戴銘玨

天文學(xué)家眼里的金屬

考古學(xué)旨在根據(jù)古代人類(lèi)各種活動(dòng)遺留下來(lái)的物質(zhì)資料，研究人類(lèi)古代社會(huì)的歷史。在漫長(zhǎng)的挖掘過(guò)程中，考古學(xué)家有可能挖到珠寶玉石。珠寶玉石是地球構(gòu)造的產(chǎn)物，是在地球漫長(zhǎng)的歷史演化中產(chǎn)生的。考古學(xué)家還有可能挖到金銀，金銀屬于貴金屬，但它并不是地球這顆行星的產(chǎn)物，而是恒星一代又一代演化的結(jié)果。

因此，天文學(xué)家也熱衷于考古，但他們考古并不是為了研究人類(lèi)活動(dòng)史，而是探索天上的恒星。

天文學(xué)家不僅發(fā)現(xiàn)了由金剛石構(gòu)成的恒星，還發(fā)現(xiàn)了一些小行星上有著很多稀有的貴金屬，在遙遠(yuǎn)的恒星中也有很多的黃金。但是他們對(duì)這些天體絲毫不感興趣，他們要找的是最早的，還保持著嬰兒狀態(tài)的恒星，這些恒星還沒(méi)有演化出金屬。正因?yàn)闆](méi)有金屬，天文學(xué)家才格外喜歡它們。

天文學(xué)家所說(shuō)的金屬除了金銀之外，包含了幾乎我們能見(jiàn)到的所有化學(xué)元素，比如碳、氮、氧和硅等等。這些物質(zhì)幾乎構(gòu)成我們?nèi)粘Ｉ钏?jiàn)的所有的材料，其中，碳、氧和氮是構(gòu)成生命的元素。按照天文學(xué)對(duì)金屬的分類(lèi)，就連我們的肉身也是由金屬元素構(gòu)成的。

宇宙中不屬于金屬的元素只有兩種，它們是我們看不到的，漂浮在空中的氣體中的氫元素與氦元素。這兩種元素的質(zhì)量最輕，但卻占據(jù)了宇宙中物質(zhì)總量的98%。

金屬是恒星的熔爐冶煉出來(lái)的

宇宙是在一場(chǎng)大爆炸中產(chǎn)生的，在宇宙大爆炸開(kāi)始時(shí)，宇宙中主要的物質(zhì)是氫和氦元素，還有少量的鋰元素。這些元素沒(méi)有具體的形態(tài)，它們與彌漫的氣體混合在一起。此后，稀薄的氣體逐漸聚攏，成為一團(tuán)，也就形成了最早的恒星。恒星燃燒這些氣體，發(fā)出光和熱，這時(shí)候的恒星相當(dāng)于一個(gè)大熔爐，大熔爐冶煉的結(jié)果是把氫和氦這兩種元素冶煉成為較重的金屬元素，所以金屬元素是由恒星內(nèi)部高溫燃燒演化而來(lái)的。

但是恒星不能永遠(yuǎn)地發(fā)出光和熱，終有一天，它的燃料會(huì)用盡，接著它就會(huì)發(fā)生爆炸。爆炸的氣浪把這些金屬元素拋灑出去，拋灑出來(lái)的金屬元素彌漫在宇宙中，與另外一些飽含氫與氦的氣體混合，融合成一團(tuán)，演化出宇宙的第二代恒星，所以第二代恒星中包含著較多的金屬元素。我們現(xiàn)在能看到的恒星基本上都是第二代恒星，第二代恒星幾乎都包含這些所謂的金屬元素，但是含量有多有少。金屬含量比較少的恒星被稱為“貧金屬恒星”，也就是天文學(xué)家一直在尋找的恒星。

第二代恒星最終也會(huì)燃燒完物質(zhì)，發(fā)生爆炸。它燃燒完的物質(zhì)也會(huì)彌漫在宇宙中，與另外的塵埃氣體參與第三代恒星的形成。恒星一代又一代地演化，越來(lái)越多的金屬由此產(chǎn)生。

研究恒星不老之謎

當(dāng)考古學(xué)家瘋狂地尋找地下金屬時(shí)，天文學(xué)家卻在執(zhí)著地尋找天上不含金屬的恒星，說(shuō)得更準(zhǔn)確一些，他們是在尋找包含氫元素和氦元素較多的恒星，也就是上文所提到的“貧金屬恒星”。

20世紀(jì)80年代，尋找貧金屬恒星的工作開(kāi)始了。人們通過(guò)觀測(cè)恒星的光譜就可以判斷出它所包含的化學(xué)元素，從而判斷出它是不是貧金屬恒星。

為什么天文學(xué)家要如此執(zhí)著地尋求貧金屬恒星？因?yàn)檠芯控毥饘俸阈强梢詭椭藗儷@取星系演化的信息。天文學(xué)家如今已經(jīng)在在銀河系的邊緣發(fā)現(xiàn)了不少貧金屬恒星，但進(jìn)一步研究表明，這不是銀河系的恒星，而是其他星系在靠近銀河系的時(shí)候被銀河系俘獲，從而進(jìn)入了銀河系的恒星。于是，我們就知道了銀河系是在不斷地吞噬周邊的恒星而長(zhǎng)大的。

對(duì)貧金屬恒星的研究還能幫助我們了解化學(xué)元素演化的規(guī)律，從而進(jìn)一步掌握恒星演化的規(guī)律。這些恒星在宇宙剛剛誕生時(shí)就形成了，別的恒星都演化形成了其他元素，它們卻不慌不忙地悠閑活著，一直處于青少年期。是什么原因?qū)е铝诉@種情況的發(fā)生？天文學(xué)家對(duì)此很有興趣。

就像是我們?nèi)祟?lèi)一樣，容顏不衰的人很少，貧金屬恒星也很少。雖然我們已在銀河系的邊緣找到了一些，但在宇宙的其他地區(qū)，貧金屬恒星仍然很罕見(jiàn)，而且難以把它們從眾多的恒星之中區(qū)分出來(lái)。從大量的恒星中尋找到貧金屬恒星，是一個(gè)技術(shù)活，郭守敬巡天望遠(yuǎn)鏡適合干這個(gè)活。

郭守敬巡天望遠(yuǎn)鏡最大的特點(diǎn)是可以同時(shí)觀測(cè)4000顆恒星，通過(guò)觀測(cè)恒星的光譜，它找到了大量貧金屬恒星。目前，它已經(jīng)建立起貧金屬恒星的身份信息?？脊盘煳膶W(xué)家對(duì)這個(gè)貧金屬恒星信息庫(kù)格外重視，他們要好好研究一下是什么原因?qū)е逻@些恒星青春不老。