为什么要研究天文学?
从古至今,天文学都是人类文明中不可或缺的重要学科,因为它与人类息息相关。昼夜交替,四季循环,人类自从诞生以来,无时无刻不在接触天文现象。明亮的太阳、皎洁的月光、灿烂的群星、壮观的日食……让我们产生了无数疑问:我们生活的地球在宇宙中是什么样的?太阳为什么会发出光和热?夜空中闪烁的星星是什么?除了地球之外,其他星球上还有没有生命?有没有外星人?彗星和小行星真会与地球相撞吗?宇宙到底有多大?宇宙是怎么产生的?……这些问题引起了人们的极大兴趣。
古代人们在从事农牧业生产时,很早就懂得了利用天象来确定季节。古代的渔民和水手在茫茫大海上利用星星确定自己航行的方向,利用月亮的圆缺变化来判断潮水的涨落……
现代科学技术的发展对天文学有了更多新的需求,天文学得到了飞速的发展。
天文台编制的各种历表,不仅满足了人们日常生活的应用,而且更是航海、航空、大地测量、科学研究等部门迫切需要的。生活中离不开时间,近代科学更需要测定和记录精确的时间,天文台就承担了测定标准时间和提供时间服务的工作。
各种天体和广袤的宇宙是理想的实验室,宇宙间存在着地面实验室无法达到的超大尺度、超大质量、超高速、超高(低)密度、超高(低)温、超高压、超真空和超强磁场等极端物理条件。例如质量比太阳大几十倍的星球,几十亿度的高温,几十亿大气压的高压,每立方厘米几十亿吨的超密物质,以及每立方厘米仅有一两个原子的超真空状态,等等。人们经常从天文学的新发现得到启发,然后再加以利用。这在科学史上有着大量生动的事例:从总结行星运动的规律得出了万有引力定律;观测到太阳上氦的光谱线后,才在地球上找到了氦元素;从计算太阳和新星爆发的能量,发现了人们原本不了解的核能源……
天文学曾对数学和力学的发展起了奠基性的作用。天文学和物理学的结合产生了天体物理学,成为当代天文学的主流。宇宙中星际分子和有机分子的发现,以及地外生命的探索开创了天体化学和天体生物学的研究,并成为生命起源研究的重要领域。天文学同地球物理学和地学的密切结合,开辟了空间天气学和天文地球动力学等新的交叉学科。天文学是空间科学的先驱,又是它不可缺少的内容和依托。因此,天文学和自然科学的几乎所有学科互相渗透、互相促进,成为整个自然科学中不可缺少的重要组成部分。
现代天文观测和研究追求极微弱信号的探测、极高的空间和时间分辨率、极精确的空间导向和定位以及极精密的计时等,因而在天文学研究中发展起来的天文技术、方法和新概念对人类的技术进步有着巨大的推动作用。
当代地球与空间环境的保护和利用这一重大问题同人类生存和社会发展密切相关。它涉及全球气候变化研究,大气臭氧层保护,地震和旱涝的预测,甚至小行星撞击地球的监测等。太阳活动的剧烈变化还会造成无线电通信中断、电力系统故障、人造卫星损坏和变轨,以及威胁宇航员安全等重大灾害。卫星的监测、空间碎片的研究,以及自主的时间服务系统可以为国家安全和航天器的安全提供保障。所有这些,无一不同天文学的研究息息相关。
天文学向我们揭示了自然界的真面目。几千年来人们对于地球的性质、地球在宇宙中的位置以及宇宙的结构等方面都曾有过错误的认识。假如没有天文学,这些错误的认识将会继续下去。波兰天文学家哥白尼冲破长达千余年的宗教束缚,提出了日心说,把自然科学从神学中解放出来,开创了人类思想史上第一次伟大的革命,是人类认识宇宙的第一次飞跃,就是最好的例证。
在人类进入航天飞行的时代,天文学集中了人类对于自然认识的精华。天文学不仅可以培养人们强烈的求知欲望、勇于创新的精神和科学的思维方法,而且更有助于认识人类在自然界和宇宙中的地位,树立起正确的认识论和世界观。如果一个人对现代天文学的伟大成就一无所知,他就不能算是一个受过良好教育的人。正因为如此,世界上很多国家都把天文学列入了中学课程。
上面仅仅从几方面简单介绍了天文学的发展和应用。随着激动人心的新发现不断涌现,新认识、新理论层出不穷,天文学空前地活跃起来,成为自然科学中最活跃的前沿学科之一,在人类认识宇宙的又一次飞跃中成为无可争辩的主角和带头学科,对现代科学的发展起了无可替代的推动作用。
【知识点】空间天气
太阳上发生的耀斑和日冕物质抛射等剧烈活动具有巨大的能量。一次日冕物质抛射事件可抛射出上百亿吨的物质,速度达50~2000千米/秒,产生强大的激波和各种扰动。耀斑的总能量相当于1万~10万次火山爆发或百万个氢弹爆炸,可辐射出强烈的无线电、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等各种电磁波,抛射出大量高能粒子(包括电子、质子和重离子等),持续时间为几分钟至几小时。这些太阳上的剧烈活动会严重影响地球及其附近空间的物理状态。人们把这种由太阳活动引起的日地空间短时间尺度的变化,称为空间天气。灾害性空间天气会产生一系列严重的后果。例如,造成人造卫星上的仪器和太阳能电池板的损坏,使卫星控制失灵、轨道变化和高度降低;威胁宇航员的安全;造成地球上的地磁暴和电离层暴,从而严重影响导航和通信等;强大的感应电流可以造成输电线路和设备的损坏;甚至还会影响地球的气候和人类的健康等。
【发散思维】天文学包括哪些分支学科?