當我們抬頭仰望星空時，或會思考宇宙誕生是否源於大爆炸，其實我們心底裡對宇宙都充滿各種疑問，香港中文大學（中大）物理系副教授嚴人斌教授亦然。八歲那年，他與家人曾在滿天繁星的夜空下紮營，震撼的景象在他心裡悄悄埋下對天文學的熱愛。時至今日，嚴教授已成為國際天文研究團隊「斯隆數字巡天」（Sloan Digital Sky Survey，SDSS）的香港唯一代表成員，致力透過研究，解開星系及恆星形成歷史的各種疑團。
銀河系以外的可觀測宇宙中有數千億個不同的星系，每個都充滿大量的星際氣體及暗物質，亦是恆星誕生、演變及死亡的地方。過去數十年間，天文學家一直嘗試了解恆星與星系的形成及演化。2014年，SDSS開展了名為「Mapping Nearby Galaxies at Apache Point Observatory」 （MaNGA）的項目，收集鄰近星系的光譜數據，用於繪製詳細的星系光譜地圖。經過六年的努力，研究團隊最近公布並對外開放了包含一萬個宇宙星系的光譜數據庫，成為迄今最大規模的同類星系普查。同時，團隊公布「ＭaNGA恆星光譜庫」（MaStar），包含了銀河系二萬四千顆恆星的光譜數據，可為觀測MaNGA星系提供星族的參數比照。
嚴教授在美國肯塔基大學擔任教授時已為MaNGA的項目科學家。他憶述：「當時我投放很多時間發展這個項目，負責制定科學目標以及研發所需的設備技術，務求達到研究目標。」他亦出任MaStar的首席科學家，收集不同恆星的光譜數據，以建立恆星光譜庫。
嶄新光纖束技術 推動詳細的光譜測量
過往SDSS的星系普查只能測量一個星系的中心點所發出的光譜，缺乏用於了解星系結構及內部活動的空間解析的信息。Integral field spectroscopy（IFS）技術的發展，讓天文學家能夠在一個星系測量數十至數百個不同區域的光譜，最後組成一個包含整個星系的完整三維光譜「資料方塊」。MaNGA採用同一技術，利用緊密排列、每束包含幾十到一百多根光纖的光纖束，攝取更全面的星系光譜。
至於速度方面，以往的普查項目雖已收錄數百個星系的光譜數據，但每次只能對準一個星系進行觀測，測量費時。而且，星系性質各有不同，天文學家需要更多的數據樣本才能清楚了解它們的演化，所以MaNGA進一步利用17個光纖束，同時觀測17個目標星系，得以在六年間收集了萬個星系的大型光譜數據，大大提升了研究效率。
談及團隊如何利用望遠鏡進行觀測時，嚴教授解釋：「團隊利用的望遠鏡配有特製鋁板以及用來固定光纖束的金屬盒子，我們會按照目標星系的位置，在鋁板相應位置鑽孔洞和標記編號。進行觀測時 ，研究人員會將光纖束插到相應的孔洞，再把鋁板及金屬盒子放到望遠鏡上，光纖束便會同時對準多個目標星系。我們共有六百多塊同類型鋁板，每一塊各對應天空的一部份。光纖束會攝取星系發出的光線，傳輸到攝譜儀組成光譜。每個星系所需的曝光時間約二至三小時。」
MaNGA項目的目標是透過了解恆星形成、拼合及死亡的重覆過程，窺探星系的生命軌跡。嚴教授說：「情況就如我們可以從樹幹年輪的變異推測過去地球氣候變化一樣，MaNGA的技術能夠透過運算得知星系的內部結構及化學成分，從而了解它們數十憶年來的進化過程。」
見微知著
MaNGA能收集到遙遠星系發出的光線，但難以測量其中個別恆星的光譜，甚或新星和年老恆星的比例。因此，透過觀察及參考自身銀河系中的恆星光譜數據，有助分析不同星族發出的光，了解銀河系以外其他星系的形成。嚴教授表示：「分析星系光譜猶如聽交響樂，我們同時聽到整支樂隊的演奏聲，但只有了解所有樂器各自的音域或特色，才能完整理解交響樂是如何組成。MaStar囊括銀河系各種不同類型的恆星光譜，再透過運算分析，可以知道星系光譜所對應的恆星類型及數量等，藉此重建每個MaNGA星系的恆星形成歷史。」
MaStar及MaNGA採用同一款新型光纖束望遠鏡，但操作有所不同，主要取決於夜空的光暗程度。新月時，夜色較暗，適合用於MaNGA觀測星系；相反，在接近滿月時，用於觀測鄰近的MaStar恆星則較合適。MaStar現已收集了銀河系約二萬四千顆恆星光譜數據，是至今最大型、數據最齊全的恆星光譜庫。
下一代SDSS星系普查將進一步提升新型光纖束技術，集中研究銀河系及鄰近星系的星際氣體及新恆星，如仙女座星系。嚴教授將帶領中大團隊開展「Affordable Multiple Aperture Spectroscopy Explorer」（AMASE）項目，深入研究恆星形成的過程如何自我調控。由於銀河系內的恆星誕生區域及鄰近星系在天空覆蓋面積較大，AMASE團隊亦將建構更高成本效益的攝譜儀，放置於小型望遠鏡上，配有更多光纖組成的光纖束，以擴大觀測時的天空覆蓋面積。
嚴教授很高興能在中大發展這類天文項目，並說：「香港的天文學家為數不多，但有幸擁有一流大學及政府願意投資基礎研究。而且，這邊的拓展機會很多，亦是我選擇留港發展的原因。」
他認為，SDSS計劃對科學界的影響深遠：「這個計劃實踐了『開放科學』，讓來自世界各地不論專業或業餘的科學家或研究人員都能接觸研究的數據。」
