乔小海

　　通常来说，天文学研究宇宙本身以及宇宙中的各种天体，其研究内容是随着我们对宇宙的认识而不断深化的。在这一过程中，天文学和其他学科产生了各种各样的交叉，形成了一个不断发展、有趣的“朋友圈”。

“幼年”的天文学

　　远古时代没有电灯和手机，没有高楼和汽车，也没有千万人口的超级城市。那时候的人们日出而作、日落而息，每天都生活在大自然中，他们看到头顶壮丽的日月星辰，不禁会感到敬畏和好奇。敬畏使得太阳、月亮等天体被当成神灵一样的存在；好奇则驱使人们记录和研究这些天体的运行规律。于是，天文学诞生了。

　　史前时期的天文学和神话、宗教等有着千丝万缕的联系，最早的天文学家很可能是当时的神职人员。英国著名的史前遗迹巨石阵是大约5000年前人们举行宗教仪式的场所。关于巨石阵的具体用途，因为年代久远而众说纷纭。然而有一点是确定的，巨石阵中那些几十吨重的巨大石柱并不是随意排列的，而是具有天文观测的功能，比如可以标记春分、夏至、秋分、冬至时太阳的位置。可见在当时，天文学和神话、宗教是一个“圈子”里面的朋友。

　　语言和文字的出现加速了人类的知识积累进程。在长期积累的天文观测记录中，人们逐渐发现了日月运行的规律，这种规律可以用于预测未来的天象。对天象的预测不仅强化了天文在神话和宗教中的地位，也使得天文从高高的天上来到人间，天文学的“朋友圈”因此多了一个小伙伴，叫作“占星术”。占星术的英文单词（astrology）来自希腊语，带有“astro-”的前缀，而天文学的英文单词（astronomy）也带有同样的前缀，这在一定程度上说明当时两者之间的密切关系。在天文学的“朋友圈”里，有很多带“astro-”这个前缀的名词。

　　占星术的占卜语言也许可以含混模糊，但是河水泛滥和耕种的时间却需要追求精准。于是，数学也加入了天文学的“朋友圈”，从此，数学和天文学一直是形影不离的好伙伴。两河流域的苏美尔人发明了六十进制的计数法，在天文学领域中与十进制共同使用。我们现在可以简洁地用赤经和赤纬的度数来说明天体的位置，就得感谢苏美尔人的这套计数方法。古代希腊人将几何学引入天文学，他们发现大地是球形的，并计算了地球的大小。我国自古就是一个农业大国，在农业生产时要有一套较为精确可靠的历法体系。同时，中国传统中对天象重视，也赋予了历法和天文观测科学以外的重要含义，使得制定历法并预测日月食等天象成了中国古代天文学的重要任务。

　　受古代社会发展和观测条件的限制，那时候的天文学有很多在今天看来是完全错误但仍然很有意思的概念。比如，古代印度人认为大地是由大象和巨龟驮着的，这两种动物在印度都有分布，大象的力大无穷和龟的稳健长寿，恐怕给古代印度人留下了深刻的印象。古代希腊人曾以为大地是漂在海上的圆盘，希腊在地中海边上，航海业至今仍很发达，因此古代希腊人对海有感情就不奇怪了。古代中国人显然对大象或者大海没有什么感觉，而是相信天圆地方，还把这种观念运用到了铜钱铸造上。

　　由此可见，不同文明的天文学发展方向会受到该文明所处地理环境、文化和哲学等因素的影响。虽然不同的文明对地球有不同的理解，但是有一种观念在不少文明中都出现过，那就是“地心说”，或者说以自我为中心的观念。古时候的人们以为，地球甚至以为他们生活的那片地区就是整个宇宙的中心，满天的星斗被看作天空中的装饰品，或者是可以预测吉凶的工具。古代希腊人利用他们的几何专長，发明了一整套本轮、均轮体系，来解释日月星辰相对于地球的运动，这套体系在西方的影响延续了上千年。

拉起科学的小手

　　到了近代，人们的活动范围越来越大，对宇宙的认知也越来越深。人们逐渐意识到地球不是宇宙的中心，宇宙的其他部分也遵循着和地球一样的物理规律。于是，物理学加入了天文学的“朋友圈”，从此天体物理学成了天文学的主力军，并一直延续到现在。

　　1666年，著名物理学家艾萨克·牛顿使用三棱镜将太阳光分解为七彩光带。1802年，牛顿的同胞威廉·沃拉斯顿通过使用狭缝，发现太阳的这种七彩光带中有一些暗线存在，后来德国物理学家约瑟夫·冯·夫琅禾费对几百条暗线进行了认证和编号。现在我们知道，棱镜折射出来的七彩光带其实就是太阳的连续谱，光带上的暗线是太阳连续谱中的吸收线，又叫作“夫琅禾费线”。

　　此时的物理学也没有闲着。物理学家在实验室里燃烧气态、固态等状态的物质，并记录它们的光谱，结果发现不同种类的物质会有不同波长的谱线，而谱线是吸收线还是发射线，与物质的状态有关。于是，通过和实验室中已知物质的光谱进行对比，两位德国物理学家古斯塔夫·基尔霍夫和罗伯特·本生发现了夫琅禾费线的奥秘，原来这些暗线是太阳上元素的“指纹”，通过这些线索我们可以不用飞到太阳上，就能知道这颗恒星含有哪些元素。

　　另外，元素周期表上排第二的氦元素就是首先在太阳上发现的。1868年，法国天文学家朱尔斯·简森和英国的诺曼·洛克耶尔通过观测太阳日珥，各自独立地发现了陌生的黄色谱线，该谱线与当时已知的地球上的元素都对不上号。后来才知道这就是氦，它的名称Helium在希腊语中是“太阳”的意思。

　　到了现代，通过光谱研究遥远天体的化学组成已经成为天体物理学研究中的家常便饭。天文学和物理学分享了关于宇宙中元素丰度和核合成的有趣知识。宇宙大爆炸之后，宇宙中基本只有氢和氦；第一批恒星诞生之后，通过恒星核心的聚变反应将氢合成为氦、碳、氮、氧、镁、钙、铁等重元素；在恒星演化末期的各种爆发中，这些元素被抛洒到宇宙中，中子星合并等高能天体物理过程则造就了金、铂等元素。这些元素不仅让元素周期表变得更长，还形成了地球和地球上的智慧生命。我们能够在这里读杂志，还得感谢在亿万年前合成重元素的那些恒星。

　　不久前，天文学还给物理学送了一份小礼物，说起来这其中还有地球科学的参与。早在20世纪初，人们就发现可以通过对地震波的测量来确定地球内部的构造。半个世纪之后，这种利用波动探测内部的技术被用到了太阳上，这就是日震学。我们看到的圆圆的太阳只是它的光球部分，光球以下的太阳内部是不透明的，也就是说，我们没法直接探测那里的光，就像我们看不到地球内部一样。好在太阳上也有波，于是日震学利用在太阳光球上测到的波，来计算太阳内部的物理状态。这种方法相当成功，以至后来发现太阳中微子数目比预期的少很多时，日震学方法可以让天文学可以很有底气地对物理学说：“问题不在我这里，你自己再找找看吧。”最后，物理学发现问题还真出在自己这里。原来当时对中微子物理性质的认识有误，在发现了中微子振荡之后，问题得到了解决。发现者梶田隆章和阿瑟·麦克唐纳也因为“在粒子物理领域开辟了新的疆土”，获得2015年的诺贝尔物理学奖。

　　

激增的“新朋友”

　　在21世纪的今天，仍然有人会在夏至和冬至到巨石阵举行文化活动，也仍然有人相信星相命理，喜欢谈论“水逆”，但是天文学已经不再是当年那个跟占星术玩过家家的小孩子了。

　　现代天文学不再仅仅满足于坐在自家后院看星星，而是发射飞船去进行天体探测。有的飞船传回了近距离的天体特写照片，有的甚至实现了登陆，采样并进行现场分析或者送回地球。现代天文学还建造了开普勒空间望远镜和凌星系外行星巡天卫星这样的专门仪器，去探测太阳系外面的行星，寻找地球的远房亲戚。这样一来，不仅行星科学这一分支正在蓬勃发展，其他学科也纷纷发来“添加好友申请”。有了实地采集的样本，还有观测到的图像，天文学和化学可以联手仔细分析，看看在宇宙中原子是如何变成分子的，这就是天体化学要做的事。对于一些天体表面的奇特地形，地质学可能很想搭天文学的便车去考察一下，这个方向被叫作“天体地质学”。随着在太空深处发现了各种有机分子，生物学迫不及待地想要找天文学讨论茫茫宇宙中外星生命的问题，于是就有了天体生物学。

　　在我们自己的星球上，地球科学的研究已经向上发展至外层大气，天文学研究则从太阳等天体扩展至星际空间，于是天文学和地球科学在太空胜利会师了。新兴学科空间天气研究的是从太阳大气到地球大气的广袤空间，比如，太阳大气中的耀斑事件，可能会导致地球电离层中电子密度的变化；太阳大气中磁化等离子体的抛射，可能导致地球磁场的变化。可见，天文学的研究内容也是随着人类的不断探索而深入的，當人类开着飞船进入星际空间，平时出门要关注的天气预报自然就变成了空间天气预报了。和土地、海域一样，空间作为一种资源，也引起了法学的关注，于是有了“空间法”的概念。

　　现代天文观测数据的剧增使得数学有了新的用武之地，统计学被派来和天文学讨论，内容是如何对海量数据进行分析，结果产生了天文统计学。至于计算机科学，很早就成了天文学的好帮手。不论是综合孔径、主动光学、自适应光学等观测技术，还是宇宙学数值模拟、日震学计算、行星际激波传播等计算分析，都离不开计算机的支持。这样一来，各大天文台招收计算机专业的学生也就不足为奇了。

　　现代天文学的“朋友圈”是如此热闹，就连历史学和考古学也发来“邀请函”，请天文学利用天体力学计算和考证古代观测记录、历史事件的精确年代和真实性，这个新学科叫作“考古天文学”。如果相关的事项涉及法律事务，那么就该由法医天文学出场了。据说林肯当年就用月相知识，说明证人不可能利用月光分辨出人的面孔，从而打赢了官司。现在，天文学家利用月球的运动规律确定了著名画家文森特·凡·高一幅画作的具体日期，这幅名为《初升月亮下的麦垛》的画，描绘的是1889年7月13日晚上9点08分的法国乡村美景。

　　在将来，如果真的发现了外星生物或外星智慧生命，那么哲学、伦理学、军事学、政治学、经济学等学科可能会挤破头地想要跟天文学搭讪，那时天文学的“朋友圈”怕是要被挤爆了。