我在宇宙中考古

李海寧

我從事的職業(yè)是天文學(xué)研究；關(guān)注的對(duì)象是銀河系里上千萬(wàn)顆形色各異的星星，更準(zhǔn)確地說(shuō)，我追尋的是宇宙中最古老的星星；我的終極目標(biāo)是，找到點(diǎn)亮宇宙的第一縷光。

我小時(shí)候的理想其實(shí)是成為一名考古學(xué)家。后來(lái)機(jī)緣巧合，進(jìn)入到同樣酷炫的天文學(xué)領(lǐng)域。準(zhǔn)備讀博士研究生時(shí)，我發(fā)現(xiàn)竟然有“恒星考古”這個(gè)方向，兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，我以另一種方式實(shí)現(xiàn)了兒時(shí)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(jué)居然相當(dāng)不錯(cuò)，它帶來(lái)的震撼也是難以想象的。

恒星考古，考的是啥？

太陽(yáng)是太陽(yáng)系的大家長(zhǎng)，也是太陽(yáng)系最重要的成員。然而，在浩渺無(wú)際的宇宙中，這個(gè)人類所仰慕和賴以生存的太陽(yáng)只是一顆再平凡不過(guò)的恒星，如果按輩分來(lái)算，要排到恒星界的第N代了。而恒星考古最關(guān)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)亮了整個(gè)宇宙。可惜第一代恒星個(gè)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(wàn)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(yùn)的是，第二代恒星的個(gè)頭比太陽(yáng)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(shí)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(xiàng)非常厲害的本領(lǐng)，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(yuǎn)古宇宙留下的化石，而通過(guò)它們追溯遠(yuǎn)古宇宙的過(guò)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(méi)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(yáng)附近的空間為例，每20萬(wàn)顆恒星中，僅能找到一顆讓我們心動(dòng)的宇宙化石。我剛讀研究生時(shí)，耗費(fèi)半年時(shí)間初篩候選體，連續(xù)處理大量的數(shù)據(jù)，最后也沒(méi)能找到有價(jià)值的信息。

不只是“海選”辛苦，接下來(lái)的“精挑”——對(duì)選出來(lái)的化石做高分辨率、高精度的光譜分析——更讓人崩潰。動(dòng)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(xì)細(xì)測(cè)算。時(shí)不時(shí)還要推倒重來(lái)，反復(fù)分析。剛開(kāi)始接觸高分辨率光譜分析的那個(gè)學(xué)期，我甚至有一次在夢(mèng)中因?yàn)橛龅揭粭l怎么都擬合不上的譜線而被急醒。

因?yàn)槲覀兯芯康挠钪婊阈欠浅＿b遠(yuǎn)而暗弱，為了細(xì)致觀察它們的光譜，需要用到世界上最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。所以我常去的觀測(cè)地點(diǎn)之一是夏威夷。

每次觀測(cè)，我都要一頭扎在那座遠(yuǎn)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(cè)機(jī)會(huì)，因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)異常激烈，必須與全世界同行通過(guò)自由競(jìng)爭(zhēng)來(lái)申請(qǐng)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(yuǎn)鏡的機(jī)會(huì)，也不意味著你就一定能夠順利完成觀測(cè)任務(wù)——因?yàn)閷?duì)于觀測(cè)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，在光學(xué)波段觀測(cè)，就和種莊稼一樣，得靠天吃飯。

第一次去夏威夷觀測(cè)，我申請(qǐng)到兩個(gè)觀測(cè)夜，抵達(dá)的第二天卻突然變天，觀測(cè)無(wú)法繼續(xù)。我有些沮喪，同行的合作者是有著20年經(jīng)驗(yàn)的日本天文學(xué)家青木教授，他非常淡定地開(kāi)導(dǎo)我：“沒(méi)關(guān)系，觀測(cè)經(jīng)常會(huì)遇到這種情況?！?/p>

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

第三年，又一次來(lái)到夏威夷，觀測(cè)當(dāng)天上午艷陽(yáng)高照，但下午3點(diǎn)多，老天爺突然開(kāi)了個(gè)大玩笑，我們迎來(lái)了當(dāng)?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(cè)室都沒(méi)能進(jìn)去。青木教授嘆口氣說(shuō)：“這是我目前遇到過(guò)最糟糕的情況了?！倍遥惨虼双@得了一個(gè)觀測(cè)天文學(xué)者避之唯恐不及的諢名——“夏威夷雪神”。

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

有時(shí)，你還需要一點(diǎn)運(yùn)氣

當(dāng)然，夏威夷不只有雨雪交加，更有科學(xué)發(fā)現(xiàn)的驚喜。第二次觀測(cè)的時(shí)候，由于天氣遲遲不見(jiàn)好，大家只能坐在一起聊天，從宇宙起源一直聊到國(guó)際局勢(shì)。凌晨3點(diǎn)，大家都有點(diǎn)撐不住了。為了挽救尬聊的場(chǎng)面，我號(hào)召大家來(lái)看看昨天的觀測(cè)數(shù)據(jù)?！斑@顆不錯(cuò)”“這顆也挺老的”“嗯？”我突然發(fā)現(xiàn)有條光譜似乎有問(wèn)題，這個(gè)地方不應(yīng)該有這么強(qiáng)的吸收特征啊，當(dāng)時(shí)的第一反應(yīng)：不會(huì)是我們數(shù)據(jù)處理出問(wèn)題了吧？經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)3人輪番排查，終于排除了技術(shù)錯(cuò)誤的可能性，證明我們看到的是一條真實(shí)存在的、超強(qiáng)的鋰元素吸收線！

探測(cè)到鋰為何如此激動(dòng)？因?yàn)槲覀兯P(guān)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(méi)有什么波動(dòng)，但現(xiàn)在卻強(qiáng)到出乎意料！

于是，我第一時(shí)間給從事理論研究的合作者寫了封郵件求解。美國(guó)《科學(xué)新聞》雜志第一時(shí)間也對(duì)我們的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了報(bào)道。更讓我興奮的是，平時(shí)總是理論學(xué)家指導(dǎo)我們實(shí)測(cè)，這一次，我終于可以給理論學(xué)家制造一點(diǎn)“麻煩”了。

從那之后，我們開(kāi)始重點(diǎn)關(guān)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(xué)家嘗試解釋，它們究竟是從遠(yuǎn)古宇宙的什么地方獲取了那么多鋰。這是一個(gè)現(xiàn)有理論無(wú)法解答的問(wèn)題，如果有一天找到了答案，將有可能改寫人類對(duì)于宇宙中元素起源的認(rèn)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(duì)周遭世界產(chǎn)生全新感知的路徑：我們身上的每一個(gè)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(shí)空，從大爆炸而來(lái)，從宇宙的起源而來(lái)。我們每個(gè)人都來(lái)自星塵，這不是“雞湯”文學(xué)，而是科學(xué)事實(shí)。

某次，一位朋友因?yàn)楣ぷ魃鲜艽於晕覒岩蓸O度憂郁，我便用這套理論開(kāi)導(dǎo)她：“你身體里大約有70%是水，對(duì)應(yīng)8.6%的氫，它們?nèi)际怯钪娲蟊óa(chǎn)生的！所以，這個(gè)120斤的你就攜帶著差不多9斤來(lái)自大爆炸的氫！完全是具有宇宙意義的重要存在??！”朋友聽(tīng)了，更難受了：“你才120斤呢！”

玩笑歸玩笑，對(duì)我來(lái)說(shuō)，感受到這一點(diǎn)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(lái)說(shuō)，我們每個(gè)人身體里都留下了宇宙大爆炸的證據(jù)，我們每個(gè)人對(duì)于宇宙都具有特殊的意義。我和你，每一個(gè)人都是。

（源自《環(huán)球》，余娟薦稿，有刪節(jié)）

責(zé)編：潘茜