□ 北京師范大學 高 爽

天文學：理解這個宇宙

□ 北京師范大學 高 爽

多年以前，英國有一位男青年，和我們一樣準備高考上大學。在選擇專業(yè)的時候，他發(fā)現(xiàn)了天文學（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)——浪漫與科學共存，冷艷與情懷同在”，他一邊這么想著，就一邊決定了進入天文系學習。可是好景不長，入學之后的男青年被一連串的高深課程打蒙了。《數(shù)學分析》和《理論物理》還能將就，《實測天文學》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》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呢？說好的一邊曬月亮一邊弄論文呢？學了太多的數(shù)學和物理，做了大量的計算和推導，編了一個又一個計算機程序，還沒曬過月亮，終于，男青年決定退學了。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36年之后——在他已經(jīng)59歲的時候——重新回到學校，認認真真地觀測，計算，模擬，論證，研究，學習，再學習，寫論文，終于通過畢業(yè)答辯，拿到了天體物理學博士學位。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？若說無趣，又為啥能讓人在放棄36年之后重回天文學懷抱？

布萊恩?梅

天文學，是數(shù)理化天地生這六大基礎(chǔ)學科之一。作為基礎(chǔ)科學，天文學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。天文學是研究宇宙空間和天體的運動、起源、演化、化學組成的科學。為了實現(xiàn)探索宇宙的宏大目標，天文學就必須借助于數(shù)學、物理、計算機輔助等工具。越好得掌握這些工具，就越能理解天文學的現(xiàn)象，越容易探索天文學的規(guī)律。這就是為什么天文學專業(yè)在入門階段要學大量的數(shù)學和物理方面的基礎(chǔ)課。另一個方面，作為一門科學，數(shù)學是它的標準化語言。所以天文學的現(xiàn)象、規(guī)律、行為、假設(shè)、結(jié)論、方法，實際上都要通過數(shù)學的形式表達出來。

傳統(tǒng)上說天文學有三大分支，分別是天體物理學、天體力學、天體測量學。今天的實際情況是，天體物理學高度發(fā)展，已經(jīng)普遍地采用天體物理學的方法來做天體力學和天體測量學要做的事情。北京師范大學和南京大學仍有天體力學的研究方向。主流上說，大部分天文學工作者工作在天體物理學方面。更細地劃分，天體物理學又包括太陽系和行星研究、太陽物理、恒星物理、銀河系、宇宙學等諸多研究領(lǐng)域。一般來說，天文學的本科學習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，都需要學習恒星的演化理論；研究恒星、銀河系和宇宙學都需要最基本的測量距離的知識和方法。計算能量，模擬運動，分析受力，歸納化學……所有這些基礎(chǔ)理論，都需要在本科階段統(tǒng)一學習。所以，從這個角度來說，天文學專業(yè)需要學習大量高等數(shù)學和物理，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)理論的學習以外，還有一些專業(yè)技能的學習。天文學是一門以觀測為基礎(chǔ)的科學。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（當然還有太陽）的觀測是很基礎(chǔ)的技術(shù)。這就要求學習如何操作望遠鏡（那可都是幾噸重的大家伙），學習如何探測和記錄觀測到的結(jié)果，學習如何用計算機輔助分析這些結(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。要學習、傳播、與世界上其他地方的學生、學者分享天文的知識，就必須用統(tǒng)一的學術(shù)語言，即撰寫英語論文。所以天文學專業(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。

為了更有效的學習，為了更容易掌握那些抽象的知識和技能，其實今天的天文學專業(yè)學習是非常鼓勵實踐的。從大學一年級開始，每年暑假都會有專門的機會讓學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)天文學研究的能力。學習書本知識之余，能在導師的輔導下通過自己的努力發(fā)現(xiàn)一點宇宙的新規(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生們的足跡。從這一點來說，今天的學習環(huán)境要比布萊恩?梅年輕的時候好了不知多少倍呀。

天文學是一門利用科學研究探索宇宙未知規(guī)律的基礎(chǔ)學科。所以天文學專業(yè)的就業(yè)，核心就是圍繞著科學研究進行的。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?；蛘业教煳呐_和大學的固定研究職位，或當一名老師從事高等教育和天文學研究。這是一條艱難的學者之路，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）

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

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

數(shù)學類：

《大學數(shù)學》、《數(shù)學物理方法》、《計算方法》

物理類：

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

天文類：

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

計算機類：

《天文軟件程序》、《Linux》

（責任編輯 馮）