仰望星空的初步认识和探讨

俞沁 章登宏（通讯作者）

（1 华东理工大学外语学院德语系182班，上海 200237；2 华东理工大学理学院物理系，上海 200237（通讯作者））

作为德语系的我，缺少扎实的理科背景，面对 “天体物理选讲”的课程，少得可怜的物理学知识实在显得有点力不从心，依然促使我选这门课的核心原因有叁个要素：其一是康德的名言：“世界上只有两样东西是值得我们深深景仰的，一个是我们头上的灿烂星空，另一个是我们内心的崇高道德法则。（Only two things in the world is worth deeply admire，a bright star is our head，another is our lofty moral law within。”，一直萦绕在我心头，百思不得其解；其二是说来有些好奇，个人对天文虽一窍不通，却始终对其有着说不清道不明的向往和好感；其三则是就读的德语系有对学分的要求，必须在理工选修大类里修满2个学分。怀揣好奇，心有不甘，不忘初心，抱着什么都听不懂的忐忑，坐在了天体物理选讲的课堂上。对于即使是对物理所知不多的人，只要有兴趣、有探索的想法，也可以有幸领略宇宙的魅力。宇宙始终充满神奇，特别是宇宙科学，那么多的未知，更是令人充满无限的遐想。

一、初次对天文学的认识

灿烂的星空，浩淼的宇宙，未知的世界，科学家的探索永不停歇。思前想后，决定从个人的角度出发，谈谈天文给我的启迪。

与天文的缘分始于高中入学之时，2015年8月13日夜，抱着见见世面的想法，我跟着高中天文社的学长学姐们，在上海崇明东滩湿地公园观测了那一年的英仙座流星雨。

说来好笑，在那之前，我一直以为流星雨真的是像电视电影里演的那样，在某几分钟内密密麻麻地流窜过天空，蔚为壮观。其实我盯了一个彻夜，大概也就见到了十几颗，自十二点过后开始，时不时地划过去，转瞬即逝，一个不小心就会错过。我当时说，这也算叫流星“雨”吗。

后来我加入了天文社团，高中三年的英仙座和狮子座流星雨，次次都未缺席。我才知道，高一的自己看到的这一场流星雨已经算运气很好，我们有过数次从陆家嘴赶到上海远郊，在蚊虫飞舞里瑟瑟发抖，却被低层云遮得什么也没能看到的经历。

虽未参加天文奥赛之类，却有幸担任了高中学校天文社长一职。每次外出观测，那些具备着天文知识的同学就会教我如何辨认星星。犹记得自己费劲地组装起望远镜，终于一眼看出去时候的震撼感。在指星笔光点下认识了夏季大三角，秋季四边形，认识了北斗的尾巴，认识了猎户座的腰带。

老师当时对我说：“猎户座的腰带，只要抬头就一定能认出来。”我果真次次抬头，都能找到那三颗仿佛被看不见的线串在一起的小星星，在我看来杂乱无章的满眼星罗棋布中，就像三个熟知的朋友，使我感到一丝莫名的熟悉和亲近。

也是自那开始，意识到，其实天文是说神秘而不神秘的。专业的天体知识也许离普通大众遥远，但无限广袤的宇宙却有着广阔而博大的胸怀。天上的星星，虽然知道他的名字，但不知道他的来历，不知道那样一个肉眼看来小小的光点背后，是多少年前的光线，跨越了多少光年的距离，千难万险，向人类奔来。

宇宙中约有几百万亿亿颗恒星，全天肉眼看到的天上的星星有6000多颗，除了太阳系内的八大行星和流星、彗星之外，都是恒星。所谓“恒星”，是由于它们彼此之间的相对位置，在很长的时间内，肉眼看不到什么显著改变。其实，无时无刻它们都在运动，只是由于离开地球非常遥远，用肉眼觉察不到变化就是了。恒星区别于行星的一个最重要的性质是依靠核聚变产生能量，在相当长的时间内稳定地发光。其他的恒星，也是因为离开地球遥远，由于大气的扰动，看上去才只是一个闪烁的亮点。除了月球、行星与恒星、彗星，还可能看到人造卫星，一般在早晨或傍晚时分天气好的情况下，隐约见到一个小亮点缓慢的移动；除此之外还有很浪漫的流星啊，极地的极光是地磁场与宇宙射线共同形成的产物。

每颗星星的名字，每个星系的大小，每个星团的距离，都是温柔庄重的事情。面对美好的知之不多的宇宙，习惯于付诸笔端，便于日后的学习。

二、天文学的美学功能

在获取了初步的天体物理的基础知识的同时，也想谈谈个人的一点浅薄的看法。对于我这类文科同学，不怎么懂得天体物理学的人而言，天文也具有不可替代的意义。那种摄人心魄的为宇宙之大所折服的叹为观止的感觉，非亲身站在如同高悬的幕布一样罩住你的星空之下而不能体会。

它能使你真真切切地感觉到自己是渺小的，是微不足道的，是如同尘埃的。无论是在大小上，还是在时间上，我本身，乃至我们全体人类都是如此不值一提，连沧海一粟都算不上。然而这种感觉又不是使你自卑的，它虽磅礴却不生硬，你会感觉鬼斧神工的此情此景之下，人类自由地生老病死，躬耕劳作，点起火把，面对大海，心情如春天般充满生机，创造诗歌和文学，是一个和广袤的天空一样值得赞颂的奇迹。

宇宙的美是人类对宇宙的理性感知，宇宙的美在于和谐、豁达、包容和优雅，宇宙的美在于各种天体有规律地运行，宇宙的美在于自然、不娇柔做作、变化多端，多姿多彩。

宇宙是美的，否则也不会有那么多品牌商家前赴后继的推出以星空为噱头的潮流单品。这些商品拥有令人炫目的颜色，却没能还原星空之美的万分之一。我觉得星空真正的美感，不仅仅在于一个个大大小小的亮点光晕，更在于他们背后，那不见底的深沉背景，里面藏着黑洞，藏着暗物质、暗能量，也许还藏着通向平行世界的道路入口。

中国人自古讲究美德，宽容正是常常被提起的一项。要论宽容和气量，觉得肚里能撑航空母舰的宰相也比不过宇宙的万分之一。它是无边无际的，这样一个生活着以亿计算的生物的蔚蓝星球，不过是宇宙微不足道的一个角落里一个微不足道的星系里一颗微不足道的行星。它就像一个永远开不到底的套娃，你不知道它有多大，你不知道人类究竟要发展到哪一天，才能勉强称得上一句对宇宙有所了解。它是无尽的，既是未知的虚空，又是待发掘的宝藏。

三、天文学的思想价值

宇宙，不催促你，它存在了多久，没人说得清，所以它也不急于表白。它给生命优渥的可生存的环境，提供光、热，提供赖以生存的大气。这如何不叫人觉得感动而感激呢？

生命以宇宙的空间、时间尺度和维度维持！尤其地球上生命的存在，具有许多的特性，生命很早就出现在地球，早于35亿年前比很多恒星都还久。生命能够延续的动力在于源源不断的能量供应，即来自太阳的核聚变能源。这还要归应于光合作用，及生物巧妙地取自来自太阳的能量。地球和生命达到了协同进化。

地球能有生命存在是宇宙奇迹，是因为地球处于太阳系的恰当位置。

首先是太阳系在银河系（The Milky Way）的一条叫做猎户臂的旋臂上，距离银河系中心约2.64万光年，逆时针绕银心旋转一周约需要2.2亿年。太阳系所处的位置正好位于银河生命带，产生较少的宇宙辐射，温度刚刚好，所受到的太阳影响（太阳风，太阳辐射）也刚刚好，避免了对生命造成的危害。太阳的活动处于主序星的稳定时期。地球磁场（类似于磁铁的SN俩极）[1]在太阳风作用下形成的磁层可以阻挡和捕获来自太阳和其它宇宙的高能粒子，以规避危险。地球磁层抵御了一部分太阳风的干扰，但不是全部。

其次，地球内部释放的水逐渐充满了海洋，内部释放出来气体形成大气圈，随着无机物合成有机物，在生命进化的过程中，氧气增加到今天的比例，产生了高等生物。250万年前，原始人出现在地球上。地球距太阳不远不近，从行星接受太阳能的角度，日地距离是最佳距离。加上地球公转和自转的周期适当，存在四季和昼夜，地表温度均匀，平均温度为15ºC，有利于液态水的存在和万物生长。地球上的水量刚刚好，过少或过多都不适宜居住。地球有足够的引力吸引住大气，而大气帮助生物挡住了来自宇宙的危害，地球内核足够热使他产生足够的磁场挡住来自太阳风的威胁。

再次，地球的质量不大不小，地球密度达5.52×103 kg/m3，地球内部活动不快不慢。地球的岩石圈能贮水，岩石风化成土壤。不同圈层间发生物质——能量交换，地幔的熔融和对流，引起岩石板块的构造运动，引发地球上的造山运动，沧海桑田的变迁。

最后，地球有一个大小适当的卫星——月亮。虽然宇宙在膨胀，但是太阳系在一个相对安全的空间中运动，过程简单，但使用复杂的结构，我们吃各种美味佳肴，却没有变成那种物质！天生我才必有用，天体亦然！生命中很多事情并非“理所当然”。

试想，组成你的某一个分子，也许数亿年前飘散在宇宙的某个角落，你未来的爱人身上的某一个分子，在这么久以前，已经与你有过一次相遇。这样大手笔的浪漫，在宇宙为背景的视角看来却是再自然不过的，人类为之折服。

牛顿借用了胡克的见解，研究引力及其对行星轨道的作用，在开普勒行星运动定律以及其他人的研究基础上，利用高超的数学方法在1679年创建了万有引力定律（Law of universal gravitation）。LIGO科学合作组织和Virgo合作团队在2016年2月11日宣布：利用高级LIGO探测器，已经首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。中国天体物理学者利用FAST(（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope）)在2016年9月17日的一次观测中，成功接收到了一组来自遥远宇宙的高质量脉冲星信号。从获取的频率相位图中，科研人员计算出这颗脉冲星与地球的距离：信号源位于1300多光年之外的宇宙深空。要知道整个银河系就10万光年，1300光年真的不远。对于宇宙的认识，远古至今，人类梦寐以求。

仰望星空是在慢慢成长的过程中，在宇宙友好的环境中，才知道自己有多微小，才知道心怀感恩，求知若渴而永不满足。脚踏实地，仰望星空，知难而进，不忘初心，才能从浩瀚的宇宙知晓一些道理。

天文带给人类的，对于大众抛开那些精密复杂的计算，就是有关古老的崇拜、浪漫的幻想和灵魂的共鸣。人类将永不忘记抬头看星空时的震撼感觉，它鞭策芸芸众生，永不自傲，永不停歇，一路探索。