诺奖新得主马约尔:外星生命应存在 让下一代去发现

2019-10-30| 发布者: 十里沟| 查看: 57

问及外星生命,瑞士天文物理学家米歇尔?马约尔(Michel Mayor)罕见地给出了较为肯定的答案。“我相信外星生命应该会存在。不一定是像你我这样的生命,可能是简单的形式。细菌就算生命了。”

这或许是因为,在24年前,当许多人仍相信太阳是宇宙中唯一拥有行星的恒星,马约尔和他的博士生迪迪埃·奎洛兹(Didier Queloz)一起找到了“飞马座51b”。 这是一颗巨大的气态行星,虽然和地球差异悬殊,但足够颠覆人类的宇宙观,引发了一场天文学革命。

目前,科学家们仅在银河系中就发现了超过4000颗(太阳)系外行星。在瓦解太阳系的独特性后,已经是日内瓦大学荣休教授的马约尔似乎对瓦解地球的独特性亦饶有兴致。

米歇尔?马约尔(Michel Mayor)接受澎湃新闻专访

凭借发现人类历史上首颗系外行星的成就,马约尔和奎洛兹斩获了今年的诺贝尔物理学奖。成为新科诺奖得主不到20天,他飞抵上海参加第二届世界顶尖科学家论坛。论坛由上海市人民政府主办、世界顶尖科学家协会发起,主题围绕“科技,为了人类共同命运”。

10月27日傍晚,在临港滴水湖畔,风尘仆仆的马约尔接受了澎湃新闻(www.thepaper.cn)的专访。

一代人,3000倍改进

马约尔装扮轻松,深蓝色细波点衬衫外披一件黑色西装外套,外加浅卡其色休闲裤呼应标志性的花白络腮胡,说英语时带着浓重的法语口音。

1942年1月,马约尔出生在瑞士洛桑。他并非从小就认定了物理,只是热爱广义上的科学。马约尔相信,即便当初选择了地球物理或者火山学,他一样会迸发出同样的激情。

因此,24岁在洛桑大学完成理论粒子物理方向上的硕士研究后,马约尔较为随性地决定攻读天文学博士。所幸的是,上世纪60年代正是欧洲天文学界的黄金时代,主流的实验室都在扩张,因此,马约尔很容易就在日内瓦天文台找到了职位。

他的博士论文涉及星系的旋臂结构,但就在拿到博士学位的前夕,马约尔又产生了一个随性的灵感:恒星的运行轨道是否会揭示出星系内的天体构成?

马约尔在笔记本电脑上观看诺贝尔物理学奖揭晓直播

要解答这个问题,必须精确地测量恒星的径向速度,即天体在地球观察视线方向上的运动速度。当恒星靠近或远离地球,它的光谱会发生蓝移或红移,就像救护车加速驶近时鸣笛声调变高,加速远离时声调又变低。

这种测量超过了他的能力范围。幸运的是,他在剑桥大学访问期间遇到了一位志同道合的同事,开发出一种新型的自动多普勒光谱仪。随后,法国南部的上普罗旺斯天文台邀请他为更大型的望远镜设计类似的仪器。

半路出家的马约尔对多普勒谱仪的精度做出了颠覆性的改进,对此,他深感骄傲。马约尔研制的首台设备测量径向速度的精度约为300米/秒,在不断改进下,发现人马座51b的ELODIE光谱仪精度达到了15米/秒。目前,马约尔使用的光谱仪精度为1米/秒,而年轻的同事们已经开发出10厘米/秒精度的新设备。

“仅仅用一代人的时间,光谱仪的精度就提升了几千倍。我们深感惊讶,也深感荣幸。”

两个人,1000倍“误差”

颠覆性的精度改进会带来颠覆性的发现。有了ELODIE光谱仪,发现人马座51b的踪迹只是时间问题。

这是因为,行星的引力会拉扯恒星,使得它的光谱产生有规律的“摆动”。稍加计算,就可以推测出行星的周期、质量和轨道形状。

1994年,马约尔和迪迪埃申请到了望远镜观测时间,每隔两个月可以观测一周。他们锁定了一大批需要追踪的恒星目标,每个周期观测一个。

当年年底,马约尔前往夏威夷休假,迪迪埃留守上普罗旺斯。没想到,他前脚刚走,迪迪埃就在约50光年外的人马座51恒星上看到了 “摆动”。28岁的年轻人并没有感到惊喜,而是惊吓。他觉得,一定是自己的计算出现了问题。直到反复确认了将近半年,迪迪埃才敢向导师汇报自己疑似发现了人类历史上第一颗系外行星。

马约尔只回复了两个单词:“是的,可能吧。”

人马座51的“摆动”

时隔24年,他如此向澎湃新闻记者剖析当时的心情。“我们要牢记,在20世纪下半叶,曾有许多团队宣称发现了系外行星,但最终都被证明是错误的结果。因此,我作为教授,必须足够谨慎,不要再贡献一篇错误的论文。毕竟,根据当时的理论,像木星那样的大型气态行星一定会有超过10年的公转周期,但我们发现的天体的公转周期只有4天,差距将近1000倍。这个偏差太大了,我必须很谨慎。”

要知道,对于庞大的恒星来说,行星引力的影响极其精微,必须要排除其他的可能性导致这样的结果,例如正在活动的恒星,或是受到磁场的影响。“我们看不到行星,多普勒谱法只是一种间接探测。”

最终,马约尔决定在投递论文前最后确认一次。1995年7月,当恒星飞马座51再次出现在观测视野里,他们进行了重新测量。

“径向速度变化的振幅和相位都完全一样,直到此刻我们才确信了这是一颗行星。我们仍然不知道为什么它的公转周期这么短,这是个大难题,但我们发现的确实是行星无误。”

马约尔和迪迪埃两家人在南法进行了一些庆祝活动,随后就加班加点写论文,赶在8月底投给了《自然》杂志。1995年10月6日,他们在意大利佛罗伦萨举办的一场学术会议上报告了这个发现。

“问题是,《自然》杂志有保密规定,在论文发表前我们能和同行交流,但不能接受媒体采访。”马约尔回忆起了这个幸福的烦恼。“但很多记者已经在我家里等着了,他们的提问像飓风一样袭来,我只能缄口不言。”

11月底,马约尔的论文正式发表。一场天文学革命开启。

下一代,终极问题

2007年,11位科学家宣布发现首颗位于宜居带(即温度条件可能存在液态水)的系外行星吉利斯581c,其中就有马约尔。同年,他从日内瓦大学荣休。

退休后的马约尔还是闲不下来,目前,77岁的他仍在智利北部的阿塔卡玛沙漠参与望远镜建设,为下一代天文学家打磨利器。

在马约尔看来,如今天文学最激动人心的一个研究方向就是生物记号,即暗示行星上存在生命活动的光谱特征。要分析行星的光谱,难点在于剔除掉它围绕的恒星的光线,毕竟,行星反射出的光线相比起恒星本身微如萤火。

24年前,马约尔和迪迪埃用新一代光谱仪捕捉到系外行星的魅影。在24年后的今天,地面上许多超大望远镜即将张开巨眼,新一代太空探测卫星也蓄势待发。随着兵器库的更新,年轻人们或能解答那个终极问题。

马约尔和迪迪埃

“这是留给下一代人的重大挑战。”他说道。早在2000多年前,古希腊哲学家就提出存在无数个世界,其中也可能有生命的存在。“这些问题在现代天文物理学界依然存在。我们这一代人享有的优势是,我们具备探索宇宙的技术。而我们的下一代将面临的问题是:可不可能探测到外星生命?这对年轻人来说不是一个次要的问题,而是非常重要的问题。”

他重复了这个问题:人类在宇宙中孤独吗?

当澎湃新闻用他抛出的这个问题反问,马约尔先是一本正经地强调了两遍“科学”:“科学,从科学角度来讲,我们只能通过观测来判断外星生命,没有理论能预测出来。”

“不过你可以有个人的想法,”马约尔略显顽皮地转折道,“我个人觉得系外行星上可能有生命。当然这需要满足很多条件,但系外行星的数量也很多。”

说到这里,马约尔的语气更为确定:“我相信外星生命应该会存在。不一定是像你和我这样的生命,它可能是简单的形式。细菌就算生命了。”

这时候,他就像在24年前回复迪迪埃:是的,可能吧。

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