通常來說，天文學(xué)研究宇宙本身以及宇宙中的各種天體，其研究內(nèi)容是隨著我們對宇宙的認(rèn)識而不斷深化的。在這一過程中，天文學(xué)和其他學(xué)科產(chǎn)生了各種各樣的交叉，形成了一個(gè)不斷發(fā)展、有趣的“朋友圈”。

“幼年”的天文學(xué)

　　遠(yuǎn)古時(shí)代沒有電燈和手機(jī)，沒有高樓和汽車，也沒有千萬人口的超級城市。那時(shí)候的人們?nèi)粘龆�、日落而息，每天都生活在大自然中，他們看到頭頂壯麗的日月星辰，不禁會感到敬畏和好奇。敬畏使得太陽、月亮等天體被當(dāng)成神靈一樣的存在；好奇則驅(qū)使人們記錄和研究這些天體的運(yùn)行規(guī)律。于是，天文學(xué)誕生了。
　　史前時(shí)期的天文學(xué)和神話、宗教等有著千絲萬縷的聯(lián)系，最早的天文學(xué)家很可能是當(dāng)時(shí)的神職人員。英國著名的史前遺跡巨石陣是大約5000年前人們舉行宗教儀式的場所。關(guān)于巨石陣的具體用途，因?yàn)槟甏眠h(yuǎn)而眾說紛紜。然而有一點(diǎn)是確定的，巨石陣中那些幾十噸重的巨大石柱并不是隨意排列的，而是具有天文觀測的功能，比如可以標(biāo)記春分、夏至、秋分、冬至?xí)r太陽的位置�？梢娫诋�(dāng)時(shí)，天文學(xué)和神話、宗教是一個(gè)“圈子”里面的朋友。
　　語言和文字的出現(xiàn)加速了人類的知識積累進(jìn)程。在長期積累的天文觀測記錄中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了日月運(yùn)行的規(guī)律，這種規(guī)律可以用于預(yù)測未來的天象。對天象的預(yù)測不僅強(qiáng)化了天文在神話和宗教中的地位，也使得天文從高高的天上來到人間，天文學(xué)的“朋友圈”因此多了一個(gè)小伙伴，叫作“占星術(shù)”。占星術(shù)的英文單詞（astrology）來自希臘語，帶有“astro-”的前綴，而天文學(xué)的英文單詞（astronomy）也帶有同樣的前綴，這在一定程度上說明當(dāng)時(shí)兩者之間的密切關(guān)系。在天文學(xué)的“朋友圈”里，有很多帶“astro-”這個(gè)前綴的名詞。
　　占星術(shù)的占卜語言也許可以含混模糊，但是河水泛濫和耕種的時(shí)間卻需要追求精準(zhǔn)。于是，數(shù)學(xué)也加入了天文學(xué)的“朋友圈”，從此，數(shù)學(xué)和天文學(xué)一直是形影不離的好伙伴。兩河流域的蘇美爾人發(fā)明了六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)法，在天文學(xué)領(lǐng)域中與十進(jìn)制共同使用。我們現(xiàn)在可以簡潔地用赤經(jīng)和赤緯的度數(shù)來說明天體的位置，就得感謝蘇美爾人的這套計(jì)數(shù)方法。古代希臘人將幾何學(xué)引入天文學(xué)，他們發(fā)現(xiàn)大地是球形的，并計(jì)算了地球的大小。我國自古就是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)要有一套較為精確可靠的歷法體系。同時(shí)，中國傳統(tǒng)中對天象重視，也賦予了歷法和天文觀測科學(xué)以外的重要含義，使得制定歷法并預(yù)測日月食等天象成了中國古代天文學(xué)的重要任務(wù)。
　　受古代社會發(fā)展和觀測條件的限制，那時(shí)候的天文學(xué)有很多在今天看來是完全錯(cuò)誤但仍然很有意思的概念。比如，古代印度人認(rèn)為大地是由大象和巨龜馱著的，這兩種動物在印度都有分布，大象的力大無窮和龜?shù)姆�(wěn)健長壽，恐怕給古代印度人留下了深刻的印象。古代希臘人曾以為大地是漂在海上的圓盤，希臘在地中海邊上，航海業(yè)至今仍很發(fā)達(dá)，因此古代希臘人對海有感情就不奇怪了。古代中國人顯然對大象或者大海沒有什么感覺，而是相信天圓地方，還把這種觀念運(yùn)用到了銅錢鑄造上。
　　由此可見，不同文明的天文學(xué)發(fā)展方向會受到該文明所處地理環(huán)境、文化和哲學(xué)等因素的影響。雖然不同的文明對地球有不同的理解，但是有一種觀念在不少文明中都出現(xiàn)過，那就是“地心說”，或者說以自我為中心的觀念。古時(shí)候的人們以為，地球甚至以為他們生活的那片地區(qū)就是整個(gè)宇宙的中心，滿天的星斗被看作天空中的裝飾品，或者是可以預(yù)測吉兇的工具。古代希臘人利用他們的幾何專長，發(fā)明了一整套本輪、均輪體系，來解釋日月星辰相對于地球的運(yùn)動，這套體系在西方的影響延續(xù)了上千年。

拉起科學(xué)的小手

　　到了近代，人們的活動范圍越來越大，對宇宙的認(rèn)知也越來越深。人們逐漸意識到地球不是宇宙的中心，宇宙的其他部分也遵循著和地球一樣的物理規(guī)律。于是，物理學(xué)加入了天文學(xué)的“朋友圈”，從此天體物理學(xué)成了天文學(xué)的主力軍，并一直延續(xù)到現(xiàn)在。
　　1666年，著名物理學(xué)家艾薩克·牛頓使用三棱鏡將太陽光分解為七彩光帶。1802年，牛頓的同胞威廉·沃拉斯頓通過使用狹縫，發(fā)現(xiàn)太陽的這種七彩光帶中有一些暗線存在，后來德國物理學(xué)家約瑟夫·馮·夫瑯禾費(fèi)對幾百條暗線進(jìn)行了認(rèn)證和編號�，F(xiàn)在我們知道，棱鏡折射出來的七彩光帶其實(shí)就是太陽的連續(xù)譜，光帶上的暗線是太陽連續(xù)譜中的吸收線，又叫作“夫瑯禾費(fèi)線”。
　　此時(shí)的物理學(xué)也沒有閑著。物理學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里燃燒氣態(tài)、固態(tài)等狀態(tài)的物質(zhì)，并記錄它們的光譜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同種類的物質(zhì)會有不同波長的譜線，而譜線是吸收線還是發(fā)射線，與物質(zhì)的狀態(tài)有關(guān)。于是，通過和實(shí)驗(yàn)室中已知物質(zhì)的光譜進(jìn)行對比，兩位德國物理學(xué)家古斯塔夫·基爾霍夫和羅伯特·本生發(fā)現(xiàn)了夫瑯禾費(fèi)線的奧秘，原來這些暗線是太陽上元素的“指紋”，通過這些線索我們可以不用飛到太陽上，就能知道這顆恒星含有哪些元素。
　　另外，元素周期表上排第二的氦元素就是首先在太陽上發(fā)現(xiàn)的。1868年，法國天文學(xué)家朱爾斯·簡森和英國的諾曼·洛克耶爾通過觀測太陽日珥，各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了陌生的黃色譜線，該譜線與當(dāng)時(shí)已知的地球上的元素都對不上號。后來才知道這就是氦，它的名稱Helium在希臘語中是“太陽”的意思。
　　到了現(xiàn)代，通過光譜研究遙遠(yuǎn)天體的化學(xué)組成已經(jīng)成為天體物理學(xué)研究中的家常便飯。天文學(xué)和物理學(xué)分享了關(guān)于宇宙中元素豐度和核合成的有趣知識。宇宙大爆炸之后，宇宙中基本只有氫和氦；第一批恒星誕生之后，通過恒星核心的聚變反應(yīng)將氫合成為氦、碳、氮、氧、鎂、鈣、鐵等重元素；在恒星演化末期的各種爆發(fā)中，這些元素被拋灑到宇宙中，中子星合并等高能天體物理過程則造就了金、鉑等元素。這些元素不僅讓元素周期表變得更長，還形成了地球和地球上的智慧生命。我們能夠在這里讀雜志，還得感謝在億萬年前合成重元素的那些恒星。
　　不久前，天文學(xué)還給物理學(xué)送了一份小禮物，說起來這其中還有地球科學(xué)的參與。早在20世紀(jì)初，人們就發(fā)現(xiàn)可以通過對地震波的測量來確定地球內(nèi)部的構(gòu)造。半個(gè)世紀(jì)之后，這種利用波動探測內(nèi)部的技術(shù)被用到了太陽上，這就是日震學(xué)。我們看到的圓圓的太陽只是它的光球部分，光球以下的太陽內(nèi)部是不透明的，也就是說，我們沒法直接探測那里的光，就像我們看不到地球內(nèi)部一樣。好在太陽上也有波，于是日震學(xué)利用在太陽光球上測到的波，來計(jì)算太陽內(nèi)部的物理狀態(tài)。這種方法相當(dāng)成功，以至后來發(fā)現(xiàn)太陽中微子數(shù)目比預(yù)期的少很多時(shí)，日震學(xué)方法可以讓天文學(xué)可以很有底氣地對物理學(xué)說：“問題不在我這里，你自己再找找看吧�！弊詈螅锢韺W(xué)發(fā)現(xiàn)問題還真出在自己這里。原來當(dāng)時(shí)對中微子物理性質(zhì)的認(rèn)識有誤，在發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩之后，問題得到了解決。發(fā)現(xiàn)者梶田隆章和阿瑟·麥克唐納也因?yàn)椤霸诹Ｗ游锢眍I(lǐng)域開辟了新的疆土”，獲得2015年的諾貝爾物理學(xué)獎。

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