王澤洲 湖南廣益實(shí)驗(yàn)中學(xué)

引言：

眾所周知，天文探索屬于科學(xué)研究中的重要組成部分，看似離我們很遙遠(yuǎn)，實(shí)則與生活息息相關(guān)。天文學(xué)不僅影響了人類文明的進(jìn)步，還對(duì)自然科學(xué)理論的形成和發(fā)展產(chǎn)生了推動(dòng)作用，打破了人們思想和觀念上的局限性，驗(yàn)證了“日心說”理論，對(duì)未來社會(huì)的建設(shè)也存在實(shí)際意義。

1 天文學(xué)概述

簡(jiǎn)單來講，天文學(xué)即是探索宇宙天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律、本質(zhì)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型的過程，在人類文明史上起到了至關(guān)重要的作用。實(shí)際方法為利用設(shè)備采集天體反饋到地球上的信息，從而總結(jié)出其狀態(tài)、方位和軌跡。

天文學(xué)中涉及到的效應(yīng)有很多種，例如多普勒效應(yīng)、光的紅移現(xiàn)象、軌道效應(yīng)、冉紹爾效應(yīng)等。本文就多普勒效應(yīng)和紅移現(xiàn)象進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

其一，多普勒效應(yīng)。舉個(gè)例子，當(dāng)我們靠近汽車時(shí)，聽到鳴笛聲音很大，音調(diào)很高；當(dāng)我們遠(yuǎn)離汽車時(shí)，聽到的鳴笛聲音很小，音調(diào)很低。這屬于聲波的多普勒效應(yīng)，而光波也存在著同樣的變化原理，即是頻率會(huì)隨著觀測(cè)距離改變。在多普勒效應(yīng)的影響下，很多天文學(xué)難題都得到了解決，研究人員可以通過其研究天地運(yùn)動(dòng)，判斷太陽(yáng)黑子等宇宙活動(dòng)的規(guī)律，掌握“雙星系統(tǒng)”的特點(diǎn)……

其二，紅移現(xiàn)象。紅移即是光波在其他因素的影響下朝紅端移動(dòng)的過程，隨之將會(huì)出現(xiàn)頻率降低、波長(zhǎng)變長(zhǎng)的情況。換言之，人們?cè)谟^測(cè)星體時(shí)，見到的電磁波會(huì)出現(xiàn)紅移，其本質(zhì)上屬于多普勒效應(yīng)的范疇，所以也稱之為多普勒紅移。

2 天文探索的未來發(fā)展之路

隨著新時(shí)期經(jīng)濟(jì)水平與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種天文觀測(cè)設(shè)備也呈現(xiàn)出了創(chuàng)新性和智能性的變化趨勢(shì)，在很多不同中望遠(yuǎn)鏡的作用之下，宇宙離我們已經(jīng)越來越近，甚至還有些望遠(yuǎn)鏡被送到太空用于天文學(xué)現(xiàn)象的觀測(cè)。傳統(tǒng)觀測(cè)方法主要利用光學(xué)，現(xiàn)階段已經(jīng)融入了紅外、紫外以及多種電磁射線，為天文學(xué)的發(fā)展提供了有利條件。

從國(guó)際的角度來講，近代的天文學(xué)研究已經(jīng)形成了五次飛躍。最早的一次存在于文藝復(fù)興時(shí)期，由伽利略研究的可以觀測(cè)星空的高倍望遠(yuǎn)鏡，為后期人民探索宇宙埋下了伏筆。而后，美國(guó)于1931年探測(cè)到了太空射向地球的輻射，為可見光觀測(cè)奠定了基礎(chǔ)。1987年，中微子信號(hào)被發(fā)現(xiàn)，生成了相關(guān)的天文學(xué)，推動(dòng)了觀測(cè)的進(jìn)一步發(fā)展。2016年，美國(guó)通過探測(cè)裝置獲取到了引力波。進(jìn)入到二十一世紀(jì)后，科學(xué)水平的提高更是對(duì)天文學(xué)起到了助推作用，預(yù)示著天文探測(cè)將邁入一個(gè)全新的時(shí)代。

從國(guó)內(nèi)的角度來講，我國(guó)起步較晚，但是發(fā)展較為迅速，從1978年的高空氣球觀測(cè)天體到二十一世紀(jì)的航天工程，可稱得上是跨越性發(fā)展。2001年，我國(guó)發(fā)射的神舟二號(hào)飛船上首次搭載了探測(cè)設(shè)備，而嫦娥號(hào)的登月成功也預(yù)示著我國(guó)天文學(xué)研究邁上了新的臺(tái)階。2015年，我國(guó)發(fā)射了觀測(cè)衛(wèi)星，而下一步的遠(yuǎn)大目標(biāo)是在宇宙中建立空間站，供研究人員使用和探測(cè)。該計(jì)劃預(yù)期在兩年之后施行，在國(guó)際科研人士的幫助下建立成能搭載各種觀測(cè)器及大型高倍望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備的空間站。γ射線暴在天文學(xué)領(lǐng)域?qū)儆趧×业幕顒?dòng)，現(xiàn)階段對(duì)其研究還局限于位置、能量大小、運(yùn)動(dòng)時(shí)間等方面，所以我國(guó)將投入POLAR探測(cè)設(shè)備將射線暴中的偏振和磁場(chǎng)情況作為主要檢測(cè)方向，解開天文學(xué)的謎團(tuán)?，F(xiàn)階段，我國(guó)的天文學(xué)機(jī)構(gòu)主要設(shè)置在中科院以及基層單位，各重點(diǎn)高校也開始重視天文學(xué)知識(shí)的滲透，設(shè)立了研究基地。我國(guó)天文臺(tái)的研究?jī)?nèi)容主要是空間探測(cè)和月球觀測(cè)，其中的一項(xiàng)計(jì)劃是探月工程，對(duì)于射電、地質(zhì)、遙感和天體等也有所涉及。南京的天文臺(tái)主要作用是支持我國(guó)的天文學(xué)研究，對(duì)于各種粒子的觀測(cè)以及技術(shù)研究都做出了貢獻(xiàn)。

除此之外，隨著大數(shù)據(jù)的發(fā)展，天文學(xué)研究也獲得了創(chuàng)新的契機(jī)。由于觀測(cè)的數(shù)據(jù)較為龐大，無論是整理、記錄還是運(yùn)算上都存在著難度，研究人員可以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輔助下實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)整合運(yùn)算，使先進(jìn)技術(shù)與天文探索相融合，將海量數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單處理，避免其中出現(xiàn)誤差。試想一下，若科研者們觀測(cè)到的數(shù)據(jù)不同，使用的設(shè)備不同，歸屬的機(jī)構(gòu)不同，如何實(shí)現(xiàn)信息的共享利用？大數(shù)據(jù)打破了這兩種局限，由此研發(fā)的FITS系統(tǒng)能將數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一化處理，文本內(nèi)容也盡量簡(jiǎn)潔明了，一目了然，而且相互之間的轉(zhuǎn)換只需要簡(jiǎn)單的操作，促進(jìn)了天文學(xué)的發(fā)展。傳統(tǒng)研究中，很多遺留下的數(shù)據(jù)由于運(yùn)算手段和技術(shù)還不夠成熟，所以還未經(jīng)處理或者處理的不夠準(zhǔn)確，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)能將從前的信息數(shù)據(jù)重新整合、錄入并得出結(jié)果，驗(yàn)證從前理論的真實(shí)性，有利于提高研究效率，減少運(yùn)算偏差。大數(shù)據(jù)系統(tǒng)還將作為信息的儲(chǔ)存庫(kù)，用其強(qiáng)大的功能儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，便于后期的采集和研究?，F(xiàn)階段的計(jì)算機(jī)職能應(yīng)對(duì)小型數(shù)據(jù)，想要實(shí)現(xiàn)滿足天文學(xué)的海量數(shù)據(jù)運(yùn)算還需要一定的發(fā)展歷程。

3 結(jié)論

總而言之，天文學(xué)涉及的領(lǐng)域眾多，能對(duì)我們的學(xué)習(xí)起到積極影響。隨著時(shí)代的發(fā)展，天文學(xué)也逐漸介入了大數(shù)據(jù)技術(shù)，海量數(shù)據(jù)的整合和處理也成了當(dāng)前天文學(xué)研究中的重點(diǎn)內(nèi)容，為了使數(shù)據(jù)資源得到共享和利用，研究人員也在不斷開發(fā)新系統(tǒng)。我們也要努力學(xué)習(xí)，爭(zhēng)取為天文學(xué)的發(fā)展貢獻(xiàn)出自己的一份力量。