中國(guó)航天日｜話說(shuō)天文，天文學(xué)對(duì)物理學(xué)有啥貢獻(xiàn)？

昨天是中國(guó)航天日，各大媒體也包括我的自媒體科普同行們，發(fā)了大量的稿子。不過(guò)對(duì)于廣大吃瓜群眾來(lái)說(shuō)，除了那些令人炫目的成果，對(duì)于航天的感受就是：這東西太燒錢(qián)了。花那么多錢(qián)去火星有什么用？再進(jìn)一步說(shuō)，研究那些可能我們永遠(yuǎn)都無(wú)法到達(dá)的星星有啥用？下面我就來(lái)介紹一下，天文學(xué)，特別是天體物理學(xué)有啥貢獻(xiàn)。

在人類生存的地球上，所謂的“天”是相對(duì)于“地”而言的。對(duì)于地表和地表附近的物體，我們可以通過(guò)實(shí)地考察和設(shè)計(jì)專門(mén)的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行研究，現(xiàn)代科學(xué)就是采用這樣的研究框架。但天文上的研究和地面上的相比表現(xiàn)為方法上的欠缺。然而正是為應(yīng)對(duì)這種欠缺作出的創(chuàng)新，形成了天文學(xué)方法的特殊性。

宇宙就其現(xiàn)象范圍來(lái)說(shuō)，比我們地球上所能期望經(jīng)歷的任何事物都廣泛得多。人類一直在觀測(cè)宇宙和天空，尋找了解世界本質(zhì)和規(guī)律的各種線索。物理學(xué)家在研究支配我們世界的自然規(guī)律時(shí)也轉(zhuǎn)向天文學(xué)和宇宙學(xué)，尋找支持理論的證據(jù)。

而天文學(xué)又依據(jù)物理學(xué)在地面實(shí)驗(yàn)室中的物理實(shí)驗(yàn)和掌握的物理規(guī)律去理解天空中的天文現(xiàn)象，物理學(xué)和天文學(xué)之間這種根本性的相互聯(lián)系有輝煌的成果，也有汲取的教訓(xùn)。今天的天文學(xué)幾乎和天體物理學(xué)差不多一樣了。

到目前為止，天文學(xué)的方法實(shí)質(zhì)上是廣義的天體物理學(xué)方法，其三大分支：天體力學(xué)、天體測(cè)量、天體物理學(xué)都是以物理學(xué)為基礎(chǔ)。特別是天體物理學(xué)，它于1984年，國(guó)際純粹與應(yīng)用物理聯(lián)合會(huì)設(shè)立了天體物理學(xué)委員會(huì)，天體物理學(xué)成為了與粒子物理、凝聚態(tài)物理平行的學(xué)科。近幾十年以來(lái)，許多重要的天文學(xué)現(xiàn)象由物理學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的比例很大。

天文學(xué)自從誕生之日起就與物理學(xué)緊密聯(lián)系。公元前129年，古希臘天文學(xué)家喜帕恰斯目測(cè)恒星光度；1609年，伽利略使用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天體；1655年，惠更斯發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)和獵戶座星云；后來(lái)哈雷發(fā)現(xiàn)恒星自行，到18世紀(jì)，赫謝爾開(kāi)創(chuàng)恒星天文學(xué)。這個(gè)階段是天體物理學(xué)的孕育時(shí)期。

19世紀(jì)中葉，三種物理方法：分光學(xué)、光度學(xué)和照相術(shù)被廣泛應(yīng)用于天體的觀測(cè)和研究，推動(dòng)了天體物理學(xué)對(duì)結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、物理狀態(tài)的研究，使天體物理學(xué)成為了天文學(xué)一個(gè)獨(dú)立的分支。

天體物理學(xué)的發(fā)展，促使天文觀測(cè)和研究的新成果和新發(fā)現(xiàn)不斷涌現(xiàn)。1859年，基爾霍夫?qū)μ?yáng)光譜的吸收線（即夫瑯禾費(fèi)譜線）做出科學(xué)解釋。他認(rèn)為吸收線是太陽(yáng)光球所發(fā)出的連續(xù)光譜被太陽(yáng)大氣吸收而成的。這一發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了天文學(xué)家用分光鏡研究恒星；

1864年，哈根斯用高色散度的攝譜儀觀測(cè)恒星，證認(rèn)出某些元素的譜線，以后根據(jù)多普勒效應(yīng)又測(cè)定了一些恒星的視向速度；1885年，皮克林首先用物端棱鏡拍攝光譜，進(jìn)行恒星光譜分類，通過(guò)對(duì)星云的研究，在仙女座大星云中發(fā)現(xiàn)新星；

1905年，赫茲普龍?jiān)谟^測(cè)基礎(chǔ)上將部分恒星分為巨星和矮星；1913年，羅素按絕對(duì)星等與光譜型繪制恒星分布圖，即赫羅圖。1920年，薩哈提出恒星大氣電離理論，通過(guò)愛(ài)丁堡等人的研究，逐步建立了恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和恒星大氣理論；

1938年，貝特提出了氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)理論，成功解決了主序星的能量來(lái)源問(wèn)題，為此，他獲得了1967年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；

1929年，哈勃在研究河外星系光譜時(shí)，提出了哈勃定律，極大地推動(dòng)了星系天文學(xué)的發(fā)展；1931年，央斯基發(fā)現(xiàn)了來(lái)自銀河系中心方向的宇宙無(wú)線電波；上世紀(jì)40年代，射電天文學(xué)蓬勃發(fā)展，60年代用射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了類星體、脈沖星、星際分子、宇宙微波背景輻射；

1957年，前蘇聯(lián)發(fā)射人造地球衛(wèi)星，為空間天文觀測(cè)創(chuàng)了條件，用以探測(cè)天體的紫外線、X射線、伽馬射線等波段的輻射。到了今天，天文學(xué)已經(jīng)進(jìn)入到了全波段觀測(cè)時(shí)代；

1990年4月24日，空間望遠(yuǎn)鏡（哈勃望遠(yuǎn)鏡）升空，為天文學(xué)特別是天體物理學(xué)揭開(kāi)了新的一頁(yè)，它使人類到大氣層外去觀測(cè)宇宙的夢(mèng)想得到了實(shí)現(xiàn)。

如今的天體物理學(xué)又誕生出更多的分支：太陽(yáng)物理學(xué)、太陽(yáng)系物理學(xué)、恒星物理學(xué)、恒星天文學(xué)、星系天文學(xué)、天體演化學(xué)、宇宙學(xué)等分支學(xué)科。這些學(xué)科在新的物理理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的支持下不斷為天體物理學(xué)提供研究資料，用觀測(cè)證實(shí)理論推斷。

天體物理學(xué)的另外一個(gè)作用是解釋已知的天文現(xiàn)象，預(yù)言尚未觀測(cè)到的天體和天象。以輻射轉(zhuǎn)移理論為基礎(chǔ)的恒星大氣理論、以熱核聚變概念為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的元素合成理論、恒星內(nèi)部結(jié)構(gòu)理論和天體演化理論，是天體物理學(xué)的基礎(chǔ)。

天體物理學(xué)的發(fā)展同樣促進(jìn)和豐富了物理學(xué)。最近幾十年以來(lái)，理論物理與天體物理更廣泛深入地結(jié)合，形成了相對(duì)論天體物理、等離子天體物理、高能天體物理等分支，物理學(xué)所發(fā)現(xiàn)的基本規(guī)律在天文現(xiàn)象中起著日益深刻的作用，物理學(xué)正在和天文學(xué)之間相互滲透，產(chǎn)生了更多的交叉學(xué)科。

相信隨著天文學(xué)的發(fā)展，尤其是天體物理學(xué)的發(fā)展，也一定會(huì)極大地促進(jìn)物理學(xué)，尤其是理論物理的進(jìn)步。近百年來(lái)，物理學(xué)特別是理論物理的發(fā)展逐漸緩慢，也許突破的契機(jī)就蘊(yùn)含在天文學(xué)中。

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