天文学通知30讲（高爽）
作者介绍
高爽，天文学博士、科普作家。博士毕业于德国海德堡大学天文专业，先后在中科院国家天文台和北京师范大学做研究和教学。现在是一名全职科普人。
几点思考
我们并不特殊
天文学让我们认识到：地球并不特殊，太阳系并不特殊，银河系并不特殊…
其实，这就是宇宙学第一原理，是宇宙学的基础。后面还会详谈。
没有宇宙学原理的文明，地球就会被视为宇宙的中心，万事万物都围绕地球上的所需所感开始思考和讨论，地球上的主宰便成为宇宙的主宰，肉眼所见即为真实。而对于普通人肉眼所见的天空中的奇异光芒，陨石火球坠落等等无法解释的现象，很有可能便会被宗教，王权利用，煽动人心，达到自己的目的。
记得在我还上小学刚接触一点生物的时候，有一天我就突然爆发了一个奇想：这满天的星辰，还有地球，会不会就相当于某个超级大物身上的一个个细胞，而地球上的我们则是一粒细胞中更微小的物质，正是由无数个地球这样的星晨以及更微小的我们的规律生息，组成并支持着这超级大物的某个比细胞量级更大的组织或器官，从而支撑着这个超级大物的整个活力。
天文学的哲学思考
地球并不特殊，太阳系并不特殊，银河系并不特殊…在宇宙中回望地球，所有幸福与烦恼、胜利与失败都是如此渺小。宇宙能为我们提供最大的慰藉。
通过极其有限的信息去寻找事情的真相
人类进入信息社会之后，尤其是到了大数据时代，对数据非常依赖，不只要求数据多，还要求数据全面。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。
天文学在研究宇宙这么一个庞然大物时，练就了一项独门绝技，能够通过极其有限的信息去寻找事情的真相。所以天文学为我们提供了一种面对这种局面的方法，丰富了人类的思维武器库。
天文学是最需要想象力的学科
天文学是研究整个宇宙的学科。宇宙为我们提供了最遥远的他者视角，能为我们提供最大的慰藉。宇宙也为我们人类思维提供了最大的舞台，只有宇宙才能装得下人类的想象力。
其实一句话：天文学需要想象力，就是因为数据太少！
带着问题前进
天文学数据少，很多问题得不到确切的答案，都是猜想，是很不确定的猜想。但，即使这样，天文学一直在迷雾中前行。
天文学都能带着未解决的问题前行，更何况我自己呢？有个问题无法解决，就焦虑就烦躁，非要快速解决才开心。其实这是根儿上对自己的不自信。出现这种不自信是因为对问题的底层看法是：现在不能解决就永远无法解决。应该调整下：所有问题都只是暂时的，所有问题都是让我们更上一层楼的脚下石，应向天文学看齐，有了问题才有进步的方向，人生才充满活力。如果不迭代这个底层逻辑，世界连天文学都不会存在，因为天文学就从来没有突破清晰的沼泽，它是一直在愁云密布的问题中前进的。再想开了，天文学和某个人的具体人生，又有何差别呢？
具体的思维模式
对于非天文学专业的人来说，更重要的不是记住一些数据，因为每一条数据都是建立在当下的模型和观测技术条件之上的，而且，在天文学上大量数据往往只有数量级上的意义，甚至还会随时调整。对于大家来说，更重要的是了解天文学研究背后的思维方式。
其实，这个课程通篇都在强调天文学的思维模式，在强调天文学认识世界的角度，而不是天文学知识。知识并不重要，知识我们讨论思维模式的媒介。最后的思考题大多是关于思维模式的，很少是针对天文学知识的。
下面具体列一些课程中介绍的天文学中的思维模式，感觉挺有意思。
其实，每个专业领域的人都有自己认识世界的角度，每个角度都能看到世界的一面，但是也仅仅是一面。所以，我们需要尽可能去了解一些其他专业领域的人是如何研究世界的，以便能从多几个角度认识世界。这里，我又想到了通信领域通过“时域-频域”了解世界，进而联想到“低频-高频”，联想到物质惯性（质量）和频率的关系，等等。
宇宙学第一原理
宇宙学第一原理：“我们人类和地球在宇宙中一点都不特殊”。
正式因为我们“相信”这一原理，所以，在地球上发现的规律才能应用于其他地方。
我们只能选择相信，不相信又能怎么办呢？
虽然宇宙学原理只是我们对宇宙真实的一种猜测，但是没有它，宇宙学就没有办法展开。
虽然宇宙学第一原理是一种猜测，但是这种猜测正在被越来越多的事实和数据验证。
通过极其有限的信息还原事情的真相
钱德拉望远镜持续6个小时对超新星爆发进行观测，接收到139个光子。就是通过这点信息，天文学家推算出了很多信息，比如这次爆发释放出了大量的金属钛，总质量相当于115个地球质量。
人能看到最暗的物体，也需要每秒钟在视网膜上接收到3万个光子。
2013年，普朗克卫星观测宇宙微波背景辐射，仅仅通过几十万分之一的温度变化，还原出了宇宙早期的物质构成和分布情况，更新了宇宙模型。
其实，天文学家这种通过有限信息还原事情真相的能力，也是被逼出来的：宇宙学获取数据太难了！
这和医学上的“代偿”机制是比较像的：某个器官出现问题的时候，其他正常的器官就会变得更加发达，以此来弥补损失。
天文学就是一部史诗级的侦探小说：
- 嫌疑人是“造物主”，留下的线索非常有限；
- 犯罪现场就是整个广阔的宇宙，真相可能隐藏在任何一个角落；
- 侦探就是天文学家，他们需要依靠自己的理想和想象力在有限的信息中寻找真相。
模型体系：天文学的核心框架
天文学论文一般是这个样子：一小部分用来陈述自己的模型，一大部分用来说：我的模型和谁谁的模型是一致的，我的模型可以很好的解释谁谁的模型，等等。毕竟谁都没有足够的实验数据做支撑，所以只能找其他人的研究来印证自己的研究，找到的越多，说明，自己的研究越靠谱。
其实，这就是一个猜想的验证过程，猜想的大统一过程。
由于缺乏数据，单个模型的可靠性不高，所以，天文学家发展出来模型体系：模型之间需要尽可能多的连结，新的模型只有和很多模型联系在一起，才能更加可靠。
也正是因为有了模型体系，天文学家才能够从有限的信息中还原宇宙的真相。
宇宙的边界
我们没法知道宇宙的大小，但是天文学家还是给出来一个“表观视界”的概念：如果一个星球距离我们非常远，远到它的退行速度超过光速，那么它的任何信息都没有办法传到地球。根据现在的计算，这个距离是620亿光年。
由于宇宙还在加速膨胀，退行速度可能会超过光速，所以有大量的区域我们永远也不可能观测到。
宇宙到底有多大？真个问题我们真的不知道，甚至永远都无法知道。但是天文学家还是可以给出一个答案的，那就是这个问题的边界在哪里。
对太阳系行星的分类
水金地火四大行星成为类地行星（岩石行星），木土天王海王是类木行星（气态巨行星）。
但是现在，天文学家只称木星和土星是气态巨行星，天王星和海王星因为表面温度低，被称为冰巨星。
这时候你可能会吐槽了：一共就这么几颗行星，分这么细，就差每颗行星一个独立的分类了，有必要吗？
其实，天文学家做的更过分：2006年，通过修改行星的定义，将冥王星降级，九大行星变成了八大行星。
冥王星降级的原因，是因为在它附近发现了更多的尺寸和质量与冥王星接近的天体，甚至比冥王星还大。
其实，我们这么研究，代表着我们对它们的深刻理解。更重要的，是为了更好地研究太阳系之外的行星
定义清楚之后，交流沟通才不会有歧义。如果对于同一个词，大家脑子里的理解是不一样的，那么，这种沟通是不会产生共识的。
赫罗图
基于我们对太阳的认识，结合宇宙学第一原理，建立赫罗图，用来研究宇宙中的横行。
这一讲作者把天文学家的心里话讲出来了：我们并不希望看到一个完美无缺的理论，因为那就代表了我们没有了价值，代表了天文学的终结。其实，所有的科学都是这样。科学从来不是一个可以完美解决所有问题的知识体系，也正是因为科学承认了这一点，它反而成为了人类最可靠的知识体系。
有没有某些理论，看似解释了所有的问题，其实并不可靠？
如何看清银河系真面目
不识庐山真面目，只缘身在此山中。我们看不到银河系的形状，只因为我们就在银河系内，而我们又没有办法站在银河系外看银河系。
之前我们应用宇宙学第一原理，是通过将在地球和太阳系获得的经验推广到其他地方。在认识银河系形状这一方面，我们的研究方法正好相反：先看看别的星系的状态，反过来思考自己的银河系的状态。
黑洞：星系的中心
2019年4月份的黑洞照片并不是一个直接观测，因为它还是经过大量模型计算才得出的结论。但是它的可信度很高，其中一个原因就是照片上方暗、下方亮的样子，正好符合黑洞有旋转角动量的情况。
这就是非常好的交叉验证。
类星体：远古星系的痕迹
类星体，既不能通过恒星模型解释，也不能通过星系模型解释，需要调整恒星模型或者星系模型。最后，选择了调整星系模型，是因为
- 恒星模型在天文学模型体系中潜入的更深，更可靠。
- 相比于调整恒星模型，调整星系模型更简单。有更多的模型依赖恒星模型，如果调整恒星模型，它们都需要修改。这个原则，其实很像“奥卡姆剃刀原理”。
暗物质：星系里的粘合剂
天文学家在观测星系团的运动时，发现了速度和质量的矛盾，为了满足宇宙学原理，提出了暗物质。
暗物质虽然看不见，但是存在引力。利用这一接口，将其嵌入模型体系当中。这样不仅可以简化问题，更可以在仍有很多未知时作出更多的探索。
这种主动将未知封装成黑盒子，只考虑其对外接口的思维方式，是我们将未知事物嵌入现存的知识体系中的常用方法。
暴胀理论：宇宙学的补丁
大爆炸宇宙学从逻辑上推演出三个重大的bug：
- 视界的因果关系问题
- 空间的平坦问题
- 磁单极子问题
宇宙学家古斯提出暴胀理论，可以同时解决这三个bug。
古斯依靠的是想象力，但不是天马行空的想象力，需要同时考虑很多限制条件，就像戴着镣铐跳舞。
零散知识
潮汐的能量来自于地球自转的动能：月球的引力造成潮汐，潮汐产生摩擦，让地球自转变慢。月球成为地球的刹车片。
引力弹弓效应的能量来自于行星的公转动能。
横行的稳态是万有引力和内部核聚变产生的膨胀力之间的动态平衡。如果核聚变产生的能量不足，引力占了上风，恒星内部产生能量的方式就要换挡。
天文学未来一百年的重点是“两暗一黑三起源”：暗物质、暗能量、黑洞、宇宙起源、天体起源、生命起源。