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职业“追星”人,她追到了130亿岁的星星

时间:2021-10-19 17:43 来源:时尚芭莎

我们每个人对于宇宙来说都是非常重要的

【时尚芭莎网讯】时尚芭莎

李海宁,中国科学院国家天文台星云研究员,硕士生导师,中国科学院青年创新促进会优秀会员。长期从事银河系考古研究。利用我国自主设计并建造的LAMOST开展国际上最大规模的恒星考古计划,系列工作入选中科院重大科技基础设施成果。

仰望星空时,你会想些什么?李海宁想的是:最好能发现一颗特别的星星。

任职于中科院国家天文台的她,十多年来致力于追寻宇宙中最古老的星星,处理了千万颗恒星数据,测量了上亿条谱线的强度。“星口普查”、“恒星选秀”,这些李海宁在公众科普演讲里使用的比喻,瞬间令人对她的工作有了感性印象。

仰望星空,总让人有无限遐思:宇宙是如何诞生的?星星是怎样形成的?地球在这个宇宙中处于怎样的位置?人类将来真的能移民太空吗?这些所有人都好奇的问题,正是天文学家努力探索和研究的。

在国家天文台工作的李海宁一直致力于对古老恒星的追寻。作为一名“恒星考古者”,在所有星星里找到最古老的那一批,然后通过对它们的分析研究来推演幼年宇宙的环境。听上去是不是有种阿基米德撬地球的大胆和刺激?但阿基米德只能假设。李海宁们借助现代科技手段却真的可以做到。

比如,她可以像做人口普查那样先给星星们“查个户口”,这个过程被李海宁形象地比喻为“星口普查”。“做银河系的调查研究,我们比较关心的就是银河系里这些恒星它们分布的状况如何?这个就类似于考察不同居住地的人口疏密程度。每个地方的恒星具有什么样的特征?这颗些恒星是诞生的土著还是外来的移民?对大量的恒星做类似的调查工作,得到足够的信息,就可能更多完整地了解整个银河系形成的历史。”

和人口普查有所不同的是,星口普查需要做的工作更为深入。“其实这样的普查可以分两类:一类是做大样本的,最后看统计数据。还有一类是我做的比较多的,就是搜寻特殊天体,找到后去做更进一步的高精度观测,这些天体的特殊性往往是某些关键天体物理事件的结果,因此通过对它的特殊性做深入研究,就能获得关于这些关键事件的重要信息。”特殊天体的比例非常低,李海宁为了找到它们需要做大量的前期搜寻工作,而这个过程也被她形象地称为“海选”。

在浩瀚的银河系里,星星的数量比地球上的沙砾还要多,这样的“海选”做起来工作量可想而知。“我属于运气比较好的,赶上了郭守敬望远镜的建成。它特别适合做银河系内恒星的扫描工作,一次曝光可以拍出3000多颗恒星的光谱,效率非常高。这就给我提供了一个很大庞大的数据库,对‘海选’特别有帮助。而且因为是我们自己的设备,中国天文学家还拥有保护期数据的优先使用权,也让我们在发掘过程中能稍占先机。”郭守敬望远镜第一个五年计划,获得了超过700万条恒星光谱,李海宁就在其中寻找到了她梦寐以求的1/7000000——一颗诞生于130亿年前、几乎与宇宙同龄、古老程度可以排到当时世界前20名的恒星。

“从读研究生开始,我就在宇宙中寻找最古老的恒星,这类星星的特点是——因为形成于宇宙大爆炸之后不久,所以它们的金属元素含量非常低。最后我们找到的这颗恒星,看起来和其他星星没什么两样,但它的光谱中金属的吸收线非常弱,这说明它的金属含量非常低,还不到太阳的万分之一。一般来说,金属含量越低意味着越古老,比如我们最后估算这颗恒星的年龄是在130亿年岁左右,而宇宙的年龄差不多是138亿岁年,所以它的古老程度也就可想而知了。”

这些古老恒星产生于宇宙大爆炸和宇宙中第一代恒星所留下的尘埃气体之中,所以它的外层大气中会保留许多诞生地的重要特征,通过分析这些特征就可以去反推当时的宇宙是什么样子。“这其实就是一个典型的恒星考古的例子,跟在地球上考古是一种套路,一颗星星就像一块化石,通过它所携带的信息去判断当时的环境。”

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对于普通人来说,观星是件浪漫的事情,在远离城市喧嚣的地方,抬头仰望星空,那一刻,宇宙的浩瀚会带给人无穷感慨。那么对时刻都在观星的天文学家来说还有这样的浪漫思绪吗?李海宁说:“有啊,快乐和惊喜也是做科研的一种动力,但我们通过观星得到快乐的门槛会比较高——比如,最好能发现一颗特别的星星。

李海宁去过夏威夷大岛的莫纳克亚峰顶观星,那里是全世界最好的光学天文台选址之一,8米口径的昴星团望远镜是她最常用的。“随时都能看到特别漂亮的星星,但我更关心的是这颗星是不是有点红?有点蓝?有没有什么异常?是不是突然变了一下?当你持续观测一颗星,发现它比较奇怪,奇怪到你不能解释的时候,多巴胺就会快速分泌!你可能听说过超新星爆炸,很多化学元素都是通过这种方式产生的,但是不同质量不同能量的超新星最后产生的元素相对含量是不一样的。我们在观测的基础上跟理论模型对比,然后就可以对一颗恒星化学特征的产生机制或者说它的出生环境有更多了解。”

观测遥不可及的星星,测量光谱线的特征,结合相关理论去推测和解释宇宙中那些难解的迷题,这就是李海宁的工作——枯燥而有趣,且自带一种属于科学家的浪漫。

“我休产假的时候,有一天看着孩子,忽然有一种微妙的感觉。他才几个月大,但我所从事的专业告诉我,他身体里的那些原子,氢、氧、碳、钙、氮,磷……其实都可以追溯到130多亿年前的那次宇宙大爆炸,是不是很神奇?”人类相对宇宙来说非常的渺小?李海宁认为不能简单地这样理解。“真的可以算出来我们的身体里有多少物质是来自于宇宙大爆炸。这件事情我觉得挺酷的,所以有时候朋友觉得有点受挫或者自我怀疑的时候,我都会安慰对方说,‘你不要这么想,我们每个人对于宇宙来说都是非常重要的’。”

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很多天文学家从小都是热爱星空的孩子,但李海宁有点不一样,她喜欢的是挖石头。“我小时候的理想其实是考古,特别喜欢挖石头,琥珀啊化石啊,特别好玩。但是高考‘推免’的时候没有考古专业。当时我想首先要能学数学物理,又要是一个比较酷的专业,于是就学了天文。”

但在读研的时候,她发现居然还有恒星考古这个方向,于是像她说的那样“又开心地回来了”。“我感觉在星空里考古也不错!它带给我的震憾是难以想象的,以前从没想到我们每一个人跟宇宙大爆炸都有这么密切的关系,就沿着这个方向一直走下来了。”

然而,由于天文学在国内还算是小众专业,很多人并不了解,还有朋友会问“明天下不下雨”这样的问题。解释多了,李海宁特地准备了一句特别霸气的回复:“我们对于地球大气层以内的东西毫无兴趣!”

“天文学可能没有办法特别直观地解决我们生活当中遇到的实际问题,反而是需要在解决了很多实际问题之后,人们才会抬头关注星空,所以说学天文的人是需要一点情怀的。”不过这两年,李海宁感觉到了改变。“我开始做一些科普工作,发现孩子们对天文的热情超乎想象,而且他们对天文知识的领悟力和涉猎的广度都令人吃惊。现在中国的航天事业也在飞速发展,国内很多大学都在建立或者复建自己的天文系……未来真的会不一样。”

天文学家的日常是什么画风?且听李海宁揭晓:“首先我要科普一下,我们不穿白大褂。”小组讨论,处理数据,写论文,申请课题……这些都是科研工作者的基础日常。“如果不去基地,在办公室的日常跟大家一样,上班后先看邮件,然后差不多有一个小时的固定时段,大家聚在一起,自由讨论最新研究动态。我们有一个行业网站,所有的天文学家会把自己新的研究发现和论文发表在上面,浏览一遍,你会知道同行们都在干什么,这个人跟我做的事情差不多,也许可以联系合作一下,或者是那个人做的好像有点问题,我是不是可以换一种思路去做?”

科技的进步也让天文学家们的工作和以前相比有了颠覆性的改变。“我做的工作很多时候都依赖于恒星光谱吸收线的特征分析,而就在上世纪80年代,最早做这个工作的人真的是先把照片拍出来,然后就靠肉眼加放大镜去比对挑选,某颗恒星中某种元素的含量很低,对应的那条吸收线会特别浅,发现了这样的线就还要用笔画个圈,然后把胶片挑出来。”

而现在,借助于计算机强大的数据处理能力,天文学家可以写好程序,然后让机器去做这些繁琐的重复劳动。“所以我们有时候开玩笑说,未来五到十年之后,可能研究做的最好的天文学家是计算机。” 




出品人 / 沙小荔
策划统筹 / 文冀
造型 / Ginger
妆发 / 陈凌
摄影 / 张弘凯
采访撰文 / 厨花君
微信排版 / Ankey寰

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