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天文学就是看星星?那是门艰深又浪漫的学科

来源:科技日报2019-04-11 08:42

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  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。

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