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天文学是一门自然科学,它运用数学、物理和化学等方法来解释宇宙间的天体,包括行星卫星彗星恒星星系等等,以及各种现象,如超新星爆炸、伽马射线暴、宇宙微波背景辐射等等。广义地来说,任何源自地球大气层以外的现象都属于天文学的研究范围。

物理宇宙学[1]与天文学密切相关,但它把宇宙视为一个整体来研究。

天文学有着远古的历史。自有文字记载起,巴比伦古希腊、印度天文学、古埃及天文学、努比亚、伊朗、中国、玛雅以及许多古代美洲文明就有对夜空做详尽的观测记录。

天文学在历史上还涉及到天体测量学、天文航海、观测天文学和历法的制订,今则一般与天体物理学同义。

到了20世纪,天文学逐渐分为观测天文学与理论天文学两个分支。观测天文学以取得天体的观测数据为主,再以基本物理原理加以分析;理论天文学则开发用于分析天体现象的电脑模型和分析模型。两者相辅相成,理论可解释观测结果,观测结果可证实理论。

与不少现代科学范畴不同的是,天文学仍旧有比较活跃的业余社群。业余天文学家对天文学的发展有着重要的作用,特别是在发现和观察彗星等短暂的天文现象上。

历史

早期天文学只能对肉眼可见的天体作预测。某些古代文化建造过可能具有天文观测作用的巨大建筑物,除了可以举行仪式以外,还能用于判断季节、耕收的日期以及一年的时长。

望远镜发明之前,人们只能用肉眼观察夜空。在美索不达米亚、古希腊、波斯、印度、中国、古埃及和中美洲等地,人们开始建造天文台,思索宇宙的本质。早期天文学以记录恒星和行星在天上的位置为主,今天这项范畴称为天体测量学。在这些观测的基础上,开始萌发出有关行星的运动、日月地在宇宙中的地位等的哲学思想。

理论天文学

理论天文学家的研究手段包括数学模型及用电脑做数值模拟,即天体物理学。数学模型一般能揭示天文现象背后更深层次的原理,数值模拟则可以演示现实中难以观察的现象。

天文学未解之谜

尽管随着天文学的惊人发展,人类已经对宇宙的认知有了翻天覆地的变化,但是在今天仍然有一些至关重要的天文学未解之谜。要解答这些谜题,有可能需要新的地面或太空观测仪器,乃至理论和实验物理上的新发展。

恒星质量分布从何而来?为什么不论初始条件如何,天文学家[2]都会观测到相同的初始质量函数?有待对恒星和行星的诞生过程有更深入的了解。

宇宙中是否存在其他生命体?是否存在其他智慧生物?如果存在,应如何解决费米佯谬?证实地球以外生物的存在,对许多科学和哲学问题有至关重要的意义。太阳系是平平凡凡,还是绝无仅有?

暗物质和暗能量的本质是什么?这两者在宇宙的发展和未来有着决定性作用,然而人类对它们的本质尚且一无所知。宇宙的终极命运是什么?

第一批星系是如何形成的?特大质量黑洞是如何形成的?

超高能宇宙射线从何而来?

元素在宇宙中的丰度为什么比大爆炸模型所预测的低四倍?

视频

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对于两种宇宙理论,天文学家的观点

参考文献

  1. 物理宇宙学,虎嗅网
  2. 10大著名天文学家,个人图书馆,2016-12-26