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序 當(dāng)你見到多年不見的同學(xué)，親切地問一句：“你現(xiàn)在在做什么？”的時(shí)候，如果對(duì)方深沉而羞澀地吐出一句：“我在研究天文”，通常你會(huì)經(jīng)歷兩三秒無話可說的尷尬，然后不得不瞪大眼睛，由衷地贊嘆一句：“好高深！” 本文旨在避免類似情景的發(fā)生，為你和天文學(xué)書呆子之間創(chuàng)造話題（如果你還愿意和他聊天的話）。 撰文 易疏序（香港大學(xué)物理系博士后）
問題1： 天文學(xué)和天體物理有什么區(qū)別？ 老實(shí)說，對(duì)于這個(gè)問題，我至今還說不出一個(gè)所以然。早年間我曾經(jīng)半開玩笑地說：“天文是文，天體物理是理?！比欢液髞戆l(fā)現(xiàn)，那些天文系的學(xué)生和我這個(gè)物理系天體物理專業(yè)的學(xué)生學(xué)的是一樣的課，做的是相似的課題，參加的是同一個(gè)會(huì)議，水的是同幾個(gè)期刊。更重要的是，幾乎我問過的所有天文學(xué)／天體物理學(xué)的學(xué)生、老師都對(duì)這個(gè)問題的答案莫衷一是，于是我只能說：“這個(gè)問題不重要。吶，人呢，開心就好。” 問題2：天文學(xué)在研究什么？（你的同學(xué)心里都在想啥？） 按照我博士導(dǎo)師張雙南教授的說法，地球大氣層以上的部分都?xì)w天文學(xué)研究。如此說來的話，整個(gè)宇宙中只有極小部分是天文學(xué)家不研究的，而天文學(xué)家自己恰恰生活在他們不研究的那部分世界里。他們還真是會(huì)找重點(diǎn)呢。 天文學(xué)研究的對(duì)象，按照尺度，可以分成這么幾類：一類是和恒星相關(guān)的。包括了恒星的一生：恒星的前世——原恒星、分子云；恒星的壯年生活——主序星；恒星的老年——巨星、行星狀星云；恒星的“尸體”——白矮星、中子星、黑洞。每一個(gè)階段又可以衍生出無數(shù)的課題，比如八卦一些恒星和他的妻子之間的戀愛史——雙星系統(tǒng)，恒星的子女們——行星、小行星、彗星等，恒星的家族——星團(tuán)，黑洞和恒星的互動(dòng)、中子星和恒星的互動(dòng)、中子星和周圍環(huán)境的互動(dòng)、中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、恒星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)......相信你已經(jīng)看出來了，我可以一直寫下去。 尺度再大一點(diǎn)的一類，就是研究星系。如果恒星是一個(gè)人，那么星系就是一個(gè)國家。國家的疆域里面不僅有人、還有動(dòng)植物、山川河岳、沙漠戈壁等等豐富多彩的東西。同樣，星系里也不止有恒星，還有致密天體、宇宙射線、氣體、暗物質(zhì)、塵埃、星系核黑洞、衛(wèi)星星系等各種有意思的東西。國與國之間會(huì)發(fā)生戰(zhàn)爭、聯(lián)姻，星系與星系也會(huì)有碰撞、并合。如果特洛伊戰(zhàn)爭可以寫成《伊利亞特》的話，那么星系之間的合并將是多么恢弘的史詩！ 有了國家，就會(huì)有國家聯(lián)盟。星系也會(huì)聚集成團(tuán)，形成星系團(tuán)。星系團(tuán)里除了有星系之外，還有大量的暗物質(zhì)和熱氣體。研究星系團(tuán)里星系的形狀、星系團(tuán)和星系團(tuán)的碰撞，這些都是研究暗物質(zhì)性質(zhì)的好方法。目前為止，關(guān)于暗物質(zhì)的線索，人類只有從天文學(xué)家這里獲知。 最后，至大無外，天文學(xué)家也研究整個(gè)宇宙。研究它如何從一個(gè)點(diǎn)膨脹成現(xiàn)在這樣、宇宙如今有沒有在加速膨脹、未來宇宙會(huì)與會(huì)繼續(xù)膨脹、宇宙中的元素如何形成、宇宙中的星系如何形成..... 問題3：天文學(xué)怎么研究？（你的同學(xué)每天都在干啥？） 有一個(gè)成語叫“窺一斑而知全豹”，特別適合形容天文學(xué)研究，如果用更接地氣的比喻就是“盲人摸象”。因?yàn)樘煳难芯康哪繕?biāo)不是太大，就是太遠(yuǎn)。人們坐在地球上，永遠(yuǎn)都只能獲得零星的關(guān)于天體的信息，然后要根據(jù)這些信息猜出那“象”究竟長什么樣。根據(jù)分工不同，有人負(fù)責(zé)“摸”，有人負(fù)責(zé)“猜”。那些負(fù)責(zé)摸的人就叫“觀測家”，負(fù)責(zé)猜的人就叫“理論家”。 1、觀測 觀測分很多種觀測方法。最容易想到的就是從望遠(yuǎn)鏡里看天體的圖像，比如研究彌散星云、星團(tuán)、星系、星系團(tuán)、都可以用這種方法。人去檢查身體，看皮膚就用眼睛看就好了。如果是內(nèi)臟就要做B超，如果看骨頭就要X光。看天體也是這樣，你要看到同一個(gè)天體不同深度的東西，就要換用不同波段的望遠(yuǎn)鏡。這些望遠(yuǎn)鏡造價(jià)昂貴，有的還在太空，所以全世界的科學(xué)家們都共享他們的望遠(yuǎn)鏡。 望遠(yuǎn)鏡的主人會(huì)把觀測好的圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，然后放在網(wǎng)站上供其他科學(xué)家們下載使用。所以你的天文學(xué)同學(xué)可能永遠(yuǎn)也沒見過他所用的望遠(yuǎn)鏡，只是每天對(duì)著電腦噼里啪啦地敲擊。
說到這里有人問了，人家花了那么多錢建好的望遠(yuǎn)鏡，憑啥免費(fèi)地給別人用數(shù)據(jù)呢？難道科學(xué)家都是雷鋒？對(duì)此我只能說，是的，科學(xué)家就是雷鋒......當(dāng)然你也可以說，那些發(fā)表的成果都可以計(jì)入望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的成果，以此可以換取更多的項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)。這么說來，資助這個(gè)項(xiàng)目的人／政府部門是雷鋒。反正總之，科學(xué)研究這件事里，如果不加入“雷鋒”這個(gè)元素，那是解釋不通的。 哦，有點(diǎn)扯遠(yuǎn)了。剛才說到看天體的圖像。有大量的天體，他們離地球太遠(yuǎn)了，他們的圖像就是一個(gè)亮點(diǎn)，你就是放大再多倍，還是一個(gè)亮點(diǎn)，有啥可看的呢？這時(shí)候就要用別的手段去觀測了。比如看它的譜線去了解它有那些化學(xué)成分，看連續(xù)譜和偏振去了解它上面發(fā)生了哪些物理過程。還可以看它的光是如何隨時(shí)間變化的，也就是所謂的時(shí)變信息。 2、理論 這些錯(cuò)綜復(fù)雜的觀測結(jié)果發(fā)表出來了，就如同一堆兇案現(xiàn)場勘查報(bào)告擺到了福爾摩斯的辦公桌前，他就需要解釋這一個(gè)問題：“現(xiàn)場究竟發(fā)生過什么？”比如現(xiàn)場拍到了腳印的照片，那么偵探如何知道這腳印的主人的身高體重呢？他可以做一個(gè)和真人比例相同的機(jī)器人模型，讓他穿上鞋在房間里走，留下腳印，然后不斷地調(diào)整機(jī)器人的身高和體重，使機(jī)器人留下的腳印盡可能地接近現(xiàn)場拍回來的腳印。這就是理論家的“建模”過程。與建立一個(gè)實(shí)體的假人模型不同，理論家用物理和數(shù)學(xué)的公式建立起一個(gè)虛擬的現(xiàn)場模型，然后調(diào)整模型的輸入?yún)?shù)，比如在系統(tǒng)里放入一個(gè)黑洞，修改黑洞的質(zhì)量等等，然后計(jì)算出應(yīng)該觀測到的結(jié)果?？纯催@個(gè)模型給出的結(jié)果和真正的觀測結(jié)果是否一致，如果不一致，則修改模型或者調(diào)整參數(shù)。后面這一步叫“擬合”。擬者，揣度也。合者，一致也。擬合即通過使預(yù)測結(jié)果和觀測結(jié)果一致來猜測。 理論家僅僅“擬合”還不夠，還要做出預(yù)言。就是說一些類似于“如果現(xiàn)場真的發(fā)生了我所猜測的情況，那么你們?cè)偃ガF(xiàn)場的草叢里應(yīng)該能找到彈殼”之類的話。觀測家們覺得你的話有道理，他們就會(huì)乖乖地回到“現(xiàn)場”去找“彈殼”。現(xiàn)如今無論是建模還是擬合，一般大家都離不開計(jì)算機(jī)編程了。這一方面是因?yàn)楹唵蔚哪Ｐ鸵呀?jīng)無法解釋越來越多的數(shù)據(jù)，所以模型越來越復(fù)雜；另一方面可能是人們?cè)絹碓綉?，不再愿意為了得到一個(gè)漂亮的解析公式去費(fèi)許多周章地去做近似，湊特殊積分函數(shù)，而寧愿把完整的模型丟給計(jì)算機(jī)去跑（反正計(jì)算機(jī)也不累）。但這樣做的壞處就是，人們讀你的文章時(shí)很難理解你的模型里各個(gè)成分到底如何起作用的；以及別人想重復(fù)和改進(jìn)你的工作，除了自己重新編程以外就只能找你要代碼，而你一般情況下都不給，因?yàn)槟阆胗盟鼇戆l(fā)更多的文章。即使你發(fā)揚(yáng)了科學(xué)界的雷鋒精神，把代碼公開了，很多情況下閱讀理解這個(gè)代碼的難度不亞于自己重新寫一個(gè)。 3、高屋建瓴的天文學(xué)家（boss）
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