本文整理自科學人線上沙龍分享會——天文學有什麼用？
怎樣帶愛的人看一場流星雨？
古代的「夜觀星象」和現代天文學研究有何不同？
如何真切的感受到宇宙之美?
聽到「引力波」、「暗物質」不再一臉懵逼？
……
科學人上周邀請到兩位天文學者與大家共同分享天文學方向的知識。
天文學有什麼用？我在上課學期開了一門叫「天文學史」的課程，在這門課上我一直和學生們探討著天文學的發展歷程。談及天文學，我首先聲明天文學是一個奇葩的學科。在天文學中，我們至少能看到三種很矛盾的情況。
第一種矛盾是，有天文系的學校不多，且天文系規模很小，但天文學所研究的領域卻是最大的，我們聚焦於空間和時間，宇宙和星河。第二種矛盾，很多人對天文學感興趣，很想了解，但很少有人把天文學能夠作為自己的專業和職業。第三種矛盾，天文學涉及到很多數理等基礎知識，但同時，恰恰在探討天文學時，我們會發現很多的偽科學在裡面，混淆視聽。
這到底是為什麼呢？
經常在問答的一些網站上，我會收到一些問題，比如「白羊男和射手女在一起是怎樣的一種體驗?」 我的回答是，呵呵……
我們可以看到，天文學很容易被大家所關注，但我們真的了解天文學麼，了解背後真正的科學知識麼？先自我安利下，我的一本書，《天文之書》這本書用250個詞條講述了天文學史上250個裡程碑一樣的事件。也歡迎大家關注我的微信公眾號「我們是星塵」。
說到天文學有什麼用，我們自然的會和其他學科進行比較：
聯合國所定義的6大自然科學基礎學科，數理化天地生，這6門學科中，我們都能直接給數理化地生找到直接的用途，但天文學呢？真的是用來算命和找對象（誤
說到找對象呢，本次活動的主持人Steed老師就是受益於此。在日全食下求婚，我也是非常激動，作為一個天文人，天文學能有這樣的用途我是非常自豪的。我們現在開始從頭開始梳理下，在天文學剛剛興起時，人們是如何學習和使用這門科學的呢？
第一種起源：滿足人類的好奇心
從歷史的角度來說天文學的起源，第一種起源：天文學是為了滿足人類的好奇心，對於好奇心的追求和滿足是所有科學起源的一個重要因素，這一點和其他學科的起源相同。但天文學又不同於其他科學，有著獨到的思維方式，有著自身的性格。最初人類對天文學的探索就是為了解釋問題，天上到底有什麼東西？日出日落那些規律到底是什麼？一切探索，都是為了滿足那份純粹的好奇心。在古希臘，天文學包括數學都是有至高無上的地位的，但當時人們只注意的是，這個圓的面積是否是可以計算的，但圓周率小數點後取到幾，當時的人們是不關心的。誰在關心圓周率小數點後取到幾呢，古希臘人認為這是下等人才需要這些，而研究學術的高等階級人士，是不需要了解這些的。我經常會問國內外的天文學家，為什麼選擇做天文學作為自己的工作，大部人都表示是因為好奇，因為小時候就對窗外的這片星空充滿了好奇。
第二種起源：為政治和宗教服務
在今天，我們說一門科學為政治和宗教服務，你一定會覺得很荒誕。但在古代，這一點是至關重要的。舉一個例子，很多人是天蠍座，天蠍座最亮的那顆星中文名叫心宿二，通用名叫天蠍座α，這顆星是大紅色的，紅彤彤的。中國的古人在上古時期，就發現每當傍晚黃昏的時候，如果天蠍座在東方地平線上上升，這個時刻特別適合進行農業生產。我們想像一下，在五千年前，沒有天氣預報，沒有科學種田，我們特別依賴於風調雨順，糧食怎樣種的好是關係到整個民族的大事。所有農業活動在播種之前要做的事情是燒田，把荒蕪的雜草除盡，燒後的雜草會形成草木灰，是非常好的肥料。所以如果我們在黃昏時，發現天蠍座這顆亮星，就提醒我們應該燒田了，所以古人就相信這裡面存在著某種暗示，並且這顆星還是大紅色的，所以我們又給其起名為大火星。假如在一個部落中，有一個人他善於觀測這些，掌握了這種規律，這個人就擁有了權威，如果你想吃飽飯把糧食種好，你就要服從於這個人，所以懂得觀測大火星的人就有了至高無上的地位，所有人都成了他的腦殘粉，更大的範圍內他就成了王。
上圖右側的為圭表，圭表是中國古代根據日影長度變化測定季節、劃分四季和推算曆法的工具。圭表由「圭」和「表」組成，表是一根垂直立於地面的杆或柱；圭是地面一根垂直於立杆或立柱的水平標尺，指向正北。夏至時，太陽最高，那天中午圭表的影子就是最短的指向北邊。什麼樣的人才能掌握權威呢，他一定是能夠修建出高大的天文臺來觀測大火星，並能夠修建圭表。古人並用這樣的方式制定出首都所在地，權威者規定在某地圭表的影子才能達到要求長度，所以把該地作為首都。
第三種起源：為了生產與生活
我們要搞清楚晝夜怎樣交替，四季如何輪迴，這直接決定了動植物的生長，不只是種糧食，人類還有攝取動物蛋白的需要，也需要了解動物的生長周期。這些都需要天文學的知識，來了解太陽的變化，星座的變化，這些都直接的影響著我們的生活。甚至很多古人會利用天文學來研究氣象，比如什麼時候颳風下雨，地震暴雪，雖然很多在我們現在看來是不科學的，但那時古人相信這是有某種神奇的聯繫的。
天文學因為這三個動機而起源，在西方經過古希臘古羅馬到中世紀到阿拉伯到文藝復興，一步一步，天文學變成了我們現在所看到的西方科學的樣子。那麼，天文學在人類發展歷程中又起到了什麼樣的作用呢？
很多人感興趣於天文學，是由於天文學能夠樹立一些世界觀。首先，天文學能夠幫助我們探索世界的本源，我們存在的世界本質是如何的。還有就是在三觀上去定義外部的邊界，人們會設想世界是否有邊界，對我們人類的影響又是如何。大家在看大劉的《三體》會發現裡面經常有這樣的故事，在天文學上的一些重大發現會影響人類的宗教和三觀，讓有些人失去或重拾生活的勇氣。
其次，天文學讓我們知曉了更為精準的時間。人類對時間的概念是不精準的，很難理性的，需要外界環境，需要天文學的觀測來幫助我們。在歷史上，阿拉伯這個民族對時間非常敏感，在伊斯蘭教教義中要求穆斯林一晝夜要進行５次禮拜，這５次禮拜有嚴格的時間規定，時間不能錯過，次數不能缺少，這就要求穆斯林對時間十分敏感。在古代，判定時間其實就是判定太陽的位置，穆斯林能夠準確的定位太陽的位置，也給整個人類時間的定位帶來幫助。
在朝拜中朝拜者面對的方向也十分有講究，穆斯林禮拜必須要面向聖城麥加的方向，面向天房所在的方向（上圖圖右）。但當你並不是居住在麥加附近時，怎樣判斷麥加的方位？這同樣也是天文學所要解決的課題，需要知道麥加的位置，我現在此時此刻的位置，我的面向方向。
我們可以用天文學的知識來計算一顆小行星的軌道，當然也可以計算人造衛星的軌道。第三，天文學的另一個作用就是定軌，隨著天體力學的蓬勃發展，天文學幫助我們確定了大行星的位置。如果我們要從地球到月亮上去，就需要通過天文學知識來計算什麼樣的軌道距離最短，耗損能量最少。包括發衛星，扔炮彈，都是天體力學發展出來的，是天文學的一個很好的應用。
最後，天文學還有一個作用就是佔卜。通俗的說，佔卜就是算命，但算誰就不一定了。佔卜從古巴比倫時期就出現了，伴隨著天文學一起發展，而隨著東西方發展不同，佔卜和天文學的發展慢慢開始走向不同的方向。我們今天很感興趣的星座，就屬於西方的佔星學，佔星學比較關心的是個人性格個人命運，所以我們給其起名為命理佔星術。而中國的佔卜就很不一樣了，中國很少進行個人的佔卜，多是關係國家命運的佔卜，比如皇帝是否要駕崩了，打仗能不能打贏，有沒有全國性的自然災害出現，所以起名為軍國佔星術。比如水星凌日、金星凌日，（當水星運行至地球和太陽之間，如果三者能夠連成直線，便會產生水星凌日現象，金星凌日同理。）把太陽擋住，這在佔星術中都不是什麼好事。
當然最壞的事還是和天蠍座有關係，火星呢在西方被視作戰神，而在中國古代被視為混亂之星，叫做熒惑。代表混亂，代表瘟疫，代表不安逸。如果火星出現在天蠍座的大火星附近，我們叫做心宿，火星如果在心宿附近出現停留一段時間甚至逆行，這個天相叫做熒惑守心。發生熒惑守心意味著短時間內皇帝要駕崩的。我們不展開說歷史上人們是怎麼應對熒惑守心這樣的天象，有趣的是在今年的上半年，短短的兩三個月的時間先後發生了日全食，大黑子，水星凌日，熒惑守心這些天象，當然這些現象什麼也不代表。我們今天知道佔卜是不靠譜的，在科學是站不住腳的，人類總是過於自大，認為我們人類的活動和整個宇宙有關係。
以上所說的是天文學在歷史上的各種作用，有些作用對我們人類的發展有著重要的意義，而有些作用在今天看來偽科學是不正確的。隨著天文學的發展，到了近代出現了新的分支，叫天體物理學。
天體物理學誕生前，我們只是用望遠鏡去研究太陽的東升西落等等，但天體物理學的出現打開了新的世界。知名物理學家古斯塔夫·羅伯特·基爾霍夫和化學家羅伯特·威廉·本生一同創立光譜化學分析法，我們開始用光譜來分析不同星體的化學成分，不再單純用肉眼來觀測其外觀。比如我們在不同波段下觀測太陽，見下圖：
下圖還是太陽，是太陽的光譜，把太陽光分解成不同顏色後，就是這張圖看到的這樣。
天文學關心的事情好像離我們越來越遠了，我們關心銀河系，關係宇宙有多少星系，關心宇宙的年齡，關心宇宙中還有沒有像地球一樣的行星，上面有沒有生命的存在。
我們都知道在生物進化上，地球曾經出現過好幾次大滅絕，每一次滅絕讓90左右的物種消失，之後再出現新的物種，這裡面發生了什麼。有一位學者做了一個研究，他認為太陽以前並不在現在的位置，而是在銀河系更靠近中間的位置，在太陽慢慢移動的過程中，穿越一些星雲，讓太陽系變得不太穩定。就會有特別多的彗星，小行星撞擊地球，歷史上的７次大滅絕可能與太陽的這些移動有關係。
所以天文學到底有沒有用？似乎看起來和我們的生活沒有太大的關聯，但其實天文學往往是和生活有著深層次的聯繫。天文學本身自己關心的有自己的力量和價值，不需要藉助別的應用別的技術來抬高自己的價值。
今天的天文學，其實越來越像一個純粹的無用之學，它因為深刻，它因為在解決更深層次的問題而沒有用，它因為無用所以能夠輕鬆解決深刻的問題不背負技術的包袱，因為無用而變得特別的美麗。我們喜歡天文學，源於對宇宙的好奇，我們更好奇更深處，最遠方，好奇宇宙的終點，未知的景象。天文學是最美麗的無用之學。
首先，很贊同高爽老師的觀點。談到天文學有什麼用，就隨便舉出幾個例子來證明，這完全沒有說到天文學的本質，展現天文學的美好。讀《莊子》時，有一個故事讓我很受啟發。有一些人諷刺莊子，說你有一顆大樹，樹是很大，但是它彎彎曲曲又有什麼用？莊子回答：直的樹呢被砍掉，留下了彎彎曲曲的樹，你在下面乘涼這不是很好麼。我記得我剛讀到莊子這一段的時候，我不是很認可，在樹下乘涼是什麼值得炫耀的用處呢？但有了一些人生體驗後，我才明白，有的時候你過於追求有用，你會做一些當時看起來有用但最後其實毫無意義的事情。反過來不應該抱著功利的態度去看待一個事物，包括天文學，這樣下來反而你的所作所為，意義才是最大的。對於科學來說，我們不能說今天要發衛星我們來研究下天文學，明天要打井，我們要研究下地質學，這樣的話整個科學界都會是混亂的。
高爽：有學者發現，研究一窩螞蟻，好多螞蟻都在忙活，而有幾隻很懶散似乎不幹什麼正事。學者就研究這些懶螞蟻到底是怎麼回事，當把全部懶螞蟻合併在一起時，他們開始有了分工，開始做事。為什麼總是有一些懶螞蟻，原來是螞蟻長期進化知道，全部的螞蟻都在找食物，工作，總有一天食物會被吃完。那些懶螞蟻不是在為著今天的工作而忙碌，他們在為明天，未來而忙碌著。
科學人網友：請問對於非專業人士，有什麼能夠特別推薦的天文學書籍？
高爽：我先解釋下，因為天文學的發展非常快，所以我建議大家不要局限於哪一本書，我建議大家去多看些天文學方面的雜誌，比如《天文愛好者》、《博物》、《中國國家天文》等等，這些雜誌會很及時的更新一些新的消息，天文學研究的新進展。
陳學雷：我推薦兩本書，國外作者基普·索恩的兩本書，一本是《黑洞與時間彎曲》還有一本是《<星際穿越>的科學》這兩本書我認為是非常精彩的科普書。另外我還想推薦我的好朋友盧昌海博士的一本書，《那顆星星不在星圖上：尋找太陽系的疆界》。
科學人網友：在光汙染的城市裡有什麼方法能獲得更好的觀星體驗？
Steed：城市裡確實光汙染比較嚴重。推薦大家最好離開城市，到郊外一些光害比較小的地方。只要你離開市中心五六十公裡，都是可以觀星的，包括銀河這種比較暗的天體都可以看得到了。
科學人網友：話說，漠河真的可以看見極光麼？國內有機會看得見極光的地方會在哪裡呢？
高爽：首先允許我吐槽下，黑龍江省漠河縣宣傳部對外公布說，他們要在夏至這一天搞一個極光節，歡迎大家都去那裡看極光。這簡直就是科學的鬧劇。首先我們要知道極光是什麼，什麼時候才能看到極光？我們要在冬天，在北極極夜的時候才能看到極光。極光是圍繞這地球的磁極周圍的，而不是地理的北極，而磁極偏向於美洲，美國加拿大那邊。所以到冰島，到北歐，到加拿大看到極光的機率會更高些。當然在漠河看到極光的機率也是有的，但一定是要在冬天看，而不是夏至。
Steed：我補充一下，因為地理位置的關係，北半球的磁極是偏向於西半球的，我們中國的地理位置是很不利於看極光的，除非太陽活動有大的爆發，比如極光的活動指數超過8、9甚至10。但在我國的北方地區還是有機會看到很微弱的極光的。比如我知道北京天文館的朱進老師在新疆北部曾經看到過極光，但也非常微弱的極光。所以如果大家想看極光，還是推薦大家去北歐，阿拉斯加，冰島等地區去看極光。當然南半球有些地方也是可以看極光的，比如說澳大利亞的最南端，紐西蘭南島的南端，在中國看極光確實機會比較少。
科學人網友：有人認為暗物質和暗能量的概念和以太有些許相似，都有些為了解釋某些問題而被假設出來的感覺，請問您對此有何看法『？
陳學雷：確實是有相似性，今天我們認為以太是一個被拋棄的過時的概念，以太是科學史上的一個大膽的假設，但關於這個假設是不是正確的，還是有待於我們科學的進一步研究。（以太是古希臘哲學家亞里斯多德所設想的一種物質，為五元素之一。19世紀的物理學家，認為它是一種曾被假想的電磁波的傳播媒質。但後來的實驗和理論表明，如果不假定「以太」的存在，很多物理現象可以有更為簡單的解釋。也就是說，沒有任何觀測證據表明「以太」存在，因此「以太」理論被科學界拋棄。）就我個人的理解，暗物質確實是我們現在所共識的那樣，而暗能量可能還有疑惑存在。當你提出一個科學理論時，要與其他科學理論要協調，不能與其他矛盾。不能僅僅是為了解釋一個事情，沒有其他的預言能力，那麼這個理論就沒有生命力。當然也有可能，在以後的研究中我們發現暗物質和暗能量和我們現在理解的完全不同。
科學人網友：如何在夏日找出天上的具體星座？
Steed：首先你要認識這些星座，所以問題轉化為怎樣能夠很快的認識星座，現在我建議大家在你的智慧型手機裡安裝一個星圖軟體。安卓手機你可以下載一個谷歌星空地圖，蘋果手機可以安裝一個starwalk。這兩款軟體應用起來都很方便，你把手機直接舉向天空，這些軟體都可以識別你現在看的這片天空中有哪些星座，很容易就在手機的指導下認識星座。在城市裡你可能因為光害，看不到太完整的星空，所以還是建議你去遠離城市的地方去觀星。
科學人網友：平行宇宙是否是假設，它真實存在麼？
陳學雷：平行宇宙呢是近年來比較流行的一個概念，這個概念有很多不同的含義。在天文上說的最多的一種，平行宇宙是我們視界以外的一種宇宙。在相對論中，光傳播速度是有限的，任何時刻你收到的光有一定的範圍，如果說宇宙是個很簡單平直的空間，無限長的存在，雖然某一時刻你看到一個範圍，隨著時間推演下去，你可以看到越來越大的範圍。但隨著宇宙在膨脹，而且膨脹的速度有可能在不斷的變化，這樣從某些距離以外傳播過來的光線可能永遠也到達不了我們所在的這個宇宙，傳播有一定的距離，而且宇宙也有可能在不斷變大。這種情況下就會形成很多物理上互相之間沒有聯繫的宇宙，就被稱為平行宇宙。
特別是在有一些宇宙起源理論中，這樣的平行宇宙有非常多，而且在形成的過程中，是在能量非常高的情況下形成的，在能量由高變低的過程中，因為一些偶然的因素，會有一些差異。在我們的宇宙中有質子和電子，質子要比電子質量大很多。但別的宇宙中可能就不是這樣，存在著某些物理差異。
還有一種目前有爭議的觀點，認為在量子力學中，每一種演化的可能性都可能出現一個平行宇宙。但這個觀點很難印證，存在著爭議。關於平行宇宙不單純是物理問題，也與哲學有一定的關聯性。平行宇宙是不是只是假設，由定義出發，就很難驗證，因為它不在我們這個宇宙了。唯一一個驗證方法，我們通過對我們現在所在的宇宙的物理規律有更深層次的認識，也許有機會能夠驗證平行宇宙的存在。
高爽：我推薦給大家一本關於平行宇宙的書《隱藏的現實——平行宇宙是什麼？》人民郵電出版社出版。書裡面非常詳細的科普了現在流行的幾種不同的平行宇宙理論，來龍去脈說的很清楚。另外給大家分享一個故事，我在讀天文系本科的時候，我是學渣，我的一個學霸朋友，我有一天去他的宿舍串門。這個同學在縫被子，他在他的被子上每扎一針就說，又一個平行宇宙誕生了。
科學人網友：到底有沒有外星人的存在？
陳學雷：我個人的看法，從物理規律的普遍率來講，肯定存在外星人，既然在地球上存在人類，同樣的物理規律實用於宇宙其他星球上，是會有外星人存在的。但這就涉及到費米悖論（闡述的是對地外文明存在性的過高估計和缺少相關證據之間的矛盾），如果有外星人，他們之前有很多年的發展，有的文明早些，有的文明晚些，先發展的那些外星人是不是早就到達了我們星球，為什麼我們還沒遇到外星人？我想，很有可能，文明能夠存在的時間或者技術發展的程度沒有我們想像中那麼高，這也警示我們要珍惜在地球上的時光。
另外呢，我們也一直在檢測來自外星人的信號，其中一個比較有名的信號就是ＷＯＷ信號。1998年，俄亥俄州立大學一直運行碩耳射電望遠鏡，世界上最大和使用時間最長的用於搜索外星智慧的射電望遠鏡，該望遠鏡於1977年8月16日發現著名的WOW信號。但這個信號到底是不是外星人發過來的，還有待考證。
科學人網友：印度的古代天文學是怎樣發展的？
高爽：印度的情況非常特殊，因為他在歷史上有很多時期被其他文明所左右。被巴比倫影響過，古希臘影響過，自己的印度教和佛教鬥爭也很多，印度被稱為人種博物館，非常複雜。說到印度的天文學呢，也有過非常鼎盛的時候，在公元大概500年的時候，印度有一位著名的天文學家，阿里亞哈塔。首先他提出了地心說，比哥白尼早了很多年，並發現日月食的成因。
科學人網友：宇宙中的恆星數量如此多又是如此亮，那為什麼太空還是黑的？
Steed：這是一個非常著名的問題，如果宇宙是無限的話，我們朝著任何方向去看，我們最終都會看到一顆恆星，而恆星的亮度我們知道是和太陽一樣的亮的。這是一個悖論，可能的原因就是，我們這個宇宙並不是無限的，在有限的宇宙中其實我們做不到朝任何方向望去都能看到一顆恆星。
科學人網友：印度為什麼是27個心宿？而中國是28個心宿？
高爽：月亮圍繞地球轉一圈的時間為27天到28天之間，中國古人就把天空分為28份，月亮每一晚（宿）經過天空的一個部分，因此分為28個星宿，但印度把它分成為27個星宿也是可以的。
科學人網友：十二星座是什麼時候傳到中國的？
高爽：很早的時候，在上古先秦時代十二星座可能就已經進入到了中國的文化體系中了。所以我們去看歷史典籍的時候，韓愈說自己的月亮星座是摩羯座，蘇軾說自己的太陽星座是摩羯座。而且蘇軾說的非常清楚，因為政治上不得志，可能就是摩羯座導致的。蘇軾後的很多文人，生活不如意，都猜測我是不是和蘇軾一樣是摩羯座導致的。但其實他們都不是，而蘇軾是真的摩羯座。
（整理、排版：Sol_陽陽）本文圖片由高爽提供
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