仰望星空的初步認(rèn)識(shí)和探討

俞沁 章登宏（通訊作者）

（1 華東理工大學(xué)外語學(xué)院德語系182班，上海 200237；2 華東理工大學(xué)理學(xué)院物理系，上海 200237（通訊作者））

作為德語系的我，缺少扎實(shí)的理科背景，面對(duì) “天體物理選講”的課程，少得可憐的物理學(xué)知識(shí)實(shí)在顯得有點(diǎn)力不從心，依然促使我選這門課的核心原因有叁個(gè)要素：其一是康德的名言：“世界上只有兩樣?xùn)|西是值得我們深深景仰的，一個(gè)是我們頭上的燦爛星空，另一個(gè)是我們內(nèi)心的崇高道德法則。（Only two things in the world is worth deeply admire，a bright star is our head，another is our lofty moral law within。”，一直縈繞在我心頭，百思不得其解；其二是說來有些好奇，個(gè)人對(duì)天文雖一竅不通，卻始終對(duì)其有著說不清道不明的向往和好感；其三則是就讀的德語系有對(duì)學(xué)分的要求，必須在理工選修大類里修滿2個(gè)學(xué)分。懷揣好奇，心有不甘，不忘初心，抱著什么都聽不懂的忐忑，坐在了天體物理選講的課堂上。對(duì)于即使是對(duì)物理所知不多的人，只要有興趣、有探索的想法，也可以有幸領(lǐng)略宇宙的魅力。宇宙始終充滿神奇，特別是宇宙科學(xué)，那么多的未知，更是令人充滿無限的遐想。

一、初次對(duì)天文學(xué)的認(rèn)識(shí)

燦爛的星空，浩淼的宇宙，未知的世界，科學(xué)家的探索永不停歇。思前想后，決定從個(gè)人的角度出發(fā)，談?wù)勌煳慕o我的啟迪。

與天文的緣分始于高中入學(xué)之時(shí)，2015年8月13日夜，抱著見見世面的想法，我跟著高中天文社的學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐們，在上海崇明東灘濕地公園觀測(cè)了那一年的英仙座流星雨。

說來好笑，在那之前，我一直以為流星雨真的是像電視電影里演的那樣，在某幾分鐘內(nèi)密密麻麻地流竄過天空，蔚為壯觀。其實(shí)我盯了一個(gè)徹夜，大概也就見到了十幾顆，自十二點(diǎn)過后開始，時(shí)不時(shí)地劃過去，轉(zhuǎn)瞬即逝，一個(gè)不小心就會(huì)錯(cuò)過。我當(dāng)時(shí)說，這也算叫流星“雨”嗎。

后來我加入了天文社團(tuán)，高中三年的英仙座和獅子座流星雨，次次都未缺席。我才知道，高一的自己看到的這一場(chǎng)流星雨已經(jīng)算運(yùn)氣很好，我們有過數(shù)次從陸家嘴趕到上海遠(yuǎn)郊，在蚊蟲飛舞里瑟瑟發(fā)抖，卻被低層云遮得什么也沒能看到的經(jīng)歷。

雖未參加天文奧賽之類，卻有幸擔(dān)任了高中學(xué)校天文社長(zhǎng)一職。每次外出觀測(cè)，那些具備著天文知識(shí)的同學(xué)就會(huì)教我如何辨認(rèn)星星。猶記得自己費(fèi)勁地組裝起望遠(yuǎn)鏡，終于一眼看出去時(shí)候的震撼感。在指星筆光點(diǎn)下認(rèn)識(shí)了夏季大三角，秋季四邊形，認(rèn)識(shí)了北斗的尾巴，認(rèn)識(shí)了獵戶座的腰帶。

老師當(dāng)時(shí)對(duì)我說：“獵戶座的腰帶，只要抬頭就一定能認(rèn)出來?！蔽夜娲未翁ь^，都能找到那三顆仿佛被看不見的線串在一起的小星星，在我看來雜亂無章的滿眼星羅棋布中，就像三個(gè)熟知的朋友，使我感到一絲莫名的熟悉和親近。

也是自那開始，意識(shí)到，其實(shí)天文是說神秘而不神秘的。專業(yè)的天體知識(shí)也許離普通大眾遙遠(yuǎn)，但無限廣袤的宇宙卻有著廣闊而博大的胸懷。天上的星星，雖然知道他的名字，但不知道他的來歷，不知道那樣一個(gè)肉眼看來小小的光點(diǎn)背后，是多少年前的光線，跨越了多少光年的距離，千難萬險(xiǎn)，向人類奔來。

宇宙中約有幾百萬億億顆恒星，全天肉眼看到的天上的星星有6000多顆，除了太陽系內(nèi)的八大行星和流星、彗星之外，都是恒星。所謂“恒星”，是由于它們彼此之間的相對(duì)位置，在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，肉眼看不到什么顯著改變。其實(shí)，無時(shí)無刻它們都在運(yùn)動(dòng)，只是由于離開地球非常遙遠(yuǎn)，用肉眼覺察不到變化就是了。恒星區(qū)別于行星的一個(gè)最重要的性質(zhì)是依靠核聚變產(chǎn)生能量，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定地發(fā)光。其他的恒星，也是因?yàn)殡x開地球遙遠(yuǎn)，由于大氣的擾動(dòng)，看上去才只是一個(gè)閃爍的亮點(diǎn)。除了月球、行星與恒星、彗星，還可能看到人造衛(wèi)星，一般在早晨或傍晚時(shí)分天氣好的情況下，隱約見到一個(gè)小亮點(diǎn)緩慢的移動(dòng)；除此之外還有很浪漫的流星啊，極地的極光是地磁場(chǎng)與宇宙射線共同形成的產(chǎn)物。

每顆星星的名字，每個(gè)星系的大小，每個(gè)星團(tuán)的距離，都是溫柔莊重的事情。面對(duì)美好的知之不多的宇宙，習(xí)慣于付諸筆端，便于日后的學(xué)習(xí)。

二、天文學(xué)的美學(xué)功能

在獲取了初步的天體物理的基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，也想談?wù)剛€(gè)人的一點(diǎn)淺薄的看法。對(duì)于我這類文科同學(xué)，不怎么懂得天體物理學(xué)的人而言，天文也具有不可替代的意義。那種攝人心魄的為宇宙之大所折服的嘆為觀止的感覺，非親身站在如同高懸的幕布一樣罩住你的星空之下而不能體會(huì)。

它能使你真真切切地感覺到自己是渺小的，是微不足道的，是如同塵埃的。無論是在大小上，還是在時(shí)間上，我本身，乃至我們?nèi)w人類都是如此不值一提，連滄海一粟都算不上。然而這種感覺又不是使你自卑的，它雖磅礴卻不生硬，你會(huì)感覺鬼斧神工的此情此景之下，人類自由地生老病死，躬耕勞作，點(diǎn)起火把，面對(duì)大海，心情如春天般充滿生機(jī)，創(chuàng)造詩歌和文學(xué)，是一個(gè)和廣袤的天空一樣值得贊頌的奇跡。

宇宙的美是人類對(duì)宇宙的理性感知，宇宙的美在于和諧、豁達(dá)、包容和優(yōu)雅，宇宙的美在于各種天體有規(guī)律地運(yùn)行，宇宙的美在于自然、不嬌柔做作、變化多端，多姿多彩。

宇宙是美的，否則也不會(huì)有那么多品牌商家前赴后繼的推出以星空為噱頭的潮流單品。這些商品擁有令人炫目的顏色，卻沒能還原星空之美的萬分之一。我覺得星空真正的美感，不僅僅在于一個(gè)個(gè)大大小小的亮點(diǎn)光暈，更在于他們背后，那不見底的深沉背景，里面藏著黑洞，藏著暗物質(zhì)、暗能量，也許還藏著通向平行世界的道路入口。

中國(guó)人自古講究美德，寬容正是常常被提起的一項(xiàng)。要論寬容和氣量，覺得肚里能撐航空母艦的宰相也比不過宇宙的萬分之一。它是無邊無際的，這樣一個(gè)生活著以億計(jì)算的生物的蔚藍(lán)星球，不過是宇宙微不足道的一個(gè)角落里一個(gè)微不足道的星系里一顆微不足道的行星。它就像一個(gè)永遠(yuǎn)開不到底的套娃，你不知道它有多大，你不知道人類究竟要發(fā)展到哪一天，才能勉強(qiáng)稱得上一句對(duì)宇宙有所了解。它是無盡的，既是未知的虛空，又是待發(fā)掘的寶藏。

三、天文學(xué)的思想價(jià)值

宇宙，不催促你，它存在了多久，沒人說得清，所以它也不急于表白。它給生命優(yōu)渥的可生存的環(huán)境，提供光、熱，提供賴以生存的大氣。這如何不叫人覺得感動(dòng)而感激呢？

生命以宇宙的空間、時(shí)間尺度和維度維持！尤其地球上生命的存在，具有許多的特性，生命很早就出現(xiàn)在地球，早于35億年前比很多恒星都還久。生命能夠延續(xù)的動(dòng)力在于源源不斷的能量供應(yīng)，即來自太陽的核聚變能源。這還要?dú)w應(yīng)于光合作用，及生物巧妙地取自來自太陽的能量。地球和生命達(dá)到了協(xié)同進(jìn)化。

地球能有生命存在是宇宙奇跡，是因?yàn)榈厍蛱幱谔栂档那‘?dāng)位置。

首先是太陽系在銀河系（The Milky Way）的一條叫做獵戶臂的旋臂上，距離銀河系中心約2.64萬光年，逆時(shí)針繞銀心旋轉(zhuǎn)一周約需要2.2億年。太陽系所處的位置正好位于銀河生命帶，產(chǎn)生較少的宇宙輻射，溫度剛剛好，所受到的太陽影響（太陽風(fēng)，太陽輻射）也剛剛好，避免了對(duì)生命造成的危害。太陽的活動(dòng)處于主序星的穩(wěn)定時(shí)期。地球磁場(chǎng)（類似于磁鐵的SN倆極）[1]在太陽風(fēng)作用下形成的磁層可以阻擋和捕獲來自太陽和其它宇宙的高能粒子，以規(guī)避危險(xiǎn)。地球磁層抵御了一部分太陽風(fēng)的干擾，但不是全部。

其次，地球內(nèi)部釋放的水逐漸充滿了海洋，內(nèi)部釋放出來氣體形成大氣圈，隨著無機(jī)物合成有機(jī)物，在生命進(jìn)化的過程中，氧氣增加到今天的比例，產(chǎn)生了高等生物。250萬年前，原始人出現(xiàn)在地球上。地球距太陽不遠(yuǎn)不近，從行星接受太陽能的角度，日地距離是最佳距離。加上地球公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的周期適當(dāng)，存在四季和晝夜，地表溫度均勻，平均溫度為15oC，有利于液態(tài)水的存在和萬物生長(zhǎng)。地球上的水量剛剛好，過少或過多都不適宜居住。地球有足夠的引力吸引住大氣，而大氣幫助生物擋住了來自宇宙的危害，地球內(nèi)核足夠熱使他產(chǎn)生足夠的磁場(chǎng)擋住來自太陽風(fēng)的威脅。

再次，地球的質(zhì)量不大不小，地球密度達(dá)5.52×103 kg/m3，地球內(nèi)部活動(dòng)不快不慢。地球的巖石圈能貯水，巖石風(fēng)化成土壤。不同圈層間發(fā)生物質(zhì)——能量交換，地幔的熔融和對(duì)流，引起巖石板塊的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，引發(fā)地球上的造山運(yùn)動(dòng)，滄海桑田的變遷。

最后，地球有一個(gè)大小適當(dāng)?shù)男l(wèi)星——月亮。雖然宇宙在膨脹，但是太陽系在一個(gè)相對(duì)安全的空間中運(yùn)動(dòng)，過程簡(jiǎn)單，但使用復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，我們吃各種美味佳肴，卻沒有變成那種物質(zhì)！天生我才必有用，天體亦然！生命中很多事情并非“理所當(dāng)然”。

試想，組成你的某一個(gè)分子，也許數(shù)億年前飄散在宇宙的某個(gè)角落，你未來的愛人身上的某一個(gè)分子，在這么久以前，已經(jīng)與你有過一次相遇。這樣大手筆的浪漫，在宇宙為背景的視角看來卻是再自然不過的，人類為之折服。

牛頓借用了胡克的見解，研究引力及其對(duì)行星軌道的作用，在開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律以及其他人的研究基礎(chǔ)上，利用高超的數(shù)學(xué)方法在1679年創(chuàng)建了萬有引力定律（Law of universal gravitation）。LIGO科學(xué)合作組織和Virgo合作團(tuán)隊(duì)在2016年2月11日宣布：利用高級(jí)LIGO探測(cè)器，已經(jīng)首次探測(cè)到了來自于雙黑洞合并的引力波信號(hào)。中國(guó)天體物理學(xué)者利用FAST(（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope）)在2016年9月17日的一次觀測(cè)中，成功接收到了一組來自遙遠(yuǎn)宇宙的高質(zhì)量脈沖星信號(hào)。從獲取的頻率相位圖中，科研人員計(jì)算出這顆脈沖星與地球的距離：信號(hào)源位于1300多光年之外的宇宙深空。要知道整個(gè)銀河系就10萬光年，1300光年真的不遠(yuǎn)。對(duì)于宇宙的認(rèn)識(shí)，遠(yuǎn)古至今，人類夢(mèng)寐以求。

仰望星空是在慢慢成長(zhǎng)的過程中，在宇宙友好的環(huán)境中，才知道自己有多微小，才知道心懷感恩，求知若渴而永不滿足。腳踏實(shí)地，仰望星空，知難而進(jìn)，不忘初心，才能從浩瀚的宇宙知曉一些道理。

天文帶給人類的，對(duì)于大眾拋開那些精密復(fù)雜的計(jì)算，就是有關(guān)古老的崇拜、浪漫的幻想和靈魂的共鳴。人類將永不忘記抬頭看星空時(shí)的震撼感覺，它鞭策蕓蕓眾生，永不自傲，永不停歇，一路探索。