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天文学就是看星星?那是门艰深又浪漫的学科

2019年04月11日 02:37 来源:科技日报 参与互动 
    3月13日,来自欧洲南方天文台的一张照片显示,隐藏在猎户座星座最黑暗的角落之一的“宇宙蝙蝠”,穿越两千光年的星际空间在欧洲南方天文台的超大望远镜前展示出它朦胧的翅膀。
    3月13日,来自欧洲南方天文台的一张照片显示,隐藏在猎户座星座最黑暗的角落之一的“宇宙蝙蝠”,穿越两千光年的星际空间在欧洲南方天文台的超大望远镜前展示出它朦胧的翅膀。

  天文学就是看星星? 那是门艰深又浪漫的学科

  本报记者 张盖伦

  前不久,清华大学官方微博宣布其正式成立天文系,纳入理学院。这所顶尖高校,开始以独立院系的方式,培养探索星辰大海的高级人才。

  其实,让很多人惊讶的,并不是清华成立了天文系,而是原来清华此前并没有天文系。

  天文学如此古老,在公众心中,又如此神秘。它是“数理化天地生”六大基础学科之一,但又自带“贵族”气息。在我国,真正开设天文学系的高校寥寥,发展至今,不过也就南京大学、北京师范大学、中国科学技术大学、北京大学等十余所。

  不了解天文专业的人,对它会怀揣诸多浪漫想象。但宇宙的真相并不以诗句形式展现,数学才是它的标准化语言。

  这个专业的学生和研究者会告诉你,学天文也和学其他所有基础学科一样,要忍受枯燥的重复,要面对繁复的公式,要将热爱和坚守作为指路明灯。

  课程很“硬核”,作业让人“酸爽”

  “我都不说我是学天文的,因为一说天文,大家就有各种各样的问题。”北京大学天文系大三学生李嘉轩说。比如,“吃瓜群众”会问天文是文科还是理科,学天文是不是学气象,学天文是不是搞宇航……“我就干脆说我是学物理的。”

  在各大高校的天文学人才培养方案中,也会清晰地列出该专业的核心课程。南京大学天文与空间科学学院本科人才培养方案指出,其目前设有天文学专业和空间科学与技术专业。其中,对天文学专业的描述是:“数学和物理课程是本专业的重要知识基础,计算机知识是必不可少的重要工具。另外,本专业对学生的英语能力也有较高的要求。”核心课程中,有天体力学基础、理论天体物理,球面天文等。而对空间科学技术专业的学生来说,则要学习电路分析、航天器轨道力学、空间天体测量等课程。

  一看名字就知道,课程很“硬核”。

  “本科学习天文,其实意味着你选了一个要学很多数学和物理的专业。”中国科学院国家天文台副研究员李海宁告诉科技日报记者,天文学专业一般有三个方向——天体物理、天体力学和天体测量以及天文技术和方法。不过,在实际的天文研究项目中,通常需要这三个方向的天文学家合力参与。

  具体到各个高校,方向设置会稍有不同。但课程体验可能都会类似——艰深但有趣。

  在北京大学,天文学主要有天体物理和天文高新技术两个方向,后者更偏工程,相对来说更加冷门。一门宇宙探测新技术引论,让接受采访的三个北大高材生回想起来都感觉“酸爽”——“像一门电子系课程”。

  北京大学天文系本科生刘畅向记者回忆起当时最 “崩溃”的一项作业——课程内容是讲授射电望远镜的综合孔径技术,作业是让学生自行设计一个望远镜阵列,并用这个望远镜阵列去探测一片自己设计的星空,得到一组数据后,再还原星空本来的样子。“光代码就要调试好几天。”

  星星可以不看,代码一定要写

  不要总问学天文的学生,那些一闪一闪亮晶晶的都是什么星座。这并非他们必须要掌握的技能。他们也并不常需要“夜观星象”。实际上,就算真正做光学观测,靠的也不是肉眼,而是靠专用的大型天文相机。更何况,很多时候观测用的是射电天文望远镜,收集的是天体的射电波,无需等待夜幕降临。

  观测到底是怎样的体验?“就是等。”本科毕业于英国曼彻斯特大学物理和天体物理专业的彭冠辰说,写好供望远镜使用的程序,设定好观测时间和观测对象,然后“开等”。在等待的过程中,还可以处理下之前望远镜返回的数据。

  李嘉轩也把他们做课题时拿到的图片发给了记者。看起来平平无奇的黑白图片,如同显微镜下的细胞图,分布着各种意义不明的黑点,有的黑点大些,外围还带着模糊的一圈。“这个就是一个星系。就5000万光年,特别近。”为了方便记者理解,他把平时常用的天文距离单位Mpc(百万秒差距)换算成了光年。5000万光年,特别近,这大概就是天文专业学生的距离观吧。

  “不是所有人都需要或者都有条件去看天空的。”李海宁说,原则上念天文的学生需要具备观测星空的常识,但做研究时,很多时候用的不是自己亲自拿到的数据,而是其他望远镜采集到的数据。“现在更多的是一种全球数据共享的模式。”

  学天文就是写代码。星星可以不用看,但是代码一定要写。

  要用代码做什么事情?北京大学天文系本科生亢议不假思索地回答:所有事情。

  望远镜拍的图片,要用代码下载、用代码打开——因为数据量太大,用常规方式打开下载可能要磨蹭到“宇宙尽头”;然后,要用代码提取图片上的有用信息,再根据自己的研究问题和科学目标,用代码去分析这一系列信息的特征,用代码去做模型的拟合……

  “写代码也是我们很重要的智力成果。”亢议说,就算是偏向理论研究,一样也要做模拟,要计算演化,这些都是人力难以完成的工作,必须交给计算机。

  天文专业的学生,虽然是“半野生”的,但也能当合格的程序员。在他们毕业之后,如果不想继续求索宇宙的真相是什么,转行到计算机领域或者做数据分析,也完全没问题。连宇宙这么广阔的数据都能分析,何况行业数据呢?用人单位会这么想。

  宇宙这么大,总有人想看看

  谈起做天文的乐趣,李海宁说以前觉得宇宙和人们距离遥远,做了这么多年天文研究以后,会发现很多规律适用于宇宙万物。“我们每个人跟宇宙大爆炸最开始的一刹那都有千丝万缕的联系,你的身体里带着宇宙大爆炸的证据,这让我觉得自己没有这么渺小。”

  描述自己对天文热爱的源起,好几位天文学专业的学生都会提到一个词——“小时候”。一本书,一张照片,或者一个论坛,就成了冥冥之中的指引。

  “对小朋友来说,看星星难道没有意思吗?我觉得其他东西都没有天文有意思。”李嘉轩来自甘肃定西,他在初中时无意间进入了一个天文论坛,从此就“掉坑”了。也是从论坛上,他知道了天文奥赛的存在,于是一口气参加了三届。最后念了天文系,也是顺理成章。

  彭冠辰则是小时候被书上美丽的星云图片“撩拨”到,一直参加各类天文比赛,参加过社团,也在中学时就观测过星空。不过,他的天文研究之路确实算得上坎坷——一开始,彭冠辰没能考上心仪大学的天文专业,上了北京邮电大学;念了两年应用物理之后,他退了学并申请上了曼彻斯特大学物理和天体物理专业。

  退学也不是没遭到家人反对,毕竟天文是门看起来没什么用的学科。

  彭冠辰说,他一直相信“无用之用”。“我觉得自己开心,或者能让别人开心就很好。有些人负责经济建设,而我就负责保有自己的好奇心,把好奇心驱使下了解到的东西告诉其他人,我也是在完成自己的社会角色。”他说。

【编辑:叶攀】

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