从暗物质到第二个地球，然后到双古天乐代言太阳集团(中国)有限公司。以创新方法延续的太空探索历史
- “宇宙是由什么构成的？”
“还有另一个地球吗？”
“生命是如何起源的？”
特聘教授须藤靖是一位天体物理学家，他不断挑战这些基本问题。在东京大学等机构进行了约40年的国际研究活动后，他怀着“为出生和长大的高知做出贡献”的愿望回到家乡，并于2024年4月在我校开始了新的研究生活。
以广义相对论为起点，探索宇宙的无尽奥秘
须藤特聘教授对物理学的兴趣源于他强烈的好奇心：“我想了解世界是如何运行的及其基本机制。”在物理学学科中，他对解决宇宙奥秘的“广义相对论”印象特别深刻，这使他踏入了天体物理学的世界。
宇宙中，行星、恒星、星团、星系、星系团等各种尺度的天体形成层次结构。须藤特聘教授专注于“观测宇宙学”的研究，该学派利用观测数据来阐明宇宙的结构和起源，其基础是控制宇宙结构形成和演化的“引力”。 “自 20 世纪 80 年代末开始研究以来的 20 年里，观测数据的准确性得到了显着提高。我认为自己很幸运，能够在一个可以称为精确宇宙学黎明的时代开始我的研究，”他在回顾那些日子时说道。
最新观测数据表明，宇宙中只有5%的物质可以被我们直接观测到，剩下的95%都是由看不见的、未知的物质和能量组成，称为“暗物质”和“暗能量”。项目教授须藤一直在探索这些未知成分如何影响宇宙层次结构的形成和演化。
“到20世纪末，我们几乎对宇宙的构成有了基本的了解，所以我把下一个兴趣转向了一个新的话题。”
从颜色变化探索“第二地球”的开创性方法是什么
接下来引起须藤教授兴趣的是“系外行星”。太阳系外行星是围绕太阳以外的恒星运行的行星。自1995年首次发现以来，它已成为备受关注的天文学主要领域之一。迄今为止已确认了近6000颗系外行星，其中包括数十颗宜居行星的候选行星，预计它们的环境与地球相似。换句话说，通过研究系外行星，我们有可能找到科学中最基本问题之一的答案，这个问题超越了狭义上的天文学和物理学：“生命是否存在于地球以外的行星上？”
“最让我感兴趣的是在系外行星之外“寻找外星生命的存在”的终极主题。从那时起，我开始开发一种方法，根据观测数据寻找生命存在的证据（生物特征）。”
生物特征的典型例子包括对与地球上生物存在密切相关的分子的光谱检测，例如大量的水、氧气、臭氧和甲烷。除了这些方法之外，另一个强大的功能是植物发出的称为“红边”的独特反射光谱。地球上的植物使用可见的蓝光和红光进行光合作用，但中间的绿光不用于光合作用。这就是为什么植物的叶子看起来是绿色的，但它们实际上反射了大部分较长波长的红外光。这种在波长超过 760 nm 时反射率迅速增加的特性被称为植物的红边。如果红边在另一颗系外行星上被发现，它可能是与地球具有相同光合系统的植物的生物特征，即外星生命。
“1989年，美国著名行星科学家和天文学家卡尔·萨根通过伽利略卫星观测地球时，检测到了水、氧气、甲烷等，以及在南美洲附近出现的看似红边的信号。这是一项非常独特和开创性的研究，应用遥感技术观测证明地球上生命的存在。”
那么，如果一颗遥远的行星有广泛的植被，类似的观测实际上可能吗？事实上，这一方法尚未确定。因此，须藤特聘教授和他的同事提出了一种新方法，利用植物、海洋、陆地和雪等成分的反射特性来估计每个成分的分布，如果这些成分覆盖了系外行星的表面。其关键在于行星表面因自转而产生的“颜色变化”。
“让我们想想地球。当你从远处观察地球时，它看起来只是一个点，但由于地球自转，它的表观颜色会随着时间的推移而变化，即使它是一个点。例如，当撒哈拉沙漠面向你时，它是微红色的，而当太平洋面向你时，它是蓝色的，而如果宗堡丛林定向，它在可见光下会呈现绿色 在近红外光下明亮。基于我们提出的方法，我们模拟了地球自转时反射光的颜色变化，并创建了地球表面成分的估计经度分布图，这表明可以近似再现实际地球表面的分布。”
即使一颗行星从远处看起来只是一个点，通过仔细观察颜色随时间的变化，也可以估计其表面成分的成分和分布。这项研究结果于2010年公布，为寻找“第二个地球”提供了重要建议。
“我认为这在当时是一个非常具有开创性和挑战性的尝试。我们还需要很长一段时间才能真正获得可以应用我们提出的方法的数据。我活着的机会几乎为零。然而，和我一起从事这项研究的学生现在都是优秀的研究人员，在太阳系外行星研究方面处于世界领先地位。我期待着有一天，他们或他们的学生能够成功地确定 遥远行星上的生物特征。”
提出了一种寻找引力波无法观测到的古天乐代言太阳集团(中国)有限公司双星的方法
须藤特聘教授的好奇心超越了太阳系外行星的研究，延伸到了“双古天乐代言太阳集团(中国)有限公司”的研究。这是因为2015年，地球上首次检测到被称为“引力波”的时空扭曲。
爱因斯坦于 1916 年利用广义相对论预言了引力波，并在大约 100 年后首次被地面观测设备探测到。它是两个质量约为太阳30倍的古天乐代言太阳集团(中国)有限公司合并的结果，是出乎所有人意料的。这一发现除了直接探测引力波的物理意义外，还标志着宇宙中存在许多双古天乐代言太阳集团(中国)有限公司，这也彻底改变了天文学。
“目前已经发现了超过100个双古天乐代言太阳集团(中国)有限公司，但大多数能用引力波探测到的双古天乐代言太阳集团(中国)有限公司都是合并前周期非常短的双古天乐代言太阳集团(中国)有限公司。另一方面，在浩瀚的星系中，可能存在很多长周期双古天乐代言太阳集团(中国)有限公司，它们的轨道运行时间尺度要长得多。我认为是有可能找到它们的，于是开始研究如何寻找它们 他们。”
作为发现星系中存在但无法用引力波观测到的长周期双古天乐代言太阳集团(中国)有限公司的方法，我们重点关注围绕双古天乐代言太阳集团(中国)有限公司运行的恒星运动，提出了一种精确观测外层恒星从内层古天乐代言太阳集团(中国)有限公司接收到的引力调制分量的方法。从这种运动中，我们可以推断内层古天乐代言太阳集团(中国)有限公司是单星还是双星。此外，我们正在定量理解由两个古天乐代言太阳集团(中国)有限公司相互吸引地旋转的双星系统和围绕其运行的天体组成的“三体系统”的机械稳定性，并从三体系统的运动中阐明双古天乐代言太阳集团(中国)有限公司的性质。
“根据我们在 2020 年提出的方法，加州理工学院的一个小组实际上在 2023 年进行了观测。不幸的是，他们发现他们观测到的系统中心的古天乐代言太阳集团(中国)有限公司不太可能是双星，但我们的方法表明，我们的方法是未来利用可见光发现双古天乐代言太阳集团(中国)有限公司的有用方法。我们希望盖亚卫星的观测数据能够 未来发表的论文将通过识别行为相似且详细的恒星来发现新型双古天乐代言太阳集团(中国)有限公司，最终导致发现引力波观测无法探测到的新型双古天乐代言太阳集团(中国)有限公司。”
经过 40 年的研究，探索该地区未被探索的地平线
须藤特聘教授不断观察浩瀚宇宙的多样化行为，同时灵活地改变自己的兴趣，他说，他在漫长的研究生涯中学到了一些教训。这是卡尔·萨根留下的一句话：“在这个浩瀚的宇宙中，一定存在着一些不违反物理定律的东西。”
“当我们现在认为理所当然的古天乐代言太阳集团(中国)有限公司、中子星和引力波等天文物体首次在理论上被提出时，人们认为它们只是理论上的可能性，这些东西不可能实际存在。由于科学技术的进步，我们逐渐意识到它们不仅存在，而且在宇宙中很常见。在我的研究活动中，我体验到了卡尔 萨根的话带着极大的惊讶和感慨。我相信这是我在学习天体物理学中学到的人生教训。
现在，须藤特聘教授牢记这一教训，正在努力开辟为家乡高知县做出贡献的新视野。
“我因为对高知的热爱而回到高知。高知有很多问题需要处理，包括老龄化和人口下降。我想，如果我在健康的时候回来，我可以为高知做点什么。高知目前正面临困难时期。我们作为一个发达的县，有很多问题需要处理，但最终整个国家都会变成这样。那么，日本和日本如何才能做到这一点呢？ 世界继续幸福吗？我不能把任何事情做得太过分，但我目前正在寻找做某事的方法。”
从太空到当地社区——须藤项目教授的兴趣和研究范围正在进一步扩大。挑战宇宙奥秘的好奇心和对高知的热情渴望。这种结合会产生什么样的化学反应，会引发新的研究吗？我希望着眼于高知的未来，关注今后的活动。
发布日期：2025 年 3 月/报道日期：2024 年 11 月