03　飞马座51b

3.1 人类如何发现系外行星的新大陆？

银河系之旅的第三站，我们要拜访与地球相距50光年的飞马座51b（图3.1）。可能你会对飞马座51b感到陌生，但它的确是一个具有重大历史意义的景点。这是因为，它是人类发现的第一颗绕主序星旋转的系外行星，而它的发现也宣告了系外行星探索时代的到来。

很长一段时间，人类都只能看到太阳系的行星。但早就有人怀疑，在茫茫宇宙中还有许多其他的行星。比如说，被罗马教廷烧死的意大利哲学家乔丹诺·布鲁诺就曾猜想，漫天繁星其实就是远方的太阳；它们也都像太阳一样，拥有很多绕自己旋转的行星。此外，大名鼎鼎的牛顿爵士也在他的传世巨著《自然哲学的数学原理》中表达了相同的观点。

但寻找太阳系以外的行星（简称系外行星）是一件极端困难的事。原因很简单，行星本身并不会发光，只能反射恒星的光芒。与此同时，即使是最近的系外行星（即比邻星b），与地球的距离也要以光年计。这意味着，系外行星肯定会被它周围恒星的光芒笼罩。换言之，系外行星根本无法被地球上的望远镜直接看到。

从19世纪开始，不断有人尝试寻找系外行星，但这些努力最后都以失败告终。直到20世纪90年代，才有一对瑞士的师徒横空出世，用相当有力的证据证明了系外行星的存在。

其中的老师是米歇尔·麦耶（图3.2）。他是日内瓦大学的博士，在欧洲和美国工作了几年以后，又回到了日内瓦大学任教，并在那里干到退休。

而学生是迪迪埃·奎罗兹（图3.3）。在20世纪90年代，奎罗兹考进了日内瓦大学天文系，成为麦耶的博士研究生。博士毕业后，他最终在剑桥大学卡文迪什实验室找到了永久职位。

这对师徒到底是用什么办法，才捅破了这层天文学界花了几百年也没能捅破的窗户纸呢？答案是我们在1.3节就已经讲过的径向速度法。

下面，让我们简单回顾一下径向速度法。如果一颗恒星的周围真的存在一颗行星，此恒星和此行星就会构成一个彼此绕转的两体系统。这样一来，当行星离地球远去时，恒星就会略微地靠近地球；此时，恒星发出的光就会发生轻微的蓝移。反过来，当行星向地球飞来时，恒星就会略微地远离地球；此时，恒星发出的光就会发生轻微的红移。因此，如果一颗恒星的周围真的存在一颗行星，这颗恒星的光谱就会出现周期性的蓝移和红移交替的现象。换言之，如果发现一颗恒星的光谱出现了周期性的蓝移和红移交替的现象，就能断定这颗恒星拥有一颗行星。

1995年底，麦耶和奎罗兹在《自然》杂志上发表了一篇论文，宣布他们发现一颗与太阳相距50光年、名叫飞马座51的恒星的光谱中，存在一个周期为4.2天的蓝移红移交替的现象。由此可以推断出，在离飞马座51大概800万千米的地方，有一个和木星差不多大小、公转周期为4.2天的行星。麦耶和奎罗兹把这颗行星称为飞马座51b。

飞马座51b是人类历史上发现的第一颗绕主序星旋转的系外行星。著名的《纽约时报》甚至把麦耶和奎罗兹发现飞马座51b与哥伦布发现美洲大陆相提并论，称这对师徒为“新世界的发现者”。

这个划时代的重大发现，为人类打开了一扇通往新世界的大门。此后的20多年的时间里，追随着麦耶和奎罗兹的足迹，天文学家们已经发现了将近4000颗系外行星。

这个诺贝尔奖级的重大发现，为麦耶带来了数不清的荣誉，但奎罗兹就没这么幸运了。20多年来，他一直被排除在天文学界的各大奖项之外。为什么奎罗兹会如此倒霉呢？因为有一个“程咬金”从半路杀了出来。此人就是美国天文学家杰弗里·马西（图3.4）。

马西本来是一个文科生，但读研究生的时候投入了天文的怀抱。他是加州大学圣克鲁斯分校的博士，后来在旧金山州立大学找到了终身教职。

20世纪90年代，马西也开始寻找系外行星。一开始，他没能斗过麦耶、奎罗兹师徒，被他们在1995年率先发现飞马座51b。虽然输在了起跑线上，但是马西却后来居上。在人类发现的前100颗系外行星中，居然有70多颗是马西的研究团队发现的。

为什么马西能在寻找系外行星的竞赛中一骑绝尘呢？因为他率先采用了另外一种探测系外行星的方法：凌星法。

凌星法的原理非常简单。假设某颗恒星的周围有一颗行星在绕它旋转。一般情况下，我们看这颗恒星的视线方向，不会与行星绕恒星旋转的平面垂直。这样一来，当行星恰好运动到地球与恒星之间时，就会挡住恒星发出的部分光芒，从而让恒星的亮度出现微小的下降；而当行星离开这个位置以后，恒星的亮度又会恢复正常。这意味着，当行星在地球和恒星之间穿行时，恒星的亮度会出现一个U形缺口（图3.5）。

因为行星总以一个固定的周期绕恒星旋转，所以它在地球和恒星之间穿行的时间就具有周期性。这意味着，如果我们观测到一颗恒星的亮度总是出现周期性的缺口，就能断定此恒星一定拥有自己的行星。这种探测系外行星的方法就是凌星法。时至今日，凌星法已超过径向速度法，成为人类发现系外行星的头号利器。

凭借着发现了更多系外行星的优势，马西挤掉了奎罗兹，成为与麦耶并驾齐驱的系外行星探索领域的标志性人物。1999年，他跳槽到美国第一公立名校加州大学伯克利分校。2002年，他当选为美国科学院院士。此后，他和麦耶拿遍了天文学界的所有大奖，包括2005年的邵逸夫天文学奖。

由于在系外行星探索领域的杰出贡献，马西一度成为诺贝尔物理学奖的大热人选。可能你已经注意到这种说法的诡异之处了：为什么要说是“一度”呢？因为现在的马西，已经从神坛坠入了深渊。

2015年，有4位女士向加州大学伯克利分校投诉，说马西曾对她们进行过性骚扰。随后，校方对马西展开了调查，并于2015年10月公布最终的调查报告。调查报告指出，从1995年开始，在长达20年的时间里，马西至少对7位女士进行过性骚扰。这份调查报告一经公布，立刻在学术界掀起了轩然大波。加州大学伯克利分校的一大批教授随即发表联名信，要求让马西立刻滚蛋。

迫于压力，马西于2015年10月7日在网上贴出了一封公开信，宣布对自己的所作所为道歉，并辞去加州大学伯克利分校教授的职位。此后，马西就在学术界销声匿迹。这个系外行星探索领域的先驱，就这样成为一场影响深远的社会运动（即Me Too运动）的“先烈”。

马西坠入深渊，为奎罗兹扫除了障碍。2017年，他取代了马西，与自己的老师麦耶一起获得了著名的沃尔夫物理学奖。我有一种预感，早晚有一天，这对师徒会戴上诺贝尔奖的皇冠。⁽¹⁾

最后再多说一句。马西的性骚扰丑闻大白于天下之后，另一个在天文学界赫赫有名的研究团队也把他扫地出门。这个研究团体所负责的，就是3.2节要为你介绍的开普勒望远镜。