03　飛馬座51b

3.1 人類如何發(fā)現(xiàn)系外行星的新大陸？

銀河系之旅的第三站，我們要拜訪與地球相距50光年的飛馬座51b（圖3.1）。可能你會對飛馬座51b感到陌生，但它的確是一個具有重大歷史意義的景點。這是因為，它是人類發(fā)現(xiàn)的第一顆繞主序星旋轉(zhuǎn)的系外行星，而它的發(fā)現(xiàn)也宣告了系外行星探索時代的到來。

很長一段時間，人類都只能看到太陽系的行星。但早就有人懷疑，在茫茫宇宙中還有許多其他的行星。比如說，被羅馬教廷燒死的意大利哲學(xué)家喬丹諾·布魯諾就曾猜想，漫天繁星其實就是遠(yuǎn)方的太陽；它們也都像太陽一樣，擁有很多繞自己旋轉(zhuǎn)的行星。此外，大名鼎鼎的牛頓爵士也在他的傳世巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中表達(dá)了相同的觀點。

但尋找太陽系以外的行星（簡稱系外行星）是一件極端困難的事。原因很簡單，行星本身并不會發(fā)光，只能反射恒星的光芒。與此同時，即使是最近的系外行星（即比鄰星b），與地球的距離也要以光年計。這意味著，系外行星肯定會被它周圍恒星的光芒籠罩。換言之，系外行星根本無法被地球上的望遠(yuǎn)鏡直接看到。

從19世紀(jì)開始，不斷有人嘗試尋找系外行星，但這些努力最后都以失敗告終。直到20世紀(jì)90年代，才有一對瑞士的師徒橫空出世，用相當(dāng)有力的證據(jù)證明了系外行星的存在。

其中的老師是米歇爾·麥耶（圖3.2）。他是日內(nèi)瓦大學(xué)的博士，在歐洲和美國工作了幾年以后，又回到了日內(nèi)瓦大學(xué)任教，并在那里干到退休。

而學(xué)生是迪迪?！た_茲（圖3.3）。在20世紀(jì)90年代，奎羅茲考進(jìn)了日內(nèi)瓦大學(xué)天文系，成為麥耶的博士研究生。博士畢業(yè)后，他最終在劍橋大學(xué)卡文迪什實驗室找到了永久職位。

這對師徒到底是用什么辦法，才捅破了這層天文學(xué)界花了幾百年也沒能捅破的窗戶紙呢？答案是我們在1.3節(jié)就已經(jīng)講過的徑向速度法。

下面，讓我們簡單回顧一下徑向速度法。如果一顆恒星的周圍真的存在一顆行星，此恒星和此行星就會構(gòu)成一個彼此繞轉(zhuǎn)的兩體系統(tǒng)。這樣一來，當(dāng)行星離地球遠(yuǎn)去時，恒星就會略微地靠近地球；此時，恒星發(fā)出的光就會發(fā)生輕微的藍(lán)移。反過來，當(dāng)行星向地球飛來時，恒星就會略微地遠(yuǎn)離地球；此時，恒星發(fā)出的光就會發(fā)生輕微的紅移。因此，如果一顆恒星的周圍真的存在一顆行星，這顆恒星的光譜就會出現(xiàn)周期性的藍(lán)移和紅移交替的現(xiàn)象。換言之，如果發(fā)現(xiàn)一顆恒星的光譜出現(xiàn)了周期性的藍(lán)移和紅移交替的現(xiàn)象，就能斷定這顆恒星擁有一顆行星。

1995年底，麥耶和奎羅茲在《自然》雜志上發(fā)表了一篇論文，宣布他們發(fā)現(xiàn)一顆與太陽相距50光年、名叫飛馬座51的恒星的光譜中，存在一個周期為4.2天的藍(lán)移紅移交替的現(xiàn)象。由此可以推斷出，在離飛馬座51大概800萬千米的地方，有一個和木星差不多大小、公轉(zhuǎn)周期為4.2天的行星。麥耶和奎羅茲把這顆行星稱為飛馬座51b。

飛馬座51b是人類歷史上發(fā)現(xiàn)的第一顆繞主序星旋轉(zhuǎn)的系外行星。著名的《紐約時報》甚至把麥耶和奎羅茲發(fā)現(xiàn)飛馬座51b與哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲大陸相提并論，稱這對師徒為“新世界的發(fā)現(xiàn)者”。

這個劃時代的重大發(fā)現(xiàn)，為人類打開了一扇通往新世界的大門。此后的20多年的時間里，追隨著麥耶和奎羅茲的足跡，天文學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了將近4000顆系外行星。

這個諾貝爾獎級的重大發(fā)現(xiàn)，為麥耶帶來了數(shù)不清的榮譽，但奎羅茲就沒這么幸運了。20多年來，他一直被排除在天文學(xué)界的各大獎項之外。為什么奎羅茲會如此倒霉呢？因為有一個“程咬金”從半路殺了出來。此人就是美國天文學(xué)家杰弗里·馬西（圖3.4）。

馬西本來是一個文科生，但讀研究生的時候投入了天文的懷抱。他是加州大學(xué)圣克魯斯分校的博士，后來在舊金山州立大學(xué)找到了終身教職。

20世紀(jì)90年代，馬西也開始尋找系外行星。一開始，他沒能斗過麥耶、奎羅茲師徒，被他們在1995年率先發(fā)現(xiàn)飛馬座51b。雖然輸在了起跑線上，但是馬西卻后來居上。在人類發(fā)現(xiàn)的前100顆系外行星中，居然有70多顆是馬西的研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)的。

為什么馬西能在尋找系外行星的競賽中一騎絕塵呢？因為他率先采用了另外一種探測系外行星的方法：凌星法。

凌星法的原理非常簡單。假設(shè)某顆恒星的周圍有一顆行星在繞它旋轉(zhuǎn)。一般情況下，我們看這顆恒星的視線方向，不會與行星繞恒星旋轉(zhuǎn)的平面垂直。這樣一來，當(dāng)行星恰好運動到地球與恒星之間時，就會擋住恒星發(fā)出的部分光芒，從而讓恒星的亮度出現(xiàn)微小的下降；而當(dāng)行星離開這個位置以后，恒星的亮度又會恢復(fù)正常。這意味著，當(dāng)行星在地球和恒星之間穿行時，恒星的亮度會出現(xiàn)一個U形缺口（圖3.5）。

因為行星總以一個固定的周期繞恒星旋轉(zhuǎn)，所以它在地球和恒星之間穿行的時間就具有周期性。這意味著，如果我們觀測到一顆恒星的亮度總是出現(xiàn)周期性的缺口，就能斷定此恒星一定擁有自己的行星。這種探測系外行星的方法就是凌星法。時至今日，凌星法已超過徑向速度法，成為人類發(fā)現(xiàn)系外行星的頭號利器。

憑借著發(fā)現(xiàn)了更多系外行星的優(yōu)勢，馬西擠掉了奎羅茲，成為與麥耶并駕齊驅(qū)的系外行星探索領(lǐng)域的標(biāo)志性人物。1999年，他跳槽到美國第一公立名校加州大學(xué)伯克利分校。2002年，他當(dāng)選為美國科學(xué)院院士。此后，他和麥耶拿遍了天文學(xué)界的所有大獎，包括2005年的邵逸夫天文學(xué)獎。

由于在系外行星探索領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)，馬西一度成為諾貝爾物理學(xué)獎的大熱人選。可能你已經(jīng)注意到這種說法的詭異之處了：為什么要說是“一度”呢？因為現(xiàn)在的馬西，已經(jīng)從神壇墜入了深淵。

2015年，有4位女士向加州大學(xué)伯克利分校投訴，說馬西曾對她們進(jìn)行過性騷擾。隨后，校方對馬西展開了調(diào)查，并于2015年10月公布最終的調(diào)查報告。調(diào)查報告指出，從1995年開始，在長達(dá)20年的時間里，馬西至少對7位女士進(jìn)行過性騷擾。這份調(diào)查報告一經(jīng)公布，立刻在學(xué)術(shù)界掀起了軒然大波。加州大學(xué)伯克利分校的一大批教授隨即發(fā)表聯(lián)名信，要求讓馬西立刻滾蛋。

迫于壓力，馬西于2015年10月7日在網(wǎng)上貼出了一封公開信，宣布對自己的所作所為道歉，并辭去加州大學(xué)伯克利分校教授的職位。此后，馬西就在學(xué)術(shù)界銷聲匿跡。這個系外行星探索領(lǐng)域的先驅(qū)，就這樣成為一場影響深遠(yuǎn)的社會運動（即Me Too運動）的“先烈”。

馬西墜入深淵，為奎羅茲掃除了障礙。2017年，他取代了馬西，與自己的老師麥耶一起獲得了著名的沃爾夫物理學(xué)獎。我有一種預(yù)感，早晚有一天，這對師徒會戴上諾貝爾獎的皇冠。⁽¹⁾

最后再多說一句。馬西的性騷擾丑聞大白于天下之后，另一個在天文學(xué)界赫赫有名的研究團(tuán)隊也把他掃地出門。這個研究團(tuán)體所負(fù)責(zé)的，就是3.2節(jié)要為你介紹的開普勒望遠(yuǎn)鏡。