作为学天文的孩儿妈 她在儿子这看到130亿年前的宇宙

　　来源：SELF格致论道讲坛

　　原标题：作为一个学天文的孩儿妈，我在儿子身上看到了130亿年前的宇宙 | 李海宁

　　宇宙大爆炸的3分钟里产生了大量的氢、一些氦和极其微量的锂，随后这波大爆炸“浓汤”开始冷却，直到2亿年时宇宙中才出现了第一代恒星，它们开始制造新的化学元素，最终形成了五彩斑斓的世界。来自国家天文台的李海宁副研究员，她的工作就是去寻找130亿年前最古老的恒星，破解它们身上携带的宇宙生命密码。

李海宁

　　中国科学院国家天文台副研究员

　　以下内容为李海宁演讲实录：

　　大家好！我是来自国家天文台的李海宁。今天我向大家讲述的是天上的星星告诉我们的关于遥远星光的秘密，以及生命物质起源的故事。

　　像每一个妈妈一样，我心情不好的时候只要看一眼我的儿子，就会觉得什么都不是事儿了。但是作为一个学天文的妈妈，我在他的身上还能看见一件很奇特的东西，那就是130亿年前的宇宙，你相信吗？

　　他的身体里和我们一样，由很多种元素构成，其中最主要的有6种，包括水里面的氢和氧、有机物里的碳、牙齿和骨骼里的钙，以及蛋白质里面的氮，还有给我们细胞供能的磷。

　　别看我的儿子只有2岁，可是他身体里的这些原子，其实已经在宇宙的时空里穿越了百亿年的时间。是不是觉得我在讲一个科幻小说？

　　故事要从上个世纪40年代开始讲起，那时候的人们只知道大爆炸产生了氢、氦和锂，对于其他元素从何而来一无所知。这个时候一个叫弗雷德·霍伊尔的英国天文学家站了出来，他说：“是恒星产生了所有元素。”他发表了一篇文章，但是在学术界并没有引起多大的关注。

　　于是他找来了三个非常厉害的帮手，这四个科学家努力了好几年的时间，终于在1957年的时候，发表了一篇重要的文章，他们给出了一套完整的恒星如何合成元素的理论。

　　恒星的内部就是一个高温、高压的宇宙熔炉，我们在元素周期表上所能看到所有的元素都是在这里产生的。别看这篇文章没有抓人眼球的标题，也不是发表在Nature上，却赢得了诺贝尔物理学奖。

　　虽然很可惜得奖的不是霍伊尔，但是他非主流的观点确实刷新了我们对于宇宙起源的认知。所以现在我们知道了，恒星里的宇宙熔炉从130亿前年就开始生产各种各样的化学元素，那这么多的元素究竟是如何穿越了百亿年，最后来到太阳系进入我们的身体中呢？

　　我们来看一段视频。大约在137亿年前，“砰”的一声，宇宙大爆炸了，宇宙爆炸大约3分钟的时间产生了大量的氢、一些氦和极其微量的锂。这锅大爆炸“浓汤”开始冷却，冷却大概到2亿年的时候，宇宙里出现了第一代恒星，它们开始制造新的化学元素。这些恒星非常明亮而庞大，它们用极其壮烈的方式——超新星，结束了自己短暂的一生。

　　而它们所生产的这些化学元素被喷射到四面八方，并且遗传给了下一代恒星。就是这样，一代又一代的恒星，可谓前仆后继，使得我们宇宙当中化学元素的种类和数量不断地增加。直到有一天，恰好能够形成太阳系的生命了，我们就出现了。

　　正是因为这样，才有了《魔法炉》里那段十分经典的独白：“为了我们能够活着，数十亿、数百亿乃至数千亿的恒星死去了。我们血液里的铁、我们骨骼里的钙、我们每一次呼吸的氧，所有这些都是从地球诞生很久之前的星星的熔炉里炼制出来的。”

　　这是一张大家都很熟悉的元素周期表，有没有人一看到它就觉得头大呢？天文学家非常人性化，他们发明了一张特别的元素周期表，我们把所有比氦重的元素全部称为金属，注意是所有比氦重的元素，不仅仅是我们日常概念中的金属，这些金属元素的总和，就叫作金属含量。

　　随着宇宙不断地变老，金属含量这个“雪球”也越滚越大，每一代新诞生的恒星，它身体里的金属含量都会比它的祖先上一代稍微多一点点。一直到今天，这些“小鲜肉”恒星们，它们已经继承了成千上万代恒星的遗产，所以它们体内的金属含量已经是130亿年前老祖宗的200万倍。如果有一天你恰巧碰到一个金属含量很低的恒星，那么恭喜，你看到了宇宙的极早期。

　　我想问大家一个问题，你们觉得我们能看到最早的恒星吗？由于限于我们现在的观测能力，第一代恒星对我们来说，就像黄帝尧舜一样，只是一个传说。而我们现在能够直接观测到的最古老的恒星，其实是它们的直系后代，这些恒星还来不及攒多少金属，所以我们叫贫金属星。

　　别看这个名字不怎么样，但是它们对于宇宙演化的意义可一点都不“贫”。如果说现在的宇宙有100岁，这些贫金属星出生的时候，宇宙还没有上学，所以在它们的身体里隐藏了许多宇宙“婴幼儿时期”的重要信息，这也是为什么天文学家亲切地称它们为“宇宙化石”。

　　关于我们人类生命元素的起源还有很多的疑问，比如说我们水里的铁、骨骼里的钙，第一次产生在宇宙是什么时候？宇宙早期的化学成分跟今天的我们之间，是不是有相似的地方？提取这些贫金属星的化学成分就成为我们获得答案的唯一途径。

　　如果现在让你去提取一颗恒星的化学成分，你打算怎么做呢？显然我们不能把星星搬回实验室或者办公室来研究，所以天文学家要用望远镜来观察它们。一说到观星，天文爱好者应该激动了，每个人的脑海里都会出现各种美轮美奂的星空。

　　不过我眼中的星星跟大家想象的星空都不一样，这就是我看到的星星，这其实是一条二维的恒星光谱。你们看到的横向的每一层是我们眼睛中所能看到的不同颜色的星光，而这些竖线则是炙热的星光穿过较冷的外层大气时，在特定的波长产生的吸收。也就是说，这每一条暗线，都是某一个元素在星光里给我们留下的特定信息。

　　给大家看一张图，是不是二维光谱和这个图有几分相似呢？这个图是人类的基因图谱。所以说恒星光谱隐藏了恒星的基因一点都不为过，可是我们该怎么来提取这些基因呢？这就要用到天文研究上更常见的一维光谱了。

　　看到这个光谱大家有什么感觉？很单调，甚至有点密集恐惧的味道。不过我很负责任地告诉你们，这已经是我找到最好看的一条一维光谱了。千万别小看它，它的作用非常的大。

　　我们通过测量这个里面谱线的强度，不仅可以知道这颗恒星制造了哪些元素，制造了多少，通过结合它外层大气的情况，我们甚至可