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【2019诺贝尔物理学奖】宇宙学与系外行星


2020-06-12

【2019諾貝爾物理學獎】宇宙學與系外行星

2019诺贝尔物理学奖颁发给宇宙学与天文学领域。一半的奖金颁发给James Peebles以表彰他对理论宇宙学的贡献。另一半的奖金颁发给Michel Mayor与Didier Queloz,以表彰他们发现绕行恆星的系外行星。

目前科学家认为宇宙是由可见物质,暗物质,以及暗能量所组成的。用个比较直觉的比喻,如果用一杯咖啡来比喻这个宇宙,那黑咖啡的部份就相当于是暗能量,加入的一小杯牛奶就相当于是暗物质,而再加入的一些糖就相当于是可见物质。对物理学家来说,他们所看到的这个宇宙,基本上就是这三者的混合物,但是物理学家要做的,就是从这一杯宇宙级的牛奶咖啡中来找出可见物质,暗物质,与暗能量的比例。

另一方面,在约140亿年前,宇宙由大爆炸中诞生。在大爆炸之后,宇宙一直处于高温高密度的状态,即便是光也无法脱离这个状态。随着时间过去,宇宙不断的膨胀与冷却。一直到约大爆炸后四十万年,宇宙冷却到可以使光得以穿透宇宙,而形成了宇宙中的第一道光。这些大爆炸的遗迹,在现在以宇宙微波背景辐射的形式存在。透过研究宇宙微波背景辐射,科学家得以揭开大爆炸的面貌。

而James Peebles的贡献在于,在1960年代,他发展出了一套理论模型,可以用来解读这些宇宙微波背景辐射。根据他的理论,最重要的一个结果是我们所看到的物质,包括各式星球,约佔宇宙总质量的5%。另外95%则是由暗物质与暗能量所组成。目前最新的结果认为,暗物质约佔25%,暗能量约佔70%。

而Michel Mayor与Didier Queloz的研究则可相当于是专注于这杯宇宙咖啡中的那5%的部份,尤其是所谓系外行星的部份。

所谓的系外行星,一般指的是太阳系之外,不绕行太阳公转的行星。概念上很简单,简单的说就是如果宇宙中有类似太阳的恆星存在,那幺这些恆星也应该会具有类似地球或其他太阳系行星般的行星存在。

这个概念相当直觉,但是要找到这种系外行星非常困难。因为恆星离地球很远,所以不易观测。此外,即便有系外行星的存在,由于行星不会自己发光,使我们几乎看不到行星的存在。

在1995年,Mayor与Queloz发表了第一个系外行星的观测结果。这个被称为飞马座51b (planet 51 Pegasi B)的系外行星绕着位于我们的银河系中的一个类似太阳的恆星公转。这个飞马座51b的系外行星类似于我们太阳系中的土星木星,是个气态行星。自此之后,科学家发现了超过四千个不同大小,不同型态,不同轨道的系外行星。透过这些系外行星,科学家开始认真看待,发现类似地球的系外行星的可能性。

透过Peebles的理论贡献,科学家得以了解宇宙在大爆炸后的演化过程。而透过Mayor与Queloz的贡献,科学家发现一种新的星体。透过研究系外行星,我们也增加了对太阳系的认识。

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