LAMOST大“鋰”包

在日常生活中，鋰被廣泛應用於電池、玻璃、陶瓷等行業。隨著電腦、手機、電動汽車等電子產品的不斷髮展，鋰電池的應用越來越融入我們的生活，成為二十一世紀人類新能源的代表作之一，為電動汽車百年後重返歷史舞臺做出了力挽狂瀾的貢獻。而在天文學家眼中，鋰元素卻是個不折不扣的熊孩子。很多看起來完美無瑕的天文理論，只要鋰元素一摻和進來，就會變得麻煩棘手。

認識富鋰巨星

以恆星為例，有一種叫做巨星的天體。巨星的意思是giant star——巨人恆星，因為它比普通恆星在體型上要大的多。巨星並不是宇宙王國中一個新的“物種”，它們只是普通恆星的暮年階段而已。就像人類到了晚年身體可能會發福一樣，巨星也只是普通恆星進入老年後變“胖”了。

圖1.富鋰巨星想象圖。來源／李珊珊／中國科學院國家天文臺

按照經典恆星演化理論，巨星中的鋰含量應該很低。為什麼呢？因為恆星在變胖的過程中會把表面的物質帶到恆星內部，再把內部的物質挖掘到恆星表面。熊孩子鋰有個致命的缺點——怕熱。一旦進入到恆星內部的高溫區域，它立刻就分解成兩個氦。鋰元素就這樣持續被消耗，卻一直得不到補充，巨星中的鋰就會越來越少。

打個比方，恆星同志為了發光發熱，燒了一輩子“鍋爐”，現在想要退休養老，就要把自己年輕時攢的“鋰財”取出來，花掉一大筆。天文學家在對宇宙國銀河省的“星口”進行普查時，發現99%的暮年恆星，就像退休鍋爐工人一樣，財富都急劇縮水了數十到上百倍，的確與銀河省統計局預測的老年人口經濟模型相符。本以為找到了老年恆星的現狀規律，結果忘了鋰元素調皮搗蛋的特性，在普查到最後1%的退休恆星時，突然發現它們的“鋰財”非但沒少，有的甚至比退休前還多了很多！這些坐擁大量“鋰財”的老年恆星，被天文學家形象地稱為“富鋰巨星”。

富鋰巨星的發現可以說完全是一次巧合。1980年，兩位天文學家Wallerstein和Sneden為了尋找鋇丰度高的恆星時，偶然發現了一顆巨星中出現了很深的鋰吸收線。經過他們反覆驗證，證明這顆恆星中鋰元素的丰度竟然超過太陽的100倍！

富鋰巨星的發現在當時引起了巨大地反響，以至於幾乎每個觀測天文學家都對這些富得流油的恆星躍躍欲試，想去尋找更多這類天體。結果是“不找不知道，找了知不妙。”富鋰巨星的數量十分稀少，在望遠鏡技術尚不如今天先進的時代，運氣好的天文學家，往往需要連續觀測數百顆恆星後，才能找到那麼一兩顆富鋰巨星。望遠鏡的時間成本與產出嚴重不成比例。正所謂：觀測天文逐星辰，盡覽銀河勝千金，尋鋰方知深似海，從此文章是路人。

富鋰巨星的搜尋

隨著近年望遠鏡和巡天規模的發展，富鋰巨星的搜尋終於變得不再那麼遙不可及。巡天就是天文學家用望遠鏡將天空上的天體無差別地觀測一遍。當然，由於望遠鏡本身各不相同，因此每個巡天的側重點和能力也不盡相同。如果單純從數量上，將主要巡天專案對富鋰巨星的搜尋進行總結，可以得到各大巡天專案（LAMOST、GALAH、GAIA、PTPS、SDSS、RAVE）發現的富鋰巨星數目的對比。從結果中可以看到，LAMOST一騎絕塵，將其他姊妹專案甩在了身後。

圖2.各大巡天專案發現的富鋰巨星數目對比。

這是為什麼呢？LAMOST的強項之一，就是它光譜獲取的效率非常高。LAMOST焦面上共有4000根光纖，你可以簡單地認為，它的一次曝光可以同時獲取4000條光譜。這是什麼概念呢。要知道，即使在地球上最晴朗的夜空下，視力良好的人滿打滿算在天空中也就只能看到約3000顆恆星。單純從數量上看，LAMOST一次曝光就能把裸眼所能見到的所有恆星都拍攝下來（儘管它不能一次看到天空中所有的位置）——還富餘1000根光纖。這架光譜收集器從2011年開足馬力，僅用了2年時間就超過了人類有史以來所獲取的所有光譜總和。截止目前，LAMOST已經獲得了約1500萬條光譜，這就意味著如果一名狂熱的天文愛好者每天都研究一條光譜，他至少需要花費41000年才能把所有光譜研究完。

如果搜尋富鋰巨星是挖比特幣，那麼LAMOST就是目前世界上效率最高的礦機之一。在天文學家不懈的努力和LAMOST超高的觀測效率下，如今我們已經找到了10000多顆富鋰巨星。它們就是那1%的、隱藏在窮苦眾生中的“土豪”。我們只知道現實世界中存在貧富差距，沒想到恆星中的貧富差距也不小。如果以鋰元素為貨幣進行估算的話，銀河系中最富有的那1%暮年恆星所持有的財富，佔到所有暮年恆星財富的1/4。

富鋰巨星首富

在尋找富鋰土豪的過程中，LAMOST發現了富鋰巨星中的首富TYC429-2097-1。經過天文學家的精確計算，發現這位“首富”的財富是“普通人”平均水平的5000倍以上。如果換算成工資，我國2020年城鎮居民人均可支配收入約為44000元，那麼這位首富的可支配收入就相當於2.2億元。這是什麼概念呢？

圖3.天文學家發現的超富鋰恆星TYC429-2097-1。版權／張睿

堪稱地球最強打工人的蘋果公司CEO蒂姆·庫克先生，據報道其2020年的年薪約為1500萬美元（不算股權收益），換算下來也就剛剛1億元人民幣，尚不及TYC429-2097-1的一半。我們再換一個角度來感受這顆恆星的豪氣。某品牌的電動車S在滿電狀態下擁有約600公里續航里程，它的電池容量達100kWh。如果我們把地球上所有的汽車（約14億輛）全部換成電動車S，且把這顆恆星上的鋰做成一個巨大的充電寶，全部由它來供能，那麼可以同時讓所有汽車開到任何一個你在夜空中能看到的恆星處。

這位富豪的家在蛇夫座，那是銀河系中心最繁華的地段之一，距離我們有4500光年。雖然在天文學尺度上這是一個很近的距離，但是人類現在還沒有任何手段可以到達那裡。值得一提的是，在此之前，鋰元素財富排行榜上的首富是HDE233517，它從2000年被發現以來已經霸榜長達18年之久。而TYC429-2097-1的財富是它的兩倍左右。當然，天文學家早就對於這些恆星中的鉅額財產來源不明看不過去了，一直想調查它們背後的秘密。

那麼，它們是如何發家致富的呢？為了追根溯源，天文學家甚至不惜動用了測謊儀……

來源：中國科學院國家天文臺