諾獎研究改變了我們對宇宙和生命的認知

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   諾獎研究改變了我們對宇宙和生命的認知

宇宙膨脹時間線,左邊為未知的起點,右邊為黑暗的未來。

圖片來源:諾貝爾獎官網

早在2000多年前,偉大的詩人屈原就在《天問》中寫道:“遂古之初,誰傳道之?上下未形,何由考之?”試圖追尋宇宙誕生之理。

宇宙從何而來?又如何在近140億年間演變成現在這個曼妙多姿而又神秘莫測的樣子的?我們在宇宙中是獨一無二的嗎?其他星球上是否存在生命?這是縈繞在所有人心頭的“天問”。而今年諾貝爾物理學獎得主的研究將有助於回答這些亙古謎團。

詹姆斯·皮布爾斯的研究改變了我們對宇宙結構和宇宙歷史的認識;米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲則讓我們首次管窺一顆圍繞類似太陽的甯P旋轉的係外行星的“芳容”,翻開了天文學的新篇章。

他的理論框架,奠定現代宇宙學基礎

詹姆斯·皮布爾斯對物理宇宙學的深刻見解豐富了整個宇宙學研究領域,他的研究也使宇宙學在過去50年間演變為一門嚴肅的科學。他的理論框架自20世紀60年代中期發展起來,是我們現在認識和理解宇宙的基礎。而自1970年以來,他就被廣泛認為是世界領先的理論宇宙學家。他對原始核合成、暗物質、宇宙微波背景和結構形成等領域做出了理論貢獻。

皮布爾斯也為宇宙大爆炸模型做出了許多重要貢獻。大爆炸模型從大約140億年前宇宙誕生的那一刻開始描述宇宙。

該理論認為,鴻蒙之初,混沌一片,那時的宇宙熾熱且稠密。大爆炸後,宇宙一直在膨脹,變得越來越大,越來越冷。大爆炸發生僅40萬年後,宇宙變得透明,光線得以穿越太空。即使在今天,這種古老的輻射——宇宙微波背景輻射仍環繞在我們周圍,身負諸多宇宙奧秘,等待我們去揭示。皮布爾斯能夠借助他的理論工具和計算方法,來解釋這些來自宇宙誕生之初的“余暉”併發現新的物理過程。

結果,宇宙大爆炸模型向我們展示了這樣一個宇宙:其中只有5%是我們已知的物質,這些物質包括日月星辰、山川河流、風花雪月以及我們這些蕓蕓眾生等等。而另外95%是未知的暗物質和暗能量。暗能量和暗物質是現代物理學的未解之謎,揭示它們的“廬山真面目”是我們面臨的巨大挑戰。

他們發現首顆係外行星,引發天文學革命

諾獎研究改變了我們對宇宙和生命的認知

在飛馬星座,人們發現了太陽系外的第一顆圍繞類日甯P運行的行星“飛馬座51b”。

圖片來源:諾貝爾獎官網

1995年10月,米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲宣佈,他們首次在太陽系外發現了一顆行星,圍繞著我們銀河系中一顆類似太陽的甯P旋轉。

在位於法國南部的普羅旺斯高級天文臺,他們使用定制的儀器發現了飛馬座51b(51 Pegasi b),這是一顆位於飛馬座、距離地球約50.9光年、軌道週期為4.2天的係外行星。它是人類發現的第一顆圍繞類似太陽的甯P運轉的係外行星,也是一顆與太陽系最大的天然氣態巨行星木星相當的氣態行星。它的出現挑戰了當時公認的行星形成觀點。

一石激起千層浪!這一發現如同哥倫布發現新大陸,引發了天文學領域的一場革命,此後,科學家們在銀河系中發現了4000多顆係外行星。而且,不斷有新奇的美麗新世界“現形”,其大小、外觀和軌道各異,向我們展示了宇宙的豐富多彩與曼妙多姿。

這些係外行星挑戰了我們關於行星系統的先入為主的觀念,並迫使科學家們修改關於行星起源背後物理過程的理論。

搜尋係外行星的腳步並不止歇!美國國家航空航天局(NASA)的“淩日係外行星勘探衛星”(TESS)目前正在鄰近甯P周圍尋找可能支持生命的新世界;2021年,新的“係外行星捕手”、接替哈勃的新一代太空望遠鏡——詹姆斯韋伯太空望遠鏡(KWST)將要上天;歐洲專門用於係外行星大氣研究的ARIEL望遠鏡也計劃于2028年升空;此外,NASA已經開始制訂建造新一代太空望遠鏡——“先進技術大孔徑太空望遠鏡”(ATLAST)的計劃,該望遠鏡也旨在搜索係外生命。可以想象,在這些超級望遠鏡的“圍追堵截”下,未來將有更多係外行星“現形”。

而且,新一代空間望遠鏡使研究更暗弱的係外行星大氣成為可能,更大樣本的觀測將幫助人類理解係外行星(尤其是宜居帶係外行星)的組成和大氣,是否其他星球上還存在生命這一永痚暋D的答案也有望被揭曉。NASA就曾經宣稱,我們有能力在今後20年中找到外星生命,它很可能就在我們的太陽系之外。

這三位諾貝爾物理學獎獲得者的智慧改變了我們對宇宙的看法。皮布爾斯的理論發現有助於我們理解大爆炸之後宇宙的演變;而馬約爾和奎洛茲則對我們的宇宙鄰居進行了探索,開啟了我們尋找未知行星以及未知生命的旅程,他們的發現永遠改變了我們對自身在宇宙中所處位置的認識。(記者 劉霞)

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