什麼是「天文」？又為什麼要研究天文學？

2018/04/23 |

| 標籤：

天文是什麼？大部分的人對數學、物理學、化學，這些領域都能說得清楚，但是對天文的瞭解卻非常模糊，而且常常和氣象學、地球科學、太空科學分不清，甚至還跟占星術混在一起。

天文，最古老的科學

早期人們從事農耕，生活簡單，日出而作，日落而息，到了晚上沒有電視可看，手機可以滑，也沒有百貨公司或夜市可以逛，甚至連電燈都沒有。不過因為沒有燈光，也就沒有光害，夜晚的星空，不受塵世燈光影響，閃亮的星星和壯麗的銀河反而格外清晰，它們就成了夜晚說故事的題材。古希臘人把夜空中的星星串連起來，想像成一個個的星座，再將這些星座和神話故事連結，這些精彩的星座故事就一直流傳到現在。

古代的人一開始可能只是看看星星和星座，然後發現每個季節的星座都不相同，例如春季看到的星座就和夏、秋、冬三季不一樣。一些先進古文明對天象的觀察，讓他們掌握「天機」，進而改善他們的生活，有了好的生活才能發展出強盛的文明。例如，古埃及人會在日出前觀察東方的天空，如果看見天狼星比太陽還早升起（稱為天狼星偕日升），表示尼羅河即將氾濫。其實尼羅河氾濫和天狼星沒有關係，每年 8 月中旬，天狼星就會比太陽還早升起，每年這個時候南方兩千公里外，尼羅河上游的衣索比亞高原正受到季風影響下著大雨，這才是造成下游尼羅河氾濫的原因。

每年八月中旬，天狼星會比太陽還早升起，古埃及人知道尼羅河即將氾濫。（Stellarium軟體製作）

追根究底，造成衣索比亞季風的是太陽，而太陽運行直接影響各地氣候。太陽運行造成四季變化，這對農耕漁獵非常重要，動物依照季節變化遷徙，日照長短更影響農作物生長，藉由觀察太陽運行，人類才能掌握這些變化，所以天文是最古老的科學之一。

天文學的範圍

早期的人類，把天上的現象或物體都當作天文的一部分，從天上的雲、閃電、彩虹、日暈、極光，到太陽、月亮、行星和星星，都被歸類為天文學。到了近代，科學家把大氣層內的區域劃分為大氣科學和氣象學，所以雲、彩虹、日暈、幻日這些大氣層內的現象，屬於大氣科學的一部分。有趣的是，當看到彩虹、日暈、幻日這些現象時，有時還會請教天文學家，這些現象的照片也會在天文相關網站或雜誌中發表，雖然這些都是屬於大氣科學的範圍。

日暈是大氣層裡的現象，是冰晶折射太陽光造成的結果。攝影：李昫岱

自從 1957 年人類發射第一顆人造衛星後，許多太空船進入太空探索太陽系的各個天體，於是產生了新的學門：太空科學（或行星科學），太空科學是以研究太陽系為主的科學，研究的對象有行星、衛星、彗星、小行星、矮行星等等。另外，地球科學是研究地球的科學，研究的是地球的海洋、大氣及地質，重點是和地球相關的研究。

物理學是最接近天文學的科學，實際上天文學是物理學的一個分支，天文學家運用物理學的知識和定律，來解釋我們所觀測到的現象。天文和物理最大的差別在於，物理通常可以在實驗室作實驗，而天文卻不能，天文學家只能觀測「實驗」的結果，天文實驗可能是「造物者」專屬的權利！

天文學所研究的範圍通常是指我們太陽系以外的區域，包括了恆星、星系和整個宇宙。我們的銀河系裡有數千億個恆星系統，而太陽系只是數千億個系統中的一個，當然廣義的天文學包括了我們的太陽系。

哈伯太空望遠鏡拍攝的影像，圖中密密麻麻的天體幾乎都是一個個的星系。影像來源：NASA

物理、氣象、地球科學、太空科學、行星科學及天文，這些都是以科學的方法來作研究，只是研究的目標不同。而推測個人命運和運勢的占星術並不是科學，占星術跟天文學沒有直接的關係。

為什麼要研究天文？

為什麼要研究天文？同樣的問題也可以問，為什麼要研究歷史？為什麼要研究文學、音樂和藝術？滿足人類的求知慾，了解宇宙，了解我們的過去，甚至未來，這跟研究歷史相同。對喜歡天文的人來說，宇宙美得像首詩、像幅畫，那跟很多人喜歡文學、音樂和藝術是一樣的。

仰望滿天星斗會不會想知道，天上的星星是怎麼來？宇宙中有多少顆星星？宇宙有多大？宇宙是怎麼來的？真的有外星生物存在嗎？這些其實都是天文學家研究、想回答的問題。想像一下，有個小孩發問，宇宙怎麼來的？如果只能告訴他，宇宙是盤古開天闢地創造出來的，小孩會滿意這樣的答案嗎？

哥倫布能夠發現新大陸，除了優秀的航海技術，天文知識也很重要！1503 年 6 月 30 日，從歐洲出發的哥倫布抵達牙買加，當地的原住民一開始很歡迎他們，還提供食物，但是後來一些不肖的水手欺騙而且偷竊原住民的東西，於是原住民停止供應他們食物。哥倫布從船上的天文年鑑中得知 1504 年 3 月 1 日即將發生月全食，於是告訴原住民如果不再提供食物給他們，神會發怒而且讓月亮變紅。3 月 1 日晚上，月亮果然如哥倫布所言，變成血紅色的月亮，原住民以為神真的生氣了，所以趕緊提供哥倫布食物。

哥倫布讓牙買加的原住名以為神生氣了，所以讓月亮變成血紅色。Author: Camille Flammarion

培根說：「知識就是力量」，哥倫布運用天文知識，讓牙買加的原住民繼續提供食物給他們，如果哥倫布不知道月食即將發生，他們能夠得到食物嗎？如果牙買加的原住民也知道月食即將發生，那麼他們會受騙嗎？如果有一天外星人來到地球，告訴我們地球即將毀滅，要我們提供所需，外星人才願意幫助我們，我們是不是有足夠的知識，能夠判斷外星人說的是不是正確？還是我們只能當牙買加的原住民？

不僅僅是月食，早期的人類對其他的一些天文現象也充滿恐懼，日食是天狗把太陽吞了，地上的人敲鑼打鼓要把天狗趕跑，彗星則是帶來厄運的掃把星，避之唯恐不及，流星雨就像世界末日一般，天上的星星都掉下來。不過當我們了解這些天象的來龍去脈，它們反而成為眾人追逐的對象，不少人為了看日食，不遠千里到世界各地觀看這難得天象，彗星更是大家追逐的目標，流星雨發生時，各個觀星地點更是人滿為患！

改變人類的價值觀

中世紀的時候，歐洲人普遍接受托勒密（Claudius Ptolemy）的地心說，也就是地球是整個宇宙的中心，太陽、月亮及行星都繞著地球運行。文藝復興時期的哥白尼（Nicolas Copernicus, 1473-1543）提出日心說，認為太陽才是宇宙的中心，地球和其他行星都是繞著太陽運行。布魯諾（Giordano Bruno, 1548-1600）更進一步地認為，太陽只是太陽系的中心，而它僅僅是銀河系眾多恆星中的一顆而已。

太陽只是銀河系中數千億顆恆星中的一顆，那麼我們的銀河系是宇宙中唯一的星系嗎？哈伯（Edwin Hubble, 1889-1953）證明仙女座星雲其實是銀河系外的一個星系，而我們的銀河系只不過是宇宙中許許多多星系中的一個！

宇宙如此的廣大，那麼它是怎麼來的呢？哈伯發現距離我們愈遠的星系，遠離我們的速度就愈快，不過我們並不是宇宙的中心，而是每個星系都在遠離彼此，這推翻了牛頓和愛因斯坦認為宇宙是靜止的想法。哈伯的這個發現後來衍生出大霹靂理論，大霹靂理論認為宇宙大約是137億年前誕生的，從一個非常小、非常炙熱的點膨脹到現在的樣子。我們的宇宙會繼續的膨脹下去嗎？是的，而且膨脹的速度還愈來愈快！天文學家不斷的改變我們的想法，從自我為中心到接受各種可能，就像所有科學探索的過程，一步一步朝著真理前進。

卡爾·薩根（Carl Sagan）建議讓遠離太陽系的航海家1號（Voyager 1），回頭對地球拍攝一幅影像，1990 年 2 月 14 日航海家 1 號已經遠在冥王星軌道之外，拍攝的影像中地球比一個畫素還小！如果不知道地球在影像中的位置，大概沒人能找到我們的家在哪裡，這個「蒼藍小點」就是地球上的生物世世代代生老病死的地方。