7月12日，NASA公開(kāi)了首批詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的全彩圖像和光譜數(shù)據(jù)。
這讓我想起了讀大學(xué)的時(shí)候選修的基礎(chǔ)天文學(xué)課程。當(dāng)時(shí)我想，天文學(xué)，那上課豈不就是探索浩瀚無(wú)垠、給人心靈以最深的震撼的宇宙嗎？想到之前看過(guò)的那些璀璨華麗的星云，紀(jì)錄片中合成的以一種攝人心魄的方式運(yùn)行的脈沖星，我對(duì)于這門課充滿了浪漫的想象。
七八節(jié)課過(guò)后，球面三角、天頂高度、透鏡成像公式、多普勒速度等五花八門但冰冷無(wú)情的公式澆滅了我大半幻想。我從此意識(shí)到“天文學(xué)”和“看星星”完全是兩種概念。
但是，當(dāng)我看到韋布望遠(yuǎn)鏡傳回的圖片時(shí)，心里還是不免感到震撼及虛無(wú)。我們想借此機(jī)會(huì)，聊聊天文學(xué)是什么？它給我們帶來(lái)了什么？
今天，我們和南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授陳鵬飛聊了聊天文學(xué)和天文學(xué)教育。
以下為內(nèi)容節(jié)選：
一、人的存在與否對(duì)于宇宙來(lái)講就是可有可無(wú)
王亞奇：天文學(xué)研究的范疇是什么樣的？
陳鵬飛：整個(gè)天文學(xué)研究涵蓋的范疇非常廣。
小到小天體、行星、恒星，大到最大的星系，包括這些恒星死亡之后的產(chǎn)物，白矮星、中子星、黑洞等等，甚至包括整個(gè)宇宙，都是天文學(xué)研究的范圍。天文學(xué)主要是研究宇宙，研究它是怎么來(lái)的、宇宙為什么在膨脹、為什么這種膨脹在加速、最終它的結(jié)局會(huì)是什么等等。
而我個(gè)人只是研究離我們最近的恒星——太陽(yáng)。
鐘毅：研究天文學(xué)對(duì)您個(gè)人產(chǎn)生了什么具體影響？前段時(shí)間我和王亞奇去采訪了一位科幻作家，我們發(fā)現(xiàn)近段時(shí)間很多科幻作品里都有一種傾向，就是把人類放在很次要的位置。您是怎么看待這種趨勢(shì)呢？
陳鵬飛：研究天文學(xué)時(shí)間長(zhǎng)了，確實(shí)會(huì)如此。研究天文學(xué)的人，或許會(huì)更灑脫一些，會(huì)把個(gè)人的得失看得更淡一些。
單純一個(gè)銀河系，大概就有幾千億顆恒星，每個(gè)恒星周圍幾乎都會(huì)有一顆甚至幾顆行星。
而我們看得見(jiàn)的宇宙里面又有幾千億個(gè)像銀河系這樣的星系。你會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙太浩渺了，我們只是在一個(gè)角落。我們常常感受到，地球真的非常渺小，所以有的時(shí)候會(huì)把個(gè)人的得失看得比較淡。
紅圈圈里是銀河系中太陽(yáng)的位置。/《宇宙時(shí)空之旅》劇照
我記得前不久在朋友圈有一張傳得比較廣的圖片，大意是說(shuō)有人的時(shí)候銀河系是什么樣，如果人類消失了，宇宙是什么樣，銀河系又是什么樣——那兩幅圖一模一樣。
人的存在與否對(duì)于宇宙來(lái)講就是可有可無(wú)，沒(méi)有任何差別。研究天文學(xué)之后，你會(huì)意識(shí)到，個(gè)人得失根本算不了什么，就會(huì)把生活中的各種瑣事或者名利看得相對(duì)淡一些。
二、居然十幾二十歲都還沒(méi)看見(jiàn)過(guò)星空
王亞奇：您平時(shí)會(huì)觀星嗎？
陳鵬飛：會(huì)的。我自己家里也有小望遠(yuǎn)鏡，有時(shí)候我也會(huì)去看國(guó)內(nèi)外的同行拍的漂亮的星空。這也算是一種業(yè)余的愛(ài)好，而且是專業(yè)性的業(yè)余愛(ài)好。圖片中那些星云星系非常震撼，非常美。我也經(jīng)常跟學(xué)生說(shuō)，如果有望遠(yuǎn)鏡，你可以更清楚地看到更多的星星。
天文望遠(yuǎn)鏡。/pixabay
但其實(shí)沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡去觀察也很有意思。
我記得2008年我們?nèi)ジ拭C開(kāi)國(guó)際會(huì)議，正好有日全食。因?yàn)槲覀儑?guó)家北部干燥，水汽比較少，到了晚上更容易看得見(jiàn)星星，而且星星會(huì)更亮。南方因?yàn)樗?，所以有時(shí)大氣層會(huì)吸收一些光，就沒(méi)那么容易看得到星星。
在西北，星星特別的亮，一顆顆懸掛在空中，手真的可以觸碰一樣，非常壯觀。
而且這些星星都有很明顯的特征，特別是各種星座。比如說(shuō)雙子座，就像兩個(gè)人站在那肩并肩；北斗星，那就是像一個(gè)勺。即使人們對(duì)天文一無(wú)所知，看到北斗星的樣子也會(huì)覺(jué)得很震撼，天上真的就像懸掛了一把勺子，確實(shí)很漂亮。
王亞奇：我有過(guò)類似的體驗(yàn)，我的老家是在烏魯木齊。
有一次我在山里，因?yàn)槟抢餂](méi)有什么光污染，一抬頭就看見(jiàn)了密密麻麻的星空。但是在我來(lái)南方上大學(xué)之后，就很少有這樣的體驗(yàn)。大城市光污染很嚴(yán)重，有時(shí)天氣也不是很好，就很難看到浩瀚的星空。觀星的條件變得非常嚴(yán)苛。
陳鵬飛：對(duì)，我經(jīng)常問(wèn)學(xué)生：你們有沒(méi)有看過(guò)銀河？很多學(xué)生都長(zhǎng)到十幾二十歲了，卻從來(lái)沒(méi)看過(guò)銀河，我覺(jué)得那種損失比你不是千萬(wàn)富翁的兒子更大。大自然奉獻(xiàn)給我們那么美麗的星空，我們居然長(zhǎng)到十幾二十歲都還沒(méi)看到過(guò)。
這也是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展過(guò)度、城市化、光污染帶來(lái)的后果之一。
因?yàn)樵诔鞘欣锕饩€太強(qiáng)，以至于很多人除了看過(guò)太陽(yáng)和月亮，就沒(méi)怎么看見(jiàn)過(guò)星星了。從這個(gè)意義上講，最好是去郊區(qū)或者山谷里——特別是西北人煙比較稀少，像戈壁沙漠周圍沒(méi)有燈光污染——在那里觀測(cè)到的星空非常漂亮。
我小時(shí)候在江西的一個(gè)農(nóng)村，晚上太熱沒(méi)有空調(diào)，一般都會(huì)拿個(gè)竹床到二樓的屋頂上睡覺(jué)。睡在竹床上，就能看見(jiàn)銀河，還能看見(jiàn)流星，這種生活非常的美。
《星空》劇照。
我還記得以前在海邊看月亮，感覺(jué)月亮很大。那時(shí)候沒(méi)有城市的光污染，雖然人跟天體隔得很遠(yuǎn)，但也像是近距離的親密接觸。
王亞奇：詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡在發(fā)射之前做過(guò)很多巡回展覽。人們看到這種大型空間望遠(yuǎn)鏡的照片時(shí)，依然在驚嘆，原來(lái)望遠(yuǎn)鏡并不是想象中的那樣。我們對(duì)于天文學(xué)方面的科普還是比較缺失的嗎？
陳鵬飛：這跟大家沒(méi)有機(jī)會(huì)去參觀有關(guān)。
南大也有望遠(yuǎn)鏡，很多人來(lái)參觀之前，就會(huì)想象著它跟科普望遠(yuǎn)鏡一樣，透過(guò)目鏡去看。
現(xiàn)在科技很發(fā)達(dá)了，人在離望遠(yuǎn)鏡還有一段距離的控制室，就可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制獲得采集的圖片和資料。我在南京的辦公室就可以拿到千里之外的望遠(yuǎn)鏡采集的圖片和獲取的資料。很多人到了實(shí)地，是在控制室通過(guò)屏幕來(lái)看圖片。他們這時(shí)候發(fā)現(xiàn)原來(lái)專業(yè)的望遠(yuǎn)鏡跟科普的不太一樣，會(huì)有點(diǎn)失望。
王亞奇：視覺(jué)沖擊很強(qiáng)的星云或者是星系的照片是合成的嗎？
陳鵬飛：對(duì)，大部分都是。
《宇宙時(shí)空之旅》劇照。
王亞奇：用肉眼看的話，星空其實(shí)并不是那樣？
陳鵬飛：對(duì)，天體圖片中拍到的都是天體輻射的電磁波。電磁波范圍非常廣，射電波段是電磁波，可見(jiàn)光也是電磁波，紫外線、X射線、伽馬射線都是電磁波?？梢?jiàn)光在整個(gè)電磁波譜里面是非常窄的一段，這是由人眼的生理結(jié)構(gòu)決定的。
我們普通相機(jī)拍的圖片是由可見(jiàn)光部分，其他的X射線、紫外線、紅外線，我們都看不見(jiàn)，但專業(yè)相機(jī)可以拍到。我們?yōu)榱四芸匆?jiàn)它，就要把它轉(zhuǎn)變成偽彩色，其實(shí)這些都是假的。
但這樣至少能夠讓我們有個(gè)直觀的感受。所以有的時(shí)候你看到圖片很漂亮，但如果真拿肉眼去看，它就不是那么的漂亮了。當(dāng)然，有的直接看也很漂亮，比如說(shuō)木星的條紋非常漂亮。但有些星云，如果你拿肉眼去看，那可能就很平淡無(wú)奇，只是有點(diǎn)亮光，并不是像我們?cè)陔娔X上看到的那樣五彩繽紛。
《宇宙的奇跡》劇照。
鐘毅：中國(guó)傳統(tǒng)歷史的神話其實(shí)有一種教育的意義，歷史上天文也發(fā)揮了很多很重要的作用，其中有我們熟悉的中國(guó)傳統(tǒng)歷法，有西方儒略歷、格里高利歷，還有伊斯蘭教的回歷。在天文學(xué)研究的時(shí)候，你會(huì)去關(guān)注到它在歷史向度的影響嗎？
陳鵬飛：會(huì)關(guān)注的，因?yàn)樘煳牡陌l(fā)展確實(shí)對(duì)歷法、導(dǎo)航有過(guò)幫助。在導(dǎo)航方面，當(dāng)初鄭和下西洋是根據(jù)恒星的位置來(lái)判別方向的。在古代，尤其在我們國(guó)家，有天人合一的思想，認(rèn)為天象可能是一些預(yù)兆，這樣也對(duì)統(tǒng)治者有些規(guī)范和約束。這讓他們不能隨心所欲，要順應(yīng)民意，否則的話上天會(huì)有懲罰等等。
在文明的演變過(guò)程中，天文學(xué)確實(shí)起了很多正面的作用。我們?cè)趯W(xué)習(xí)文明史、天文學(xué)史的過(guò)程中才會(huì)去了解它?，F(xiàn)在，我們更多的是希望去了解宇宙的奧秘——為什么會(huì)有這些現(xiàn)象？它將來(lái)會(huì)怎么演化？甚至將來(lái)某些天體運(yùn)動(dòng)和爆發(fā)活動(dòng)是否會(huì)影響到我們?nèi)祟悾?/p>
宇宙中對(duì)我們產(chǎn)生的諸多影響里，有正面的，也有負(fù)面的。負(fù)面的，比如說(shuō)太陽(yáng)系的一些小行星將來(lái)有可能撞擊地球。在6，500萬(wàn)年前，小行星撞擊地球，使恐龍滅絕，將來(lái)如果有一個(gè)相似的小行星撞擊地球，也有可能把人類毀滅，對(duì)不對(duì)？我們就必須要對(duì)這些小行星進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
還有正面的影響，這個(gè)更多是提供一種可能性——我們尋找太陽(yáng)系外是否有跟地球差不多的行星。未來(lái)我們?nèi)祟愒诘厍蛏蠠o(wú)法生存的時(shí)候，是否可以移民到一個(gè)新星球上去？
《星際穿越》劇照。
三、任何地方都應(yīng)該配備一個(gè)天文望遠(yuǎn)鏡
王亞奇：我小時(shí)候看的《十萬(wàn)個(gè)為什么》或科普書里介紹行星時(shí)只有地、火、木、土這種排列順序，您覺(jué)得到現(xiàn)在我們這個(gè)階段對(duì)于小孩的天文啟蒙是夠的嗎？您覺(jué)得我們需要什么樣的天文教育？
陳鵬飛：天文學(xué)是一個(gè)日新月異的學(xué)科，所以這也導(dǎo)致我們有的時(shí)候不太愿意去寫一本專業(yè)教材。為什么呢？因?yàn)檫@個(gè)領(lǐng)域發(fā)展得實(shí)在是太快了。我花了一兩年時(shí)間寫了一本書，結(jié)果再過(guò)兩三年很多內(nèi)容可能又要更新。
科普也一樣，我相信現(xiàn)在寫成的科普書在將來(lái)也會(huì)有新的內(nèi)容需要補(bǔ)充，而不只是跟十幾二十年前看的那些書內(nèi)容一樣。你舉的例子，在20年前的《十萬(wàn)個(gè)為什么》里面幾乎沒(méi)有與暗物質(zhì)、暗能量有關(guān)的話題，關(guān)于暗物質(zhì)的可能還會(huì)有，但至少?zèng)]有暗能量。現(xiàn)在會(huì)有很多新的知識(shí)了。
給小孩的科普書肯定也不能只滿足于這種水、金、地、火、木、土、天、海8大行星的排列順序。現(xiàn)在的科普書肯定還會(huì)告訴你行星上有沒(méi)有水、甚至可能將來(lái)發(fā)現(xiàn)有哪個(gè)行星上有低級(jí)生命之類的相關(guān)知識(shí)。
鐘毅：關(guān)于天文教育，除了學(xué)校教育外，更多的是需要地方性的輔助，或者說(shuō)是像天文臺(tái)和博物館等實(shí)體上的具體幫助。但我們是不是做得還不太夠？我很少見(jiàn)到有天文臺(tái)。在大城市可能有一些，但是二線以下的城市，這方面還是比較欠缺的。
現(xiàn)在這些場(chǎng)館是什么狀況，您有了解嗎？
陳鵬飛：上海有一個(gè)全世界最大的天文館，我不知道你們?nèi)ミ^(guò)沒(méi)有。 它有很多裝置。比如說(shuō)在大廳有個(gè)很大的傅科擺，它可以證明地球在自轉(zhuǎn)。還有各種天文的圖片，甚至有月壤。
所以，大城市的科普資源非常多，但二三線城市確實(shí)會(huì)相對(duì)較少。
從這個(gè)意義上講，我覺(jué)得很有必要在更多的地方建設(shè)天文館，或者至少在更多的地方配備望遠(yuǎn)鏡。一個(gè)科普望遠(yuǎn)鏡并不貴，只需要兩三千塊錢，其實(shí)這是很容易普及的。別說(shuō)二三線城市，即使是農(nóng)村，都應(yīng)該配一個(gè)天文望遠(yuǎn)鏡，小孩可以通過(guò)望遠(yuǎn)鏡看看美麗的星空。
這樣看到的星空，實(shí)際比電腦上看圖片更震撼，因?yàn)榇_實(shí)是你肉眼看到的。原來(lái)木星在我們?nèi)庋劾锞褪且粋€(gè)點(diǎn)，而拿望遠(yuǎn)鏡看，可以看到上面居然有彩色的條紋，而且有個(gè)大紅斑——我覺(jué)得那種震撼非常有必要。
鐘毅：您提到您在研究太陽(yáng)，它對(duì)我們?cè)斐傻木唧w影響有哪些？
陳鵬飛：這種影響很多。
地面雖然有地球磁場(chǎng)和大氣的保護(hù)，但其實(shí)也會(huì)受到很多來(lái)自太陽(yáng)的影響。比如說(shuō)太陽(yáng)爆發(fā)拋射的物質(zhì)撞到地球會(huì)引起地球磁場(chǎng)的變化，而這種變化會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)則會(huì)施加在電線、電纜上。
有一個(gè)很有名的例子：1859年9月1日，發(fā)生了有記載以來(lái)最大的一次太陽(yáng)耀斑。這個(gè)太陽(yáng)耀斑爆發(fā)17個(gè)小時(shí)之后，地球上發(fā)生了很明顯的地球磁場(chǎng)擾動(dòng)，出現(xiàn)了非常強(qiáng)的極光。通常我們國(guó)家是看不到極光的，但是那個(gè)時(shí)候河北都能看到極光，更別說(shuō)東北了。那時(shí)候歐洲有電報(bào)系統(tǒng)，有的電報(bào)員因此觸電了。甚至一些地方著火了，因?yàn)殡娋€難以承受這個(gè)負(fù)載。
《宇宙時(shí)空之旅》劇照。
另外一次是1989年3月，有一個(gè)比較大的太陽(yáng)耀斑，拋射的物質(zhì)撞到地球，使得加拿大魁北克的一個(gè)水電站燒壞了，這導(dǎo)致包括魁北克省，還有美國(guó)5個(gè)州600萬(wàn)人的用電中斷，斷電一直持續(xù)了9個(gè)小時(shí)。那時(shí)候是3月，天氣很冷，600萬(wàn)人就在那么寒冷的天氣下度過(guò)了9個(gè)小時(shí)。
甚至也有人說(shuō)太陽(yáng)周期跟人類的一些疾病會(huì)有關(guān)系。
我們正在與上海的一些醫(yī)生研究太陽(yáng)爆發(fā)現(xiàn)象是否跟一些疾病相關(guān)，太陽(yáng)爆發(fā)現(xiàn)象是否會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一些影響。研究顯示，太陽(yáng)黑子時(shí)多時(shí)少，黑子越多，爆發(fā)越強(qiáng)，太陽(yáng)也會(huì)越亮，所以太陽(yáng)的亮度也會(huì)有起伏，有11年的周期。
地球的氣候也會(huì)受到太陽(yáng)的影響。既然太陽(yáng)的亮度會(huì)有起伏，那么氣候也有起伏。我們發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物的產(chǎn)量會(huì)有一個(gè)11年的周期。農(nóng)作物的產(chǎn)量有了起伏，其價(jià)格也就同樣受到影響。這是別人研究過(guò)的，研究者統(tǒng)計(jì)了倫敦期貨市場(chǎng)小麥價(jià)格幾百年來(lái)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)也有一個(gè)跟太陽(yáng)黑子差不多長(zhǎng)的周期，11年左右。
另一個(gè)天文學(xué)研究有趣的地方是，它要不斷地去挑戰(zhàn)人類的極限，要探測(cè)更弱的信號(hào)。天體活動(dòng)參數(shù)很極端，天文學(xué)研究的空間尺度都是幾萬(wàn)公里幾億公里，甚至幾光年幾百光年。
它涉及到的物理量也非常極端，密度和溫度都非常的高。比如太陽(yáng)核心的地方密度是水的一百四五十倍，稀薄的地方又是空氣的多少分之一——所以，天文學(xué)跟其他學(xué)科也確實(shí)不一樣，它的參數(shù)走了兩個(gè)極端。
四、天文學(xué)真的改變了我們的生活
王亞奇：天文學(xué)的研究中經(jīng)常會(huì)挑戰(zhàn)各種設(shè)備的極限，這種設(shè)備的突破是否又會(huì)反過(guò)來(lái)反哺其他的學(xué)科呢？
陳鵬飛：有的時(shí)候確實(shí)是這樣的。為了研究極端情況，我們?cè)谔煳纳先〉玫陌l(fā)展經(jīng)常會(huì)用來(lái)改善我們的生活，甚至用在其他的學(xué)科上。
最簡(jiǎn)單的一個(gè)例子是，當(dāng)初天文學(xué)家為了探測(cè)微小黑洞死亡時(shí)發(fā)出的輻射而設(shè)計(jì)了一套裝置。按照當(dāng)時(shí)的一個(gè)理論，我們周圍可能到處都有微小黑洞，黑洞越小，它的壽命就越短。
它死亡的時(shí)候就要輻射出一種電磁波，天文學(xué)家就想設(shè)計(jì)一個(gè)裝置來(lái)探測(cè)這種輻射，最后失敗了，沒(méi)有探測(cè)到。
但是后來(lái)發(fā)現(xiàn)這套裝置可以用來(lái)接收無(wú)線信號(hào)，變成辦公室和我們家里都有的Wi-Fi。所以，Wi-Fi其實(shí)就是天文學(xué)家發(fā)明的，天文學(xué)真的改變了我們的生活。
醫(yī)療設(shè)備中的CT成像也是。它的前身是射電望遠(yuǎn)鏡，是射電望遠(yuǎn)鏡組成的一個(gè)陣列。它們?cè)趺闯上衲?？其?shí)射電鏡它不能直接成像，而是每個(gè)望遠(yuǎn)鏡都接收一個(gè)信號(hào)，去合成一個(gè)圖片。這種技術(shù)后來(lái)用在CT中。
射電望遠(yuǎn)鏡。/pixabay
對(duì)極端環(huán)境下物理現(xiàn)象的探測(cè)確實(shí)會(huì)要求用到以前從來(lái)沒(méi)有過(guò)的技術(shù)，這些技術(shù)反過(guò)來(lái)就可以反哺我們?nèi)粘Ｉ睢?/p>
王亞奇：不過(guò)再回到天文學(xué)本身，如此極限的探索，比如說(shuō)幾百萬(wàn)光年以外的探索，它好像沒(méi)有盡頭。
陳鵬飛：沒(méi)有終點(diǎn)，這就是科學(xué)的魅力。其實(shí)科學(xué)并不是研究完了，就到此為止了，它不像我們吃晚飯一樣，吃到最后一粒了就沒(méi)飯了?？茖W(xué)的魅力正是你了解的東西越多，你會(huì)發(fā)現(xiàn)你不了解的更多，這是人類前進(jìn)的動(dòng)力，總是有目標(biāo)讓我們?nèi)ゲ粩嗟靥剿鳌?/p>
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