天文学是什么，它到底有何用？

天文学（英文astronomy）是研究宇宙空间天体、宇宙的结构和发展的学科；其研究内容包括天体的构造、性质和运行规律等。天文学是一门古老的科学，自有人类文明史以来，天文学就有重要的地位。如人们通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置、探索它们的运动规律、研究它们的物理性质、化学组成、生态环境、内部结构、能量来源及其演化规律；所以有关专家认为，天文学研究的未来发展前途是无量的。下面就简要谈谈这门科学的用途。

       中国学者周仪荣先生曾经说过：“天文学与其它学科一样，是为人类生产和生活服务的；整个人类文明发展史证明，天文学对于人类生存和社会进步具有极其重要的意义。”例如，在时间服务方面：准确的时间不单是人类日常生活不可缺少的，而且对许多生产和科研部门更为重要。又如，在天文导航方面：天文导航是天文学的一个分支学科，它以天体为观测目标并参照它们来确定舰船、飞机和宇宙飞船的位置。再如，在地外生命方面：对天体生物学的认识是靠天文学知识取得的。
      天文学和地理学有很大关系，可以说是福缘深厚；人们对地球形状大小的认识以及经度和纬度的测量，都离不开天文学的知识。通过天文学的知识，可以知道地球是距离太阳的第三颗行星，也是目前已知具有生命系统的星球；它的引力会与太空中的其他物体相互作用，尤其是月球。地球作为一颗普通的行星，运行于宇宙空间亿万颗星体之间，地球的形成、演化及重大地质历史事件无不与其宇宙环境有关。探索宇宙奥秘，揭示自然界规律；随着对宇宙认识的深入，人类从宇宙中不断获得地球上难以想象的新发现。
      在天文学研究中最热门、也是最难令人信服的课题之一就是关于宇宙起源与演化的研究。对于宇宙起源问题的理论层出不穷，其中最具代表性，影响最大，也是最多人支持的就是1948年乌克兰裔美国科学家乔治•伽莫夫等人提出的大爆炸理论。根据这一理论，宇宙是在约137亿年前的一次猛烈的爆发中诞生的。然后宇宙不断地膨胀，温度不断地降低，产生各种基本粒子。随着宇宙温度进一步下降，物质由于引力作用开始塌缩，大约3分钟后质子与中子开始结合形成轻元素氢和氦。在宇宙年龄约10年时星系开始形成，并逐渐演化为现时的样子。
       关于黑洞问题，从最初发现并证实黑洞存在直至现在，我们拥有广义相对论以及各种解，人类对于宇宙的认识早已超越了早期人类，从神话中慢慢步入科学，用天体物理来解释地球之外的“神明”。从某种意义上来看，目前我们所处的时代是研究引力和黑洞的黄金时代，对于黑洞我们仍旧有许多未解之谜，相信在关于揭秘黑洞的这条路上，人类还有许多需要摸索与探究的东西，路阻且长，然而一旦突破了黑洞本质与引力本质等问题，那么无疑是打开了新世界的大门，使人类更进一步深入了解宇宙奥秘。黑洞现在已经成为天文学家们的讨论热点，未来也将成为他们攻克的难点。
       特别值得一提的是，天文学界认为，在大质量天体周围，会形成引力透镜，将背景天体的光线进行扭曲，改变了背景天体光线的路径，最终呈现在我们面前的是一个环形图像，这就是相对论环，也称爱因斯坦环。前不久，天文学家发现了至今最大的相对论环GAL-CLUS-022058，它距离地球大约40亿光年，存在的时间与地球年龄一样久远。相对论环现象在天文学中得到了应用：当来自遥远星系的光途经大质量星团近旁时，光线将被弯曲并在其后方汇聚。因此，可将距离我们较近的大质量天体作为一个“透镜”，用以观测某些更遥远的星系。
      高新科技为天文学研究提供了先进的观测仪器。例如，被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）至今发现了800余颗新脉冲星；FAST已发布多个重要科研成果，包括观测到快速射电暴的起源证据、发现首例持续活跃重复快速射电暴、探测到快速射电暴密近环境的动态演化、发现迄今宇宙最大原子气体结构等。又如，美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯•韦布太空望远镜（JWST）可能会成为寻找外星生命中的重要参与者；JWST的强大仪器捕获了原子和分子，以及活性化学和云的迹象——这是哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜在观测行星以及那些有生命迹象的行星时所无法探测到的特征。
     天文学研究通常经历观测、理论、再到观测的三个必经的发展途径，通过这三个途径把我们的视野伸展到宇宙的最深处。同时随着人类社会文明的不断发展，天文学的研究对象也从太阳系发展到太阳系以外的整个宇宙，同时天体力学、天体物理学、天体测量学这三大分支学科构成了现代天文学的研究方法体系。而光学天文学、射电天文学、引力波天文学等分支学科则成为了天文学观测的必要手段；如果要对天文学研究的意义进行进一步的说明，那必定离不开天文学研究的各个对象层次，包括有行星层次、恒星层次、星系层次等等。这些星体层次的研究帮助我们能够进一步地了解宇宙，从而能够使我们未来的生活越来越好。
文/萧君（作者单位：云南大学天文学系）
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