暂时想到哪里写到哪里，不定期补充……水平有限，还请见谅。

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哇，看到好多师兄师姐的回答~感慨天文真是个很小的圈子哎

整理下目录

1.望远镜口径越大越好?口径越大越清晰?

2.眨眼的星星和地面大型光学望远镜建造遇到的难题

3.宇宙微波背景辐射竟和太极图高度相似?

4.掉入黑洞的是一种什么样的体验?

5.天文图像和Photoshop:科学和艺术性的平衡

6.我们，是宇宙中的少数派

7.哈勃常数并非常数，还总是测不准……

8.不走寻常路——你一开始一定很不适应的cgs单位制

9.天文学在其它学科领域的应用和验证

10.谈谈我关于天文学的一些浅显认识以及社会上的一些误解

1.望远镜口径越大越好?口径越大越清晰?

不完全对，由于光的波动性，使得我们永远不可能在观测一个点光源的时候(如恒星)得到一个无限锐利的像(总会有一个扩散函数分布)

望远镜的理想分辨率可以用下面的公式描述:

即最小角分辨率(越小越好)正比于光波波长而反比于望远镜直径。可以推测，fast的口径达到了惊人的500米，但由于其观测波段在厘米级，尽管它的灵敏度很高，但图像分辨率可能比不上一个口径10cm的光学望远镜。

那么你可能认为射电望远镜应该是所有类型的望远镜里“成像能力”最差的了？事实上，世界上分辨率最高的望远镜也是射点望远镜(阵)，利用基线干涉技术，可以有效扩大望远镜直径D, 整个干涉阵列的大小甚至可以是半个地球:

视界望远镜的角分辨率是著名的哈勃望远镜的1000倍，射电天文学家们正在用这个巨型干涉阵列对银河系和我们周围星系中心的黑洞直接成像。

光学望远镜也可以进行干涉观测以提高观测质量，比如欧洲南方天文台的甚大望远镜就是由4个相同的邻近的直径8米的望远镜构成。光学波段干涉的技术难度要远高于射电。

2.眨眼的星星和地面大型光学望远镜建造遇到的难题

在晴朗的夜晚，我们仰望星空会发现恒星的亮度并非一成不变的，而是忽明忽暗，就像眨眼睛一般。其背后的原因在于星光在经历了亿万年的星际旅行后，在最后到达我们地面的观测设备前，会经过100km厚的大气层，期间会收到强烈的干扰。事实上我们的大气层对于某些波段的光是直接吸收掉的，比如著名的臭氧层会吸收紫外线(这也是为什么所有的紫外线或更高能的望远镜几乎都在外层空间的原因。)

我们刚才提到了在理想状态下，望远镜的极限分辨率取决于口径和观测波长，那么对于观测同一个波段的望远镜，是不是口径越大越好呢，对空间望远镜，这么说基本正确，但是地面望远镜，面临着几大考验。

第一，如果镜面过于巨大，比如直径达到10米，那么重力和热效应可能会使得镜面产生后果严重的形变。第二，大气的不均匀性，使得望远镜成像的锐利度有一个极限——视宁度(seeing)。对小口径望远镜，视宁度几乎的影响可以忽略不计，但对于现在的三个在建的30米级望远镜: GMT, TMT, ELT，即使在智利和夏威夷这样的观测圣地，大气视宁度也远大于望远镜的极限分辨率，这样视宁度就成了阻碍大望远镜提高观察能力的一道坎(就像你拍摄了一段4K分辨率的视频最终却只能在一块1366*768的屏幕上呈现，细节自然是损失严重的)。

为了解决上面两个问题，天文学家们分别提出了主动光学和自适应光学两个技术，有效的完成了预期目标，也为三十米级大望远镜的建造提供了有力的技术支撑。

关于这两个技术的具体内容可以自行百度，这里不再赘述……

3.震惊!宇宙微波背景辐射竟和太极图高度相似?

乍一看，这张由cobe卫星拍摄的CMB(宇宙微波背景辐射)照片和中国道家的太极图(当然韩国人会说，和他们国旗相似，毕竟他们是宇宙大国思密达)有几分相似，难道其中有什么“不能说的秘密”?

事实上，这种偶极不对称性(dipole anisotropy)是由本星系群（~ 620km/s）运动引起的背景辐射温度的涨落。可以理解为一种运动学的多普勒效应。

CMB图像一直是宇宙学研究的主要对象，从60年代两位射点工程师的意外发现，到COBE, WMAP, PLANCK，图像的精度不断提高。

值得注意的是这些CMB图像展现的宇宙的各向异性却是蕴藏在极强的各向同性中的。图片里不同的颜色可能只代表 级别的微小差异。换句话说这些照片都经过了后期的差异放大处理，否则，你看到的原图将是一张异常均匀的照片。

4.掉入黑洞的是一种什么样的体验?

在诺兰大神的作品《星际穿越》中宇航员库伯最后驾驶飞船掉入了黑洞，使得整个故事形成了一个闭合的逻辑链条。在这之前，电影故事属于科幻二字里“科”的范畴，掉入之后的故事则应该是属于电影艺术家自由发挥的“幻”的环节。

以最简单的无自旋，电荷的史瓦西黑洞为例，在它附近 的范围(史瓦西半径)内，引力场强到连光线都不能逃逸，如果宇航员掉进去会发生什么?

通过求解史瓦西黑洞的广义相对论方程，我们发现了这样一个佯谬: 从黑洞外的观察者看来，不幸的宇航员的行动越来越慢，趋于静止，最后永远的停留在了黑洞表面；而以那个宇航员自己的视角来看，他进入黑洞的边界时并无什么“特殊感受”，他顺利地继续下落。看上去，特殊的坐标选取导致了不同的物理结果……(我记得《三体》里有个保险公司以此佯谬成功避免了一次对一个掉入黑洞死亡的科学家家人的赔付，啧啧啧，保险行业也要学好物理啊)

这个“悖论“实际上是由于坐标系的选取造成的，反应在数学上，黑洞外观察者的参考系的方程里，黑洞表面处是一个奇点，而通过坐标变换实际上是可以消除奇性(如爱丁顿坐标)。与之相反，黑洞中心处的奇性是不可以通过这样的手段消除的。所以这也成了科学幻想作品工作者自由发挥的部分。

但黑洞真的是可以随便跳进去玩的吗？如果你对地球上的生活已然无比厌倦，想去黑洞探险，因而有了一去不返的决心。尽管如此，黑洞也不是想跳下去就可以跳下去的，在此之前，你应该选好目标，因为有些黑洞，还没等你掉进去，你却已然被拉成面条，一命呜呼。

问题在于潮汐。所谓潮汐力实际上是物体各点受到的引力不同的一种表现，对黑洞而言，超大质量黑洞表面的潮汐力要远小于恒星级黑洞，所以对这个勇敢宇航员而言，找个超大质量黑洞跳下去活着通过黑洞视界的概率要大的多。

另外，我们刚才提到了史瓦西黑洞的半径正比于半径，最简单的物理常识告诉我们这种黑洞的密度和质量或半径的二次方成反比：

也就是说，如果一个黑洞的质量足够大，那么它的密度可以比水还要小(要知道恒星级黑洞的密度是水的 倍)

另外，关于黑洞的研究历史，1915年，史瓦西就给出了爱因斯坦场方程的静态球对称引力场的外部解，1963年克尔又给出了旋转的球对称引力场的外部解，它们便是我们熟知的史瓦西黑洞和克尔黑洞，但是“black hole”一词却是在1967年才被首次用于描述这种具有极强引力场的天体。另外，钱学森先生考虑到黑洞连光也不能从中逃逸都特性，曾经提议把black hole的中文名译为“光陷”。

5.天文图像和Photoshop:科学和艺术性的平衡

我们经常可以在互联网上看到一些非常漂亮的星空照片，它们中不少来源于哈勃这样的大型科学装置，但对此稍有了解的人知道，这些空间/地面望远镜中的很大一部分并不工作在光学波段，因此，它们显然无法给出这样色彩斑斓的照片。

对于天体物理学家而言，他们更多的关注的是某次曝光中CCD底片的每一个像素分别捕获了多少个光子，或者恒星的光谱里蕴藏了哪些重要的信息，至于拍出来的照片好看不好看，那是次要的。但是，图像的可视化也一直是科学家们所追寻的目标，另外优秀的科学图像也会极大地提高公众的关注度和参与度(对学科今后的发bo展kuan真是极好的)。

因此，给拍出来的“黑白照片”后期“着色”就成了一个要兼顾科学性和艺术性的问题。这里也不敢在众多天文摄影高手面前班门弄斧，只能贴几张之前拍摄的图文:

图片来自《宇宙的色彩》Travis等

6.我们，是宇宙中的少数派

“我们“是什么?这里的我们，包括电子，夸克这样的基本粒子，包括蛋白质，DNA这样的生物大分子，包括人类和我们生活的地球，包括恒星，星系中的我们所熟悉的各种物质形态。加上辐射，不过占了目前我们宇宙总质量的5%不到，其它的百分之26属于暗物质，70%属于暗能量。

暗物质的提出依赖于星系中恒星绕星系引力中心公转的速度异常，距今已有半个多世纪。而暗能量则是20年前近乎一夜之间出现的新概念，源自于两个研究高红移超新星小组各自独立发现的宇宙加速膨胀的异常现象。根据各种观测数据，我们定出了各种物质形态的比例，结果证明我们的所熟悉的世界，不过只是宇宙中的少数派，宇宙中95%的物质，我们看不见，摸不着。我们唯一可以获悉它们存在的渠道是它们造成的引力/斥力(暗能量的效应)的异常。

另外一个很有意思的现象是，现在的观测表明，我们的宇宙不可思议的平坦，暗能量，暗物质，常见物质的数量配比刚好使得弗里德曼方程中的曲率项为0(或者相当小)，这或许可以当作人择原理的一种有力证明。

7.哈勃常数并非常数，还总是测不准……

1929年，爱德温·哈勃第一次发现所有的星系似乎都在远离我们，而它们退行的速度和我们与它们的距离有着“很好的”线性关系(很好一词待定)，这就是著名的哈勃定律:

哈勃常数是表述星系退行速度和距离之间关系的物理量，可以用宇宙尺度因子a(t)来定义它:

显然，哈勃常数应该是含时的。但是考虑到哈勃的年代，他观测到的宇宙只有2Mpc大小，在宇宙学上是一个比较小的时空跨度，那么哈勃常数的时间演化自然不那么明显，认为它是个常数也未尝不可(实际上在现在我们所观测到的范围内，它的值改变都不算很大)

如果带有下标0，一般是指现在时刻的哈勃常数，作为一个非常重要的宇宙学参数，H0的精确测量一直是天文学家们孜孜以求的目标，然而……通过不同手段测量出来的值却有着比较大的差异，如下图所示:

8.不走寻常路——你一开始一定很不适应的cgs单位制

现在的中学物理课本基本上都是使用国际单位制的，即长度，质量，时间的单位分别是米，千克，秒。而天文学上，一般更喜欢cgs单位制，即以厘米，克，秒为单位。以这几个基本单位也衍生出了独特的能量单位尔格erg，力的单位达因dyn，其中1erg= J, 1dyn= N。

另外，我们在谈论距离的时候更喜欢用秒差距pc这个概念(秒差距的定义可以自行搜索一下)，而并非使用光年ly，在科普性文章里光年用的比较多，方便公众对某个距离有更加形象的了解。1pc=3.26ly=206265AU(天文单位，日地平均距离)

9.天文学在其它学科领域的应用和验证

著名的夏商周断代工程中，对于几个关键事件年份的确定关乎着整个中华文明史的构建，西周共和元年之前的历史并无详细纪年，就连商周交替的牧野之战的年代也无法通过史料记载直接定出来。这个时候天文学就成了一个非常有力的手段。

1976年出土于陕西的西周初年青铜器利簋上的铭文，给了天文学家们根据天象反推武王伐纣年代的依据:

铭文:武王征商，唯甲子朝，岁鼎，克昏夙有商，辛未，王在阑师，赐有事利金，用作檀公宝尊彝。

铭文大义:周武王征伐商纣王。一夜之间就将商灭亡，在岁星(木星)当空的甲子日早晨，占领了朝歌。在第八天后的辛未日，武王在阑师论功行赏，赐给右史利许多铜、锡等金属，右史利用其为祖先檀公作此祭器，以纪念先祖檀

https://baike.baidu.com/item/西周利簋/10771495?fr=aladdin

结合史料记载中的相关证据，“甲子日早晨木星当空”就成了天文学家们使用计算机模拟在那前后数百年间寻找的目标天象，最终，断代工程的专家们一致认定，公元前1046年是商亡周兴的年份。

能够把某个事件的断代精确到某一年是一件非常了不起的成就，要知道如果是通过最精确的碳十四的测年法前后可能还会有数十年的误差，且你也不能确定某棵树刚好是武王克商那年被砍掉的。

此外，通过甲骨文里的月食记载，断代工程给出了商王武丁在位的59年的大致范围，给重建商朝中晚期的历史提供了依据。

考古学的证据有时候甚至可以反过来验证天文学的正确性。我们知道由于海水和地球表面不断摩擦的原因，地球的转动动能不断减小，自转角动量转移到地月系的公转角动量里，但在很短的时间跨度内我们很难感受到这种自转速度的减慢，难免会对此心生疑虑。

两河流域的苏美尔人曾经记载过一次日食，利用现代的计算机反推这个天文现象，发现，如果不计这几千年来地球自转减慢的效应，那么这次日食竟然是发生在夜里的!而两河流域的人不可能看到这个现象。反过来，这证明了现代天体力学模型的可靠性。

10.谈谈我关于天文学的一些浅见以及社会上的一些误解

①天文学是一门非常古老的学科，在所有自然科学学科里应该是最古老的，没有之一(不包含数学)，人类对于天文学的认知至少和人类文明的起源同步。天文学最早属于宗教研究的范畴，你会发现无论是金字塔还是巨石阵这样的宗教建筑，都对应着日月星辰的排列。天文学和土地丈量活动一起启发了最早的数学，尤其是改变了人类对于进制的使用习惯，60进制的起源就源自于一年的天数。

②现代天文学最大的分支——天体物理学，作为和物理学的交叉学科，实际上是天文学分支里最年轻的，我们用物理手段研究天体演化过程的时间不过一个多世纪，相比较于天体测量(广义的)的上万年，天体力学的数百年，短了很多。

③天体力学实际上更接近数学。比如著名的三体问题，把它从具体的天文现象中抽象出来后，就成了一个纯粹的求解微分方程组的过程。在天体力学史上赫赫有名的欧拉，拉格朗日等人，都要归功于他们在数学方面的贡献。现在的南京大学天文与空间科学学院，就血统上来讲和物理学院关系不大，反而和数学系同出一门: 早些时候二者都隶属于数学天文系。

④对天文学有一腔热血的同学一定要事先了解现代天文专业的具体课程和研究目标，结合自身实际情况再去选择，到底是做一名辛勤的天文研究人员还是热忱的天文爱好者(无论是喜欢业余天文观测还是了解最前沿的研究成果)，相信我，选择后者更有利于保持你对天文学的热情。

⑤国外的星座命理，国内的天星风水并不在现代天文学的研究范围之内，所以你要是问我怎么看待过几天就要水逆火逆了该怎么办，我只能告诉你这是一种普通的视运动……另外也有不少人把天文学和气象学混为一谈，这里我个人的区分方法是大气层归气象管，大气以上归天文管。当然空间天气学又是另一个概念了，这个归天文管。

来源：知乎 www.zhihu.com

作者：谢昀辰

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