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天文學就是看星星?那是門艱深又浪漫的學科
2019-04-11 18:19:33   來源:科技日報

  前不久,清華大學官方微博宣布其正式成立天文系,納入理學院。這所頂尖高校,開始以獨立院系的方式,培養探索星辰大海的高級人才。

  其實,讓很多人驚訝的,并不是清華成立了天文系,而是原來清華此前并沒有天文系。

  天文學如此古老,在公眾心中,又如此神秘。它是“數理化天地生”六大基礎學科之一,但又自帶“貴族”氣息。在我國,真正開設天文學系的高校寥寥,發展至今,不過也就南京大學、北京師范大學、中國科學技術大學、北京大學等十余所。

  不了解天文專業的人,對它會懷揣諸多浪漫想象。但宇宙的真相并不以詩句形式展現,數學才是它的標準化語言。

  這個專業的學生和研究者會告訴你,學天文也和學其他所有基礎學科一樣,要忍受枯燥的重復,要面對繁復的公式,要將熱愛和堅守作為指路明燈。

  課程很“硬核”,作業讓人“酸爽”

  “我都不說我是學天文的,因為一說天文,大家就有各種各樣的問題。”北京大學天文系大三學生李嘉軒說。比如,“吃瓜群眾”會問天文是文科還是理科,學天文是不是學氣象,學天文是不是搞宇航……“我就干脆說我是學物理的。”

  在各大高校的天文學人才培養方案中,也會清晰地列出該專業的核心課程。南京大學天文與空間科學學院本科人才培養方案指出,其目前設有天文學專業和空間科學與技術專業。其中,對天文學專業的描述是:“數學和物理課程是本專業的重要知識基礎,計算機知識是必不可少的重要工具。另外,本專業對學生的英語能力也有較高的要求。”核心課程中,有天體力學基礎、理論天體物理,球面天文等。而對空間科學技術專業的學生來說,則要學習電路分析、航天器軌道力學、空間天體測量等課程。

  一看名字就知道,課程很“硬核”。

  “本科學習天文,其實意味著你選了一個要學很多數學和物理的專業。”中國科學院國家天文臺副研究員李海寧告訴科技日報記者,天文學專業一般有三個方向——天體物理、天體力學和天體測量以及天文技術和方法。不過,在實際的天文研究項目中,通常需要這三個方向的天文學家合力參與。

  具體到各個高校,方向設置會稍有不同。但課程體驗可能都會類似——艱深但有趣。

  在北京大學,天文學主要有天體物理和天文高新技術兩個方向,后者更偏工程,相對來說更加冷門。一門宇宙探測新技術引論,讓接受采訪的三個北大高材生回想起來都感覺“酸爽”——“像一門電子系課程”。

  北京大學天文系本科生劉暢向記者回憶起當時最 “崩潰”的一項作業——課程內容是講授射電望遠鏡的綜合孔徑技術,作業是讓學生自行設計一個望遠鏡陣列,并用這個望遠鏡陣列去探測一片自己設計的星空,得到一組數據后,再還原星空本來的樣子。“光代碼就要調試好幾天。”

  星星可以不看,代碼一定要寫

  不要總問學天文的學生,那些一閃一閃亮晶晶的都是什么星座。這并非他們必須要掌握的技能。他們也并不常需要“夜觀星象”。實際上,就算真正做光學觀測,靠的也不是肉眼,而是靠專用的大型天文相機。更何況,很多時候觀測用的是射電天文望遠鏡,收集的是天體的射電波,無需等待夜幕降臨。

  觀測到底是怎樣的體驗?“就是等。”本科畢業于英國曼徹斯特大學物理和天體物理專業的彭冠辰說,寫好供望遠鏡使用的程序,設定好觀測時間和觀測對象,然后“開等”。在等待的過程中,還可以處理下之前望遠鏡返回的數據。

  李嘉軒也把他們做課題時拿到的圖片發給了記者。看起來平平無奇的黑白圖片,如同顯微鏡下的細胞圖,分布著各種意義不明的黑點,有的黑點大些,外圍還帶著模糊的一圈。“這個就是一個星系。就5000萬光年,特別近。”為了方便記者理解,他把平時常用的天文距離單位Mpc(百萬秒差距)換算成了光年。5000萬光年,特別近,這大概就是天文專業學生的距離觀吧。

  “不是所有人都需要或者都有條件去看天空的。”李海寧說,原則上念天文的學生需要具備觀測星空的常識,但做研究時,很多時候用的不是自己親自拿到的數據,而是其他望遠鏡采集到的數據。“現在更多的是一種全球數據共享的模式。”

  學天文就是寫代碼。星星可以不用看,但是代碼一定要寫。

  要用代碼做什么事情?北京大學天文系本科生亢議不假思索地回答:所有事情。

  望遠鏡拍的圖片,要用代碼下載、用代碼打開——因為數據量太大,用常規方式打開下載可能要磨蹭到“宇宙盡頭”;然后,要用代碼提取圖片上的有用信息,再根據自己的研究問題和科學目標,用代碼去分析這一系列信息的特征,用代碼去做模型的擬合……

  “寫代碼也是我們很重要的智力成果。”亢議說,就算是偏向理論研究,一樣也要做模擬,要計算演化,這些都是人力難以完成的工作,必須交給計算機。

  天文專業的學生,雖然是“半野生”的,但也能當合格的程序員。在他們畢業之后,如果不想繼續求索宇宙的真相是什么,轉行到計算機領域或者做數據分析,也完全沒問題。連宇宙這么廣闊的數據都能分析,何況行業數據呢?用人單位會這么想。

  宇宙這么大,總有人想看看

  談起做天文的樂趣,李海寧說以前覺得宇宙和人們距離遙遠,做了這么多年天文研究以后,會發現很多規律適用于宇宙萬物。“我們每個人跟宇宙大爆炸最開始的一剎那都有千絲萬縷的聯系,你的身體里帶著宇宙大爆炸的證據,這讓我覺得自己沒有這么渺小。”

  描述自己對天文熱愛的源起,好幾位天文學專業的學生都會提到一個詞——“小時候”。一本書,一張照片,或者一個論壇,就成了冥冥之中的指引。

  “對小朋友來說,看星星難道沒有意思嗎?我覺得其他東西都沒有天文有意思。”李嘉軒來自甘肅定西,他在初中時無意間進入了一個天文論壇,從此就“掉坑”了。也是從論壇上,他知道了天文奧賽的存在,于是一口氣參加了三屆。最后念了天文系,也是順理成章。

  彭冠辰則是小時候被書上美麗的星云圖片“撩撥”到,一直參加各類天文比賽,參加過社團,也在中學時就觀測過星空。不過,他的天文研究之路確實算得上坎坷——一開始,彭冠辰沒能考上心儀大學的天文專業,上了北京郵電大學;念了兩年應用物理之后,他退了學并申請上了曼徹斯特大學物理和天體物理專業。

  退學也不是沒遭到家人反對,畢竟天文是門看起來沒什么用的學科。

  彭冠辰說,他一直相信“無用之用”。“我覺得自己開心,或者能讓別人開心就很好。有些人負責經濟建設,而我就負責保有自己的好奇心,把好奇心驅使下了解到的東西告訴其他人,我也是在完成自己的社會角色。”他說。(張蓋倫)

【編輯】:馬楠
【責任編輯】:李濤
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