天文有哪些大学(各大高校天文系了解一下？)

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　　/记者 刘辛味 编辑/吉菁菁

　　新媒体编辑/陈炫之

　　在不少人的心中，天学是一个充满浪漫色彩的专业，每天拿着望远镜"读懂"我们头顶上这片最晦涩也最美丽的星空成了许多学子报考天系的初始原动力。但其实，天学和你想象的并不完全一样，除了仰望星空，更需要脚踏实地。

　　今年3月28日，清华大学官方宣布"成立清华大学天系"，消息一经发布，立刻引发网友热议，微博热搜阅读量高达1.5亿。其实，除清华大学外，很多高校都设有天系。天系究竟学什么？天系和物理系是什么关系？

　　▲今年3月28日，清华大学官方宣布"成立清华大学天系"（图片来源：清华大学官网）

　　天学研究什么？

　　用中科院高能所研究员，慧眼卫星首席科学家张双南的话来说，地球大气层以上的部分都归天学研究。天学（Astronomy）是一门研究广袤无垠的宇宙中各类天体及其系统的科学，是研究它的位置、分布、运动、形态、结构、物理状况、化学组成，相互关系及其起源演化的科学，是最老的自然科学之一。自古以来，人类就观察天体的运行，把天象与日常生产活动联系在一起，天学的历史几乎和人类历史一样长。

　　经过几千年的漫长发展，天学已经成为了一门内涵十分丰富的基础学科。"天学是一个以观测驱动的学科，包含两大部分，一个就是天观测，另一个是天体物理。"国家天台研究员苟利军说。

　　古人用肉眼观星的活动现在变成了天体测量学。若以天学的发展历史并结合研究目的来划分，天体测量学是三大方向之一，研究和测定天体的位置和运动。

　　▲众所周知，"地心说"被哥白尼"日心说"取代。但实际上，古罗马天学家托勒密观测并总结的"地心说"理论实际上有非常高的精度，此图为太阳星各个行星的运动轨迹。（来源：wiki）

　　与天体测量学关系紧密的是天体力学，在南京大学天与空间科学学院专业设置中，"天体测量与天体力学"就是一个专业。天体力学也是较早形成的分支学科，今天的科学家仍在用牛顿的万有引力定律和运动定律研究天体的运动规律。天体力学也研究人造天体的运动，与航天和导航有密切的关系。受观测能力的限制，我们只能了解太阳系内和为数不多的恒星系统的力学情况。

　　▲科幻作家刘慈欣的《三体》就源自天体力学中的基本力学模型"三体问题"，这一问题至今无法精确求解。（来源：audiobookstore）

　　天体物理学（Astrophysics）诞生于19世纪中期，当科学家发现太阳的光谱中有谱线对应化学元素时，天学新的分支出现了——我们要了解星空更深邃的奥秘。如今，现代天学和天体物理学几乎可以等同，因为现代天学就是应用物理学等科学原理，以及现代技术方法来探索天体的本质。天体物理是观测和理论的结合。当观测天体物理学家得到观测数据后，要理论天体物理学家提出理论来解释，理论天体物理学家也需要观测数据来检验理论模型的正确性。

　　人们关心的"流浪地球"（太阳物理），"星际穿越"（黑洞），"火星救援"（行星科学），"ET"（外星信号），天眼FAST（射电天学），慧眼卫星（X射线天学），引力波，宇宙大爆炸……都是天体物理学的研究对象，这个听起来十分高大上的学科能满足你对星空的任何向往。

　　▲《星际穿越》中的黑洞，但科学家目前还不知道真正的黑洞是什么样子。（来源：TrendinTech）

　　还有一个值得一提的研究方向，就是天学史。一方面天学史是科学技术史中的一个方向，可以了解过去人类对天的探索，以及它所反映的社会与化现象（天学与占星有共同的起源）。另外，天学史也为今天的天研究提供了宝贵的资料。我国天学家和天学史家席泽宗院士通过考察古籍献得出了古代新星和超新星爆发记录对今天的天学研究有重大影响。美国著名天学家斯特鲁维等人在编写《二十世纪天学》一书时，只提到一项中国天学家的工作，即席泽宗的《古新星新表》。

　　另外，天学史的研究中还有一个特别的门类，考古天学（Archaeoastronomy），利用考古学手段和天学方法研究人类活动的天学解释，如巨石阵、金字塔等，实际上是天学史、考古学、人类学、统计学等多学科的交叉。

　　天学和物理学到底啥关系？

　　天学和物理学的发展关系紧密，直至现在无论中外，许多大学里的物理与天仍同属一个院系，譬如上海交通大学的物理与天就在同一个院系"物理与天学院"。清华大学在成立天系前，有挂靠在物理系的天体物理中心。

　　天体物理学能在短短100多年内发展如此迅速，很大程度上是因为20世纪物理学的两大理论突破，相对论和量子力学。以量子力学原理为根基的核物理和粒子物理的发展，天学家解释了恒星的能源问题，以此建立了恒星结构和演化的标准模型，这是20世纪天学取得的重大成果之一。

　　很长时间以来科学家对宇宙到底是膨胀模型还是静态模型做了持久的争论，爱因斯坦的广义相对论揭示了宇宙的膨胀，此后发展了现在常提到的宇宙学（Cosmology），这是在更宏观层次上研究宇宙的结构形成和演化，宇宙大尺度结构的分布等等。

　　由于这些研究都需要物理学，宇宙学更像是天学和理论物理学的交叉学科。当前人类对宇宙的了解，最完善的是暴胀宇宙学模型。这就是把物理学中基本相互作用的统一问题与天学中的宇宙极早期演化两个最基本的问题结合在一起。

　　▲"大爆炸"遗留的宇宙微波背景为我们了解宇宙早期的提供了证据 （来源：space.com）

　　过去50年，人类探索了研究了"无穷小"的粒子问题和"无穷大"的宇宙问题，这里仍有诸多未解之谜，如暗物质是什么？高能宇宙线的能量是人造加速器能量的一亿倍，但其粒子加速过程未知，黑洞提供的极端引力场会产生什么现象？这些都需要大量的物理学知识。

　　似乎这已经距离常人所想象的天学距离很远了。如果感觉自己物理学的不好，那去观测总行了吧！假如你更想继承哥白尼、伽利略等伟大天学家的衣钵去观测星空，依然要学好物理。现在的天观测方法，主要依靠电磁波，根据天体发出的电磁波波长不同，涵盖射电天学、红外线天学、紫外线天学，X射线天学、γ射线天学等。还有通过中微子和引力波方法，以及联合多种观测手段。多信使天学时代已经到来，不学物理肯定是不行了。

　　▲澳大利亚望远镜致密阵列（ATCA）是观测快速射电暴（FRB）的有力工具，图为望远镜与银河的合成图。（来源：upr.org）

　　因此，大学本科阶段的天学专业的培养方案，有很大部分课程是与物理系相同。两类学生都需要先学习必须的数学工具（高等数学/微积分、线性代数、数学物理方法等），物理学基础必修课程（力、热、光、电磁）和核心课程（四大力学，理论力学、电动力学、热力学与统计物理和量子力学）。两者最大的区别在于物理专业的学生要学习大量的物理实验相关课程，而天学专业学生需要学习天基础，天体物理概论，观测天体物理等课程。当然，不同学校会根据自己研究特色开设不同的天必修课程和选修课程。

　　国内哪些学校有天系？

　　由于我国现代天学研究起步较晚，长期处于落后的局面。建国后，整合了当时已有的天教育和研究单位，于1950年成立了紫金山天台，1952年成立了南京大学天系。它们是我国当时唯一的天研究机构和教育院校。经过近70年的发展，这两所机构仍是我国天事业的重要力量。上世纪50年代后期，还相继成立了北京师范大学天系，北京大学地球物理系天专业，70年代创建了中国科学技术大学天体物理研究组，加上最早的南京大学天学系，这四所学校成为我国最老牌的天研究基地。

　　▲第四轮学科评估高校评估结果。（来源：cdgdc.edu.cn）

　　目前国内有不少学校建有天学系或物理与天学系。包括中国科学院大学、上海交通大学、厦门大学、中山大学（建立了中国最早的天系）、云南大学、河北师范大学、西华师范大学和贵州大学。

　　如果是本科毕业想考天学研究生，有中科院多地天台可供选择。还有一些高校设立了天体物理中心具有招生资格，可以按自己感兴趣的研究向方选择导师。如果想成为天学家，完整的基础学习经历是一条相对容易的道路。

　　"如果想从事天学研究，必须要有博士学位"，苟利军研究员告诉记者，他还特别提到目前天学的科研已经进入大数据时代，除了基本的数学物理能力，还对编程有一定要求。实际上，90年代南京大学天系出身的苟利军，在当时上学时学校就为天系的学生开设了计算机编程相关的课程。虽然学习了如此之多的天和物理知识，但如果去读天学相关的博士，你也许会觉得自己像一个"码农"。

　　保持对天学的终身热爱

　　天学与其他学科不同的一点是，作为一个非专业人士仍有机会参与到天学研究中。如果是其他学科，业余学者往往被当成"民科"，但是从事天学研究的非科班出身的人士，仍可以成为"业余天学家"（Amateur Astronomer），也就是说喜欢观星的天爱好者也能帮助天学发展。

　　受益于科技水平的提升，天爱好者能有力的补充职业天学家无力或无暇顾及的领域，如时域天学观测、大数据的人工分析、数据挖掘等。天爱好者们对科研贡献最大的是对暂现源，如超新星爆发、太阳系小天体的回归等，由于这些天现象无法提前预测，也不是大型设备的长处，天爱好者就有了用武之地。他们用自己的"专业"设备，发现了不少天现象，甚至是"超级地球"。喜欢天摄影，可以参加业余程控天台的工作，这里一般不涉及科学研究。

　　▲即使没有望远镜，热爱天也会有所收获 （来源：Ars Technica）

　　各种时域天学巡天项目产生了海量的数据，必须依靠计算机来研究。天爱好者可以在职业天学家的指导下对大数据进行人工分析，也可以利用空闲的计算资源，协助职业天学家进行大数据的处理。前者参与人数相对较多，寻找小行星、星际尘埃等都可以通过给大量的照片归类而做出发现。我国虚拟天台也有公众可以参与的超新星搜寻项目，尽管国内的天爱好者在参与国际项目上的比例不高，但也做出过不少杰出发现。

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