2019年诺贝尔物理学奖授予三位天文学家，他们都有什么贡献？
火星科普2019-10-08 19:30
2019年的诺贝尔物理学奖已经正式公布，授予天体物理学领域，美国物理学家和宇宙学家詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles）、瑞士天文学家米歇尔·麦耶（Michel Mayor）和瑞士天文学家迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）共同荣膺桂冠，他们的研究极大加深了我们对宇宙的认识。那么，这三位科学家在宇宙学中都取得了哪些重大成就呢？
詹姆斯·皮布尔斯
皮布尔斯对宇宙大爆炸理论的发展做出了巨大的贡献。自从哈勃通过星系红移发现宇宙正在膨胀之后，天文学家意识到宇宙的过去很小，宇宙在最初时刻小到成为奇点。既然宇宙的过去很小，大量能量聚集在空间中，这会使得早期宇宙变得很热。如果早期宇宙非常热，其热量还会残余到今天，并且能够被探测到。
根据预测，宇宙的诞生时间在138亿年前。经过如此漫长时间的冷却，宇宙的最早辉光会随着空间膨胀而衰减成为肉眼不可见的微波，这就是宇宙微波背景辐射，其温度大概为3 K，比绝对零度高了3度，即-270 ℃。在1964年，物理学家终于发现了3K背景辐射，两位发现者也因此而获得诺贝尔物理学奖。
皮布尔斯解释了3K背景辐射正是宇宙大爆炸的最重要证据之一。此外，皮布尔斯还在太初核合成（合成宇宙物质基础的过程）、暗物质（占比27%）和暗能量（占比68%）等方面做出了巨大的贡献。有了皮布尔斯的努力，宇宙结构形成理论最终才演变成一个严谨的物理学分支。
宇宙微波背景辐射鉴于皮布尔斯在天体物理学的重大贡献，他获得了今年诺贝尔物理学奖的一半。另一半授予了麦耶和奎洛兹，他们在系外行星领域做出了很大贡献。
米歇尔·麦耶和迪迪埃·奎洛兹
天文学家很早知道，夜空中肉眼能够看到的星星都是像太阳那样自身能够发光的恒星。既然太阳周围有行星环绕，那么，其他恒星周围是否也存在行星呢？
飞马座51b想象图答案是肯定的。在1992年，天文学家首次发现了太阳系外的行星，不过，它的主星是一颗死亡恒星——中子星。到了1995年，麦耶和奎洛兹首次共同发现了一颗围绕着主序星旋转的系外行星——飞马座51b。
飞马座51距离地球大约50光年，视星等为5.5等，在观测条件极佳的地方肉眼可见。就像太阳一样，飞马座51是一颗G型黄矮星。它略大于太阳，其质量为太阳的1.1倍，半径为太阳的1.2倍，光度是太阳的1.4倍，表面温度与太阳接近（约5500 ℃），年龄大约61亿年。
通过径向速度法，麦耶和奎洛兹在飞马座51周围发现了一颗行星——飞马座51b。这颗系外行星完全不同于太阳系中的任何一颗行星，因为它非常靠近主恒星，它的轨道半径只有0.0527天文单位，即788万公里，相当于水星与太阳距离的七分之一，环绕主星一周只需4.2天。飞马座51b非常大，其质量是木星的一半，相当于158倍地球质量。
飞马座51b想象图由于飞马座51b离主恒星非常近，它已经被潮汐锁定，永远以一面对准主恒星，它的表面温度高达1010 ℃。天文学家把这种行星称之为“热木星”，它们并不存在于太阳系中。这颗热木星的发现改变了天文学家对行星形成的认知，揭开了系外行星研究的新纪元，所以麦耶和奎洛兹获得了今年的诺贝尔物理学奖。
此后，天文学家陆续发现了另一种更引人注目的系外行星——类地行星。由于飞马座51b这种行星是气态的，其主要成分为氢和氦，它们与地球相差很大，几乎不可能孕育出生命，因为太阳系中的木星和土星就是很好的例子。
因此，那些类似于地球存在岩石和金属固体表面的行星更受关注，尤其是那些处在宜居带中的类地行星。如果一颗类地行星与其主恒星的距离适中，它的表面就有合适的温度来让大量的液态水存在，从而为生命的孕育提供了条件。
开普勒452b想象图迄今为止，天文学家找到了超过4100颗的系外行星，其中包括数十颗潜在的宜居行星，那里或许有外星生命。2015年发现的开普勒452b是最受关注的类地行星之一，因为它的主恒星与太阳非常类似，并且它的轨道半径也与地球非常类似，所以它被冠以“地球2.0”。
鉴于目前的观测能力，天文学家无法判断哪些系外行星上会有生命。不过，随着新一代太空和陆基天文望远镜的投入使用，或许在不远的将来，天文学家能够证明我们在宇宙中并不孤独。
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