“以星空大海為征途” 高校冷門專業(yè)天文學(xué)升溫了嗎？

驅(qū)車往返于城區(qū)和郊野，徹夜未眠的拍攝，數(shù)小時的繁復(fù)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(xué)家的夢想埋在心底。今年9月南京大學(xué)開學(xué)，吳思哲離夢想又近了一步。

通過考試成功入圍天文學(xué)拔尖計劃，即將步入自己夢想的校園學(xué)習(xí)熱愛的專業(yè)，吳思哲表示“初中定下的目標(biāo)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(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院是全國高校中歷史最悠久、培養(yǎng)人才最多的天文學(xué)專業(yè)院系，但目前，國內(nèi)開設(shè)天文學(xué)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(xué)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(chǔ)學(xué)科加大投入和更多天文空間項目的建成，國內(nèi)天文學(xué)人才需求進一步上升。國內(nèi)天文學(xué)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(xué)專業(yè)，高考報考中傳統(tǒng)冷門的天文學(xué)專業(yè)似乎將迎來走熱的機會。不少專家學(xué)者也表示，隨著國家實力的增強，科研領(lǐng)域不斷發(fā)表出世界領(lǐng)先的成果，天文學(xué)作為一門不可或缺的基礎(chǔ)科學(xué)，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(xué)時，吳思哲就表現(xiàn)出了對天文學(xué)的興趣。吳思哲的父親回憶道，“最開始的興趣是由紀(jì)錄片引起的，比如央視播出的《斗轉(zhuǎn)星移》《了解宇宙如何運行》等，他幼兒園起就喜歡看這些。”

小學(xué)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(xué)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(xué)精神——天空中相互繞轉(zhuǎn)的雙星與下墜的蘋果竟然遵循著相同的規(guī)律;天文學(xué)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(nèi)的理論課和日常觀測，一起備考天文學(xué)競賽，一起從零開始學(xué)習(xí)深空攝影，跑遍了云南省內(nèi)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(shè)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(shè)備接線、拍攝及后期流程開始學(xué)，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(dāng)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(xué)習(xí)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(nèi)大學(xué)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(xué)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(xué)的錄取通知書時，吳思哲感慨道，“中學(xué)時立下的目標(biāo)終于實現(xiàn)了。我想為天文學(xué)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(xué)作為愛好和專業(yè)有很大區(qū)別。南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院副教授羅新煉對澎湃新聞表示，從天文愛好者轉(zhuǎn)變?yōu)樘煳目蒲腥藛T，需要把興趣轉(zhuǎn)變?yōu)橹救?，這樣才會樂在其中。

“大家以為天文學(xué)家是看星星，其實兩百年前的天文學(xué)家才是這樣的。近一百年來隨著相對論和量子力學(xué)的發(fā)展，天文學(xué)已經(jīng)變成了一個非常嚴肅、非常精確的科學(xué)。我們的日常工作就是公式計算、論文和代碼。”在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(xué)天文學(xué)的鄧云未也將自己大學(xué)期間的專業(yè)學(xué)習(xí)總結(jié)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(xué)科研主要分做觀測、做模擬和做理論。除非是專門負責(zé)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(xué)技術(shù)大學(xué)天文系教授蔡一夫看來，我國的天文學(xué)教育還需要增加更多的實踐活動，讓同學(xué)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(zé)對觀測數(shù)據(jù)的處理分析和理論模型的構(gòu)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(shè)計好并提交到天文臺，專門運行望遠鏡的人員會負責(zé)把數(shù)據(jù)拍好給我。”

除此之外，羅新煉表示，學(xué)習(xí)作為“長線”學(xué)科的天文學(xué)，學(xué)生在物理、計算機、數(shù)學(xué)、英語方面的基礎(chǔ)十分重要，且需要在本科及以后經(jīng)過長期的學(xué)習(xí)及科研訓(xùn)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(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院本科人才培養(yǎng)方案為例，方案指出天文學(xué)專業(yè)下設(shè)天體物理、天體測量與天體力學(xué)兩個學(xué)科方向，核心課程有天體力學(xué)基礎(chǔ)、理論天體物理、球面天文等。方案也提到，數(shù)學(xué)和物理課程是天文學(xué)專業(yè)的重要知識基礎(chǔ)，計算機知識是必不可少的重要工具。另外，因為當(dāng)前天文學(xué)研究的國際化程度很高，本專業(yè)對學(xué)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(xué)與物理學(xué)有很多相同的課程，且天文學(xué)本科生的計算機能力要求并不會比計算機專業(yè)的學(xué)生低太多。

經(jīng)歷了大學(xué)期間的計算機、數(shù)學(xué)課程等各方面的訓(xùn)練，也有不少天文學(xué)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(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院就業(yè)質(zhì)量報告》，南京大學(xué)的天文與空間學(xué)院的2021年畢業(yè)生數(shù)據(jù)顯示，本科畢業(yè)生境內(nèi)外升學(xué)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(xué)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(shè)計單位)和企業(yè)單位。

國內(nèi)天文學(xué)教育發(fā)展，“長線學(xué)科”逐漸升溫

天文學(xué)與數(shù)學(xué)、物理學(xué)相比，盡管都屬于基礎(chǔ)學(xué)科，但是存在感一直較低。

我國天文學(xué)教育起步較晚，尤其在天文技術(shù)與儀器方面與國外尚有差距。馬瀟漢表示，基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展需要一代一代的學(xué)術(shù)傳承、百年尺度的學(xué)術(shù)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(shè)天文學(xué)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(xué)校專業(yè)開設(shè)不全。

同時，天文學(xué)作為一門以觀測為基礎(chǔ)的學(xué)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(shè)備和儀器。“早期中國的天文學(xué)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(xué)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(xué)技術(shù)大學(xué)天文系教授袁業(yè)飛對澎湃新聞表示，“有了自己的世界領(lǐng)先的望遠鏡，就能夠做出世界領(lǐng)先的成果。比如現(xiàn)在‘天眼’不斷地有世界領(lǐng)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(xué)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(xué)裝置的建設(shè)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(xué)裝置收集的海量數(shù)據(jù)也亟需大批優(yōu)秀天文學(xué)家、物理學(xué)家去分析。

近幾年，國內(nèi)對教育的投入持續(xù)加大，新的學(xué)校如雨后春筍一樣涌現(xiàn)出來，許多國際青年學(xué)者也選擇回到國內(nèi)高校任職，基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的速度很快。南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授陳鵬飛于《中國國家天文》撰文稱，從1999年至2020年，國內(nèi)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(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)計劃在原有五個學(xué)科(數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物科學(xué)、計算機科學(xué))的基礎(chǔ)上，增加了天文學(xué)等12個學(xué)科，讓作為基礎(chǔ)學(xué)科之一的天文學(xué)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(xué)的人才培養(yǎng)單位，使得中國科技大學(xué)能夠與其共享天文設(shè)備與天文技術(shù)方面的人才。

另外，袁業(yè)飛談到，過去，天文學(xué)作為一門“長線學(xué)科”，掣肘其發(fā)展的一直是資金問題。“天文是一個非常基礎(chǔ)、非常‘沒有用’的學(xué)科，短期內(nèi)沒有明顯的經(jīng)濟效益。”相較而言，應(yīng)用性學(xué)科的科研成果轉(zhuǎn)化率更高，能從企業(yè)獲得投資，更多吸納社會資金，而基礎(chǔ)學(xué)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(xué)科，天文學(xué)的發(fā)展能夠帶動許多有用的技術(shù)。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(xué)的光學(xué)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(shù)也應(yīng)用于港珠澳大橋的建造。“由于天文對技術(shù)的要求極高，其技術(shù)成果能很容易地轉(zhuǎn)化于民用領(lǐng)域。”

從科學(xué)回報的角度，袁業(yè)飛表示，天文學(xué)是一門可以帶動革命性變化發(fā)展的基礎(chǔ)學(xué)科。歷史上，天文學(xué)家第谷對行星的觀測帶來了開普勒定律和牛頓力學(xué)，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。