北京清華大學正式成立「天文系」,這個神秘系所到底會教什麼?

【我們為什麼挑選這篇文章】說到天文學,你可能認為就是一個人拿著觀測望遠鏡在夜間朝著天空猛瞧。但天文學卻沒你想象的簡單,不只要了解物理學、數學,未來更要懂得怎麼寫程式。

清華大學日前成立天文系,這天文系到底在學什麼?(責任編輯:陳伯安)

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月 28  日晚,清華大學官方微博宣佈,「清華大學天文系」正式成立。

根據清華大學的通知,天文系將被納入理學院,而十八年來一直掛靠物理系,實質進行星系宇宙學、天體物理學等天文學相關研究的清華大學天體物理中心將得到保留,並成為新成立的天文系的一部分。

2020 年將出現首批清華的「天文系博士」

清華大學天文系成立的消息讓無數人為之振奮。無論是民間天文愛好者,清華天文協會,還是嚮往宇宙的廣大學子,都感到激動不已。甚至有很多已經畢業的社會人紛紛表示自己「出生太早」,恨不得重新高考。

對清華天文協會的骨幹成員李文雄而言,天文系的成立意義重大。這一天,他已期盼了八年。

2011  年進清華時就想加入天文系。」李文雄告訴 PingWest  品玩,然而彼時的清華並沒有設立這個學科,他只能加入物理系,從事天體物理方向的研究。明年(2020 年),他很可能會成為清華天文系的第一批博士。

儘管對於李文雄而言,天文系的成立是預料之中的事,而對於大多數人來說,清華天文系仍然非常神秘。

尤其是迄今為止,清華大學官網尚未更新院系名單,也沒有公佈任何招生訊息。

目前,天體物理相關內容還只能在物理系下查閱。

但有一件事是肯定的, 想進清華大學天文系,你得先學好物理和數學

所以,天文學都在學什麼?

清華天文系的前身,即清華大學天體物理中心。

據清華大學物理系官網顯示,成立於 2001 年的天體物理中心是跨院系的校級研究機構。成員主要來自物理系,包含工程物理系、資訊學院、精密儀器系等院校。研究方向包括星系宇宙學、超新星觀測和時域天文學、高能天體物理、理論天體物理、引力波探測、空間天文和天文儀器學等多個方面。

清華大學天文台內部,圖源:清華大學官方微博

簡單來說,天文學作為人類歷史上最古老的學科之一,研究的領域非常之廣。從對天體的觀測(觀測研究),到對天體運動現象的詮釋(理論研究),甚至對天文儀器的開發調試都可以算作天文系的研究範疇。

做觀測研究的學者,需要每天記錄天文望遠鏡傳回的數據,分析數據,研究天體的運動和形成。經歷了數百年借助天體觀測,人類才真正認識到宇宙的真實面目。

文藝復興時期,人類發現地球不是一切的中心。隨著天文觀測的精確度越來越高,天文學家發現,行星的運動軌道並不以地球為中心。1610  年,伽利略發現木星有四顆衛星,統統圍著木星旋轉,這才證明瞭地球不是唯一的中心。

木星和它的衛星

1924  年,人類發現銀河系不是宇宙中唯一的星系。通過對仙女座大星系中某顆星的長期觀察和計算,天文學家愛德溫 · 哈伯發現,這顆星不繞銀河系核旋轉,是另一個星系的成員。人類這才認識到地球身處的銀河系,只是可見宇宙中數千億星系間的一個。

從看星星開始,人類的認知脫離了地心引力的束縛,走向了宇宙。

距離地球 130 億光年的黑洞

天體觀測,也為人類的星際探索提供了基礎。

無論是 NASA 觀測到的,與地球相似指數達到 0.98 的「地球孿生兄弟」Kepler-452b,還是目前我們最熟悉的行星火星,都寄予著我們星際移民的希望。

除了觀測,天文理論研究也是現代天文學重要的一部部分。理論天文學家的工作,包括建立數學模型,以及用電腦做數值模擬。數學模型能揭示天文現象背後的運動規律,數值模擬則可以演示現實中難以觀察的天文現象。

伴隨人類文明而生的天文學,不僅成為了促進人類基礎學科(光學、物理、數學、曆法)發展的引擎,也可能掌握著解答人類未來命運問題的關鍵。

清華天文系在找什麼樣的人才?

而無論是觀測天文學還是理論天文學,都離不開兩大基石 —— 物理和數學。

作為一門研究物質運動規律和物質基本結構的學科,物理學為研究星體的結構和演變提供了理論依據和研究方法。

無論是研究太陽系的起源,還是行星間的相互作用,甚至是想要破譯遠在光年之外的恆星散髮出的光輻射,問題都會兜兜轉轉,回到力學、電磁學、熱力學等物理領域。直到今天,觀測星體運動時產生的電磁波輻射(物理範疇),仍是天文學實驗數據的主要來源。

而在進行具體演算時,天文系的學生用到的數學工具,不會比應用數學系的學生更簡單。

「我建議有扎實的數學物理基礎的同學報考天文系。」談到自己的本科生活,李文雄表示自己的大多數課程,都是和物理系學生一樣的基礎課。

李文雄強調的物理和數學,也是美國頂尖大學對天文系學生提出的硬指標。

全美排名第一的普林斯頓大學天文系,不僅將物理和數學基礎學科列為天文系本科生必修課,對學生畢業時所需的物理和數學類學分要求也遠遠超過了純天文學科。哈佛大學也在本科的第一第二學年設置了大量物理課,為學生之後的研究提供理論工具。

普林斯頓大學對天文系學生提出的課程要求

而未來,清華大學天文系也將以天體物理為主要研究方向,不會放鬆對物理和數學的要求。

近幾十年,寫程式也將成為了天文學家必備的技能。「基本上,天文學中所有領域的研究都會涉及到程式語言。觀察者用電腦分析他們的數據,理論家用程序來模擬天體運行,就連遙控望遠鏡也要通過寫程式來進行。」伯克利大學天文系在入學須知中寫道,「因此,我們建議天文系學生盡快開始學寫程式語言。」

除了這些要點,在李文雄看來,想要加入清華天文系,還應當有「對天文的熱愛,能靜下心來做學術」。

畢竟宇宙的秘密,只對最深邃的思想展露。

天文系的下一步在哪?

儘管清華大學官方沒有進一步透露和招生師資有關的安排,但我們還是從學生內部獲得了第一手消息。

想要重新高考的朋友們,可以暫時放棄了,因為短期內,清華天文系可能不會招收本科生。

目前,清華天文系以研究任務為主,教學任務次之。在培養學生時,也會以博士生為主。

從物理系出走,成為與之並行的獨立院系之後,清華天文系對於學者和學生的吸引力會更大,也將在科研計劃和事務管理上擁有更大的自主權。

對於清華天文協會的成員而言,最直接的影響就是:「以後舉辦各種活動,不用再經過物理系的層層審批了」。

(本文經合作夥伴 品玩 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈清华大学天文系学什么?〉。)

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