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- 600期－諾貝爾獎特別報導（12月號）
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2019-11-292019 諾貝爾物理學獎 系外行星
600 期
Author 作者
辜品高／德州大學奧斯汀分校物理博士。曾任國立臺灣師範大學兼任助理教授，現任中央研究院天文所副研究員。
今年諾貝爾物理學的一半獎金，由兩位瑞士天文學家梅爾（Michel Mayor）和奎洛茲（Didier Queloz）所共享，以表彰他們對於瞭解地球在宇宙地位的貢獻。1995 年，時為日內瓦大學 （Université de Genève）教授的梅爾和他的博士生奎洛茲，首次發現一顆環繞類似太陽恆星的系外行星。
獲獎宣布之後，奎洛茲接受英國廣播公司新聞頻道（BBC News）訪問表示無法相信自己能獲獎，畢竟在過去的25 年，世人雖然都認為此為諾貝爾獎等級的發現，但始終都獎落人家，因此他也逐漸淡忘是否能得獎。事實上，過去能獲得諾貝爾獎的天文學家，大部分都與宇宙論或是重力場有關，即使在今年，另一半的物理學獎還是頒給宇宙論的理論大將皮博斯 （James Peebles）。
這是一場以小搏大的較量
直接觀測從系外行星發出來的光相當困難，主要的原因是母恆星的強大輻射完全吞噬行星的光。看不到行星，但是否有其它辦法知道它們的存在？兩個天體可以因彼此的重力，互相繞著共同質心運轉。所以當行星環繞恆星的時候，恆星同時也環繞著行星，只不過行星的質量遠比母恆星的質量小，以小搏大的結果，造成恆星環繞的動作相當不明顯。舉例來說，太陽因為木星的公轉， 本身也會以大約每秒10公尺的速度環繞著彼此的質心運轉。 當恆星在做週期性環繞運動時，它的光譜會呈現周而復始的紅移和藍移現象，即都卜勒效應。而要觀測到如此微小的都卜勒光譜位移相當困難。梅爾和奎洛茲突破這項挑戰，發現飛馬座51（51 Pegasi）恆星的光譜有都卜勒效應的週期變 化，知道有一顆木星質量的行星環繞著它（圖一）。
圖一：母恆星受看不見行星的擾動，所呈現都卜勒光譜位移的示意圖。
誰發現第一顆系外行星
在1990年代之前，除了梅爾和奎洛茲，還有其他團隊也運用相似的方法尋找行星。加拿大的坎貝爾（Bruce Campbell） 以及沃克（Gordon Walker），美國的馬爾斯（Geoffrey Marcy）和他的學生巴特勒（Paul Butler）兩組人馬都有實力比梅爾更早發現系外行星（圖二）。太陽系的木星公轉週期長達12 年，加拿大和美國的團隊都鎖定類似木星的系外行星，尋找公轉週期若干年的都卜勒位移。加拿大的團隊於1988年發現 45光年外仙王座的γ恆星（Gamma Cephei）行星環繞的現象，但他們 在1992年認為都卜勒位移是恆星自轉的結果，自我否決行星的可能性。 雖然該團隊在2002年，以累積超過 20年的數據，平反曾經否定的結果， 但卻已與第一發現的身分擦身而過。沃克教授是位平易近人的研究者， 筆者有幸在2005年和他的團隊合作 過，研究行星在母恆星表面所引起的磁風暴。……【更多內容請閱讀科學月刊第600期】