中國郭守敬望遠鏡完成一期巡天觀測，給銀河系「重新畫像」

8月7日，中國科學院國家天文台宣布，由其管理和運行的國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡（LAMOST）圓滿完成了一期光譜巡天觀測。一期觀測LAMOST共發布光譜901萬，其中高質量光譜（信噪比大於10）777萬，確定534萬組恆星光譜參數。

此外，科研人員利用LAMOST首次測量了近700顆系外行星的軌道偏心率和傾角，發現約八成的行星軌道都如同太陽系的近圓形軌道，這在某種程度上增強了人類尋找另一個地球和地外生命的信心。

同時，科研人員還發現了一批極其稀有的、鋰元素丰度超過正常值上百倍的小質量貧金屬星。其中，有一顆星的鋰元素含量約是同類天體的3000倍，是目前人類已知鋰元素丰度最高的恆星。這一重大發現已於北京時間8月7日凌晨在線發表在國際科學期刊《自然·天文》上。

這是由中國郭守敬望遠鏡（LAMOST）一期觀測交出的成績單！

工作人員在中國科學院國家天文台興隆觀測基地介紹郭守敬巡天望遠鏡觀測計劃顯示系統（圖片來源：新華網）

LAOMST一期的成功觀測，標誌著中國天文學的又一大進步，也將為人類的天文學研究提供巨大幫助。這背後是中國科學家不斷的探索精神，才讓我們今天能與130多億歲的宇宙對話。

那麼，科學家是如何看待LAMOST的，他們眼中的宇宙又長什麼樣兒呢？來自中國科學院國家天文台中科院天文台的李海寧副研究員教授就親身體驗過LAMOST的神奇！

已下內容來源於李海寧在SELF格致論道講壇的演講。她從恆星光譜出發，刺探恆星的秘密，並發出了對生命物質起源的思考。

李海寧

SELF講者、中國科學院國家天文台副研究員

恆星光譜是我們刺探恆星的秘密

要想知道LAMOST拍攝的光譜為什麼這麼重要，我們先要知道光譜在天文研究中起著什麼作用。

如果現在讓我們去研究一顆恆星，提取裡面的化學成分，我們不可能把星星搬回實驗室或者辦公室來研究，所以天文學家要用望遠鏡來觀察它們。但在天文學家看來，我們眼中的閃閃發光的星星更像是一條二維的恆星光譜。光譜包含著關於恆星各種特性的信息，能夠揭示星星們的運動狀態、溫度、質量和化學成分，類似籍貫、住址、年齡、性別、職業等每家每戶的戶籍信息……

李海寧說，「你們看到的橫向的每一層是我們眼睛中所能看到的不同顏色的星光，而這些豎線則是炙熱的星光穿過較冷的外層大氣時，在特定的波長產生的吸收。也就是說，這每一條暗線，都是某一個元素在星光里給我們留下的特定信息。」

所以說，恆星光譜是我們刺探恆星的秘密。

「它只要眨一下眼睛，就能拍下3000多顆恆星的光譜」

恆星光譜如此重要，但在恆星光譜分析當中，最耗時費力、最容易讓人崩潰的也是測量譜線。這個時候LAMOST就派上了用場。「我們國家設計並且建造的郭守敬望遠鏡，它是一個不折不扣的觀星能手，它只要眨一下眼睛，就能拍下3000多顆恆星的光譜。所以，它花了5年的時間，獲得了超過900萬條的恆星光譜。」正是因為有了LAMOST，李海寧在其研究的貧金屬星領域有了重大發現——找到一顆130多億歲的超級貧金屬星。

銀河系下的郭守敬望遠鏡，陳穎為攝（圖片來源：人民日報客戶端）

找到貧金屬星，對於天文學家來說，已經算是驚喜。隨著宇宙不斷地變老，每一代新誕生的恆星，它身體里的金屬含量都會比它的祖先上一代稍微多一點點。一直到今天，這些「小鮮肉」恆星們，它們已經繼承了成千上萬代恆星的遺產，所以它們體內的金屬含量已經是130億年前老祖宗的200萬倍。如果有一天你恰巧碰到一個金屬含量很低的恆星，那麼恭喜，你看到了宇宙的極早期。由於限於我們現在的觀測能力，第一代恆星對我們來說，就像黃帝堯舜一樣，只是一個傳說。而我們現在能夠直接觀測到的最古老的恆星，其實是它們的直系後代，這些恆星還來不及攢多少金屬，所以我們叫貧金屬星。

別看這個名字不怎麼樣名字中有個「貧」，但是它們對於宇宙演化的意義可一點都不「貧」。如果說現在的宇宙有100歲，這些貧金屬星出生的時候，宇宙還沒有上學，所以在它們的身體里隱藏了許多宇宙「嬰幼兒時期」的重要信息，這也是為什麼天文學家親切地稱它們為「宇宙化石」。

我們每個人身體里，都藏著130多億年宇宙的元素

雖然宇宙看似離我們好遠，遠到幾乎不會有交集。但其實它卻早已與每個人有了千絲萬縷的聯繫。

李海寧在其發現的貧金屬星里，探測到了探測到了氫、碳、鈣、鐵，這些都是對人體生命中非常重要的元素。這與科學家之前的研究結果，即恆星產生了所有元素的說法，不謀而合。 「我再一次意識到，我們身體裡面的這些元素，遠比我們整個人類的進化歷史要古老的太多太多。」

李海寧說：「恆星的內部就是一個高溫、高壓的宇宙熔爐，我們在元素周期表上所能看到所有的元素都是在這裡產生的。恆星里的宇宙熔爐從130億前年就開始生產各種各樣的化學元素。」

這麼多的元素如何穿越了百億年，最後來到太陽系進入我們的身體中呢？

大約在137億年前，「砰」的一聲，宇宙大爆炸了，宇宙爆炸大約3分鐘的時間產生了大量的氫、一些氦和極其微量的鋰。這鍋大爆炸「濃湯」開始冷卻，冷卻大概到2億年的時候，宇宙里出現了第一代恆星，它們開始製造新的化學元素。這些恆星非常明亮而龐大，它們用極其壯烈的方式——超新星，結束了自己短暫的一生。

而它們所生產的這些化學元素被噴射到四面八方，並且遺傳給了下一代恆星。就是這樣，一代又一代的恆星，可謂前仆後繼，使得我們宇宙當中化學元素的種類和數量不斷地增加。直到有一天，恰好能夠形成太陽系的生命了，我們就出現了。

就像《魔法爐》里那段十分經典的獨白：「為了我們能夠活著，數十億、數百億乃至數千億的恆星死去了。我們血液里的鐵、我們骨骼里的鈣、我們每一次呼吸的氧，所有這些都是從地球誕生很久之前的星星的熔爐里煉製出來的。」

發現唯一一種產生於宇宙大爆炸的金屬元素——Li

在一次赴夏威夷觀測的普通夜晚，李海寧在與同事閑聊的過程中，偶然發現了她的第二個貧金屬星驚喜。

在左下角6700埃的地方，這本來不應該有任何譜線。李海寧和同事們我們進行了反覆地排查，最後證明這不是數據的錯誤，而是一條真實存在的、非常強的Li吸收線。

可能有人要問了，不就是探測到一個Li嗎，有必要那麼激動嗎？Li元素對於我們人體來說，它是一個微量元素，但它也是非常重要的生命動力元素，它是唯一一種產生於宇宙大爆炸的金屬元素。

雖然說我們的恆星內部其實可以合成Li，但是恆星合成的Li壽命非常的短，幾乎不能夠存留多久。所以說現在我們手機里供能的Li和新能源汽車電池裡的Li，甚至是地球上最大Li礦的Li，全部都來自於大爆炸的最初3分鐘。

對於恆星而言，Li元素也是一個微量元素，所以通常我們在光譜當中，只能看見很弱的Li吸收線，或者是根本看不到。而經典的理論和以往觀測數據也告訴我們說，尤其貧金屬星的Li含量極低。所以，該發現讓李海寧興奮不已。

在後來的一年半的時間裡面，李海寧和她的同事們又陸續找到了好幾顆這樣奇怪的貧金屬星，這些傢伙的Li含量遠比正常值要高出幾十倍，甚至上百倍。

李海寧打趣地說：「我以前總是開玩笑說，這些貧金屬星都是一些憂鬱的小星星，因為它們所缺乏的Li元素，不僅可以造電池，還是一種抑制抑鬱症和緩解情緒的主要藥物成分。現在這些貧金屬星突然得到了這麼大一批Li，它們的心情會好多了嗎？我不知道，但是我能確定理論學家該鬱悶一陣子了。」

隨著科學家探測的深入，人類已經知道，即使在最古老的恆星當中，我們也能探測到對於人類生命來說非常重要的氫、氦、碳、氮、氧、鈣、鐵、鋰等等元素。就連科學家一直認為只能在地球上合成的磷，最近幾年也在近百億歲的古老恆星當中被發現了。

我們的宇宙究竟在什麼時候達成了第一次化學上的成熟，形成了生命？為什麼總有人說，只能在像太陽這樣的年輕恆星附近才能發現有生命的行星系統？會不會在宇宙的極早期就已經形成了我們所不知道的最早的生命呢？

更多的問題，還等著科學家們繼續探索，有了像LAMOST這樣的超級望遠鏡，我們更加有信心。而就像李海寧說的，支持她繼續走下去的，除了信心，還有永不停歇的人類的好奇心：「我一直相信，這些看似不起眼的年老的小星星，一定會在未來的某個時間帶給我出乎意料的新驚喜。」

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