1995年,人们还不知道任何一颗围绕类太阳恒星的行星。径向速度的想法由来已久——观测恒星的多普勒频移,因为一颗看不见的行星会把它拉来拉去——但信号极其微弱:木星只能让我们太阳以约12米/秒的速度移动,而马约尔1977年在上普罗旺斯天文台自制的第一台光谱仪,其精度下限仅接近300米/秒。因此,搜寻工作瞄准的是轨道长达十年的类木星行星,这需要稳定性和耐心,而当时无人具备。

马约尔的日内瓦团队重建了整条链路:光纤将星光无畸变地传输到光谱仪,新型CCD提高了灵敏度,定制软件处理图像。博士生迪迪埃·奎洛兹到1994年春季将速度下限推进到10–15米/秒,并快速采样恒星。在飞马座51周围,速度以4.23天的周期、约56米/秒的振幅摆动——一个木星大小的气态球体在几天内绕行一周,而理论认为巨行星不可能在那里形成。他们花了数月排除脉动和伪影,才于1995年10月宣布;这颗行星如此奇特,无人相信。

1995年11月的《自然》论文已被引用超过3000次,并开创了“热木星”这一类别。如今已知的系外行星超过4000颗,大多数所在的系统与我们的截然不同,迫使人们围绕迁移重新改写行星形成理论。2019年诺贝尔物理学奖有一半授予马约尔和奎洛兹,以表彰这一发现,而径向速度精度一直在攀升,正朝着地球孪生行星0.09米/秒的拉力逼近。

快速采样;近距离巨行星摆动最剧烈

多普勒径向速度以质量加权:追踪恒星的运动,是称量看不见之物的唯一方法。

摆动振幅随周期缩短而增大,因此近距离巨行星高声呐喊,而真正的类木星行星只是低语。

光纤馈入、稳定的光谱学将噪声下限从300米/秒降至10–15米/秒——低于56米/秒的信号,而这正是关键所在。

当轨道仅持续4.2天时,几个夜晚的高频采样胜过十年的稀疏监测。

把新仪器对准信号最强之处,而不是预期答案所在之处:第一颗热木星之所以容易被看到,恰恰因为它是理论认为不可能存在的行星。

热木星后来被证明很常见,行星迁移进入了每一个形成模型。开普勒和TESS后来通过凌星发现了数千个更多世界,但径向速度法仍是称量它们质量的方式。马约尔和奎洛兹与宇宙学家詹姆斯·皮布尔斯分享了2019年诺贝尔物理学奖的另一半,而如今的巡天正追逐0.1米/秒的精度,以寻找真正的地球类似行星。

从这里,追溯依据

参考来源

  1. Popular information: They explore our cosmic neighbourhoods NobelPrize.org (Physics 2019) · nobelprize.org
  2. The Nobel Prize in Physics 2019 - Press release NobelPrize.org · nobelprize.org ·
  3. 51 Peg b overview: period 4.23 d, radial velocity discovery 1995, Mayor & Queloz 1995 NASA Exoplanet Archive · exoplanetarchive.ipac.caltech.edu