诺奖得主米歇尔出席世界顶尖科学家论坛,讨论“宇宙中的多个世界”

2019-10-29 13:56新浪科技 (河雨)

10月29日消息,今天,第二届世界顶尖科学家论坛在上海开幕,以“科技,为了人类共同命运”为主题,本次论坛共持续4天:10月29日至11月1日。在本论坛上,2019诺贝尔物理学奖获得者米歇尔·马约尔发表了题为“宇宙中的多个世界(plurality of worlds in the cosmos:a dream of antiquity,a modern reality of astrophysics)”的演讲。

银河系当中有超过20亿个星体,太阳系只是这么大一个体系当中很小的一部分。在太阳系以外还有其他恒星系统吗?米歇尔表示和恒星相比,行星的光芒是比较微小的,在1943年之前,其他科学家不认为会有类似太阳系的恒星系统。

那恒星是如何形成的呢?米歇尔·马约尔表示,这在物理上是一个非常困难的问题,25年前,我们通过望远镜可以看到尘土和气体形成的物质。既然有类似太阳系的系统存在,我们该如何探测他们呢?根据多普勒平移效应,通过频率的改变去探测星系。

随着新的光谱仪和望远镜的出现,探测变得比较容易多了,现在我们检测到4000多个行星系,通过电脑运算,可以进一步发现恒星系统里面行星的状态,有些是和太阳系非常不一样。

宇宙如此多元化,米歇尔·马约尔透露,在接下来的发言中,他会聊一聊在系外行星上能否发现生命等话题。

第二届世界顶尖科学家论坛由世界顶尖科学家协会发起,上海市人民政府主办,中国科学技术协会指导。共设置了8大主题峰会,65位诺贝尔奖、沃尔夫奖、拉斯克奖、图灵奖、菲尔兹奖、麦克阿瑟天才奖等全球顶尖科学奖项得主、100余位中国两院院士、世界优秀青年科学家共同出席,深度对话。围绕宇宙、空间、航天、光子、气候、能源、生命、基因等将改变人类命运的话题,打造人工智能算力算法、脑科学与神经退行性疾病、创新药研发与转化医学、生命科学、碳氢键与新化学、新能源与新材料、黑洞与空天科技、经济与金融等主题峰会。

以下为演讲全文:

借此机会,跟大家介绍一下一个非常古老的话题以及我的看法。我非常荣幸能够去探索一个非常古老的问题,2000多年前希腊哲学家他们就在探讨这个问题,我们叫做宇宙中多个世界。

希腊依维玖鲁(音)就说到,有可能在其他星球上也有生物的存在。现在我们已经实现了第一句话的验证,第二句还没有实现验证,在过去2000年当中有非常多的哲人他们都在探讨,都在思考这个问题。

最下面可以看到关于星球形成的一些思想提出者,当时都是一些非常新的理念。大家知道太阳系其实是属于银河系的一部分,银河系当中有超过20亿个星体,太阳系只是这么大一个体系当中很小的一部分。我们马上要问一个问题,在太阳系以外有没有行星体系?我们只呈现了银河系很小一部分,我们在想,通过现代的方法能不能够去验证其他恒星周围运行的行星?

当然,行星它们的光芒跟恒星相比是非常微小的。在1943年的时候,大部分天文学家他们都不认为我们有其他的行星系,大家觉得太阳系是非常独特的,但是在1943年的时候出现一个思想的改变,我们发现在银河系当中,可能有成千万的行星系,那个时候我们发现有非常多星系的拓展,当然也有很多的争议。

我们看一下行星是怎么样形成的,我们知道在银河系当中有非常多的气体,有一些叫做巨型分子云,这些云当中有一些是太阳质量的10万倍,有的时候这些分子云一起可以形成新的行星。根据这样一个现象,我们就形成了星系。这其实在物理上是非常困难的一个问题,在这么复杂的情况下如何形成行星?大概24、25年之前,我们通过望远镜可以看到一些尘土和气体的物质形成的物质。现在给大家展示是猎户星云的圆形星盘,这当然只占到了太阳系一部分。大家看到这些非常年轻的恒星周围都有行星在运行。

我们想在银河系当中,太阳系以外应该有非常多的行星系,我们怎么样探测它们呢?当时非常困难,当时没有工具可以让我们直接看到这些行星,因此我们需要开发一些间接的方式让我们检测行星的存在。

我们要检测行星,怎么样来实现呢?有一个恒星旁边有行星在运转,我们其实可以看到多普勒平移的效益,如果我们有非常敏感的仪器,我们可以看到恒星释放的频率改变,当然我们不是直接用眼睛看,但是我们可以去探测频率的移动。

在恒星当中如果我们去看,它的光分布是非常复杂,有的时候看到某一些波段被一个物体遮挡的时候,那我们就可以通过观察频率的改变去发现一些迹象。当然非常困难,有的时候恒星的移动非常小,有的时候只占到这么窄频段当中的千分之一的运动量,所以非常困难。

大概30年前我们启动了一个项目,在法国南部一个比较老的天文台,大家可以看到70年,80年历史的一些望远镜,当然这不是问题。我们当时有了一个新的光谱议,它的敏感性可以测量到恒星速度的微小改变,我们就开始去看恒星的速度,我们观测大概10年期的时间。比如说像木星这样的星体,它没有办法离恒星很近,在1995年的时候跟DDA一起,我们发现了一个物体,它每一次改变速度的周期只有4.2天,这其实是很奇怪的。这可能跟我们理论上值相差非常大,我们不知道这个时候有没有行星,在出版我们文献之前我们一定要确保说,我们观测到D信号是可以验证的,最终在1995年我们发布了论文。

这是一个跟木星质量差不多的行星,但是它有非常多的差异,这就开始了物理学当中D一个新发展。在遥远距离如何形成一个恒星?大质量行星怎么样在恒星周围很近的地方形成?做了研究以后,我们给大家看一下这是智利的一个照片,大概有60个盘状的仪器,这些干涉仪可以用于观测行星的形成,同时也能够进一步了解星系、宇宙、恒星等等。这是非常棒的仪器,几年之前,所有的这些仪器观测到一个小的性云,看到它内部发生一些什么。

我们来看大型星系,我们可以通过仪器看到非常精确内部如何形成一个行星。之后我们就有能力可以去分析行星系的形成机制,大家看到一圈一圈的物质,这些可以用来形成年轻的行星,现在我们有非常多类似的观测。

我们从北半球搬到了南半球,我们会在这样的沙漠里工作。大家看到这有四个8.2米直径的望远镜,我们开发一些新的仪器来探索新的行星系,而且我们有新的光谱议,它们的敏感性非常高。其实这个过程是很困难的,因为我们必须要确保光谱议是很稳定的,不是一天稳定,而是要几年都很稳定,这在技术上是非常难实现的

现在我们已经检测到了4000个行星系,我只给大家看一个。下面图表当中,大家可以看到一些红点,每一天晚上我们观测到速度之后,我们把它记录下来,过几年之后我们累计出了一些红色点形成的云状图,大家看到一些变化的波纹,我们在想是不是这个地方存在一个行星?我们可以让电脑帮我们运算,这样一来我们会发现其实围绕恒星的有七个行星,而不是一个行星。现在我们可以通过这样奇怪的结构发现一些新的行星,有的运行周期只有一天,有的质量是地球质量一倍或者地球质量10倍,这对于我们来看世是非常大的惊喜,因为它跟太阳系是非常不一样的,让我们发现了宇宙的多元化。

最后,我提一个问题,是对在此年轻科学家的一个问题,我们在探测行星过程当中,我们可能在想有没有哪个行星上可以存在生命?在接下来几天的时间,我会去讲一讲有没有可能在一些行星上发现生命?

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