高爽·天文学通识30讲

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发刊词 | 如何用极其有限的信息去寻找真相？ ......................................................................................2
01 | 宇宙学原理：天文学的第一性原理 ....................................................................................................9
02 | 光谱分析：宇宙学原理的实证 .......................................................................................................... 15
03 | 距离测量：宇宙学原理的推进器 ..................................................................................................... 23
04 | 模型体系：天文学的核心框架 .......................................................................................................... 30
05 | 宇宙的边界在哪里？ ............................................................................................................................ 37
06 | 宇宙过去发生过什么？ ........................................................................................................................ 45
07 | 如何探索外星生命？ ............................................................................................................................ 53
08 | 太阳是天文学的枢纽 ............................................................................................................................ 60
09 | 日震是了解太阳内部的天然 B超 ..................................................................................................... 67
10 | 狂暴是太阳的另一张面孔 ................................................................................................................... 74
11 | 太阳系的主宰是太阳 ............................................................................................................................ 82
12 | 决定行星宿命的引力 ............................................................................................................................ 89
13 | 太阳的影响力决定太阳系的边界 ..................................................................................................... 95
14 | 月球：地球的稳定器 .......................................................................................................................... 102
15 | 火星：地球的备胎 ............................................................................................................................... 109
16 | 木星：为生命带来了可能性 ............................................................................................................ 116
17 | 冥王星：一场行星定义的革命 ........................................................................................................ 124
18 | 赫罗图：理解恒星的最简界面 ........................................................................................................ 131
19 | 恒星质量：恒星命运的决定因素 ................................................................................................... 138
20 | 双星：互动中的恒星 .......................................................................................................................... 146
21 | 超新星：星系间的灯塔 ...................................................................................................................... 153
22 | 银河系的空间结构 ............................................................................................................................... 161
23 | 银河系的演化 ........................................................................................................................................ 170
24 | 黑洞：星系的中心 ............................................................................................................................... 177
25 | 类星体：远古星系的遗迹 ................................................................................................................. 184
26 | 暗物质：星系里的粘合剂 ................................................................................................................. 191
27 | 宇宙的形状：宇宙学的基本问题 ................................................................................................... 198
28 | 暴胀理论：宇宙学的补丁 ................................................................................................................. 206
29 | 微波背景辐射：宇宙学的观测基础 ............................................................................................... 213
30 | 天文学的未来 ........................................................................................................................................ 221
加餐 1 | 天文学的数据可信吗？ .............................................................................................................. 228
加餐 2 | 宇宙真的处处都一样吗？ ......................................................................................................... 234
加餐 3 | “天眼”验收：中国原创技术让世界期待 .......................................................................... 241
加餐 4｜我国发现理论上不存在的黑洞................................................................................................. 248
加餐 5｜星座的本质是帮助记忆 .............................................................................................................. 256
加餐 6｜春季观星指南，狮子座最璀璨................................................................................................. 266
加餐 7 | 夏季观星指南，英仙座流星雨 ................................................................................................ 277
加餐 8｜ 阿雷西博讣告 .............................................................................................................................. 284
发刊词 | 如何用极其有限的信息去寻找真
相？
你好，欢迎来到《天文学通识》，我是高爽。
在我准备这门课的时候，我就知道有一个问题肯定绕不过去，那就
是如果你对宇宙不感兴趣，天文学对你还有意义吗？
天文学研究的是宇宙，离我们非常遥远，但是它在研究宇宙这么一
个庞然大物时，也练就了一项独门绝技，那就是能够通过极其有限的信
息去寻找事情的真相。
甚至可以直接说，天文学就是一门能在信息极其有限的情况下，还
原出宇宙真相的学科。
在人类获取知识的方法中，这其实还挺特别的。尤其是在人类进入
信息时代之后，我们如果想要寻找一件事情的真相，想到的最直接的方
式就是获取更多的数据，从更多的数据中发掘出更多的信息。
尤其是现在，到了大数据时代，对数据的依赖已经不是简单的数量
多就可以了，而且还要全，恨不得把所有的数据都存起来。
可是在现实中我们往往面对的就是数据不全、信息不足的局面啊。
找工作的时候，我们希望找到一家靠谱的公司，但是只能去网站上看看
它的简介。做投资的时候，我们希望找到一家稳定增长的股票，但是只
能看到一些公开信息。甚至在选择创业方向时，连靠谱的信息都没有。
难道这个时候只能选择放弃认知，放弃行动吗？
至少天文学不是这样的。天文学作为人类智慧的宝库，它提供了一
整套方法，让我们在信息有限的情况下仍然可以认知世界。这也是我自
己内心对一开始那个问题的回答，我相信天文学对你一定有意义。
1
在我准备这门课的时候，天文学发生了一件大事，我想你一定知
道。2019 年4月10 日，人类第一次给黑洞拍下来的第一张照片发布
了。我们一起见证了历史。
不过你可能没有注意到这张照片真实的大小有多大。用我们天文学
的话来说，这张照片只有几十微角秒的大小。这是什么意思呢？就像是
你检查视力的时候去看视力检测表，最下面那个视力 2.0 的符号都比这个
黑洞看起来大 500 万倍，相当于站在地球上看月球上的一个橘子。
这就是说，如果直接去看的话，是不可能看到任何东西的。其实如
果不作任何处理的话，照片上的黑洞只能有半个像素的大小。我们在照
片上看到的所有的细节，都是天文学家后来进行补充和还原的。也正是
这样，我们才能通过如此有限的信息看到了一个真实黑洞的样子。
像黑洞照片这种从一丁点儿信息就能推测背后真相的事情可不是什
么特例，而是在天文学中到处可以看到。
比如，前几年钱德拉望远镜，观测到了一次超新星爆发。整整持续
了6个小时的观测，但只接收到了 139 个光子。139 个光子是什么概
念？我们人能看到的最暗最暗的光，也要让视网膜在 1秒钟之内接收 3
万个光子。但是天文学家就是能通过这么点的信息推断出很多东西。比
如，天文学家就知道这次爆发释放出了大量的金属钛，不只是这样，而
且可以确定释放的钛的质量相当于 115 个地球。
还有，比如 2013 年，普朗克卫星观测宇宙微波背景辐射，仅仅靠着
几十万分之一的温度变化，就还原出了宇宙早期的物质构成和分布情
况，更新了研究宇宙的模型。
用小信息撬动大真相，这些情况在天文学里经常能被看到。你别以
为天文学家不想获得更多的信息啊。想啊，但是真的做不到啊。能被研
究的信息极其有限，这件事是刻在天文学基因里的。
我们研究的对象，动不动就几十亿、上百亿光年那么远。就比如除
了太阳天空中任意一颗恒星，它们就是一个个没有大小的亮点。就算是
用哈勃望远镜去看，看到的仍然是一个个没有大小的点。但是，我们就
是要知道它们的元素构成，它们的寿命，它们周围还有没有不发光的行
星。
我们研究的问题，动不动就跨越几十亿、上百亿年。太阳年龄是 45
亿年，银河系年龄是 135 亿年，宇宙年龄是 138 亿年。而我们人类的文
明历史只有不到 1万年。如果把宇宙诞生到现在的时间压缩到 1年的
话，我们人类对宇宙的信息记录，最多只有一两秒的时间。但是，我们
摘要：

发刊词|如何用极其有限的信息去寻找真相？......................................................................................201|宇宙学原理：天文学的第一性原理....................................................................................................902|光谱分析：宇宙学原理的实证.............................................................

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