2021年04月13日 星期二
学天文的浪漫,在你意料之外
第34版:天眼 世界“巨眼” 2021-04-05

学天文的浪漫,在你意料之外

王煜

上海交通大学天文系学生参观中科院国家天文台兴隆观测基地的天文望远镜。

赵杉杉在荷兰的“事件视界望远镜”(EHT)团队做博士后研究工作时的留影。

赵杉杉在南京大学天文系大三时,参与国际交流项目,参观位于澳大利亚的Parkes 望远镜。

上海交通大学天文学系学生王佳琪(右)和教师一起在上海滴水湖开展光污染观测。

陈鹏飞在预计2021 年6 月正式开馆的上海天文馆前。

学天文确实可以有机会用天上地下的各种望远镜“看星星”;但更多时候,天文人做的都是看上去艰深复杂的理论钻研、模型构造、数据分析……但这些并没有拦住年轻人的热情与好奇。在他们眼中,天文的浪漫,有着别样的内涵。

记者|王 煜

“抬头仰望星空,探索宇宙的奥秘,多浪漫啊!” 这可能是许多人对天文学的美好想象。学天文确实可以有机会用天上地下的各种望远镜“看星星”;但更多时候,天文人做的都是看上去艰深复杂的理论钻研、模型构造、数据分析……

但这些并没有拦住年轻人的热情与好奇。在他们眼中,天文的浪漫,有着别样的内涵。

学天文让人“颠覆三观”

“我在进大学之前对天文并不了解,这让我开始学习天文学专业时,并没有像那些之前就是天文爱好者的同学一样,产生‘幻灭感’。” 在天文学专业经历了本硕博10 年的学习,如今在中科院上海天文台做博士后研究工作的赵杉杉笑着回忆。

她当年报考的是南京大学的物理学专业,调剂到天文学专业后,发现其实所学课程与物理学差别并不大。“如果抱着‘每天拿着望远镜看星星’的梦想来学天文,肯定会很失望,因为你实际上主要学的和用的都是数学、物理、计算机编程。” 赵杉杉告诉《新民周刊》记者,这些课程的难度都不小,有些科目的考试挂科率最高时达30%。“我花了挺大力气才能跟上进度,每天学习的时间比高中时还长,毫不夸张。最开始以为是自己刷题刷得不够,后来向其他同学请教学习,才发现是没有掌握合适的学习方法。”

难度的另一方面体现在:课程足以让人“颠覆三观”。例如作为天文学基础课程的“四大力学”,其中的量子力学等内容,“学完了就发现以前的许多认识都是错的。” 赵杉杉说,天文学是用和日常不同的另一套体系的语言来解释和研究宇宙,最开始接触它,就像学习“一门外语”。

天文学要探索的未知领域非常多。因此,不仅是学习,在科研中,天文学子面临的难题也不少。“绞尽脑汁依然不得其解的时候简直是太多了,我经常会被一个问题卡几天。” 上海交通大学天文学系博士生徐坤感叹。他说,这个时候他就暂时先去研究别的课题,回头再来看,说不定就柳暗花明。“现实中,我的很多解决问题的灵感都是在洗澡时和睡觉前这样的时刻获得的。”

谈到天文学科研的不确定性,徐坤的同校同专业师姐、今年即将博士毕业的胡丹也深有感受。她的第一篇学术论文的撰写过程也是她目前在科研中经历的“最大磨难”。和这篇论文有关的科研从2014 年做起,一直持续到2018 年。论文投出去之后,审稿人反馈回来的意见很多很严峻,根据意见,她修改论文花了半年时间;再给审稿人,第二轮意见回来再修改,又是半年。

这篇论文花了5 年时间才终于发表,胡丹直言“改到最后都已麻木了”。不过,花在论文上的努力让她得到了天文学的很多基础训练、拓展了知识面。“学天文就得调整好自己的心态,拥有一颗平常心很重要。这样,研究中的每一个小突破都能让你有成就感,这样就有力量坚持下去。”

一方面,天文学的学习科研要求年轻人能耐得住寂寞,因为你的大多数时间可能就是一个人面对着电脑和数据,从白天钻研到黑夜;另一方面,它又需要你具备很强的团队协作能力,而且是跨国跨文化的合作,原因在于当今天文学前沿领域的研究几乎都是以大型国际合作项目的形式开展。

“在本硕博期间出国交流、参加国际联合培养项目几乎是天文学专业的‘必修课’;而博士毕业之后,加入国际合作项目做上几期博士后工作,也是我们的常规路径。项目团队里通常有来自世界各国的好几百人,如果太腼腆不善交流,很难想象你能在项目中有太多收获。” 胡丹说。按照计划,几个月后她就将前往捷克加入一个天文科研的国际团队,开始自己的博士后工作。

天文学的浪漫与现实

尽管学天文有诸多不易,但年轻人们依旧为了梦想和兴趣走上这条道路。

2018 年,王佳琪报考物理学专业进入物理与天文学院。入学后,她在一门天文学的通识选修课上,接触到天文学的精彩。大爆炸理论、暗物质暗能量……这些让她充满了好奇,点燃了她兴趣的火焰。于是,她申请转专业,在大一的下学期成为上海交通大学天文学系首届本科生的一员,也是7 人中唯一的女生。

父母听说她选择转到一个小众的专业,一度有些担心,也劝说过她。“我坚持了下来。希望我能一直保护好自己珍贵的好奇心吧,相信理想和面包都会有的。” 王佳琪说。在她眼里,天文学的“浪漫” 并不是普通人理解的“浪漫”。“我在研究项目里处理的都是些平凡的数据,但从平凡的数据中解读出不平凡的意义,这就是真正的浪漫。”

而且,她希望将来可以成为一名教天文学的教师,尽管她觉得要达成这个目标并不容易,因为“一定不能误人子弟”。“我现在在课堂上常常被老师的一些设想激发出许多灵感。希望将来我也能和学生分享我的想法,虽然可能不成熟,但它足够有趣,能让他们喜欢天文。”

胡丹在本科学的也是物理学。大三时,她成天泡在图书馆里,翻看了许多天文学领域的书籍、影视和科幻杂志,开始对天文学着迷,于是在硕博阶段成为了天文学专业的学生。眼下,学习天文学的6 年时光即将结束,她向《新民周刊》记者表示:她依然如当年在图书馆里一般,对这门学科保持着浓厚的兴趣。

“现在年轻人的选择可以很多元,没有谁是被安排着一定要来学天文。但选择了天文,就确实是因为内心对它强烈的热爱,我和我身边的同学,大多数都是这样的。” 这种热爱,也是一种浪漫。

当然,学天文还是可以看星星的。赵杉杉大二时,南京大学仙林校区落成不久,许多基建还在进行,学校天文台所处的小山当时还在校园的围墙之外,周围都是工地。实测课总是选在没有明亮月光的夜晚开展,她和四五个同学组队打着手电筒,在四周的一片漆黑寂静中沿着小路爬上山,就像在野外探险一般。到了山顶的天文台,往往要观测到后半夜,有时要通宵,虽然累,但也很有乐趣。

她也登上过位于紫金山的南京大学太阳塔,这座建成于40多年前的塔式望远镜的墙壁上已布满了爬山虎,让她有一种穿越感。大三时她参加去澳大利亚高校的交流项目,戴着安全帽爬上竖梯,第一次见到了大型射电望远镜,感到非常震撼。

然而这样的体验,也不是每一个天文学子都能拥有。胡丹研究的是天体发出的X 射线波段的电磁波辐射,这些电磁波因为大气层的阻碍无法抵达地面,所有观测它们的望远镜都是太空中的卫星。“与研究数据来源的望远镜合影”“操作望远镜看星星”,对她来说基本上不可能。

胡丹说:她在学天文之前都不常用电脑,而现在到哪儿都要随身带着电脑处理数据,经常从早上8 点到晚上11 点一直盯着屏幕。“有时深夜从实验室回宿舍的路上,我抬头看看满天的星斗,也会想:要是我的任务就是这样看看美丽的星空就好了。不过,还是要回归现实。就像那些美丽的天文图片,原片其实是黑白的;而更进一步的源头,只是一些数据的矩阵。这些源头的基础研究工作,总归是要有人做的。”

天文学子有很多都选择了继续深造读博、之后从事科研的职业生涯,这意味着踏入社会的时段靠后,来自家庭的“催婚催育” 压力也不小,尤其是对女性而言。“上学时一心搞研究没时间恋爱;参加博士后工作了可能每一期都不在同一个城市甚至同一个国家,人没法安顿,成家也不现实。” 赵杉杉诉说了她面临的实际问题。

不过,如果真的是“学不下去了”,这个小众专业的学生在就业适应性上并不狭窄。徐坤说:天文学的基础课程是数学、物理与计算机,只要都认真学习过,转行到相关领域并不困难。例如,金融行业的不少工作其实就是数学分析,在天文学专业获取的编程技能也足够支撑去互联网大厂做个“码农”,这都是属于普遍薪资较高的行业。“学天文学的路其实真的不窄,就怕你自己放弃。” 他说。

天文学教育未来可期

“天文学确实是一门烧钱的学科。” 南京大学天文与空间科学学院教授、教育部长江学者特聘教授陈鹏飞表示:天文学研究基于观测,在观测设备上的落后,是以前我国天文学科发展较慢的一个重要原因。近年来,中国的科技实力有长足进步,从“悟空” 和“慧眼” 卫星升空到“中国天眼” FAST 建成,我们已经可以做到在硬件领域全球领先。

同时,经济社会的发展也让更多的公众尤其是青少年接触到了与天文学相关的科普,中国的天文爱好者越来越多,层次越来越高,学习了解天文的氛围逐渐浓厚。

中国的天文学教育现状如何?截至2020 年,中国大陆共有22 所大学正在比较有规模地开展天文学教育和研究,其中12所高校设有天文学本科点,7 所具有一级博士点,9 所具有一级硕士点;目前,每年天文学专业本科招生总数约200 人,在校学生总数约2700 人,本硕博学生约各占三分之一。

与英美相比,我国大学天文教育的体量较小。英国人口仅6600 万,是中国大陆人口的二十分之一,却有大约48 所大学可以授予天文本科学位,是我们的4 倍;美国人口3.3 亿,不到我们的四分之一,然而他们有161 所大学可以授予天文本科学位,是我们的十几倍。

“由此看来,我们的天文教育还有很大的发展空间。” 陈鹏飞说。他担任秘书长的教育部天文学类专业教学指导委员会,也一直在鼓励并协助更多的大学成立天文系或设立天文专业。

中国的天文学教育确实需要扩容,然而这并不意味着要冒进,或者一定要达到英美国家那样的比例。陈鹏飞告诉《新民周刊》记者:在某些其他国家,天文学专业的博士、博士后已经达到过于饱和的状态,这个群体的就业已经面临难题;中国应该吸取他们的经验教训,在扩容的同时开展分层次、有高校自身特色的天文学教育。

例如,我国的中小学缺少专门的天文课程,源头在于没有专业的天文教师,“天文知识是地理老师教的” 不是玩笑而是事实;另外,一些天文科普场馆也需要具备专业教育背景的人才。如果高校能按照这些方向培养学生,那天文专业人才未必一定需要拿到博士学位,也同样会有广阔的用武之地。

南京大学天文系成立于1952 年,是新中国最早设立的天文系,也是国内天文学高等教育的顶尖机构。该系就曾经尝试在本科阶段开展不同导向的教学,根据学生是否有在天文学继续科研深造的意愿,提供不同的教学方案。

开展切合社会实际需求的天文学教育同样很重要。陈鹏飞介绍:贵州省的一所高校几年前开设了天文学本科教育,直接的动因是FAST 就坐落于该校所在区域,望远镜周边建起了天文小镇,带来了对文旅科普人才的需求。

“科普是天文学发展非常重要的一环,在‘天眼’旁边如果有具备天文学高等教育背景的导游给游客讲解,这会是非常有益的尝试。因此,当时评审委员会的专家们都对该校天文学本科专业的设置给予支持。” 陈鹏飞说。

另一方面,将来如有更多高校成立天文专业,这将为天文学的教学与科研人才提供更多的舞台;我国已经建成和正在建设及规划的各类大型天文观测设备,也需要众多天文工作者去维护、运行及处理数据。

在扩容的同时,教育质量也要进一步提高。陈鹏飞在天文学的教学岗位上已经工作了20 年,在他看来,当今中国的天文学本科生需要增强实测能力,现实中这方面已是短板。“如果现在给一个天文学本科生一台有缺陷的望远镜,他是不是有能力把它调校好或者提高它的性能呢?如果能够做到的话,那我们培养的学生必定会在计算机、光机电控制和数据处理等方面有全面的了解。” 而在研究生教育领域,他认为我们的学生要更多更深入地参与国际协作。“在某些我们还不太擅长的细分领域,最好的办法就是把学生送出去学习。”

“在我们仰望星空时,看看璀璨星空很浪漫很美。通过我们的探索,揭开一个又一个宇宙奥秘,那种成就感和幸福感更美,它是科学之美。希望有更多的人愿意和我们一起来感受这种浪漫和美丽。” 陈鹏飞说。

放大

缩小

上一版

下一版

下载

读报纸首页