写在前面的话：对天文学很是陌生，但又很好奇科学家是如何了解遥远的宇宙？怎样定位每个星球？爱看科幻片和纪录片中对大自然的描述，最喜欢看云彩和星星，希望能看懂星座，至今仍然印象深刻的观星体验，除了特意去澳大利亚没有看到什么星星的出海经历外，就是十几年前十一期间在一个没有开发好的景区看到的月亮，中秋节刚过，月亮又大又圆，低垂在天空，近在咫尺，从来没见过的明亮月光照亮了半个山，围炉夜话，还有一次是做夜航从洛杉矶飞西安，大熊星座里的北斗七星清晰可见，美丽的夜景让人怀念。

学了前四节课，知道了天文学研究是建立在地球不特殊的宇宙第一性原理上的，靠探究宇宙观测数据，对发现的新天体进行光谱分析和距离测量，提出模型体系并进行实证检验的学科。

主讲老师：高爽，2011年博士毕业于德国海德堡大学天文专业，是一名全职科普人，先后在中科院国家天文台和北京师范大学做研究和教学。

00.发刊词：为什么要学？因为天文学是一门在信息极其有限的情况下还原出宇宙真相的学科。它有一套成熟的方法论，体现了人类利用有限信息还原可靠真相的顶级智慧，帮助人类认识世界；它提供了最遥远的他者视角，在宇宙中回望地球，更好理解幸福与烦恼，胜利与失败；它为人类的思维提供了最大的舞台和想象力（三体等科幻小说，登月及移民火星计划等）。

举例对黑洞照片的解读，一门2019年4月10日人类第1次拍下仅半个像素大小的黑洞照片（仅几十微角秒，相当于站在地球上看月球上的一个橘子）。

举例通过对钱德拉望远镜观测到的超新星爆发接受到的139个光子进行分析，发现爆发释放了大量的金属钛，确定可释放的肽质量相当于115个地球。

举例2013年通过普朗克卫星观测宇宙微波背景辐射，靠着几十万分之一的温度变化，还原出宇宙早期物质构成和分布情况，更新了研究宇宙的模型。

01.天文学的第一性原理：宇宙学原理即地球不特殊，也叫做哥白尼原理。他把地球从宇宙中心的位置给拉了下来。

天文学的使命是突破上亿光年的封锁，研究远方。人类的目光朝向哪里天文学就扩张到哪里，一旦人类能够触达到（如地质学等），天文学会撤离。

承认我们人类和地球在宇宙中一点儿都不特殊，意味着科学家相信在地球上研究出来的知识和规律，放在宇宙其他地方也是适用的。

如开普勒，把地球当做一颗普通的行星后，找到了行星运动的规律。

如牛顿，认为宇宙中维持着行星运转的力量和地球上苹果下落的力量是一样的，提出了万有引力定律。通过万有引力又发现了海王星。

如弗里茨.兹维基，1937年观察到一个星系团违背了在引力的吸引下，星系会相互环绕运动的规律，由此提出了暗物质（看不见摸不着，但是会产生引力）这个未解之谜。

如利用光的传播和可见，发现宇宙大爆炸之后的余晖。

02.宇宙学原理的验证方法：光谱分析。因不同的元素会发出不同颜色的光，光谱分析如同显微镜，可以让天文学家跨越上亿光年的距离，直接看到各种远处天体上的元素构成。

牛顿发现阳光通过三棱镜，白光可以按照彩虹的颜色散开，是从红到紫依次过渡过去的光谱。光谱就是不同频率的光按照频率的高低排列的，现在科学已从最初的三棱镜升级成了更先进的光谱仪，可以分析扑捉的亮点，了解其元素构成。

光谱不仅能分析出发光物体，也能分析不发光物，因元素会吸收和反射光，通过分析经过他的光被吸收了哪些波频段也能分析出元素来。

对多元素看不清的物体，可以通过三棱镜，使混在一起的颜色发生折射而分散。

例如，1868年法国天文学家皮埃尔.让森在观察日食的时候发现了新的谱线，由此发现了新元素氦。

例如，上世纪50-60年代科学家发现很多异常的谱线，分析后认为是光谱变形发生红移，即光线波长普遍被拉长，光谱整体向红色的方向发生移动，原本波长较短的紫外线变成了较长的红光。红移产生的原因是宇宙膨胀。根据红移的特点甚至知道了宇宙大爆炸之后发出最早的光是宇宙微波背景辐射，并探测出宇宙的年龄是138亿年，比刚发射出来的时候，已经膨胀了1000多倍。

天文学家对恒星和其他天体进行光谱分析，在元素层面上验证了宇宙学原理，宇宙中的元素构成都是相似的，宇宙诞生之初，各处的温度也几乎是相同的。我们现在和过去的宇宙相比没有什么本质的不同，我们看到一颗距离我们10光年远的天体，其实看到的是他10年前的样子，我们看到的距离有多遥远，历史上就有多久远。

03.宇宙学原理的推进器：距离测量。

04.天文学的核心框架：模型体系。因为天文学观测数据不足，难以通过实验验证，天文学只能利用模型体系作为代偿。当天文学家有了新想法，而没有更多的观测数据支持时，可以先拿模型体系进行测试，关联的模型越多就越靠谱。即说明天文学是个抱团取暖的学科，天文学里的模型没有孤立的，一个新模型体系的建立会依据已有模型，它们组成了一个庞大的模型体系，而且模型之间相互嵌套、依赖和印证的程度非常高。

以宇宙大爆炸学说的提出为例。