作为天文系的一名老师,我的心略大于整个宇宙

我知道今天的网络已经不喜欢长篇大论了,但是我的故事真的不是两句话能说明白。所以,我要先讲上一个故事。

十年前我从师大本科毕业读研究生,后来出国读了博士,回国做了博士后,去年回到师大做了老师。在来师大之前,我也讲过很多科普讲座和公开课。

比如 TEDxNingbo  http://v.youku.com/v_show/id_XNzU0NTE3Mjk2.html

比如 常州公开课  http://www.czedu.gov.cn/disp_17_1173_10074230.shtml

比如 北京天文馆的公众讲座,比如科学松鼠会的科学一课,比如西藏大学的天文讲座等等。

我做这些和我来师大做青椒的原因一样,就是喜欢讲课,喜欢天文学,喜欢把我认为美好的、重要的探索科学和世界的意识,与学生分享。我在去年7月入职的时候,就开始计划着要开一门《天文学史》的公选课作为学校的新课程。之前也了解到老师开公选课并不难,学校也是鼓励和支持的。于是我就花了上学期的时间进行了调研和准备。已经写好了教学大纲。我想,师大已经有了那么多公选课,如果同学们不来选我的课怎么办呢?所以我曾经在蛋蛋问过大家这个问题http://www.oiegg.com/viewthread.php?tid=1845418

当时这个帖子上了十大,有很多同学支持我,我很受鼓舞。就坚持做了下去。我希望我的课不是那种帮你混学分的水课,而是真切地让我们每周利用一个晚上学一点真东西。所以我设计的宣传词是

历史辣么长,我们船上聊!天文学史,只为思考者。

我为此设计了课程海报,画面中间是一艘大木船,上面坐着我和牛顿、伽利略、哥白尼、开普勒。背景是大海和星海。我还请我搞电影的朋友帮忙,制作一个宣传片,准备在选课周蛋蛋网首发。为了让我的课程系统化,我沟通了哲学院的老师,旁听了他们的课。为了有更多的资料可以用,我翻译了一本国外的教科书,马上就要出版了。为了讲阿拉伯人天文学史的时候更有趣,我在下班路上的地铁里重读了《阿拉伯通史》。为了讲课期间与同学们互动,我做了一个微信公众号,提前预热发表原创文章,积累了200多人关注。我给自己的教学定的目标是,每节课都要让同学们颠覆一次三观,感动一次科学,思考一次今天。

这一切,我都觉得十分有乐趣。我盼望着把准备工作做得尽善尽美,这学期申报给教务处,9月可以开学上课。可是,我太simple了,甚至奶义务。

学校在做本科培养方案的改革。而这个改革最大的地方就是,以后没有全校公选课了。课程只有两种,第一种叫通识课,给低年级学生开,全面了解很多专业领域的基础;第二种专业课,院系自己开给高年级学生,但是可以开放给别的专业学生来跨专业选修。于是,去年底我把我的公选课《天文学史》修改为通识课准备申报,但是院系没有批准上报,原因是这是一门新课,没有经过建设。那好吧,我当时以为这不影响这学期再申报公选课,因为新的培养方案只是针对2015级新生的。老生还是要用老办法上课的。可是最近才搞明白这个情况,虽然老生上专业课按照老办法,但是老生在选修课方面也要按照新方案执行。也就是说从9月开始,师大就不存在全校公选课这个概念了。如果没有申报为通识课,就不可能开公选课给同学们了。

系里老师说,可以考虑把《天文学史》列入新方案的高年级专业课,这样外专业将来也能修。但是2015级新生到了高年级是2年以后的事。这2年期间,我就无论如何也上不了课了。这对我来说是一个很大的打击。不是因为我的工作量不够了,不是因为课时费没有而减少了收入。而是因为我最憧憬的讲课无法实现,那条躺在海报构思里的大船,开不出去了。看着桌上我准备好的申请书、大纲、参考资料,莫名有些难过。我不想再抱怨政策和不申报的操作了。决定已经过去,眼前只有未来。

我总觉得,上课不仅是为了教一些有用的技能,更是为了师生之间共同创造一个向往理性与诗意的气氛。在下班回家的路上,我想

如果我不要工分,不要课时费,只想每星期讲两节《天文学史》课行不行?我能讲好。如果没有学分,没有成绩,也没有用,你愿意来听吗?如果这门课根本不在任何培养计划、教学任务里,我们自封师生一场,坐而论道,行不行?

2006年,美国宇航局发射了新视野号冥王星探测器。它要经过9年多的漫长而孤独的旅行,才能在今年到达冥王星附近。达到之后,新视野号只有短短的30分钟时间对冥王星展开科学研究,时间一到,任务结束,但对于人类的好奇心来说,30分钟,等上9年,值得。

如果你愿意来听。我会在教室里等着你的到来,就像我们等待新视野号到达冥王星。2015,这个秋天。

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如果你愿意了解我,我给天文系14级、13级、12级都讲过课,虽然只有短短一两节,但是足够了解我的讲课水平。
如果你想听到实际效果,可以点开上面两个链接的视频。
我的知乎 http://www.zhihu.com/people/hippoh 上有一些赞数不算太低的回答,可以帮助你了解我的风格。

总之,作为天文系的一名老师,我的心略大于整个宇宙。我想把这个宇宙的美好,一点一点告诉你。我想把人类探索的苍茫历程,一点一点跟你谈。

你愿意吗?也许我们真的可以讲上一个学期的三无课。

我前面提到的公众微信号

新作品预告:《太空之书》

承蒙重庆大学出版社的编辑的信任,我于2014年翻译的书已经进入制作的尾声了。这本书是现任美国行星学会(对,卡尔·萨根创建的那个)主席Jim Bell的 Space Book。副标题是《天文学和太空探索的历史上的250座里程碑》。中文版的书名会直译。从去年4月到10月,用了半年时间进行了20万字的翻译工作,再经过编辑和出版社的三审三校后进入排版环节。目前排版工作已经基本上完成了。最后还会进行一些细微的修修补补和调整,我会在近期拿到这本书的最终样式电子版,再做最后一次校对。

预计,可以在春节后送入印厂开始印刷,然后出版发行。非常希望能在春天上市。做这个预告,是因为要在此做一个宣传,以及声明。

宣传是为了更好的推广这本书,出版发行后还会进一步宣传,更多地介绍书的内容。这本书我扪心自问,是花了心血的,也是有态度的。翻译方面的技巧这里不展开说,但从书的方向来说,非常适合爱好者们收藏,非常适合学生学习入门,也非常适合专业的天文和物理领域的学生、学者拿来重温一些常识。甚至我觉得,之前对天文没有了解和爱好的人,拿来读一读,当做消遣,甚至娱乐,也非常有趣。

声明是为了把话说在前头。我作为中文版的译者,有两欢迎和一不欢迎。我欢迎任何人与我讨论这本书的内容,也欢迎任何人对书的任何内容对我提出意见,这些意见都将为今后的修订做出贡献。我不欢迎索要赠书的行为。因为对一个作品最大的诚意,就是购买它。而不是要一本免费的放置起来。

 

河马老师

离开师大6年之后重回学校,从学生变成了老师。虽然在校门口等车的时候,还是会被问路的学生叫“同学”,但真真儿的是一个老师了。大学,老师,大学老师……这是一个想想就能在睡梦中笑出声来的事儿。当年我战战兢兢地交过作业,现如今……哼哼。当年我哆哆嗦嗦地考过试,现如今……哼哼。可是这些都不是最重要的,最重要的是,我在自己心里也要成为一名老师。老师是什么呢?我是这样理解的:

人类这个种族,目前还没能进化出一种通过生殖和食物就传递经验的能力。一代人死去了,一代人诞生,为了不原地转圈,一切工作都要在前面已有的经验上进行,而不能推到重来。所以,我们需要一种人专门复杂专递人类的经验,人类曾经取得的和正在取得的一切宝贵的成就、探索的方法和失败的教训,以及那很容易被毁掉的好奇心,勇气,尊严……等等这些需要一类人专门负责向下一代、下下一代传递下去。我们把从事这样工作的职务叫做老师,我们把从事这样工作的地方叫做学校。

具体到天文学这个所从事的领域,其实我要做的事很明确,就是能让这件事可持续。未来的世界和未来的探索需要未来的人。我打心眼里喜欢做老师这件事,而且,我自信地认为,我有很好的讲课水平。那么问题来了。

河马老师9月开学之后就一直在接受学校的新老师培训。我们这群新老师,用了一个学期时间讨论了各种教学方法、教学意义、大学法理和教育心理。我们还做了两次讲课演练和一个学期的助教。我给《天文学导论》做助教,讲了3个课时的《银河系》。我觉得还有可以提高的地方,但总的来说完成第非常不错。另外,还以老师的身份配合三年级的班主任一起带学生出国实习了一个星期,期间波折就不多说了,总之,在出发前最后两天才办好全部手续,回国后一个月才办好报销手续。

河马老师这个学期写了3篇科学传播文章,马上还要再完成1篇,做了2次科学传播讲座,完成了一本书的翻译,起草了两门课的教学大纲。

河马老师这个学期配好了工作需要的电脑,继续了科研工作。还正在准备组织一个学生的小组一起探索我们的宇宙。

河马老师这个学期努力地学习做一个好老师。因为河马老师认为,这件事在睡梦中都可以笑出声来。

我把心丢在了海德堡

世界上有这样一个地方,我第一次前往,是乘坐了特快火车从慕尼黑一路往西,走到德国西南部小城。出了火车站,拉了箱子站在一座石桥上,看见桥下流水不休,桥上映衬着城堡和绿地。这个地方,让我每每想起它来,都觉得恨不能像弼马温借了筋斗云一个翻滚前去。这个地方不大,在这么大的世界上算不得显赫知名,却有着一些难忘的味道,时时让人怀念。

什么时候才能再去海德堡呢?我不知道。我记得在我刚到海德堡半年多的时候,一位来自墨西哥的朋友和我在公交车上相遇,看他泪眼朦胧,坐着车左看右看,怀着心事,就和他聊起来。他说,这是他在海德堡的最后几个小时了,明天他就要回墨西哥了。说这话的时候,这位墨西哥大汉竟然有泪花在眼眶里打起转转来。我当时觉得,没必要这么小题大做吧,有这么严重么?

可是几年后,当我就要离开海德堡的时候,当我如今坐在北京想念海德堡的时候,当我看到海德堡的任何消息和图片的时候,当我在脑海中浮现冬夜的圣诞市场或是回忆起深秋的新酒香的时候,我都觉得心里翻滚,好久难以平静。这种感觉就像是把什么珍贵的物件永远丢在了海德堡,又像是肉身飘荡,灵魂被困在海德堡,又感觉像是把海德堡折叠起来带在身边,我所到的地方,我的身前,都化作了海德堡。

这世上形容海德堡的美丽的文字和图片已经太多太多了,不缺我一篇一幅。我只想念,想念春季里宿舍楼下草堆上褐色短毛野兔的蹦跳,想念夕阳中内卡河上桨声灯影横舟竞渡,想念大雪盖住了红屋顶,想念金光闪闪的橱窗,想念碎石路,想念那里开怀的人儿,和那些气息。

我把心丢在了海德堡了。

我们的星系村庄

(原文发表于《中国国家天文》2014年10月。本来按照约定俗成的行业习惯,发表之后2个月我才能免费贴出来,但是杂志的编辑擅自删改了我文章中的很多文字,所以我有必要把真实的原文贴出来。再次吐槽编辑,删改文字没有和我商量,最后的清样也没给我看到。)

如果你吃过曲奇饼干的话,不妨想象这样一幅场景:一块曲奇饼干,从中间掰成两半,这两瓣饼干大小和质量都差不太多,掰开的一瞬间大量的饼干碎屑飘在两瓣曲奇附近,有些碎屑围绕着两瓣曲奇盘旋飞舞,有些飞的远一些,落在别处。

这样的画面,像极了我们的银河系所在的这个村庄,天文学上称之为本星系群,即银河系本身所在的星系群。星系群的绝大部分质量和恒星集中在银河系和仙女座大星系(M31身上,在这两个核心星系周围,还有着几十个尺度较小的矮星系不规则星系等等“饼干碎屑”。对于我们的银河系来说,这个家门口的世界是我们离开银河系后首先要体验的环境。这个环境在天文学上有着至关重要的意义,它是唯一一个可以精确测量的星系群环境,起到了联系更大的宇宙学环境和更小的恒星环境的纽带作用,在天文学上围绕着本星系群开展的这一系列的研究被称之为“近场宇宙学”。我们将从以下几个方面粗略地展现本星系群的特征。

村庄鸟瞰

笼统地说,这个村庄有两个大户人家,分别是我们自己的银河系,以及距离我们250万光年以外的仙女座大星系即 M31。银河系和 M31直径差不多都是10万光年作用,所以它们之间的位置比例关系就像是学生食堂里相邻两张桌子上的两个馅饼。这两个大户基本上就是本星系群的大部分恒星和大部分质量了。整个本星系群的范围大约是直径1000万光年,也就是银河系到M31距离的4倍。村庄里除了这两个大户以外,还散落着几十个小户人家。整个本星系群的引力中心位于银河系和M31之间的某处,这个1000万光年的星系群呈现出哑铃型的分布,两个超级大户左右着星系群的结构和演化。

康德曾经将银河系以外的其它星系称为“宇宙岛”。先贤们已经意识到星系才是物质循环、恒星产生、能量释放的家园,而星系和星系之间什么也不存在。今天的天文学研究,肯定了前半句,否定了后半句。星系的确是宇宙演化的基石,但星系和星系之间的“空旷”地带,在光学波段以外的观测看来,充满了细致的结构。比如我们的银河系、大麦哲伦云、小麦哲伦云之间,就有着大量的气体分子连接的桥梁。类似的现象在M31周围也有发现。这就是说,本星系群这个不大不小的村庄,家家户户并不是各自为战关起们来过日子。其实每家每户都在用肉眼不易察觉的方式交换着物质与能量,整个村庄并不是表面上呈现的众多岛屿,而是一副紧张忙碌的画面,或是一张彼此纠葛的大网。

本星系群不仅仅是这些发光发亮的恒星组成的星系的村庄,还包括星系内部和星系之间弥漫的气体、尘埃,以及暗物质。所有这些都不容忽视,都对星系的相互运动和演化起到至关重要的作用。今天的天文学,往往谁能对这些气体、尘埃、暗物质做出更细致的研究或模拟,谁就能更准确地把握本星系群的面貌。

谁说了算

银河系和M31作为村子里的至尊,谁才是更大质量的星系,这个问题已经争论了几十年。产生这样的争论倒不是这两个星系自己不安分,而是研究它们的天文学家和观测技术在不断进步。过去很长的时间里,天文学家都认为M31比银河系质量大,包含的恒星数量也多,是当之无愧的一村之长。但是随着对银河系自身的研究的深入,越来越多的证据倾向于将银河系重新扶上村长宝座。之所以过去没能清醒地看待银河系的庞大,是因为“身在此山中”、“不识真面目”。透过银河系盘面上厚厚的尘埃和气体观测银河系自身,就像是在pm2.5严重爆表的日子里瞭望远方。今天,越来越多的新观测研究发现,银河系虽然包含着比M31少一些的恒星数目,但是总质量要略大于M31。不过,这当中的不确定度依然很大,因为难以观测和精确测定的暗物质的质量不容忽视,而银河系与M31周围都围绕着大量的暗物质晕,研究范围的选取往往会影响最终的结果。

两位村长候选人,也许听不到天文学家的争论,它们有着自己的宿命。银河系与M31正在以110公里每秒的速度相互靠近,这意味着,大约40亿年之后两个星系将会发生碰撞,伴随着一系列的天文过程,最终两个旋涡星系合并为一个巨大的椭圆形系,称之为银河仙女星系。这个巨大的银河仙女星系也将吸引周围的矮星系一起落入自己的体内,这将是本星系群的遥远未来。当然,具体的碰撞情况也还是会受到暗物质的影响。

有趣的是,“碰撞”并不是描述这一状况的最合适的说法。因为银河系与M31的碰撞,不像是两辆汽车的碰撞,更像是两组人群的交错。银河系和M31分别包含超过千亿颗的恒星,但是两个星系的碰撞并不是彼此的恒星撞击在一起,反而在碰撞的过程中几乎不会有恒星撞击的情况出现。比如说,距离太阳最近的是比邻星,如果太阳是一个乒乓球的话,比邻星就是一颗豌豆,这颗乒乓球和这颗豌豆相距1100公里远。也就是说,相比恒星自身的大小来说,恒星彼此距离太远。与其说银河系与M31碰撞,倒不如说是相互融合。

千奇百怪

组成本星系群的几十个星系涵盖了几乎所有可见的星系类型。这个小村庄就是研究各种不同星系类型的最近的实验室。

从星系的动力学关系上分,可以将本星系群的众多星系分为三大类。分别是银河系和银河系卫星系统、M31和M31卫星系统、以及NGC3109和周边星系系统。除了第三类围绕在NGC3109星系周围的几个遥远的星系之外,本星系群的大部分成员都可以分为两大阵营:银河系的卫星星系、M31的卫星星系。两个阵营的规模势均力敌,涵盖的空间范围也很接近。由于距离的原因,天文学家对银河系的卫星星系的研究要多得多。目前已知的成员达到14个星系,和银河系之间靠万有引力相互作用。最早发现的大麦哲伦云小麦哲伦云星系位于南方天空中,早在公元1世纪波斯天文学家苏菲就做过观测记录。最近十几年研究的最多的银河系卫星星系要算人马座矮椭球星系,直到1994年才发现它的主要核心部分,它围绕银河系运动穿越银河两极,在穿越的过程中与银河系的引力相互作用,成员恒星被拉入银河系的范围,在星系穿越的路径上延伸出长长的星流。大部分银河系的卫星星系,都和人马座矮椭球星系有着类似的遭遇,它们的成员星或多或少地被银河系吸入,形成星流。所以,银河系从来都不是一个孤立的结构,研究和认识银河系离不开对银河系周边环境的把握。

从星系形态上分,本星系群包括漩涡星系、椭圆形系、矮星系、不规则星系等各种类型。银河系、M31、M33都是典型的漩涡星系,M32是典型的椭圆星系,前面提到的大小麦哲伦云都是不规则星系,人马座矮椭球星系是典型的矮椭球星系。漩涡星系和椭圆形系通常尺寸较大,包含的恒星众多,质量也大,一般在1011到1012太阳质量左右,而矮星系和不规则星系,顾名思义,尺寸较小,没有坚实稳固的结构,包含的恒星数量少,质量小。事实上,银河系的一些卫星星系,和银河系外围的球状星团直接没有特别明确的界限。确认卫星星系的独立身份让天文学家颇花费了一番功夫。目前比较流行的银河系演化理论认为,像人马座矮椭球星系这样的矮星系在历史上曾经有过很多,它们都纷纷地落入银河系的范围,与银河系相互作用,最终成为银河系的一部分。今天能够在银河系里找到了部分球状星团,可能就是过去的矮星系的残骸。

更大的乡村

我们的本星系群村庄,是室女座超星系团这个大乡村的一部分。这个室女座超星系团以室女座星系团为中心,还包括除我们的本星系群以外的至少100个星系群或星系团,比如离我们最近的M81星系群M101星系群。必须注意的是,我们自己的银河系,既不是这个大系统的中心,尺寸和质量也算不上出众。只要把我们的目光稍稍放远一点点,就会把我们自身的自豪感和自负心淹没在茫茫天际里再也找不回来。而这一切的一切,只能称得上是宇宙的一个小小的角落。我们还没有能力离开太阳系,我们制造的人造探测器目前最远的只飞到太阳系的边缘。一个又一个更高层次的空间等待我们的光顾,在此之前,天文学家用望远镜和理论模型率先冲锋陷阵,为我们揭示一个又一个超乎想象的世界。越是如此,我们越是感叹自己赖以生存的辽阔大地,其实只是一个小小的角落。

所幸的是,在这个小小的角落里发生的这些故事,就足够我们去好奇、去探索、去了解、去提问了。我们从来不会感觉宇宙的一个小角落拥挤与逼仄。那么相反,是不是我们身边的一花一草一露珠,我们也没能察觉它们的庞大与博远?

结语

在别人只知道流星雨的时候,你开始去试着了解一个叫做“本星系群”的东西,这的确算得上高端大气上档次的知识了。不过,高大上并不是我们的最终目的,我们的目标是——试着切换不同的视角来重新看待自己。这就是天文学的力量,可以让我们赖以生存的大地变得毫不起眼,可以让空旷的星系际空间展现紧密的联络,可以让我们在足球这么大的脑袋里装下一个跨度1000万光年的星系群。这么一想,碉堡了吧?