登入
天文學:宇宙解密

「修讀天文學,就是說每天晚上都會去看星星了?」

在每年香港大學的開放日,天文學生總會遇到這條問題,這其實也反映了一般大眾對天文學的印象。固然不少天文學生也愛看星星,甚至是出色的業餘天文攝影師,而早期的天文學也的確始於人們對星空各種現象的好奇,但到了現代,天文學的發展已經很具規模,並且是一門嚴謹的科學,早已超越普通「看星星」的程度了。天文學所包含的範圍很廣,例如研究各種天體的運動、化學成份、演化方式等等,總而言之就是對於宇宙各種事物的研究。而就研究的方式主要分成兩大類:觀測天文學(observational astronomy)及理論天文學(theoretical astronomy)。

page background

觀測天文學,顧名思義,就是著眼於以觀測的方式去了解宇宙,使用各種不同的望遠鏡來取得數據並加以分析。當中除了我們眼晴所看到的可見光(visible light)之外,還有其他各種不同的「光」。原來,光只是一種電磁波,可見光則因為它的獨特波長讓我們可以看得見,但事實上可見光僅佔整個電磁波譜(electromagnetic spectrum)的一小部分,因此透過可見光所看到的宇宙是很有限的。根據波長(wavelength)的不同,其實還有不同類別的電磁波。雖然肉眼看不到,但透過適當的望遠鏡,接收到的各種電磁波都有助我們了解宇宙。例如,波長比可見光較長的主要有射電 (radio wave) 、紅外線(infrared light)及微波(microwave);波長較短的則主要有紫外綫(ultraviolet light)、X 射綫(X-ray)及伽馬射綫(gamma ray)。值得一提的是,1978 年的諾貝爾物理學獎,就是頒給了發現宇宙微波背景輻射(cosmic microwave background radiation)的美國科學家,因為這個「看不見」的發現,竟然成為宇宙大爆炸(Big Bang)理論的重要證據。觀測天文學家需要處理大量的數據,亦經常要面對儀器及電腦程式等問題,而且在觀測時可能要連續十多個小時待在觀察室操作儀器等等,跟一般大眾所想像的「看星星」情景其實有很大出入。

與觀察天文學出發點不同的就是理論天文學,主要嘗試為各種觀測得來的數據及現象提供科學的解釋。

page background

例如從理論層面探討恆星演化(stellar evolution)、物質形成,以及大型系統如太陽系 (solar system)、星系 (galaxy) 等等;另外還有以整個宇宙為研究對象的宇宙學(cosmology)。我們經常聽說關於宇宙的起源,宇宙的命運等話題,就是屬於宇宙學的範圍。著名物理學及宇宙學家霍金(Stephen Hawking),就是以提出黑洞(black hole)及宇宙演化相關的學說而成名的。理論天文學家一般不需要操作望遠鏡等儀器,但他們需要有過人的智慧及想像力,以及良好的物理、數學甚至化學的根基。他們也會經常和觀察天文學家合作解開謎團,這種合作在近年變得更為緊密,因為以往很多宇宙學的研究只能從理論的角度出發,但隨著觀測的技術日益進步,現在也有越來越多的觀察數據作為參考。其實,天文學就是宇宙解密,透過星空傳達給我們的訊息去尋找真相。

在香港,目前僅得香港大學物理學系有提供主修天文學的課程。在第一至第二學年,主修天文學的學生需要修讀兩個基礎綜合科學及與六個天文、物理及行星科學相關的科目。到了第三、第四學年,學生則需要修讀最少五個天文相關的進階科目,及在畢業前完成一個研修性質的課程。這裡所提供的天文學科,觀測及理論知識兼備,讓學生可以找到適合自己的發展方向。學生亦有許多機會跟隨教授與外國的研究團隊合作,進行前沿的研究工作,又或者到香港太空館等機構實習以獲取工作經驗。即使到最後學生不選擇當天文學家,這些知識和經驗對他們日後的成長及工作都會有很大的幫助。

page background
撰文: 容康喬(香港大學物理學系博士三年級生)
顧問: 潘振聲博士(香港大學物理學系首席講師)
page background