通常來說，天文學研究宇宙本身以及宇宙中的各種天體，其研究內容是隨著我們對宇宙的認識而不斷深化的。在這一過程中，天文學和其他學科產(chǎn)生了各種各樣的交叉，形成了一個不斷發(fā)展、有趣的“朋友圈”。

“幼年”的天文學

　　遠古時代沒有電燈和手機，沒有高樓和汽車，也沒有千萬人口的超級城市。那時候的人們日出而作、日落而息，每天都生活在大自然中，他們看到頭頂壯麗的日月星辰，不禁會感到敬畏和好奇。敬畏使得太陽、月亮等天體被當成神靈一樣的存在；好奇則驅使人們記錄和研究這些天體的運行規(guī)律。于是，天文學誕生了。
　　史前時期的天文學和神話、宗教等有著千絲萬縷的聯(lián)系，最早的天文學家很可能是當時的神職人員。英國著名的史前遺跡巨石陣是大約5000年前人們舉行宗教儀式的場所。關于巨石陣的具體用途，因為年代久遠而眾說紛紜。然而有一點是確定的，巨石陣中那些幾十噸重的巨大石柱并不是隨意排列的，而是具有天文觀測的功能，比如可以標記春分、夏至、秋分、冬至時太陽的位置�？梢娫诋敃r，天文學和神話、宗教是一個“圈子”里面的朋友。
　　語言和文字的出現(xiàn)加速了人類的知識積累進程。在長期積累的天文觀測記錄中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了日月運行的規(guī)律，這種規(guī)律可以用于預測未來的天象。對天象的預測不僅強化了天文在神話和宗教中的地位，也使得天文從高高的天上來到人間，天文學的“朋友圈”因此多了一個小伙伴，叫作“占星術”。占星術的英文單詞（astrology）來自希臘語，帶有“astro-”的前綴，而天文學的英文單詞（astronomy）也帶有同樣的前綴，這在一定程度上說明當時兩者之間的密切關系。在天文學的“朋友圈”里，有很多帶“astro-”這個前綴的名詞。
　　占星術的占卜語言也許可以含混模糊，但是河水泛濫和耕種的時間卻需要追求精準。于是，數(shù)學也加入了天文學的“朋友圈”，從此，數(shù)學和天文學一直是形影不離的好伙伴。兩河流域的蘇美爾人發(fā)明了六十進制的計數(shù)法，在天文學領域中與十進制共同使用。我們現(xiàn)在可以簡潔地用赤經(jīng)和赤緯的度數(shù)來說明天體的位置，就得感謝蘇美爾人的這套計數(shù)方法。古代希臘人將幾何學引入天文學，他們發(fā)現(xiàn)大地是球形的，并計算了地球的大小。我國自古就是一個農(nóng)業(yè)大國，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時要有一套較為精確可靠的歷法體系。同時，中國傳統(tǒng)中對天象重視，也賦予了歷法和天文觀測科學以外的重要含義，使得制定歷法并預測日月食等天象成了中國古代天文學的重要任務。
　　受古代社會發(fā)展和觀測條件的限制，那時候的天文學有很多在今天看來是完全錯誤但仍然很有意思的概念。比如，古代印度人認為大地是由大象和巨龜馱著的，這兩種動物在印度都有分布，大象的力大無窮和龜?shù)姆�(wěn)健長壽，恐怕給古代印度人留下了深刻的印象。古代希臘人曾以為大地是漂在海上的圓盤，希臘在地中海邊上，航海業(yè)至今仍很發(fā)達，因此古代希臘人對海有感情就不奇怪了。古代中國人顯然對大象或者大海沒有什么感覺，而是相信天圓地方，還把這種觀念運用到了銅錢鑄造上。
　　由此可見，不同文明的天文學發(fā)展方向會受到該文明所處地理環(huán)境、文化和哲學等因素的影響。雖然不同的文明對地球有不同的理解，但是有一種觀念在不少文明中都出現(xiàn)過，那就是“地心說”，或者說以自我為中心的觀念。古時候的人們以為，地球甚至以為他們生活的那片地區(qū)就是整個宇宙的中心，滿天的星斗被看作天空中的裝飾品，或者是可以預測吉兇的工具。古代希臘人利用他們的幾何專長，發(fā)明了一整套本輪、均輪體系，來解釋日月星辰相對于地球的運動，這套體系在西方的影響延續(xù)了上千年。

拉起科學的小手

　　到了近代，人們的活動范圍越來越大，對宇宙的認知也越來越深。人們逐漸意識到地球不是宇宙的中心，宇宙的其他部分也遵循著和地球一樣的物理規(guī)律。于是，物理學加入了天文學的“朋友圈”，從此天體物理學成了天文學的主力軍，并一直延續(xù)到現(xiàn)在。
　　1666年，著名物理學家艾薩克·牛頓使用三棱鏡將太陽光分解為七彩光帶。1802年，牛頓的同胞威廉·沃拉斯頓通過使用狹縫，發(fā)現(xiàn)太陽的這種七彩光帶中有一些暗線存在，后來德國物理學家約瑟夫·馮·夫瑯禾費對幾百條暗線進行了認證和編號。現(xiàn)在我們知道，棱鏡折射出來的七彩光帶其實就是太陽的連續(xù)譜，光帶上的暗線是太陽連續(xù)譜中的吸收線，又叫作“夫瑯禾費線”。
　　此時的物理學也沒有閑著。物理學家在實驗室里燃燒氣態(tài)、固態(tài)等狀態(tài)的物質，并記錄它們的光譜，結果發(fā)現(xiàn)不同種類的物質會有不同波長的譜線，而譜線是吸收線還是發(fā)射線，與物質的狀態(tài)有關。于是，通過和實驗室中已知物質的光譜進行對比，兩位德國物理學家古斯塔夫·基爾霍夫和羅伯特·本生發(fā)現(xiàn)了夫瑯禾費線的奧秘，原來這些暗線是太陽上元素的“指紋”，通過這些線索我們可以不用飛到太陽上，就能知道這顆恒星含有哪些元素。
　　另外，元素周期表上排第二的氦元素就是首先在太陽上發(fā)現(xiàn)的。1868年，法國天文學家朱爾斯·簡森和英國的諾曼·洛克耶爾通過觀測太陽日珥，各自獨立地發(fā)現(xiàn)了陌生的黃色譜線，該譜線與當時已知的地球上的元素都對不上號。后來才知道這就是氦，它的名稱Helium在希臘語中是“太陽”的意思。
　　到了現(xiàn)代，通過光譜研究遙遠天體的化學組成已經(jīng)成為天體物理學研究中的家常便飯。天文學和物理學分享了關于宇宙中元素豐度和核合成的有趣知識。宇宙大爆炸之后，宇宙中基本只有氫和氦；第一批恒星誕生之后，通過恒星核心的聚變反應將氫合成為氦、碳、氮、氧、鎂、鈣、鐵等重元素；在恒星演化末期的各種爆發(fā)中，這些元素被拋灑到宇宙中，中子星合并等高能天體物理過程則造就了金、鉑等元素。這些元素不僅讓元素周期表變得更長，還形成了地球和地球上的智慧生命。我們能夠在這里讀雜志，還得感謝在億萬年前合成重元素的那些恒星。
　　不久前，天文學還給物理學送了一份小禮物，說起來這其中還有地球科學的參與。早在20世紀初，人們就發(fā)現(xiàn)可以通過對地震波的測量來確定地球內部的構造。半個世紀之后，這種利用波動探測內部的技術被用到了太陽上，這就是日震學。我們看到的圓圓的太陽只是它的光球部分，光球以下的太陽內部是不透明的，也就是說，我們沒法直接探測那里的光，就像我們看不到地球內部一樣。好在太陽上也有波，于是日震學利用在太陽光球上測到的波，來計算太陽內部的物理狀態(tài)。這種方法相當成功，以至后來發(fā)現(xiàn)太陽中微子數(shù)目比預期的少很多時，日震學方法可以讓天文學可以很有底氣地對物理學說：“問題不在我這里，你自己再找找看吧�！弊詈螅�物理學發(fā)現(xiàn)問題還真出在自己這里。原來當時對中微子物理性質的認識有誤，在發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩之后，問題得到了解決。發(fā)現(xiàn)者梶田隆章和阿瑟·麥克唐納也因為“在粒子物理領域開辟了新的疆土”，獲得2015年的諾貝爾物理學獎。

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