□ 北京師范大學(xué) 高 爽

天文學(xué)：理解這個宇宙

□ 北京師范大學(xué) 高 爽

多年以前，英國有一位男青年，和我們一樣準(zhǔn)備高考上大學(xué)。在選擇專業(yè)的時候，他發(fā)現(xiàn)了天文學(xué)（astronomy）這個專業(yè)，頓時好感爆棚，結(jié)合自己兒時讀過的書，抬頭看看星空，“嗯，這是一個完美的專業(yè)——浪漫與科學(xué)共存，冷艷與情懷同在”，他一邊這么想著，就一邊決定了進(jìn)入天文系學(xué)習(xí)?？墒呛镁安婚L，入學(xué)之后的男青年被一連串的高深課程打蒙了?！稊?shù)學(xué)分析》和《理論物理》還能將就，《實測天文學(xué)》和《天文數(shù)據(jù)處理》麻煩可大了，等到了《射電天文》和《宇宙學(xué)》青年基本上已經(jīng)崩潰了。說好的看星星呢？說好的白天睡覺晚上學(xué)呢？說好的一邊曬月亮一邊弄論文呢？學(xué)了太多的數(shù)學(xué)和物理，做了大量的計算和推導(dǎo)，編了一個又一個計算機(jī)程序，還沒曬過月亮，終于，男青年決定退學(xué)了。從此專心玩樂隊，一發(fā)不可收拾，他所組建的皇后樂隊（QUEEN）一舉成為西方流行音樂的領(lǐng)袖，幾張專輯霸占著金榜首位遲遲不肯退位。這位男青年就是皇后樂隊的創(chuàng)始人和主音吉他手布萊恩?梅（Brian May）。如果你愛好音樂，應(yīng)該還能哼幾句布萊恩?梅作曲的We will rock you。

就是這位音樂領(lǐng)域的高富帥，在放棄天文學(xué)36年之后——在他已經(jīng)59歲的時候——重新回到學(xué)校，認(rèn)認(rèn)真真地觀測，計算，模擬，論證，研究，學(xué)習(xí)，再學(xué)習(xí)，寫論文，終于通過畢業(yè)答辯，拿到了天體物理學(xué)博士學(xué)位。我們在感嘆這位文藝男青年，哦不，文藝男中老年的有趣之余，不禁得問個問題。

天文學(xué)這個專業(yè)，究竟是什么樣呢？

若說有趣，為啥能讓人絕望到退學(xué)？若說無趣，又為啥能讓人在放棄36年之后重回天文學(xué)懷抱？

布萊恩?梅

天文學(xué)，是數(shù)理化天地生這六大基礎(chǔ)學(xué)科之一。作為基礎(chǔ)科學(xué)，天文學(xué)要面對的問題就是探索我們的未知世界，具體來說，這個未知世界有宇宙這么大。天文學(xué)是研究宇宙空間和天體的運(yùn)動、起源、演化、化學(xué)組成的科學(xué)。為了實現(xiàn)探索宇宙的宏大目標(biāo)，天文學(xué)就必須借助于數(shù)學(xué)、物理、計算機(jī)輔助等工具。越好得掌握這些工具，就越能理解天文學(xué)的現(xiàn)象，越容易探索天文學(xué)的規(guī)律。這就是為什么天文學(xué)專業(yè)在入門階段要學(xué)大量的數(shù)學(xué)和物理方面的基礎(chǔ)課。另一個方面，作為一門科學(xué)，數(shù)學(xué)是它的標(biāo)準(zhǔn)化語言。所以天文學(xué)的現(xiàn)象、規(guī)律、行為、假設(shè)、結(jié)論、方法，實際上都要通過數(shù)學(xué)的形式表達(dá)出來。

傳統(tǒng)上說天文學(xué)有三大分支，分別是天體物理學(xué)、天體力學(xué)、天體測量學(xué)。今天的實際情況是，天體物理學(xué)高度發(fā)展，已經(jīng)普遍地采用天體物理學(xué)的方法來做天體力學(xué)和天體測量學(xué)要做的事情。北京師范大學(xué)和南京大學(xué)仍有天體力學(xué)的研究方向。主流上說，大部分天文學(xué)工作者工作在天體物理學(xué)方面。更細(xì)地劃分，天體物理學(xué)又包括太陽系和行星研究、太陽物理、恒星物理、銀河系、宇宙學(xué)等諸多研究領(lǐng)域。一般來說，天文學(xué)的本科學(xué)習(xí)階段并不需要明確區(qū)分這些研究領(lǐng)域，所有領(lǐng)域涉及到的專業(yè)知識基礎(chǔ)是一致的。舉例來說，研究太陽和其他恒星，都需要學(xué)習(xí)恒星的演化理論；研究恒星、銀河系和宇宙學(xué)都需要最基本的測量距離的知識和方法。計算能量，模擬運(yùn)動，分析受力，歸納化學(xué)……所有這些基礎(chǔ)理論，都需要在本科階段統(tǒng)一學(xué)習(xí)。所以，從這個角度來說，天文學(xué)專業(yè)需要學(xué)習(xí)大量高等數(shù)學(xué)和物理，并且所要求的難度，比很多理科專業(yè)都要高一些。

除了基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)以外，還有一些專業(yè)技能的學(xué)習(xí)。天文學(xué)是一門以觀測為基礎(chǔ)的科學(xué)。一切理論都必須建立在觀測事實的基礎(chǔ)上。所以對頭頂星空（當(dāng)然還有太陽）的觀測是很基礎(chǔ)的技術(shù)。這就要求學(xué)習(xí)如何操作望遠(yuǎn)鏡（那可都是幾噸重的大家伙），學(xué)習(xí)如何探測和記錄觀測到的結(jié)果，學(xué)習(xí)如何用計算機(jī)輔助分析這些結(jié)果。這里面就涉及到了天文專業(yè)的4到5門的相關(guān)課程。在這個過程中，你要跟口徑幾米甚至幾十米的望遠(yuǎn)鏡打交道，要住在山上追蹤星空，要倒騰幾百個G的大數(shù)據(jù)。

天文學(xué)專業(yè)是一個特別好的國際合作的事業(yè)。因為無論阿拉伯人還是日耳曼人，星空都是一樣的。在宇宙面前，人與人之間的差別變得渺小了。要學(xué)習(xí)、傳播、與世界上其他地方的學(xué)生、學(xué)者分享天文的知識，就必須用統(tǒng)一的學(xué)術(shù)語言，即撰寫英語論文。所以天文學(xué)專業(yè)還要求較高的英語水平，至少需要很好地閱讀專業(yè)論文和寫作。從本科到研究生階段，至少還有2到3門課要解決這方面的問題。

為了更有效的學(xué)習(xí)，為了更容易掌握那些抽象的知識和技能，其實今天的天文學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)是非常鼓勵實踐的。從大學(xué)一年級開始，每年暑假都會有專門的機(jī)會讓學(xué)生深入到各個天文臺的前沿研究課題中去，從基礎(chǔ)做起，真刀真槍地見識真問題、真數(shù)據(jù)，培養(yǎng)天文學(xué)研究的能力。學(xué)習(xí)書本知識之余，能在導(dǎo)師的輔導(dǎo)下通過自己的努力發(fā)現(xiàn)一點(diǎn)宇宙的新規(guī)律，是多么美好的事??！甚至，近年來，我們已經(jīng)把看星星和實踐課題的觸手伸到國外去了，韓國、日本、澳大利亞等地都留下了學(xué)生們的足跡。從這一點(diǎn)來說，今天的學(xué)習(xí)環(huán)境要比布萊恩?梅年輕的時候好了不知多少倍呀。

天文學(xué)是一門利用科學(xué)研究探索宇宙未知規(guī)律的基礎(chǔ)學(xué)科。所以天文學(xué)專業(yè)的就業(yè)，核心就是圍繞著科學(xué)研究進(jìn)行的。本科畢業(yè)繼續(xù)讀研究生（這個比例是50%以上），直到博士畢業(yè)（出國的比例是很高的，大約30%）。在這個求學(xué)的過程中會逐漸確定自己的興趣和研究方向，積累一些自己的心得。然后，要在全世界范圍尋找與你的研究方向相關(guān)的科研單位，天文臺或者大學(xué)天文系。申請去那里做上兩三年博士后。在此期間需要很專注地進(jìn)行專業(yè)研究，之后，憑借自己的能力考慮下一步的職業(yè)發(fā)展。或找到天文臺和大學(xué)的固定研究職位，或當(dāng)一名老師從事高等教育和天文學(xué)研究。這是一條艱難的學(xué)者之路，這條路并不好走，往往下班時間腦海中也在拼命思考著很多問題。同時，這又是一條能見識到大風(fēng)景的路，有多少宇宙的秘密在那一瞬間只有你一個人洞悉？或是在下班的路上抬頭看見星空覺得十分熟悉？

星空下的LAMOST（蘇晨攝）

當(dāng)然，并不是每個人都必須選擇天文學(xué)研究和高等教育的路子發(fā)展下去。除此之外，還可以憑借天文學(xué)學(xué)習(xí)的基本功，轉(zhuǎn)移到物理學(xué)研究或數(shù)學(xué)研究等領(lǐng)域。如果不做科研和教學(xué)，還可以從事科學(xué)傳播方面的工作，或是基礎(chǔ)教育。比如天文館和中學(xué)，從事面向社會公眾和中學(xué)生的基礎(chǔ)教育工作。

天文專業(yè)在每所大學(xué)中的培養(yǎng)方案略有差異，但基本上的課程都是大體相同的。

數(shù)學(xué)類：

《大學(xué)數(shù)學(xué)》、《數(shù)學(xué)物理方法》、《計算方法》

物理類：

《力學(xué)》、《光學(xué)》、《熱學(xué)》、《電磁學(xué)》、《量子物理》、《理論力學(xué)》、《電動力學(xué)》、《量子力學(xué)》、《熱力學(xué)與統(tǒng)計物理》、《近代物理實驗》

天文類：

《天文學(xué)導(dǎo)論》及實驗、《實測天文學(xué)》及實驗、《天文學(xué)前沿》、《天文數(shù)據(jù)處理》、《文獻(xiàn)選讀》、《恒星大氣》、《球面天文學(xué)》、《天體力學(xué)》、《星系天文學(xué)》、《恒星結(jié)構(gòu)與演化》、《太陽物理》、《宇宙學(xué)》

計算機(jī)類：

《天文軟件程序》、《Linux》

（責(zé)任編輯 馮）