我在宇宙中考古

李海寧

我從事的職業(yè)是天文學研究；關注的對象是銀河系里上千萬顆形色各異的星星，更準確地說，我追尋的是宇宙中最古老的星星；我的終極目標是，找到點亮宇宙的第一縷光。

我小時候的理想其實是成為一名考古學家。后來機緣巧合，進入到同樣酷炫的天文學領域。準備讀博士研究生時，我發(fā)現(xiàn)竟然有“恒星考古”這個方向，兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，我以另一種方式實現(xiàn)了兒時的理想，成了一名“太空考古人”。而且我發(fā)現(xiàn)，在星空里考古的感覺居然相當不錯，它帶來的震撼也是難以想象的。

恒星考古，考的是啥？

太陽是太陽系的大家長，也是太陽系最重要的成員。然而，在浩渺無際的宇宙中，這個人類所仰慕和賴以生存的太陽只是一顆再平凡不過的恒星，如果按輩分來算，要排到恒星界的第N代了。而恒星考古最關心的是恒星界的老祖宗們——宇宙中的第一代恒星和第二代恒星。

根據(jù)現(xiàn)有的標準大爆炸理論，大約138億年前，宇宙大爆炸產(chǎn)生了大量的氫、氦和極其微量的鋰。在這樣的環(huán)境下，第一代恒星誕生了，第一次點亮了整個宇宙?？上У谝淮阈莻€頭龐大，消耗能源的速度也異常驚人，所以都是“短命鬼”，只能活數(shù)百萬年。最終，它們以絢爛而劇烈的超新星爆發(fā)結(jié)束了一生，將自己制造的各種新元素——碳、氮、氧、鈣、鐵、鋅等等，拋射到四面八方的星際中，繼續(xù)孕育它們的后代——第二代恒星。

幸運的是，第二代恒星的個頭比太陽還要小，因此能夠一直活到今天，使我們有可能接收到它們的星光。由于從宇宙大爆炸到它們出生，時間間隔非常短，所以它們的年齡幾乎和宇宙一樣大。更重要的是，這些古老恒星有項非常厲害的本領，能夠在自己的表面大氣中保留出生地的特征信息。它們?nèi)缤h古宇宙留下的化石，而通過它們追溯遠古宇宙的過程和在地球上考古如出一轍，因此被稱為“恒星考古”。

星海撈針，沒那么浪漫

和在地球上尋找恐龍化石一樣，要找到真正的宇宙化石，絕非易事。以太陽附近的空間為例，每20萬顆恒星中，僅能找到一顆讓我們心動的宇宙化石。我剛讀研究生時，耗費半年時間初篩候選體，連續(xù)處理大量的數(shù)據(jù)，最后也沒能找到有價值的信息。

不只是“海選”辛苦，接下來的“精挑”——對選出來的化石做高分辨率、高精度的光譜分析——更讓人崩潰。動輒就是好幾百顆星星，每一顆星都有好幾百條譜線，每一條暗弱的譜線都要去細細測算。時不時還要推倒重來，反復分析。剛開始接觸高分辨率光譜分析的那個學期，我甚至有一次在夢中因為遇到一條怎么都擬合不上的譜線而被急醒。

因為我們所研究的宇宙化石恒星非常遙遠而暗弱，為了細致觀察它們的光譜，需要用到世界上最大的光學望遠鏡。所以我常去的觀測地點之一是夏威夷。

每次觀測，我都要一頭扎在那座遠離海灘和人群、海拔4000米的火山山頭上。我們格外珍惜每次觀測機會，因為競爭異常激烈，必須與全世界同行通過自由競爭來申請使用權(quán)限，一般成功率也就百分之幾。更重要的是，就算你披荊斬棘成功拿到了使用望遠鏡的機會，也不意味著你就一定能夠順利完成觀測任務——因為對于觀測天文學家來說，在光學波段觀測，就和種莊稼一樣，得靠天吃飯。

第一次去夏威夷觀測，我申請到兩個觀測夜，抵達的第二天卻突然變天，觀測無法繼續(xù)。我有些沮喪，同行的合作者是有著20年經(jīng)驗的日本天文學家青木教授，他非常淡定地開導我：“沒關系，觀測經(jīng)常會遇到這種情況?！?/p>

第二年，我們再次相約夏威夷。第一天晚上觀測到一半，突然云涌了上來，陰雨天持續(xù)到第二天。如果說上一次觀測成功率是50%，那么這次只有25%。青木教授依然淡定，安慰我說：“別難過，我遇到過比這更糟糕的情況?！?/p>

第三年，又一次來到夏威夷，觀測當天上午艷陽高照，但下午3點多，老天爺突然開了個大玩笑，我們迎來了當?shù)?0多年難遇的春季暴雪！很快，大雪封山。這一次，我們甚至連觀測室都沒能進去。青木教授嘆口氣說：“這是我目前遇到過最糟糕的情況了?！倍遥惨虼双@得了一個觀測天文學者避之唯恐不及的諢名——“夏威夷雪神”。

每當這時，我都不由得感嘆：再浪漫的工作，具體到現(xiàn)實中的每分每秒，都是平凡而瑣碎的。

有時，你還需要一點運氣

當然，夏威夷不只有雨雪交加，更有科學發(fā)現(xiàn)的驚喜。第二次觀測的時候，由于天氣遲遲不見好，大家只能坐在一起聊天，從宇宙起源一直聊到國際局勢。凌晨3點，大家都有點撐不住了。為了挽救尬聊的場面，我號召大家來看看昨天的觀測數(shù)據(jù)?！斑@顆不錯”“這顆也挺老的”“嗯？”我突然發(fā)現(xiàn)有條光譜似乎有問題，這個地方不應該有這么強的吸收特征啊，當時的第一反應：不會是我們數(shù)據(jù)處理出問題了吧？經(jīng)過現(xiàn)場3人輪番排查，終于排除了技術(shù)錯誤的可能性，證明我們看到的是一條真實存在的、超強的鋰元素吸收線！

探測到鋰為何如此激動？因為我們所關注的古老宇宙化石恒星特別缺鋰，在正常光譜中的鋰線位置通常沒有什么波動，但現(xiàn)在卻強到出乎意料！

于是，我第一時間給從事理論研究的合作者寫了封郵件求解。美國《科學新聞》雜志第一時間也對我們的發(fā)現(xiàn)進行了報道。更讓我興奮的是，平時總是理論學家指導我們實測，這一次，我終于可以給理論學家制造一點“麻煩”了。

從那之后，我們開始重點關注鋰線特征，并且陸續(xù)挖到了好幾顆這類奇特的“宇宙化石”?，F(xiàn)在，我們正聯(lián)手理論學家嘗試解釋，它們究竟是從遠古宇宙的什么地方獲取了那么多鋰。這是一個現(xiàn)有理論無法解答的問題，如果有一天找到了答案，將有可能改寫人類對于宇宙中元素起源的認知。

恒星考古還能撫慰心靈

于我而言，恒星考古是我們窺探宇宙鴻蒙之初的一扇窗口，更是我們對周遭世界產(chǎn)生全新感知的路徑：我們身上的每一個原子，氫、氧、碳、鈣、氮、磷，和古老的“宇宙化石”幾乎一模一樣，都穿越了130多億年的時空，從大爆炸而來，從宇宙的起源而來。我們每個人都來自星塵，這不是“雞湯”文學，而是科學事實。

某次，一位朋友因為工作上受挫而自我懷疑極度憂郁，我便用這套理論開導她：“你身體里大約有70%是水，對應8.6%的氫，它們?nèi)际怯钪娲蟊óa(chǎn)生的！所以，這個120斤的你就攜帶著差不多9斤來自大爆炸的氫！完全是具有宇宙意義的重要存在?。　迸笥崖犃?，更難受了：“你才120斤呢！”

玩笑歸玩笑，對我來說，感受到這一點真的很酷。雖然人類相比宇宙非常渺小，但是，從生命元素的起源來說，我們每個人身體里都留下了宇宙大爆炸的證據(jù)，我們每個人對于宇宙都具有特殊的意義。我和你，每一個人都是。

（源自《環(huán)球》，余娟薦稿，有刪節(jié)）

責編：潘茜