“以星空大海為征途” 高校冷門專業(yè)天文學升溫了嗎？

驅車往返于城區(qū)和郊野，徹夜未眠的拍攝，數(shù)小時的繁復后期······M8礁湖星云中的氣體云與星際塵埃終于被解析在眼前。這張絢麗的深空攝影作品，出自于一位剛畢業(yè)的高中生之手。過去十年，作為天文愛好者的吳思哲一直將天文學家的夢想埋在心底。今年9月南京大學開學，吳思哲離夢想又近了一步。

通過考試成功入圍天文學拔尖計劃，即將步入自己夢想的校園學習熱愛的專業(yè)，吳思哲表示“初中定下的目標終于要實現(xiàn)了”。在外界看來，這個“以星空大海為征途”的專業(yè)的確有些寂寞和高冷。盡管南京大學天文與空間科學學院是全國高校中歷史最悠久、培養(yǎng)人才最多的天文學專業(yè)院系，但目前，國內開設天文學本科專業(yè)或成立了天文系的高校僅有十余所。

過去，天文學一直被視作是理想主義者的選擇，抬頭望向月亮的代價似乎就是失去地上的六便士。但近幾年，隨著國家對基礎學科加大投入和更多天文空間項目的建成，國內天文學人才需求進一步上升。國內天文學教育雖然起步較晚，但目前正進入一個高速發(fā)展的階段，各個高校陸續(xù)建立天文學專業(yè)，高考報考中傳統(tǒng)冷門的天文學專業(yè)似乎將迎來走熱的機會。不少專家學者也表示，隨著國家實力的增強，科研領域不斷發(fā)表出世界領先的成果，天文學作為一門不可或缺的基礎科學，在高校興起將成為一種趨勢。

追隨天文的十年：借望遠鏡與紅外相機撫觸星云

小學時，吳思哲就表現(xiàn)出了對天文學的興趣。吳思哲的父親回憶道，“最開始的興趣是由紀錄片引起的，比如央視播出的《斗轉星移》《了解宇宙如何運行》等，他幼兒園起就喜歡看這些。”

小學三年級和父親第一次參加云南省天文愛好者協(xié)會的活動后，吳思哲便開始觀測各類大小天象：日食月食、金星凌日、行星沖日······“小時候我最熱衷的事，便是用自己那臺小小的米德ETX90(一款適用于初學者的天文望遠鏡)，去看月球表面的溝壑、土星美麗的光環(huán)、木星淡淡的條紋與金星細小的相位變化。”吳思哲回憶道。天文的神秘令吳思哲著迷，宇宙中的現(xiàn)象千奇百怪、壯闊而美麗，卻又是真實地存在于這個世界上的。“我想要了解浩瀚的星空，了解這個世界。”

到了高中，吳思哲成了更資深的天文愛好者。“隨著更多的知識積累，我漸漸感受到了隱藏在天文中的科學精神——天空中相互繞轉的雙星與下墜的蘋果竟然遵循著相同的規(guī)律;天文學家僅靠觀察空中暗弱星點的光譜，便可以知道遙遠恒星的溫度與大氣元素，知曉它的過去與未來;宇宙中無數(shù)光陸怪離的現(xiàn)象正在被理論一一解釋·····”吳思哲在某次觀測記錄中寫道，美麗的行星、縹緲的星云、壯闊的星系是天文外顯的、感性的美，而天文最吸引他的地方，在于現(xiàn)實與規(guī)律、感性與理性的完美融合。

在云南師大附中的大觀天文社，吳思哲遇到了兩位非常志同道合的伙伴。三人一起籌辦社內的理論課和日常觀測，一起備考天文學競賽，一起從零開始學習深空攝影，跑遍了云南省內的羊街鎮(zhèn)、螃蟹箐、轎子雪山等地“出攤”拍攝。

大觀天文社第16屆社長熊浩宇介紹，云南師大附中的大觀天文社成立于2006年，是師大附中眾多社團中成立時間較早、規(guī)模較大的老牌社團。傳統(tǒng)設有天文理論課、日常觀測、石林觀星、天文臺參觀等活動。

大觀天文社曾有天文攝影這一專業(yè)性極強的活動，但未能延續(xù)。吳思哲三人從最開始的系統(tǒng)適配、設備接線、拍攝及后期流程開始學，把坑都踩過了一遍，重啟了大觀天文社的這項活動。吳思哲說，“每三月一次的‘出攤’是我高中生活中最期待的事。當遠離光污染，抬頭望見城市中闊別的燦爛星空，實在是人生不可多得的震撼與感觸。而天文攝影能將隱藏在星點中暗弱的星云、星系解析在你的眼前，并將這一份感觸記錄、保存下來，更是不可多得的幸運。”

社團活動堅定了吳思哲學習天文的信念，歷任社員中也有許多人走上了天文科研的道路。第15屆天文社社長蔣昊昌表示，由于2015年國內大學天文系發(fā)展進入一個高速期，天文社從13屆開始每年都有社員報考天文專業(yè)。

如今，被南京大學錄取的吳思哲回想起高考，仍記得自己進入考場前的最后幾分鐘，再望了一眼師大附中天臺上的天象蛋的身影。今年7月拿到南京大學的錄取通知書時，吳思哲感慨道，“中學時立下的目標終于實現(xiàn)了。我想為天文學的發(fā)展奉獻自己的一生。”

“天文科研不只是看星星，也要寫代碼”

事實上，天文學作為愛好和專業(yè)有很大區(qū)別。南京大學天文與空間科學學院副教授羅新煉對澎湃新聞表示，從天文愛好者轉變?yōu)樘煳目蒲腥藛T，需要把興趣轉變?yōu)橹救?，這樣才會樂在其中。

“大家以為天文學家是看星星，其實兩百年前的天文學家才是這樣的。近一百年來隨著相對論和量子力學的發(fā)展，天文學已經(jīng)變成了一個非常嚴肅、非常精確的科學。我們的日常工作就是公式計算、論文和代碼。”在中國科學技術大學天體物理研究生馬瀟漢看來，天文作為研究是一件快樂的事情，但并不是作為愛好的低門檻和純粹的享受。“它可能是一種折磨，折磨之后再給你一種無與倫比的享受。”

今年畢業(yè)于南京大學天文學的鄧云未也將自己大學期間的專業(yè)學習總結劃分成三等份：看文獻，寫代碼和寫論文、項目申請書。鄧云未說，“天文學科研主要分做觀測、做模擬和做理論。除非是專門負責運行望遠鏡的人員，否則實際觀測的時間并不多。”

在中國科學技術大學天文系教授蔡一夫看來，我國的天文學教育還需要增加更多的實踐活動，讓同學們不局限于公式的推演和數(shù)據(jù)的模擬分析。馬瀟漢稱，自己本科期間有很多次觀測的機會，但大多是出于興趣參與而非研究需要。鄧云未也提到，自己主要負責對觀測數(shù)據(jù)的處理分析和理論模型的構建，很少親自操作觀測，“一個為期幾十個小時的項目，我只需要花一個下午把觀測設計好并提交到天文臺，專門運行望遠鏡的人員會負責把數(shù)據(jù)拍好給我。”

除此之外，羅新煉表示，學習作為“長線”學科的天文學，學生在物理、計算機、數(shù)學、英語方面的基礎十分重要，且需要在本科及以后經(jīng)過長期的學習及科研訓練才能成為一個非常優(yōu)秀的職業(yè)天文工作者。

以南京大學天文與空間科學學院本科人才培養(yǎng)方案為例，方案指出天文學專業(yè)下設天體物理、天體測量與天體力學兩個學科方向，核心課程有天體力學基礎、理論天體物理、球面天文等。方案也提到，數(shù)學和物理課程是天文學專業(yè)的重要知識基礎，計算機知識是必不可少的重要工具。另外，因為當前天文學研究的國際化程度很高，本專業(yè)對學生的英語能力也有較高的要求。

馬瀟漢也介紹，事實上，本科期間天文學與物理學有很多相同的課程，且天文學本科生的計算機能力要求并不會比計算機專業(yè)的學生低太多。

經(jīng)歷了大學期間的計算機、數(shù)學課程等各方面的訓練，也有不少天文學的畢業(yè)生最終選擇成為程序員或金融分析師。根據(jù)《2021年南京大學天文與空間科學學院就業(yè)質量報告》，南京大學的天文與空間學院的2021年畢業(yè)生數(shù)據(jù)顯示，本科畢業(yè)生境內外升學深造占比超七成，畢業(yè)研究生簽約就業(yè)占比超六成，總體來說選擇升學深造的約一半左右。選擇就業(yè)的畢業(yè)生中多選擇事業(yè)單位(含高等教育單位、中初教育單位、科研設計單位)和企業(yè)單位。

國內天文學教育發(fā)展，“長線學科”逐漸升溫

天文學與數(shù)學、物理學相比，盡管都屬于基礎學科，但是存在感一直較低。

我國天文學教育起步較晚，尤其在天文技術與儀器方面與國外尚有差距。馬瀟漢表示，基礎學科的發(fā)展需要一代一代的學術傳承、百年尺度的學術環(huán)境積累。我國第一批自主培養(yǎng)的博士畢業(yè)于1983年，研究生培養(yǎng)也較為年輕。目前，我國開設天文學本科專業(yè)或成立了天文系的高校仍不足二十所，大部分學校專業(yè)開設不全。

同時，天文學作為一門以觀測為基礎的學科，需要研究者了解并參與到實測中，因此教育、科研的發(fā)展非常依賴于觀測設備和儀器。“早期中國的天文學研究者要靠申請使用其他國家的望遠鏡，或者從網(wǎng)上下載別國望遠鏡公開的觀測數(shù)據(jù)。我國近些年才有兩米級口徑的光學望遠鏡，在天上的望遠鏡目前也還只有‘悟空’號一個。”中國科學技術大學天文系教授袁業(yè)飛對澎湃新聞表示，“有了自己的世界領先的望遠鏡，就能夠做出世界領先的成果。比如現(xiàn)在‘天眼’不斷地有世界領先的成果發(fā)表。”

除了“天眼”，諸如“羲和號”、大視場巡天望遠鏡等更多天文和空間項目的建成，也進一步增加了對天文學人才的需求。2014年郭守敬望遠鏡、500米射電望遠鏡FAST等大科學裝置的建設和深空探測工作不斷推進，科研人才的缺口初步凸顯。隨后幾年，更多大科學裝置收集的海量數(shù)據(jù)也亟需大批優(yōu)秀天文學家、物理學家去分析。

近幾年，國內對教育的投入持續(xù)加大，新的學校如雨后春筍一樣涌現(xiàn)出來，許多國際青年學者也選擇回到國內高校任職，基礎科學領域發(fā)展的速度很快。南京大學天文與空間科學學院教授陳鵬飛于《中國國家天文》撰文稱，從1999年至2020年，國內平均每年增加一所高校成立天文系，全國天文專業(yè)本科招生數(shù)從1994年的28人增長到了2018年的208人。2018年的基礎學科拔尖學生培養(yǎng)計劃在原有五個學科(數(shù)學、物理學、化學、生物科學、計算機科學)的基礎上，增加了天文學等12個學科，讓作為基礎學科之一的天文學更加受到了重視。

同時，部分高校通過與天文臺合作的方式實現(xiàn)科教融合，如紫金山天文臺掛牌成為中國科技大學的人才培養(yǎng)單位，使得中國科技大學能夠與其共享天文設備與天文技術方面的人才。

另外，袁業(yè)飛談到，過去，天文學作為一門“長線學科”，掣肘其發(fā)展的一直是資金問題。“天文是一個非?；A、非常‘沒有用’的學科，短期內沒有明顯的經(jīng)濟效益。”相較而言，應用性學科的科研成果轉化率更高，能從企業(yè)獲得投資，更多吸納社會資金，而基礎學科則幾乎完全依靠政府資金支持。

但在袁業(yè)飛看來，這并不表示天文是一個真的“無用”的學科，天文學的發(fā)展能夠帶動許多有用的技術。蔡一夫也舉例介紹，目前手機數(shù)碼相機的核心成像部件CMOS的前身CCD，最早是因為天文學的光學成像需求而發(fā)展出來的，因相機鏡頭而知名的蔡司公司最早也是做天文望遠鏡的。袁業(yè)飛補充，建造天眼所用的拉索技術也應用于港珠澳大橋的建造。“由于天文對技術的要求極高，其技術成果能很容易地轉化于民用領域。”

從科學回報的角度，袁業(yè)飛表示，天文學是一門可以帶動革命性變化發(fā)展的基礎學科。歷史上，天文學家第谷對行星的觀測帶來了開普勒定律和牛頓力學，如今，天文觀測對物理理論的驗證和發(fā)展新物理也將有極大幫助。