2019年諾貝爾物理學獎揭曉，這次表彰的是幫助人類認識宇宙的卓越貢獻者。

其中一半授予來自美國的吉姆·皮布爾斯（James Peebles），他發現了構成恆星、行星以及我們的這些常規物質只占宇宙能量的5%，剩下95%的宇宙能量都是未知的暗物質與暗能量。暗物質表現為不知來源的巨大引力，暗能量表現為導致宇宙膨脹的無形力量。皮布爾斯的工作為人類認知宇宙建立了一個全新的框架，開創了「物理宇宙學理論」。

另一半授予來自瑞士的米歇爾·麥耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛茲（Didier Queloz），他們於1995年10月首次發現了一顆名為飛馬座51b（綽號「伯洛爾芬」）的系外行星，它繞著銀河系中的一顆類似太陽的恆星運轉。這也是人類發現的第一顆「熱木星」。麥耶和奎洛茲掀起了天文學界的一場革命，開啟了人類探索系外行星的新征程。

諾貝爾獎反應遲鈍是眾所周知的，但這也體現了科學領域的嚴謹，這份獎項的含金量也遠超900萬瑞典克朗（約合人民幣697萬元）的獎金。

皮布爾斯闡明的宇宙結構與歷史，為過去50年的宇宙學奠定了堅實的基礎。他的工作為現代宇宙學開創了一門新的內功，對人類而言是一座巨大的「金礦」，而麥耶和奎洛茲的工作激勵了人類探索宇宙的熱情，如同一門精彩絕倫的外功，對系外行星的新發現開啟了人類探尋新世界的「淘金」熱潮。

要具體闡述皮布爾斯的工作可能需要大量的理論知識與數學知識，一時半會無法說透，所以今天我們不妨說說麥耶和奎洛茲的工作，我們是如何探測系外行星的？

探索系外行星，第一個被發現的並非飛馬座51b

其實在麥耶和奎洛茲的工作之前，1992年人們就發現了一顆圍繞脈衝星轉動的系外行星PSR 1257+12B，不過它的發現純屬意外，而1995年發現的飛馬座51b才是傳統意義上圍繞恆星公轉的系外行星。

麥耶和奎洛茲目前都是日內瓦大學的教授，而麥耶是奎洛茲就讀博士期間的導師。他們於1995年10月發現了第一顆圍繞類似太陽的恆星運轉的系外行星，這顆行星正是飛馬座51b。其質量接近或超過木星，與其宿主恆星距離只有0.5至0.015個天文單位（地日距離為1個天文單位），大約為水星到太陽距離的1/8至金星到太陽的距離範圍，稱為「熱木星」。

飛馬座51b距離地球約50光年，質量只有木星的一半，但體積卻是木星的兩倍，一年只有4天，表面溫度在1000 °C ，並且它被潮汐鎖定永遠以同一面朝向恆星。飛馬座51b的發現引發了天文學界的一場革命。之前主流理論一直認為行星的形成需要冷卻的構造塊，而這些構造塊只可能在遠離恆星的地方才能形成。這是一個重大的發現，讓我們需要重新思考行星系統的形成原因，也掀起了系外行星探索熱潮。此後，銀河系有4000多顆系外行星被發現。

再此之前，發現系外行星是非常困難的一件事，因為行星反射光線比恆星的光線弱得多，要在一顆恆星璀璨的光芒里發現它，談何如意。對於跨星系的我們來說，遙遠恆星的耀眼光芒將淹沒周圍的一切，要找到伴隨它們身邊的行星，這就如同在一片波光粼粼的湖裡，找到一根小小的針。而有時我們連這片湖都無法找到，更不用說湖中的針了。

而隨著科學探索手段的發展，遵循事物的因果關係，後來我們發現了許多新的探測技術，大大加速了對系外行星的探測。而第一個成功的探測技術就是徑向速度法。

徑向速度法

要搞清楚這個方法其實很簡單，但需要更深刻地理解一下恆星與行星之間的相互作用關係。

我們一般都認為行星圍繞恆星公轉，而恆星靜止不動。但實際上，行星的公轉是由於恆星的引力造成的，然而力是相互的，在恆星拽著行星轉圈時，行星也拽著恆星輕微的左右晃動，且行星的質量越大，晃動就越明顯。

比如，太陽系裡的木星大哥，就能拽著太陽左搖右晃。而恆星作為一個光源，它的位移就會產生都卜勒效應。都卜勒效應簡單來說，就是具有波性質的一切信息源，在移動過程中會導致發出的波被拉伸或壓縮。信息源遠離目標運動，波長就會變大；信息源靠近目標運動，波長就會變小。

這就好比我們日常聽見的警笛聲，從遠處傳來時，聲音還很柔和，但隨著警車靠攏，警笛聲的波長被壓縮，會感覺聲音立即尖銳了起來。當警車遠去時，聲音又變得舒緩了。都卜勒效應在聲波上，表現為音調的升降，而在光波上，則表現為顏色的變化，光源遠離我們就會變得更紅，稱之為「紅移」；光源靠近我們就變得更藍，稱之為「藍移」。

知道了這一原理，天文學家就可以使用光譜儀先得到目標恆星的吸收光譜線，這個光譜線就好比這個恆星的指紋一樣。但如果它身邊有一顆行星在圍繞它公轉的過程中，使它在朝我們的方向上前後搖動，那麼我們就會發現這顆恆星的吸收光譜線不斷地來回移動。

因為光譜線的靈敏度相當高，所以徑向速度法能檢測到幾百萬光年外，恆星每秒1米的細微移動。不僅可以用來發現系外行星，還可以計算它的質量。飛馬座51b就是通過這種方法被發現的。

雖然徑向速度法十分精準，但一顆行星想要牽引恆星晃動，並產生足夠探測的都卜勒效應，需要行星對恆星有足夠大的重心引力。這就意味著，徑向速度法最適合探測離恆星近的類似木星的大質量行星，這也是「熱木星」名字的由來。對於像地球這樣質量不夠，無法拖動恆星晃動的行星，可能就有點力不從心。

針對這種情況，天文學家們又想到了另外一種簡便的方法來尋找系外行星。

凌星法

「凌星法」的原理也很簡單，當一顆系外行星剛好從它的恆星與我們之間經過時，恆星的光芒被其所擋，短時間內會變得暗淡一點，行星離開後又恢復如初，這一過程就稱為「凌星事件」。

當然造成恆星變暗，除了被行星所當，還會有多種原因。比如，突然爆發一大團太陽黑子（溫度低的區域），或食變雙星（雙恆星系統相互交叉擋住對方的光芒）都可能引起混淆。為此天文學家設定了兩道「門檻」：一個確認，一個驗證。

確認有足夠多的數據來確定天體的質量。驗證就是仔細檢查一遍數據去除可能干擾因素，這些都是極其繁瑣的工作。驗證這些數據至少要滿足觀察到一個恆星的凌星間隔時間總是相同。凌星間隔時間即為行星公轉周期，周期越長，它和恆星之間的距離也就越遠，根據距離和恆星的光譜，我們還能確定這顆行星是否在其宜居帶內。而恆星在此期間變得越暗，說明被擋住的光越多，而這顆行星就越大。

自從2009年發射升空，NASA的開普勒空間望遠鏡前4年就一直盯著天鵝座和天琴座那一片星空，在15萬顆恆星里，尋找著它們的凌星事件。

截止2017年4月為止，它已為我們辨別了9500個可能的系外行星，其中還有不少剛好位於宜居帶。當然這些大量的數據還需要天文學家們慢慢的挖掘與確認。

凌星法也有一個致命的弱點，就是觀測的行星必須要從它的恆星與我們之間經過才行。這種苛刻的要求，使得我們能發現的系外行星註定只占少數。

不管是徑向速度法，還是凌星法，都是天文學發展的智慧閃光。而當我們發現越來越多的系外行星之後，你會發現一個不爭的事實：太陽系這樣的行星系簡直是鳳毛菱角。但對於浩瀚的星空，無窮的宇宙，我們心中卻永遠迴蕩著一個無聲的心愿：另一個世界，另一個地球。

為何我們熱切地想探尋系外行星？

對於真正嚮往星空的人，永遠不會認為我們就是宇宙的唯一。正是這股熱誠，毅然決然地將他們幾十年的目光投向最深邃的夜空，思考行星起源背後的物理過程。

對於今天來說，一個嶄新的宇宙探尋才剛剛開始。不一樣的世界，不一樣的地球，還等待我們去發現。

麥耶和奎洛茲的卓越貢獻掀起的系外行星尋找熱潮，只是為探索宇宙開了一個頭，最終我們還是會去解答那個永恆的問題：地球之外是否還存在其他生命？

這份對宇宙最深層的思考，還需要更多年輕的科學家傳承下去，帶著熱誠，帶著嚴謹，帶著信仰，去探索宇宙的未知，發現全新的世界。

如皮布爾斯說：「希望年輕人們懷揣著對科學的熱愛踏入這一領域，即便獎項很誘人，但那不是你入行的原因，你應該被科學本身深深吸引。」

最後，再次祝賀那些為人類科學發展而投入極大熱情「仰望星塵，伸手摘星」的科學家們。