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诺奖研究改变了我们对宇宙和生命的认知

来源:科技日报2019-10-09 09:25

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  在飞马星座,人们发现了太阳系外的第一颗围绕类日恒星运行的行星飞马座51b。

  早在2000多年前,伟大的诗人屈原就在《天问》中写道:“遂古之初,谁传道之?上下未形,何由考之?”试图追寻宇宙诞生之理。

  宇宙从何而来?又如何在近140亿年间演变成现在这个曼妙多姿而又神秘莫测的样子的?我们在宇宙中是独一无二的吗?其他星球上是否存在生命?这是萦绕在所有人心头的“天问”。而今年诺贝尔物理学奖得主的研究将有助于回答这些亘古谜团。

  詹姆斯·皮布尔斯的研究改变了我们对宇宙结构和宇宙历史的认识;米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹则让我们首次管窥一颗围绕类似太阳的恒星旋转的系外行星的“芳容”,翻开了天文学的新篇章。

  他的理论框架,奠定现代宇宙学基础

  詹姆斯·皮布尔斯对物理宇宙学的深刻见解丰富了整个宇宙学研究领域,他的研究也使宇宙学在过去50年间演变为一门严肃的科学。他的理论框架自20世纪60年代中期发展起来,是我们现在认识和理解宇宙的基础。而自1970年以来,他就被广泛认为是世界领先的理论宇宙学家。他对原始核合成、暗物质、宇宙微波背景和结构形成等领域做出了理论贡献。

  皮布尔斯也为宇宙大爆炸模型做出了许多重要贡献。大爆炸模型从大约140亿年前宇宙诞生的那一刻开始描述宇宙。

  该理论认为,鸿蒙之初,混沌一片,那时的宇宙炽热且稠密。大爆炸后,宇宙一直在膨胀,变得越来越大,越来越冷。大爆炸发生仅40万年后,宇宙变得透明,光线得以穿越太空。即使在今天,这种古老的辐射——宇宙微波背景辐射仍环绕在我们周围,身负诸多宇宙奥秘,等待我们去揭示。皮布尔斯能够借助他的理论工具和计算方法,来解释这些来自宇宙诞生之初的“余晖”并发现新的物理过程。

  结果,宇宙大爆炸模型向我们展示了这样一个宇宙:其中只有5%是我们已知的物质,这些物质包括日月星辰、山川河流、风花雪月以及我们这些芸芸众生等等。而另外95%是未知的暗物质和暗能量。暗能量和暗物质是现代物理学的未解之谜,揭示它们的“庐山真面目”是我们面临的巨大挑战。

  他们发现首颗系外行星,引发天文学革命

  1995年10月,米歇尔·马约尔和迪迪埃·奎洛兹宣布,他们首次在太阳系外发现了一颗行星,围绕着我们银河系中一颗类似太阳的恒星旋转。

  在位于法国南部的普罗旺斯高级天文台,他们使用定制的仪器发现了飞马座51b(51 Pegasi b),这是一颗位于飞马座、距离地球约50.9光年、轨道周期为4.2天的系外行星。它是人类发现的第一颗围绕类似太阳的恒星运转的系外行星,也是一颗与太阳系最大的天然气态巨行星木星相当的气态行星。它的出现挑战了当时公认的行星形成观点。

  一石激起千层浪!这一发现如同哥伦布发现新大陆,引发了天文学领域的一场革命,此后,科学家们在银河系中发现了4000多颗系外行星。而且,不断有新奇的美丽新世界“现形”,其大小、外观和轨道各异,向我们展示了宇宙的丰富多彩与曼妙多姿。

  这些系外行星挑战了我们关于行星系统的先入为主的观念,并迫使科学家们修改关于行星起源背后物理过程的理论。

  搜寻系外行星的脚步并不止歇!美国国家航空航天局(NASA)的“凌日系外行星勘探卫星”(TESS)目前正在邻近恒星周围寻找可能支持生命的新世界;2021年,新的“系外行星捕手”、接替哈勃的新一代太空望远镜——詹姆斯韦伯太空望远镜(KWST)将要上天;欧洲专门用于系外行星大气研究的ARIEL望远镜也计划于2028年升空;此外,NASA已经开始制订建造新一代太空望远镜——“先进技术大孔径太空望远镜”(ATLAST)的计划,该望远镜也旨在搜索系外生命。可以想象,在这些超级望远镜的“围追堵截”下,未来将有更多系外行星“现形”。

  而且,新一代空间望远镜使研究更暗弱的系外行星大气成为可能,更大样本的观测将帮助人类理解系外行星(尤其是宜居带系外行星)的组成和大气,是否其他星球上还存在生命这一永恒问题的答案也有望被揭晓。NASA就曾经宣称,我们有能力在今后20年中找到外星生命,它很可能就在我们的太阳系之外。

  这三位诺贝尔物理学奖获得者的智慧改变了我们对宇宙的看法。皮布尔斯的理论发现有助于我们理解大爆炸之后宇宙的演变;而马约尔和奎洛兹则对我们的宇宙邻居进行了探索,开启了我们寻找未知行星以及未知生命的旅程,他们的发现永远改变了我们对自身在宇宙中所处位置的认识。(本报记者 刘 霞)

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