宙学理论研究的詹姆斯·皮布尔斯平分秋色。



一颗星赢得的诺奖
其实，早在1992年天文学家就发现了第一颗系外行星，但相比之下，马约尔和奎洛兹的发现具有不同寻常的重要意义。
1992年发现的系外行星，其主星是脉冲星，因其极其特殊的环境使得它周围存在系外生命的可能性基本为零，所以这颗系外行星的发现未引起公众的关注。而1995年马约尔和奎洛兹发现的系外行星是一颗围绕在类太阳星周围的行星，这满足了人们期望在太阳系外寻找另一个“地球”的梦想。



千百年来人类一直在孜孜不倦地探寻人类在宇宙中是不是孤独存在的唯一智慧生命。马约尔和奎洛兹的这次发现为系外生命的探索迈出了坚定的一步，打开了人类进行系外生命探测的大门，是一个里程碑式的进展。正因为如此，人们把马约尔和奎洛兹发现飞马座51b称为“人类发现的第一颗系外行星”。但准确地说，飞马座51b是人类发现的第一颗围绕类太阳恒星运行的系外行星。
人类第二家园在哪里
之前人们对行星的认识仅局限于太阳系内八大行星行星系，1995年马约尔和奎洛兹的发现为人们打开了一个新的领域。此后的20多年里，天文学家一共发现了 4000 多颗系外行星，它们有着各种各样的轨道、周期，差异之大令人难以置信，多种多样系外行星的发现也挑战了人们对于行星系统的传统观念。



科学家的目标之一是寻找宇宙中是否还有其他生命和地外文明存在，同时也期望发现一个或者多个可供人类居住的“地球”，为将来人类进行星际移民寻找目的地。
曾几何时，宇宙学的数据少得可怜。但今天行星系，宇宙学已经成长为一门精确的数学科学，越发精确的观测数据正发挥关键性作用。随着测量精度越来越高，我们将有可能发现全新的、此前未能预料到的现象。
或许在接下来的一两百年，我们的地球安然无事，然而，上万年或者更久一点时间之后，地球的环境变化就可能不太适合生物的居住。过世的物理学家霍金就曾预测，如果人类不保护环境，节省能源，我们将不得不离开这个生我们、养我们的蓝色星球。所以寻找适宜的系外行星就是天文学家的一个目标，也是在为未来的人类做未雨绸缪的准备。



中国系外行星领域研究进展
1995年第一颗在类太阳星周围发现的系外行星开辟了人类探测系外行星的新纪元。欧美国家在这一领域投入大量经费，也吸引了大批研究人员。
当然，在茫茫宇宙中探索太阳系外行星、进而探索系外生命和系外文明这一重要天文研究领域不能缺少中国人的身影。
中国科学院国家天文台研究员赵刚领导的研究小组，在国内率先利用国家天文台2.16米望远镜开展系外行星搜寻，并于2008年在中国探测到第一颗太阳系外行星，开启了中国天文工作者利用自己的观测设备搜寻系外行星的探索和研究。利用2.16米高分辨率光纤光谱仪及激光频率梳定标完成后，新的探测手段预期探测精度可以达到好于1m/s的水平，可以探测到超级地球乃至类地行星，从而达到利用视向速度方法探测系外行星的世界先进水平。
（作者单位：中国科学院国家天文台）

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