如果你打开一个专栏

天体很远，但天文学却很近。 以今天每个人都拥有的手机为例。 便捷的GPS导航对于广义相对论的修正是不可或缺的。 WiFi的一些关键技术也归功于射电天文学家，经常“没电”的锂电池蕴藏着宇宙。 爆炸前三分钟的残留物。 甚至我们自己也来自星尘。 毕竟，人体中的很多元素都是恒星演化和超新星爆炸的产物。 对于大多数天文学家来说，探索宇宙不仅仅是一份工作，更源于大家对超凡脱俗、浩瀚宇宙的热爱。

感谢《知识分子》给我组织天文学专栏的机会，我将继续邀请各领域众多优秀的天文学家参与撰写。 本栏目名称“天文”来源于屈原的《楚辞》。 在古代，中国天文学有着辉煌的历史，拥有世界上最完美的彗星和超新星记录。 400多年前，随着望远镜的诞生，中国的天文学和技术逐渐落后于别人，这是可悲和遗憾的。 今天，在一代又一代天文学家的努力下，中国天文学正在努力前进，走向世界舞台。 未来，中国天文学的崛起，离不开大量新鲜血液的注入。 这也是我们天文专栏的初衷。

本栏目将重点向公众科普天文学各个前沿领域，包括一些科学热点追踪、人物访谈、科研笔记、公开报告演讲等，力争每两周发表一篇文章。 衷心希望《天问》栏目能够成为中国天文学家科普、推广天文学的一片净土！

——毛树德

撰写者 | 毛树德

编辑| 郑晓晨

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空气看不见摸不着，但却关系到生死。

从某种意义上说，学术氛围对于一流院校来说就像空气对于人类一样重要。 然而学术氛围中的科研要素却很难定量评价。 它不像资助项目和发表论文的数量那么直观和定量可比，因此往往不被重视。

这些年来，我参观过国内外许多研究机构和天文机构，我能明显感受到两种完全不同的情况。 有的机构关闭，大家互不交流，无聊感油然而生，而有的则不然。 。 以我多次访问过的英国剑桥大学天文研究所为例。 该研究所在国际上享有很高的声誉，首任所长是弗雷德·霍伊尔教授，其工作堪比诺贝尔奖[1]。 天文研究所每天早上和下午都有茶歇时间。 大家自发地聚集在一个开放的空间进行学术讨论，其中包括许多英国皇家学会的成员[2]。 热烈的讨论场面足以震撼每一位参观者，浓郁的学术氛围扑面而来。

我的母校普林斯顿大学天体物理系也是一个学术氛围非常浓厚的地方。 1988年至1992年，我在那里攻读博士学位。 当时，博士课程仍为四年制（现改为五年制）。 当时该系只有15名教授，相当于学生总数。 四年来，每位教授平均指导一名学生。 研究生的前两年，我主修基础课。 课程不多，不过五门（恒星物理学、星际物质、星系动力学、高能天体物理学、河外天文学/宇宙学）。

此外，每个研究生每年还需要准备两份前沿报告，一份关于理论天体物理学，一份关于观测天文学。 其余时间，学生每学期将在不同导师的指导下进行研究，完成相应课题并发表。 这样经过两年，学生往往可以深入了解天文学各个领域的知识和进展，明确自己的兴趣和特长，选择合适的博士论文题目，最终完成博士学业。

和剑桥大学天文研究所一样，普林斯顿天体物理系每天下午3:00也有茶歇，有很多教授和学生参加。 大家都习惯一边舒服地喝茶，一边严谨地讨论科学问题。 这些年来，很多事、很多人都渐渐淡出了我的脑海。 只有茶歇时的一些讨论还记忆犹新，比如关于1987A超新星的讨论。 当时有人声称1987A超新星产生了周期为半秒的脉冲星信号[3]，但从理论上讲，这样快速旋转的脉冲星不应该或几乎不存在，因为巨大的离心力会撕裂星体。中子星破碎（见附录）。

大家对公布的观察结果都很困惑，茶歇期间也有很多讨论。 系主任杰里·奥斯特里克教授也加入了讨论。 面对众人的询问，他不假思索地回答道：“应该是噪音。”他突然说道。 停顿了一下，他补充道：“如果不是噪音，我有三种理论上的解释。” 有趣的是，这个所谓的“半秒脉冲星信号”最终被证明是错误的。

随后，杰瑞一边喝茶一边开玩笑说，他在《自然》上发表的所有文章也是错误的，因为《自然》往往追求新闻效果，缺乏足够的研究，所以不能盲目相信。 喝茶的时候，你可以听到教授们就尚未得出结论的话题进行激烈的讨论。 这个过程往往比上课更有益。

说起Jerry Ostriker教授，他以思维敏捷、口才（有人说诡辩）闻名于天文学界。 我担任了他半年的研究助理，时不时会和他讨论一下。 常常在进门之前我相信他的错误，但出来之后却被他说服了。 经过如此多次的重复，最终往往很难达成共识（不过后来的观察表明，他提出的“BL Lac天体是微引力透镜效应造成的”理论确实是错误的）。 我还记得第一次见到Jerry Ostriker教授是在1988年秋天，我怀着忐忑的心情拜访他，希望能在他的指导下开展一些研究项目。 他问我：“你想做什么？”、“量子宇宙学”。 我回答。 他愣了半分钟，才说道：“这个比较难，除了这个，你可以从我一百多篇文章中选择任意一个话题。” 经过半年的文献研究，我选择了一个与微波背景辐射相关的课题。

适时的天文学家通过火箭实验发现微波背景辐射的能谱与黑体辐射有偏差（见图3左），而Jerry Ostriker教授恰好有一个理论可以解释这种偏差，所以他建议我计算一下。 不幸的是，当我刚到美国时，我对电脑很着迷。 我在这个主题上花费的时间很少，并且进展缓慢。 更不幸的是，这个课题还没有完成，1990年COBE卫星发现它之前的观测结果是错误的。 微波背景辐射的能谱显然是完美的普朗克黑体谱（见图3右）。 这次合作不成功的部分原因是科学的不可预测性，但我对此深感遗憾。 直到2004年，我和另外两位天文学家终于与他合作完成了一篇关于引力透镜和暗物质底层结构的文章。 可惜我终于实现了和他合作的愿望！

除了Jerry Ostriker教授之外，该系的其他教授也都是天文学领域的领军人物，包括我的导师Bohdan Paczynski教授（我又写了一篇文章纪念他[4]）、James Gunn教授、Richard Gott等。詹姆斯·冈恩教授是天文学界唯一一位能同时兼顾理论、观测和仪器制造的全能科学家。 据我所知，在仪器制造方面，他参与了帕洛马天文台的双色光谱仪和哈勃望远镜上的仪器（WFPC）的设计。 执行。

目前，基于SLOAN数字巡天项目的文章和引文有数千篇。 该项目也成为天文学史上最成功的巡天项目，将对数十年后的天文学领域产生极其深远的影响。 另一位教授理查德·戈特（Richard Gott）对詹姆斯·冈恩教授的评价非常贴切：“如果末日到来，冈恩教授是世界上唯一剩下的天文学家，他就可以恢复和重建整个天文学。” 詹姆斯·冈恩教授的妻子吉尔·纳普也是该系的教授，在观察方面取得了相当大的成就。 当我申请普林斯顿研究生时，她恰好负责该系的招生。 她警告我美国官僚主义的严重性，早早打破了我美好的幻想。 他们夫妻感情深厚，几乎每天都在同一时间上下班。 有一次，我看到他们并肩坐在系楼前的石阶上，仰望星空，真是浪漫无穷啊！

理查德·戈特也是一位传奇教授。 他很健谈，可以讲几个小时，这让很多学生感到沮丧。 所以，如果一定要见他，大家都会选择快要下班的时间，或者提前和其他同学约好定点“赶去救援”。 他是相对论和宇宙大尺度结构方面的专家，我很高兴与他合作写了一篇关于宇宙拓扑的论文。 正是他与北京大学李立新教授一起发现了利用宇宙弦进行时间旅行的可能性。

有人开玩笑说，时间旅行对于其他人来说可能是不可能的，但戈特不同，他是全能的上帝（戈特原本是德语，意思是“上帝”）。 有一次，办公楼前的一棵树被雷击断了两半。 大家开玩笑说：“这可能是上帝的警告，因为我们把宇宙学弄错了。”

除了这些享有盛誉的教授之外，普林斯顿大学天体物理系每周三还会邀请国际知名学者做学术报告（座谈会）。 这是一次宝贵的拓宽知识的机会，几乎每一位教授和学生都会自发参与。 我的高年级同学还告诉我，即使我睡在那里，我也必须去参加学术报告会。 事实上，费曼在书中多次提及的天体物理系首任系主任、著名的亨利·罗素教授就是每次报告都睡觉的典型例子[5]。 这一优良传统显然得到了很好的继承。 据我的博士生观察，当时的系主任Jerry Ostriker教授每次听报告都几乎睡着了。 立即醒来并提出问题，而且问题往往尖锐、切中要害。

除了学术报告之外，物理系的学生还经常邀请演讲者共进午餐（Wednesday Lunch, Wunch）。 餐食通常是从普林斯顿著名的小餐馆 Hoagie Haven[6] 购买的三明治。 大家不遗余力地利用午餐时间，一方面向主讲人推销自己的工作，另一方面打听物理系以外的信息。 我参加过很多次这样的晚宴，印象最深的是S. Chardrasekhar教授、James Binney教授和Peter Goldreich教授。

► 图5：Subrahmanyan Chandrasekhar教授（1910.10.19-1995.8.21；图片来源：芝加哥大学）

钱德拉塞卡教授在芝加哥大学工作。 他是Jerry Ostriker教授的导师。 他因发现白矮星质量上限而获得1983年诺贝尔物理学奖。 据说，他在教学时创造了班上所有成员（李政道、杨振宁，包括他自己）都获得诺贝尔奖的“奇迹”[7]。 他一生涉猎甚多[8]，其工作方式奇特：在某个时期只专注于某一领域的工作，解决问题并出版专着后，再进入下一个领域，从不涉足之前的领域。

有一次，钱德拉塞卡教授访问普林斯顿高等研究院时，两位印度研究生煞费苦心地邀请他参加我们的午餐会，大家都很兴奋。 按照惯例，大家一一介绍了自己的工作，期待他的评价。 结果他只说了一句“我不知道你是做什么的”，然后就开始专注地描述手头的工作。 当时，他正在研究牛顿的《自然哲学的数学原理》，高度评价牛顿[9]。 不得不说，他的言行透露出一个学者的清高与超然，给我留下了深刻的印象。 至今我还记得他的话——对科学永无止境的追求（science）。

加州理工学院的另一位教授 Peter Goldreich 也对我产生了深远的影响。 他在行星形成、动力学、脉冲星原理等方面做出了杰出贡献。 午餐会上，他坦言科学研究经常会碰壁，碰壁也不必气馁。 只是话题的改变或者研究方法的改变而已，仅此而已。 在接下来的几十年科研生涯中，每次遇到困难我总是牢记他的话，才能够保持初心，坚持到现在。

我们还邀请了牛津大学的 James Binney 教授参加我们的午餐会。 他的《银河天文学》和《银河动力学》相当受欢迎，几乎天文学界的每个人都拥有一本。 James Binney教授知识面广，能够在午餐会上对每个学生的作品做出详细的点评。 后来，我受邀去牛津参加一个博士生的毕业答辩，再次见到了James Binney教授。 在英国，博士论文答辩（viva）委员会通常由一名外部审查员和一名内部审查员组成。 在答辩之前，每位教授都会写下自己的评论。 答辩时，学生可以在5-10分钟内对自己的作品进行简短的总结，重点关注提问部分。 教授可以就论文中的任何内容提出问题。 答辩结束后，两位教授共同撰写答辩书和综合评语。

在英国，参加学生的博士论文答辩，从论文研究到评语撰写，往往需要很长的时间，但报酬却很少，大约150英镑。 相比之下，国内防御往往流于形式。 但即便如此，不少教授仍然反映，英国博士文凭的含金量正在逐年下降。 当时我是博士生的外部主考官，而James Binney教授恰好是博士答辩的内部主考官。

答辩时有一个小插曲，正当我们聊得很开心的时候，他突然一拍头，“哎呀，我忘记穿学位服了”，立刻大步带我去了他的默顿学院，获得了学位袍，终于保证了合规性以及辩护的有效性。 辩护过程中，他精神抖擞，不断提问。 三个小时过去了，仍然没有停止的迹象。 我最终不得不打断他，这是为了拯救辩护的学生——现为剑桥大学教授的瓦斯里·别洛库洛夫。 2017年3月底，James Binney教授作为中国科学院国际杰出学者，应邀访问国内多所大学和研究机构。 当我受邀到清华大学做报告时，快到报告时间了，只见他从远处大步向我走来，就像三十年前匆匆脱下学袍的他一样。

几年前，我在加州理工学院遇到了吉尔·纳普教授。 她告诉我，“讨论是我们天文学家必须做的事情（我们天文学家所做的就是谈话）”，这让我颇为感动。 毕竟，我们这些天文学家并不是急功近利的商人。 我们一生所希望的，就是留下一些可以流传于世、可以载入史册的作品。 我们周围良好的学术氛围和互补的专业讨论非常重要。 希望在不久的将来，大部分天文研究机构和机构能够敞开大门，让每一位来访者都能以开放的心态感受到由内而外散发出来的浓厚学术氛围，虽然这应该是一个天文研究的基础。科研机构保持活力也是成为世界一流机构的关键！

参考文献和注释：

1.

2.马丁·里斯（英国皇家学会前主席）、理查德·埃利斯、马克斯·佩蒂尼、安迪·法比安、罗伯特·肯尼卡特和唐纳德·林登-贝尔。

3. 默丁，P.1990，《自然》，347, 511。

4、赛天文学先生，《博赫丹·帕钦斯基教授逝世十周年》，毛树德

5.“如果罗素教授睡着了——他无疑会睡着——这并不意味着研讨会很糟糕；……”摘自费曼的《当然，你在开玩笑，费曼先生》

6.

7、后来发现这是一个误传。 事实上，另一位著名的天天物理学家唐纳德·奥斯特布罗克（Donald Osterbrock）也在课堂上。

8、详情见； 他的研究领域涉及：恒星结构、星系动力学、辐射传输、等离子体物理、流体和磁流体不稳定性、椭球平衡图、黑洞数学理论，还有下面提到的牛顿的研究。

9. S. Chandrasekhar，“面向普通读者的牛顿原理”