飞马座五十一号行星只有四天的一年

恒星的速度变化只有每秒几十米

1995 年，Michel Mayor 和 Didier Queloz 在飞马座五十一号的星光里找到一个重复节拍。这颗与太阳大体相似的恒星，一会儿更靠近我们，一会儿又退远，速度变化的半振幅约每秒五十九米，相当于时速两百多千米。速度并不陌生，隔着星际距离把它量出来却很不容易。一个来回只要四点二三天。

他们认为，一颗看不见的伴星正拉着恒星，双方绕共同重心转动。伴星至少有约半个木星那么重，却比水星离太阳还近得多。巨行星与短周期凑到一起，让熟悉太阳系的人颇感意外。

团队在十月公布发现，论文于 1995 年十一月二十三日刊登在《自然》。它找到的是绕类太阳恒星运行的首颗确认行星；绕脉冲星运行的行星，早在 1992 年就已有报告。

仪器是法国上普罗旺斯天文台的 ELODIE 光谱仪，光纤把恒星光送进去，再按波长展开。恒星大气中的原子吸收特定波长，光谱上便留下许多暗线。恒星朝向我们时，整套暗线向短波移动；远离时，向长波移动。

这叫多普勒效应，和救护车靠近时警笛音调升高是同一种基本思路，只是这里量的是光。位移很小，单看一条线会浪费大量信息。分析把约五千条吸收线的位置信息汇在一起，形成一个更便于精量的平均特征。

光谱仪自己的一点移动，也可能冒充恒星在动。团队用校准灯监看曝光期间的仪器变化，光纤则帮助稳定入射光。论文还比较巡天里看来稳定的恒星，检查仪器零点，未找到足以解释这个信号的漂移。

仪器量到的是沿视线方向的速度。行星可以被恒星光淹没，只要它的引力能让恒星动，星光就替它报出了这个来回。

来源：[2]

对这颗星的观测始于 1994 年九月。1995 年一月，团队先拟合出短周期轨道，七月和九月又连续多晚追踪。把不同日期放到四点二三天周期的对应位置，速度升降会重新排成同一条曲线。

原论文表一采用圆轨道解，周期为四点二二九三天，速度半振幅为每秒零点零五九千米，并分别给出拟合误差。先校正速度基线的缓慢漂移后，三十五次测量围绕拟合曲线的残差散布约每秒十三米。从最负速度到最正速度的全幅，要把半振幅乘二。

星斑随恒星旋转、恒星大气自己运动，也可能带来表观速度变化。Mayor 和 Queloz 比较了这颗星很低的活动水平与预期自转周期。后来的研究还细看谱线形状，检验暗线是否整齐平移，或只是被大气运动扭歪。行星解释经受了这些后续检查。

论文修订时补记，十月公布后，其他天文台也独立确认了速度周期。相同节拍从不同仪器里回来，单台光谱仪的毛病便更难解释它。

来源：[2][3]

恒星和行星都绕共同重心运动。重的恒星走一个小圈，轻的行星走一个大圈。量出恒星速度与周期，再采用一个恒星质量，牛顿引力就能把运动同伴星质量联系起来。

径向速度还藏着一个观察角度问题。轨道近乎侧对我们时，恒星运动有很大一部分朝向或远离地球；轨道更接近正面时，许多运动藏在天空平面里。若倾角更小，却仍要造成同样的视线速度，伴星就必须更重。

原论文给出的最低质量为零点四七个木星质量，误差为零点零二个木星质量。“最低”二字不能省，它对应最有利的侧向观察角度。论文也借助恒星自转等额外假设讨论质量上限，那些信息超出了速度周期本身。

来源：[2][1]

轨道间距约零点零五天文单位，也就是八百万千米左右。一个天文单位是地球到太阳的平均距离。在这么近的地方，一年只过四天，行星受到强烈加热。这类近距离气体巨行星后来被称为热木星。

这个发现鼓励天文学家放宽寻找的眼光，不再先要求别的行星系统照着太阳系排布。它也留下形成问题：巨行星怎样来到如此紧的轨道？速度曲线给出当下的运动，形成与迁移还要靠其他理论和观测继续研究。

2019 年，Mayor 与 Queloz 因发现绕类太阳恒星运行的系外行星获诺奖。暗弱行星即使无法在图像里单独分开，也能拉动恒星，让星光报告它的质量与轨道。