我從事的職業是天文學研究，我關註的物件是銀河系裏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。
和許多從事天文學研究的同行不一樣，我小時候的理想是成為一名考古學家。後來因機緣巧合，我進入同樣酷炫的天文學領域。準備讀博士研究生時，我發現竟然有「恒星考古」這個方向。於是兜兜轉轉，我以另一種方式實作了兒時的理想，成了一名「太空考古人」。而且我發現，在星空裏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。因為太陽，地球才有晝夜變換、四季更替，才能獲得地球生命所需要的各種形式的能源。然而，在浩渺無際的宇宙中，人類仰慕和賴以生存的太陽只是一顆再平凡不過的恒星——按輩分來算，要排到恒星界的第N代了。恒星考古最關心的正是恒星界的老祖宗們——宇宙中的第一代恒星和第二代恒星。
根據現有的標準大爆炸理論，大約138億年前，宇宙大爆炸產生了大量的氫、氦和極其微量的鋰。在這樣的環境下，第一代恒星誕生了，第一次點亮了整個宇宙。但可惜的是，第一代恒星個頭龐大，比100個太陽還要重，消耗能源的速度也異常驚人，所以都是「短命鬼」，只能活數百萬年，我們目前還沒有辦法借助望遠鏡直接看到第一代恒星。最終，它們以絢爛而劇烈的超新星爆發結束了一生，將自己制造的各種新元素：碳、氮、氧、鈣、鐵、鋅等，拋射到星際中，繼續孕育它們的後代——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。由於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，這些古老恒星擁有非常厲害的本領，能夠在自己的表面大氣層中保留出生地的特征資訊。因此，透過分析這些古老恒星的性質和成分，我們就能推演出它們在誕生時，也就是宇宙嬰幼兒時期是什麽模樣，發生了哪些事情。這些古老的小星星就如同遠古宇宙留下的化石，而透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，沒那麽浪漫
在茫茫星河中尋找極其稀有的宇宙化石，收集它們的光芒，分析它們的成分，然後反推這些古老星星誕生時的宇宙是什麽模樣——這就是我的研究內容。我既像個考古學家，又像個偵探。在許多人看來，這份工作既浪漫又酷炫。
事實上，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。恒星考古就如同大海撈針，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。沒有足夠的「緣分」，真的很難遇到自己心儀的宇宙化石「種子選手」。剛讀研究生時，因為數據庫不夠好，我耗費半年時間初篩候選體，連續處理了大量的數據，最後也沒能找到有價值的資訊。
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，每一條暗淡的譜線都需要細細測算。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麽都擬合不上的譜線而急醒。
因為我們所研究的宇宙化石恒星非常遙遠而暗淡，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。集齊了「星辰大海」，這下終於可以實作浪漫了吧？起初我也是帶著這樣的憧憬出發的，可當我到達觀測中轉站，眼前卻是另一番景象。
每次觀測，我都要一頭紮在那座遠離海灘和人群、海拔4000米的火山山頭上。雖然關於浪漫的想象似乎破滅了，但我們其實格外珍惜每一次觀測機會，因為申請競爭異常激烈，我們必須與全世界的同行透過自由競爭來申請使用許可權，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，也並不意味著你就一定能夠順利完成觀測任務——因為對觀測天文學者來說，在光學波段觀測，就和從前種莊稼一樣，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。我有些沮喪，同行的合作者是有20年經驗的日本天文學家青木教授，他非常淡定地開導我：「沒關系，觀測經常會遇到這種情況。」
第二年，我們再次相約夏威夷。第一天晚上觀測到一半，突然雲湧了上來，陰雨一直持續到第二天。如果說上一次觀測的成功率是50%，那麽這次只有25%。青木教授依然淡定，安慰我說：「別難過，我遇到過比這還糟糕的情況。」
第三年，我們又一次來到夏威夷，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，我們迎來了當地20多年難遇的一場春季暴雪！很快，大雪封山。這一次，我們甚至連觀測室都沒能進去，青木教授嘆了口氣說：「這是我目前遇到過的最糟糕的情況了。」而我，也因此獲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，還有科學發現的驚喜。第二次觀測的時候，由於天氣遲遲不見好，大家只能坐在一起聊天，從宇宙起源一直聊到國際局勢。淩晨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據吧！」「這顆不錯。」「這顆也挺老的，」「嗯？」突然，我發現有一條光譜似乎有問題，這個地方不應該有這麽強的吸收特征。當時我的第一反應是我們的數據處理出問題了。經過現場3個人輪番排查，終於排除了技術錯誤的可能性，這證明我們看到的是一條真實存在的、超強的鋰元素吸收線！
探測到鋰我們為何如此激動？其實，不僅對人類來說，鋰是重要的微量元素，對恒星來說也是如此。而我們所關註的古老宇宙化石恒星尤其缺乏鋰，在正常光譜中，鋰線的位置通常沒有什麽波動，現在卻強到出乎意料！
於是，我第一時間給從事理論研究的合作者寫了封郵件求解。等待回復的那幾天，我內心非常糾結：一方面希望能得到合理的解釋，另一方面又暗暗希望他們解釋不了。在隨後的一段時間裏，我們進行了各種測試，但都沒能完整地解釋我們看到的奇異現象。美國【科學新聞】雜誌第一時間對我們的發現進行了報道，這讓我開心了好幾天。更讓我興奮的是，平時總是理論學家指導我們進行實測，這一次，我終於可以給理論學家制造一點「麻煩」了。
從那之後，我們開始重點關註鋰線特征，並且陸續發現了好幾顆這類奇特的「宇宙化石」。現在，我們正聯手理論學家嘗試解釋，它們究竟是從遠古宇宙的什麽地方獲取了那麽多鋰。這是一個現有理論無法解答的問題，如果有一天找到了答案，將有可能覆寫人類對於宇宙中元素起源的認知。
在星空中「埋頭考古」了10年，我們成功找到了將近400顆「宇宙化石」，它們誕生於130多億年前，也組成了目前世界上最大的化石恒星數據庫。這些「宇宙化石」恒星就像一把通往未知的鑰匙，可以幫助我們追溯生命物質的宇宙起源，是我們解答這一宇宙終極問題的關鍵。
今天，恒星考古迎來了全新時代。除有郭守敬望遠鏡、蓋亞探測器等大規模巡天器材開展全天掃描式的觀測之外，我們還有占士·韋伯空間望遠鏡這種先進器材的助力。因此，我們能夠在更廣闊的宇宙空間開展太空考古，也能看到更遙遠、更遠古的神秘宇宙。
恒星考古還能撫慰心靈
於我而言，恒星考古不僅是一項流程煩瑣、有挑戰的技能，還是我們窺探宇宙鴻蒙之初的一扇視窗，更是我們對周遭世界產生全新感知的路徑：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：「你身體裏大約有70%是水，對應8.6%的氫，它們都是宇宙大爆炸時產生的！所以，這個120斤的你就攜帶著差不多9斤來自大爆炸的氫！你完全是具有宇宙意義的重要存在啊！」朋友聽了，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。雖然無論是從質素、空間，還是從時間演化的尺度上來說，人類相比宇宙都非常渺小，但是，從生命元素的起源來說，我們每個人的身體裏都留下了宇宙大爆炸的證據，我們每個人對宇宙都具有特殊的意義。我和你，每一個人都是。
（大浪淘沙摘自【環球】2023年第18期）
