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孫維新/系外行星—從科幻到真實

2019-10-09 23:55聯合報 孫維新

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二○一九年的諾貝爾物理獎公布了,宇宙中的新知,再次獲獎!

近五十年來的物理評獎,天文領域的課題就沒少拿過。一九六四年發現了微波背景輻射,終於知道宇宙起自一場高溫大爆炸;一九六七年找到了中子星,串起了恆星演化的失落環節;一九八九年觀察到宇宙背景在大尺度上是完美的,讓服膺希臘哲學的科學家心滿意足,但同時又在小尺度上看到微小缺陷,才知道天地萬物如何形成;二○○二年確認微中子的三種本質,才知道太陽核心如何產生能量;二○一一年發現宇宙在加速膨脹,才知道宇宙中絕大部分能量是我們至今還看不見摸不著的;二○一五年偵測到重力波,才知道百年前的老愛預言果然是對的……

二○一九年的今天,一半獎金給了皮博,是因為他對宇宙結構能總其大成,蔚然成一家之言,當年我在UCLA念天文研究所,宇宙學的教科書就是皮博寫的,看他得獎分外親切!但是另外一半給了一個新興課題:系外行星,這就更有戲了!

美國太空總署宣布克卜勒太空望遠鏡又發現1284顆系外行星,其中九顆可能有水。圖為...
美國太空總署宣布克卜勒太空望遠鏡又發現1284顆系外行星,其中九顆可能有水。圖為太空總署提供的系外行星示意圖。 (歐新社)
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自有人類以來,當我們走到戶外仰首蒼穹,總會好奇茫茫星海之中,是否也有其他高智文明存在?合理推想的第一步,就先要確定這些夜空星點是否也有行星環繞?

一九九五年,今年共同得獎的梅爾和奎洛茲,在「自然」雜誌上發表一篇文章,說明在距離地球五十光年的飛馬座五十一號星近旁,發現了一顆木星大小的行星,這顆行星是如此接近它的母星,僅有水星到太陽距離的八分之一,表面溫度應該達到攝氏一千度!雖然這種「熱木星」根本不可能孕育類似地球上的生物,但因為是第一顆在「正常恆星」旁邊發現的行星,還是給了天文學家無比希望,自此搜尋「系外行星」的努力迅速展開。

二○○九年,美國的克卜勒衛星發射升空,展開找尋類似地球的系外行星的工作。這顆衛星的觀察方式極為簡單,在地球軌道上跟著地球繞太陽轉,同時緊盯著織女星和天津四之間的一小塊天區觀察,連續記錄視野中十五萬顆星的亮度變化,若哪顆星有小小的百分之一二的亮度改變,再加上這個變化會周期性地反覆出現,就有理由相信有顆行星繞著這顆恆星轉,固定通過這顆恆星的前方,產生「水星凌日」的效果。

這個任務設定極為簡單,但成果豐碩遠超預期!第一期的四年下來,就已經尋獲了將近四千顆行星,環繞三千顆恆星運轉!這是什麼概念?這表示有相當多的恆星旁邊有多於一顆的行星環繞!各位,這就是「別人的太陽系」!

有些恆星旁邊竟然有七顆、八顆行星環繞,這就和我們的太陽系相去不遠。一開始獲得這個發現極為興奮,因為別的恆星周遭也有個太陽系!但隨之卻如河伯望海,嗒然若喪,因為我們的太陽系毫不特殊!的確,當我們對宇宙瞭解得愈多,就愈覺得我們自己實在平凡!這個趨勢並非自今日始,從一五四三年哥白尼出版「天體運行論」,將地球從宇宙中心搬離就開始了。

克卜勒衛星二○一八年功成身退,但另一顆衛星「黛絲姑娘」同一年無縫接軌,以更精密的儀器和更寬廣的視野,緊接著展開新一輪的搜尋,我相信,三五年之內,地球人類必然會發現另一顆有山有水、有星有風的美好行星。屆時,就是我們要反思如何面對第二地球和其上可能存在生命的時候了……

(作者為國立自然科學博物館館長、台灣大學物理系及天文所教授)

太陽系木星諾貝爾博物館NASA

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