搜寻宇宙锂富豪

闫宏亮　李双

在我们的日常生活中，锂被广泛应用于电池、玻璃、陶瓷等行业，随着电子产品的不断发展，锂电池的使用也越来越多地融入了我们的生活，成为21世纪新能源的代表之一。而在天文学家眼中，锂元素却是个不折不扣的熊孩子。很多看起来完美无瑕的天文理论，只要锂元素一掺和进来，就会变得非常棘手。

认识富锂巨星

以恒星为例，有一种叫作巨星（giant star，即巨人恒星）的天体，比普通恒星在体型上要大得多。巨星并不是宇宙王国中的新物种，它们只是普通恒星的暮年阶段而已。就像人类到了晚年身体可能会发福一样，巨星也只是普通恒星进入暮年后变“胖”了。

按照经典恒星演化理论，巨星中的锂含量应该很低。为什么呢？因为恒星在膨胀过程中会把表面的物质带到恒星内部，再把内部的物质挖掘到恒星表面。熊孩子锂有个致命的缺点——怕热。一旦进入恒星内部的高温区域，它会立刻分解成2个氦。巨星的锂元素就这样持续被消耗，却一直得不到补充，巨星拥有的锂就会越来越少。

打个比方，恒星同志为了发光发热，不断进行核聚变，现在想要退休养老，就要把自己年轻时攒的锂财富取出来，花掉一大笔。天文学家在对银河系的“星口”进行普查时，发现99%的暮年恒星，锂财富都急剧缩水，的确与科学家预测的银河系暮年恒星锂财富经济模型相符。本以为找到了暮年恒星的现状规律，结果忘了锂元素调皮捣蛋的特性，在普查到最后1% 的暮年恒星时，突然发现它们的锂财富非但没少，有的甚至比退休前还多了很多。这些坐拥大量锂财富的暮年恒星，被天文学家形象地称为“富锂巨星”。

富锂巨星的发现可以说完全是一次巧合。1980年，天文学家华勒斯坦和斯内登在寻找钡丰度高的恒星时，偶然发现一颗巨星中出现了很深的锂吸收线。经过他们反复验证，证明这颗恒星中锂元素的丰度竟然超过太阳100倍。

富锂巨星的发现在当时引起了巨大反响，以至于几乎每个观测天文学家都对这些富得流油的恒星跃跃欲试，想寻找更多这类天体。结果是“不找不知道，找了知不妙”——富锂巨星的数量十分稀少，在望远镜技术尚不如今天先进的时代，运气好的天文学家，往往需要连续观测数百颗恒星后，才能找到一两颗富锂巨星。望远镜的时间成本与产出严重不成比例。

富锂巨星的搜寻

随着近年望远镜和巡天规模的发展，富锂巨星的搜寻终于变得不再那么遥不可及。

巡天就是天文学家用望远镜将天空上的天体无差别地观测一遍。当然，由于望远镜本身各不相同，因此每个巡天项目的侧重点和能力也不尽相同。如果单从数量上将主要巡天项目对富锂巨星的搜寻进行总结，可以得到各大巡天项目（LAMOST、GALAH、GAIA、PTPS、SDSS、RAVE）发现的富锂巨星数目的对比。从结果中可以看到，LAMOST一骑绝尘，将其他姊妹项目甩在了身后。

這是为什么呢？这就要说到LAMOST的强项之一——超高的光谱获取效率。

LAMOST焦面上共有4000根光纤，你可以简单地认为，它的一次曝光可以同时获取4000条光谱。这是什么概念呢？要知道，即使在地球上最晴朗的夜空下，视力良好的人满打满算在天空中也就只能看到约3000颗恒星。单纯从数量上看，LAMOST一次曝光就能把裸眼能见到的所有恒星都拍摄下来（尽管它不能一次看到天空中的所有位置），还富余1000根光纤。这架光谱收集器从2011年起，开足马力，仅用了2年时间就超过了人类有史以来获取的所有光谱的总和。

截至目前，LAMOST已经获得了约1500万条光谱，这就意味着如果一名狂热的天文爱好者每天都研究一条光谱，他至少需要花费41000年才能把所有光谱研究完。

在天文学家的不懈努力和LAMOST超高的观测效率下，如今我们已经找到了10000多颗富锂巨星。它们就是那1%、隐藏在普通暮年恒星中的“土豪”。如果以锂元素为货币进行估算，银河系中最富有的那1%暮年恒星持有的财富，占到所有暮年恒星财富的1/4。

富锂巨星首富

在寻找富锂土豪的过程中，LAMOST发现了富锂巨星中的首富——TYC429-2097-1。

经过天文学家的精确计算，发现这位首富的锂财富是普通暮年恒星平均水平的5000倍以上。如果换算成工资，我国2020年城镇居民人均可支配收入约为4.4万元，那么这位首富的可支配收入就相当于2.2亿元。

这是什么概念呢？苹果公司CEO蒂姆·库克先生，据报道其2020年的年薪约为1500万美元（不算股权收益），换算下来也就刚刚1亿元人民币，尚不及TYC429-2097-1的一半。我们再换一个角度来感受这颗恒星的豪气。某品牌的电动车在满电状态下拥有约600千米续航里程，它的电池容量达100千瓦时。如果我们把地球上的所有汽车（约14亿辆）全部换成这种电动车，且把这颗恒星上的锂做成一个巨大的充电宝，全部由它来提供电能，那么可以同时让所有汽车开到任何一个你在夜空中能看到的恒星处。

这位富豪的家在蛇夫座，那是银河系中心最繁华的地段之一，距离我们有4500光年。虽然在天文学尺度上这是一个很近的距离，但是人类现在还没有任何手段可以到达那里。值得一提的是，在此之前，锂元素财富排行榜上的首富是HDE233517。它从2000年被发现以来已经霸榜长达18年之久。而TYC429-2097-1的锂财富是它的2倍左右。

本文内容来自《中国国家天文》2021年第2期