中國航天日｜話說天文，天文學對物理學有啥貢獻？

昨天是中國航天日，各大媒體也包括我的自媒體科普同行們，發了大量的稿子。不過對于廣大吃瓜群眾來說，除了那些令人炫目的成果，對于航天的感受就是：這東西太燒錢了。花那么多錢去火星有什么用？再進一步說，研究那些可能我們永遠都無法到達的星星有啥用？下面我就來介紹一下，天文學，特別是天體物理學有啥貢獻。

在人類生存的地球上，所謂的“天”是相對于“地”而言的。對于地表和地表附近的物體，我們可以通過實地考察和設計專門的實驗來進行研究，現代科學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為方法上的欠缺。然而正是為應對這種欠缺作出的創新，形成了天文學方法的特殊性。

宇宙就其現象范圍來說，比我們地球上所能期望經歷的任何事物都廣泛得多。人類一直在觀測宇宙和天空，尋找了解世界本質和規律的各種線索。物理學家在研究支配我們世界的自然規律時也轉向天文學和宇宙學，尋找支持理論的證據。

而天文學又依據物理學在地面實驗室中的物理實驗和掌握的物理規律去理解天空中的天文現象，物理學和天文學之間這種根本性的相互聯系有輝煌的成果，也有汲取的教訓。今天的天文學幾乎和天體物理學差不多一樣了。

到目前為止，天文學的方法實質上是廣義的天體物理學方法，其三大分支：天體力學、天體測量、天體物理學都是以物理學為基礎。特別是天體物理學，它于1984年，國際純粹與應用物理聯合會設立了天體物理學委員會，天體物理學成為了與粒子物理、凝聚態物理平行的學科。近幾十年以來，許多重要的天文學現象由物理學家所發現的比例很大。

天文學自從誕生之日起就與物理學緊密聯系。公元前129年，古希臘天文學家喜帕恰斯目測恒星光度；1609年，伽利略使用光學望遠鏡觀測天體；1655年，惠更斯發現土星光環和獵戶座星云；后來哈雷發現恒星自行，到18世紀，赫謝爾開創恒星天文學。這個階段是天體物理學的孕育時期。

19世紀中葉，三種物理方法：分光學、光度學和照相術被廣泛應用于天體的觀測和研究，推動了天體物理學對結構、化學組成、物理狀態的研究，使天體物理學成為了天文學一個獨立的分支。

天體物理學的發展，促使天文觀測和研究的新成果和新發現不斷涌現。1859年，基爾霍夫對太陽光譜的吸收線（即夫瑯禾費譜線）做出科學解釋。他認為吸收線是太陽光球所發出的連續光譜被太陽大氣吸收而成的。這一發現推動了天文學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恒星，證認出某些元素的譜線，以后根據多普勒效應又測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，進行恒星光譜分類，通過對星云的研究，在仙女座大星云中發現新星；

1905年，赫茲普龍在觀測基礎上將部分恒星分為巨星和矮星；1913年，羅素按絕對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，通過愛丁堡等人的研究，逐步建立了恒星內部結構和恒星大氣理論；

1938年，貝特提出了氫聚變為氦的熱核反應理論，成功解決了主序星的能量來源問題，為此，他獲得了1967年的諾貝爾物理學獎；

1929年，哈勃在研究河外星系光譜時，提出了哈勃定律，極大地推動了星系天文學的發展；1931年，央斯基發現了來自銀河系中心方向的宇宙無線電波；上世紀40年代，射電天文學蓬勃發展，60年代用射電望遠鏡發現了類星體、脈沖星、星際分子、宇宙微波背景輻射；

1957年，前蘇聯發射人造地球衛星，為空間天文觀測創了條件，用以探測天體的紫外線、X射線、伽馬射線等波段的輻射。到了今天，天文學已經進入到了全波段觀測時代；

1990年4月24日，空間望遠鏡（哈勃望遠鏡）升空，為天文學特別是天體物理學揭開了新的一頁，它使人類到大氣層外去觀測宇宙的夢想得到了實現。

如今的天體物理學又誕生出更多的分支：太陽物理學、太陽系物理學、恒星物理學、恒星天文學、星系天文學、天體演化學、宇宙學等分支學科。這些學科在新的物理理論和實驗技術的支持下不斷為天體物理學提供研究資料，用觀測證實理論推斷。

天體物理學的另外一個作用是解釋已知的天文現象，預言尚未觀測到的天體和天象。以輻射轉移理論為基礎的恒星大氣理論、以熱核聚變概念為基礎發展起來的元素合成理論、恒星內部結構理論和天體演化理論，是天體物理學的基礎。

天體物理學的發展同樣促進和豐富了物理學。最近幾十年以來，理論物理與天體物理更廣泛深入地結合，形成了相對論天體物理、等離子天體物理、高能天體物理等分支，物理學所發現的基本規律在天文現象中起著日益深刻的作用，物理學正在和天文學之間相互滲透，產生了更多的交叉學科。

相信隨著天文學的發展，尤其是天體物理學的發展，也一定會極大地促進物理學，尤其是理論物理的進步。近百年來，物理學特別是理論物理的發展逐漸緩慢，也許突破的契機就蘊含在天文學中。

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