在不少人的心中，天文學是一個充滿浪漫色彩的專業，每天拿著望遠鏡"讀懂"我們頭頂上這片最晦澀也最美麗的星空成了許多學子報考天文系的初始原動力。但其實，天文學和你想象的并不完全一樣，除了仰望星空，更需要腳踏實地。

今年3月28日，清華大學官方宣布"成立清華大學天文系"，消息一經發布，立刻引發網友熱議，微博熱搜閱讀量高達1.5億。其實，除清華大學外，很多高校都設有天文系。天文系究竟學什么？天文系和物理系是什么關系？

▲今年3月28日，清華大學官方宣布"成立清華大學天文系"（圖片來源：清華大學官網）

天文學研究什么？

用中科院高能所研究員，慧眼衛星首席科學家張雙南的話來說，地球大氣層以上的部分都歸天文學研究。天文學（）是一門研究廣袤無垠的宇宙中各類天體及其系統的科學，是研究它的位置、分布、運動、形態、結構、物理狀況、化學組成，相互關系及其起源演化的科學，是最老的自然科學之一。自古以來，人類就觀察天體的運行，把天象與日常生產活動聯系在一起，天文學的歷史幾乎和人類歷史一樣長。

經過幾千年的漫長發展，天文學已經成為了一門內涵十分豐富的基礎學科。"天文學是一個以觀測驅動的學科，包含兩大部分，一個就是天文觀測，另一個是天體物理。"國家天文臺研究員茍利軍說。

古人用肉眼觀星的活動現在變成了天體測量學。若以天文學的發展歷史并結合研究目的來劃分，天體測量學是三大方向之一，研究和測定天體的位置和運動。

▲眾所周知，"地心說"被哥白尼"日心說"取代。但實際上，古羅馬天文學家托勒密觀測并總結的"地心說"理論實際上有非常高的精度，此圖為太陽星各個行星的運動軌跡。（來源：wiki）

與天體測量學關系緊密的是天體力學，在南京大學天文與空間科學學院專業設置中，"天體測量與天體力學"就是一個專業。天體力學也是較早形成的分支學科，今天的科學家仍在用牛頓的萬有引力定律和運動定律研究天體的運動規律。天體力學也研究人造天體的運動，與航天和導航有密切的關系。受觀測能力的限制，我們只能了解太陽系內和為數不多的恒星系統的力學情況。

▲科幻作家劉慈欣的《三體》就源自天體力學中的基本力學模型"三體問題"，這一問題至今無法精確求解。（來源：）

天體物理學（）誕生于19世紀中期，當科學家發現太陽的光譜中有譜線對應化學元素時，天文學新的分支出現了——我們要了解星空更深邃的奧秘。如今，現代天文學和天體物理學幾乎可以等同，因為現代天文學就是應用物理學等科學原理，以及現代技術方法來探索天體的本質。天體物理是觀測和理論的結合。當觀測天體物理學家得到觀測數據后，要理論天體物理學家提出理論來解釋，理論天體物理學家也需要觀測數據來檢驗理論模型的正確性。

人們關心的"流浪地球"（太陽物理），"星際穿越"（黑洞），"火星救援"（行星科學），"ET"（外星信號），天眼FAST（射電天文學），慧眼衛星（X射線天文學），引力波，宇宙大爆炸……都是天體物理學的研究對象，這個聽起來十分高大上的學科能滿足你對星空的任何向往。

▲《星際穿越》中的黑洞，但科學家目前還不知道真正的黑洞是什么樣子。（來源：）

還有一個值得一提的研究方向，就是天文學史。一方面天文學史是科學技術史中的一個方向，可以了解過去人類對天文的探索，以及它所反映的社會與文化現象（天文學與占星有共同的起源）。另外，天文學史也為今天的天文研究提供了寶貴的資料。我國天文學家和天文學史家席澤宗院士通過考察古籍文獻得出了古代新星和超新星爆發記錄對今天的天文學研究有重大影響。美國著名天文學家斯特魯維等人在編寫《二十世紀天文學》一書時，只提到一項中國天文學家的工作，即席澤宗的《古新星新表》。

另外，天文學史的研究中還有一個特別的門類，考古天文學（），利用考古學手段和天文學方法研究人類活動的天文學解釋，如巨石陣、金字塔等，實際上是天文學史、考古學、人類學、統計學等多學科的交叉。

天文學和物理學到底啥關系？

天文學和物理學的發展關系緊密，直至現在無論中外，許多大學里的物理與天文仍同屬一個院系，譬如上海交通大學的物理與天文就在同一個院系"物理與天文學院"。清華大學在成立天文系前，有掛靠在物理系的天體物理中心。

天體物理學能在短短100多年內發展如此迅速，很大程度上是因為20世紀物理學的兩大理論突破，相對論和量子力學。以量子力學原理為根基的核物理和粒子物理的發展，天文學家解釋了恒星的能源問題，以此建立了恒星結構和演化的標準模型，這是20世紀天文學取得的重大成果之一。

很長時間以來科學家對宇宙到底是膨脹模型還是靜態模型做了持久的爭論，愛因斯坦的廣義相對論揭示了宇宙的膨脹，此后發展了現在常提到的宇宙學（），這是在更宏觀層次上研究宇宙的結構形成和演化，宇宙大尺度結構的分布等等。

由于這些研究都需要物理學，宇宙學更像是天文學和理論物理學的交叉學科。當前人類對宇宙的了解，最完善的是暴脹宇宙學模型。這就是把物理學中基本相互作用的統一問題與天文學中的宇宙極早期演化兩個最基本的問題結合在一起。

▲"大爆炸"遺留的宇宙微波背景為我們了解宇宙早期的提供了證據 （來源：）

過去50年，人類探索了研究了"無窮小"的粒子問題和"無窮大"的宇宙問題，這里仍有諸多未解之謎，如暗物質是什么？高能宇宙線的能量是人造加速器能量的一億倍，但其粒子加速過程未知，黑洞提供的極端引力場會產生什么現象？這些都需要大量的物理學知識。

似乎這已經距離常人所想象的天文學距離很遠了。如果感覺自己物理學的不好，那去觀測總行了吧！假如你更想繼承哥白尼、伽利略等偉大天文學家的衣缽去觀測星空，依然要學好物理?，F在的天文觀測方法，主要依靠電磁波，根據天體發出的電磁波波長不同，涵蓋射電天文學、紅外線天文學、紫外線天文學，X射線天文學、γ射線天文學等。還有通過中微子和引力波方法，以及聯合多種觀測手段。多信使天文學時代已經到來，不學物理肯定是不行了。

▲澳大利亞望遠鏡致密陣列（ATCA）是觀測快速射電暴（FRB）的有力工具，圖為望遠鏡與銀河的合成圖。（來源：）

因此，大學本科階段的天文學專業的培養方案，有很大部分課程是與物理系相同。兩類學生都需要先學習必須的數學工具（高等數學/微積分、線性代數、數學物理方法等），物理學基礎必修課程（力、熱、光、電磁）和核心課程（四大力學，理論力學、電動力學、熱力學與統計物理和量子力學）。兩者最大的區別在于物理專業的學生要學習大量的物理實驗相關課程，而天文學專業學生需要學習天文基礎，天體物理概論，觀測天體物理等課程。當然，不同學校會根據自己研究特色開設不同的天文必修課程和選修課程。

國內哪些學校有天文系？

由于我國現代天文學研究起步較晚，長期處于落后的局面。建國后，整合了當時已有的天文教育和研究單位，于1950年成立了紫金山天文臺，1952年成立了南京大學天文系。它們是我國當時唯一的天文研究機構和教育院校。經過近70年的發展，這兩所機構仍是我國天文事業的重要力量。上世紀50年代后期，還相繼成立了北京師范大學天文系，北京大學地球物理系天文專業，70年代創建了中國科學技術大學天體物理研究組，加上最早的南京大學天文學系，這四所學校成為我國最老牌的天文研究基地。

▲第四輪學科評估高校評估結果。（來源：）

目前國內有不少學校建有天文學系或物理與天文學系。包括中國科學院大學、上海交通大學、廈門大學、中山大學（建立了中國最早的天文系）、云南大學、河北師范大學、西華師范大學和貴州大學。

如果是本科畢業想考天文學研究生，有中科院多地天文臺可供選擇。還有一些高校設立了天體物理中心具有招生資格，可以按自己感興趣的研究向方選擇導師。如果想成為天文學家，完整的基礎學習經歷是一條相對容易的道路。

"如果想從事天文學研究，必須要有博士學位"，茍利軍研究員告訴記者，他還特別提到目前天文學的科研已經進入大數據時代，除了基本的數學物理能力，還對編程有一定要求。實際上，90年代南京大學天文系出身的茍利軍，在當時上學時學校就為天文系的學生開設了計算機編程相關的課程。雖然學習了如此之多的天文和物理知識，但如果去讀天文學相關的博士，你也許會覺得自己像一個"碼農"。

保持對天文學的終身熱愛

天文學與其他學科不同的一點是，作為一個非專業人士仍有機會參與到天文學研究中。如果是其他學科，業余學者往往被當成"民科"，但是從事天文學研究的非科班出身的人士，仍可以成為"業余天文學家"（ ），也就是說喜歡觀星的天文愛好者也能幫助天文學發展。

受益于科技水平的提升，天文愛好者能有力的補充職業天文學家無力或無暇顧及的領域，如時域天文學觀測、大數據的人工分析、數據挖掘等。天文愛好者們對科研貢獻最大的是對暫現源，如超新星爆發、太陽系小天體的回歸等，由于這些天文現象無法提前預測，也不是大型設備的長處，天文愛好者就有了用武之地。他們用自己的"專業"設備，發現了不少天文現象，甚至是"超級地球"。喜歡天文攝影，可以參加業余程控天文臺的工作，這里一般不涉及科學研究。

▲即使沒有望遠鏡，熱愛天文也會有所收獲 （來源：Ars ）

各種時域天文學巡天項目產生了海量的數據，必須依靠計算機來研究。天文愛好者可以在職業天文學家的指導下對大數據進行人工分析，也可以利用空閑的計算資源，協助職業天文學家進行大數據的處理。前者參與人數相對較多，尋找小行星、星際塵埃等都可以通過給大量的照片歸類而做出發現。我國虛擬天文臺也有公眾可以參與的超新星搜尋項目，盡管國內的天文愛好者在參與國際項目上的比例不高，但也做出過不少杰出發現。

出品：科普中央廚房

監制：北京科技報 | 科學加客戶端

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