仰望星空的初步認識和探討

俞沁 章登宏（通訊作者）

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

作為德語系的我，缺少扎實的理科背景，面對 “天體物理選講”的課程，少得可憐的物理學知識實在顯得有點力不從心，依然促使我選這門課的核心原因有叁個要素：其一是康德的名言：“世界上只有兩樣東西是值得我們深深景仰的，一個是我們頭上的燦爛星空，另一個是我們內心的崇高道德法則。（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，個人對天文雖一竅不通，卻始終對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學分的要求，必須在理工選修大類里修滿2個學分。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。對于即使是對物理所知不多的人，只要有興趣、有探索的想法，也可以有幸領略宇宙的魅力。宇宙始終充滿神奇，特別是宇宙科學，那么多的未知，更是令人充滿無限的遐想。

一、初次對天文學的認識

燦爛的星空，浩淼的宇宙，未知的世界，科學家的探索永不停歇。思前想后，決定從個人的角度出發，談談天文給我的啟迪。

與天文的緣分始于高中入學之時，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長學姐們，在上海崇明東灘濕地公園觀測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，在某幾分鐘內密密麻麻地流竄過天空，蔚為壯觀。其實我盯了一個徹夜，大概也就見到了十幾顆，自十二點過后開始，時不時地劃過去，轉瞬即逝，一個不小心就會錯過。我當時說，這也算叫流星“雨”嗎。

后來我加入了天文社團，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流星雨已經算運氣很好，我們有過數次從陸家嘴趕到上海遠郊，在蚊蟲飛舞里瑟瑟發抖，卻被低層云遮得什么也沒能看到的經歷。

雖未參加天文奧賽之類，卻有幸擔任了高中學校天文社長一職。每次外出觀測，那些具備著天文知識的同學就會教我如何辨認星星。猶記得自己費勁地組裝起望遠鏡，終于一眼看出去時候的震撼感。在指星筆光點下認識了夏季大三角，秋季四邊形，認識了北斗的尾巴，認識了獵戶座的腰帶。

老師當時對我說：“獵戶座的腰帶，只要抬頭就一定能認出來。”我果真次次抬頭，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，意識到，其實天文是說神秘而不神秘的。專業的天體知識也許離普通大眾遙遠，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，不知道那樣一個肉眼看來小小的光點背后，是多少年前的光線，跨越了多少光年的距離，千難萬險，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位置，在很長的時間內，肉眼看不到什么顯著改變。其實，無時無刻它們都在運動，只是由于離開地球非常遙遠，用肉眼覺察不到變化就是了。恒星區別于行星的一個最重要的性質是依靠核聚變產生能量，在相當長的時間內穩定地發光。其他的恒星，也是因為離開地球遙遠，由于大氣的擾動，看上去才只是一個閃爍的亮點。除了月球、行星與恒星、彗星，還可能看到人造衛星，一般在早晨或傍晚時分天氣好的情況下，隱約見到一個小亮點緩慢的移動；除此之外還有很浪漫的流星啊，極地的極光是地磁場與宇宙射線共同形成的產物。

每顆星星的名字，每個星系的大小，每個星團的距離，都是溫柔莊重的事情。面對美好的知之不多的宇宙，習慣于付諸筆端，便于日后的學習。

二、天文學的美學功能

在獲取了初步的天體物理的基礎知識的同時，也想談談個人的一點淺薄的看法。對于我這類文科同學，不怎么懂得天體物理學的人而言，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。

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，還是在時間上，我本身，乃至我們全體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，點起火把，面對大海，心情如春天般充滿生機，創造詩歌和文學，是一個和廣袤的天空一樣值得贊頌的奇跡。

宇宙的美是人類對宇宙的理性感知，宇宙的美在于和諧、豁達、包容和優雅，宇宙的美在于各種天體有規律地運行，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，不僅僅在于一個個大大小小的亮點光暈，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、暗能量，也許還藏著通向平行世界的道路入口。

中國人自古講究美德，寬容正是常常被提起的一項。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，這樣一個生活著以億計算的生物的蔚藍星球，不過是宇宙微不足道的一個角落里一個微不足道的星系里一顆微不足道的行星。它就像一個永遠開不到底的套娃，你不知道它有多大，你不知道人類究竟要發展到哪一天，才能勉強稱得上一句對宇宙有所了解。它是無盡的，既是未知的虛空，又是待發掘的寶藏。

三、天文學的思想價值

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。它給生命優渥的可生存的環境，提供光、熱，提供賴以生存的大氣。這如何不叫人覺得感動而感激呢？

生命以宇宙的空間、時間尺度和維度維持！尤其地球上生命的存在，具有許多的特性，生命很早就出現在地球，早于35億年前比很多恒星都還久。生命能夠延續的動力在于源源不斷的能量供應，即來自太陽的核聚變能源。這還要歸應于光合作用，及生物巧妙地取自來自太陽的能量。地球和生命達到了協同進化。

地球能有生命存在是宇宙奇跡，是因為地球處于太陽系的恰當位置。

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，逆時針繞銀心旋轉一周約需要2.2億年。太陽系所處的位置正好位于銀河生命帶，產生較少的宇宙輻射，溫度剛剛好，所受到的太陽影響（太陽風，太陽輻射）也剛剛好，避免了對生命造成的危害。太陽的活動處于主序星的穩定時期。地球磁場（類似于磁鐵的SN倆極）[1]在太陽風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，以規避危險。地球磁層抵御了一部分太陽風的干擾，但不是全部。

其次，地球內部釋放的水逐漸充滿了海洋，內部釋放出來氣體形成大氣圈，隨著無機物合成有機物，在生命進化的過程中，氧氣增加到今天的比例，產生了高等生物。250萬年前，原始人出現在地球上。地球距太陽不遠不近，從行星接受太陽能的角度，日地距離是最佳距離。加上地球公轉和自轉的周期適當，存在四季和晝夜，地表溫度均勻，平均溫度為15oC，有利于液態水的存在和萬物生長。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，地球內核足夠熱使他產生足夠的磁場擋住來自太陽風的威脅。

再次，地球的質量不大不小，地球密度達5.52×103 kg/m3，地球內部活動不快不慢。地球的巖石圈能貯水，巖石風化成土壤。不同圈層間發生物質——能量交換，地幔的熔融和對流，引起巖石板塊的構造運動，引發地球上的造山運動，滄海桑田的變遷。

最后，地球有一個大小適當的衛星——月亮。雖然宇宙在膨脹，但是太陽系在一個相對安全的空間中運動，過程簡單，但使用復雜的結構，我們吃各種美味佳肴，卻沒有變成那種物質！天生我才必有用，天體亦然！生命中很多事情并非“理所當然”。

試想，組成你的某一個分子，也許數億年前飄散在宇宙的某個角落，你未來的愛人身上的某一個分子，在這么久以前，已經與你有過一次相遇。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，研究引力及其對行星軌道的作用，在開普勒行星運動定律以及其他人的研究基礎上，利用高超的數學方法在1679年創建了萬有引力定律（Law of universal gravitation）。LIGO科學合作組織和Virgo合作團隊在2016年2月11日宣布：利用高級LIGO探測器，已經首次探測到了來自于雙黑洞合并的引力波信號。中國天體物理學者利用FAST(（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope）)在2016年9月17日的一次觀測中，成功接收到了一組來自遙遠宇宙的高質量脈沖星信號。從獲取的頻率相位圖中，科研人員計算出這顆脈沖星與地球的距離：信號源位于1300多光年之外的宇宙深空。要知道整個銀河系就10萬光年，1300光年真的不遠。對于宇宙的認識，遠古至今，人類夢寐以求。

仰望星空是在慢慢成長的過程中，在宇宙友好的環境中，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。腳踏實地，仰望星空，知難而進，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，對于大眾拋開那些精密復雜的計算，就是有關古老的崇拜、浪漫的幻想和靈魂的共鳴。人類將永不忘記抬頭看星空時的震撼感覺，它鞭策蕓蕓眾生，永不自傲，永不停歇，一路探索。