985天文学-天文科研
你有没有想过，我们看到的星星，其实很多都已经死了？
它们发出的光，在宇宙中传播了几百年、几千年、甚至几百万年，才最终到达我们的眼睛。当我们仰望星空的时候，我们看到的不是现在的宇宙，而是它的历史。
我叫郑星河，985天文学专业毕业，现在在中国科学院国家天文台做助理研究员，博士后在站。
很多人问我：“学天文能找到工作吗？工资高吗？”
我通常会说：“工资不高，但每天都在探索宇宙的奥秘。”
这就是我的回答。
仰望星空的孩子
我小时候最喜欢的事，就是晚上看星星。
家在东北的一个小城市，没有高楼大厦、没有霓虹灯，一到晚上，满天都是星星。夏天的晚上，我躺在院子里的凉席上，仰着头数星星，数着数着就睡着了。
那时候我总是想：这些星星到底是什么？它们离我们有多远？它们是怎么形成的？会不会也有外星人住在某颗星星上？
这些问题没有人能回答我。大人们会说”那些是星星”，仅此而已。
直到有一天，我在图书馆看到了一本书——霍金的《时间简史》。
那本书我完全看不懂，量子力学、宇宙大爆炸、广义相对论……每一个概念都像天书一样。但我记住了一个观点：宇宙是有起源的，而且一直在膨胀。
我开始疯狂地查资料，找一切跟天文有关的书和纪录片。我知道了一个词：天文学。
高考那年，我考得还不错，可以报很多热门专业——计算机、金融、电子信息……我爸妈建议我报计算机，说”好就业、赚钱多”。
我拒绝了。
我报了985的天文学专业。
那天晚上，我爸问我：“天文以后能干什么？”
我说：“不知道。但我想知道星星是什么。”
他沉默了很久，最后说了一句：“你自己选的路，自己走好就行。“
大学四年：在数据与方程中寻找答案
天文学专业的课程，比我想象的要难得多。
我们需要学的内容包括：数学物理方法、理论力学、量子力学、天体物理、星系与宇宙学、数据分析、编程……每一门课都是Hard模式。
数学物理方法是基础中的基础。我们要用微积分、线性代数、复变函数等数学工具，推导出物理方程，然后求解这些方程，描述天体的运动和演化。
这门课我学得很吃力。期末考试的时候，我只得了72分，是我们班的倒数几名。
室友们都在安慰我，但我自己知道，问题出在哪里——我花的时间不够，我的基础不够扎实。
从那以后，我开始”恶补”数学。每天晚上去图书馆，把高等数学、线性代数、数理方法从头到尾推导一遍。遇到不懂的地方，就去问老师、问同学，直到弄懂为止。
这个过程很痛苦，但效果很明显。到了大二，我的数学物理方法成绩提高到了88分，大三的量子力学考了92分。
天体物理是专业课中最有意思的一门。
我们学习恒星、星系、黑洞、中子星……每一种天体都有它独特的物理性质和演化规律。比如，恒星是怎么形成的？它们如何燃烧核燃料？燃烧完燃料之后会变成什么？——白矮星、中子星，还是黑洞？
这些问题的答案，都在天体物理的框架里。
我最喜欢的是”星系动力学”这部分内容。
我们学习星系是如何形成的——从宇宙早期的微小密度扰动，到气体坍缩形成星系，再到恒星、星系的演化。每一个过程都涉及到复杂的物理机制，需要用超级计算机来模拟。
有一次，老师给我们展示了一个星系模拟的视频。视频里，宇宙从一片混沌的粒子，逐渐演化成一个旋转的星系——恒星的形成、旋臂的诞生、星系之间的并合……
我看得目瞪口呆。
那一刻，我突然明白了：原来宇宙是一个可以”计算”的东西。我们可以用物理定律，推演出宇宙的历史和未来。
加入课题组：第一次真正接触科研
大三的时候，我主动联系了一位做星系动力学研究的导师，申请加入他的课题组。
导师姓张，四十多岁，是个严谨的学者。他看了我的成绩单，问我：“你为什么想加入我的课题组？”
我说：“我想知道星系是怎么形成的。”
他笑了笑，说：“这个问题，我研究了二十年，还没有完全想清楚。你确定要走这条路？”
我说：“确定。”
他点点头：“好，那你先从编程开始。我给你一个数据集，你用Python写程序处理数据，把星系的光度分布画出来。”
这就是我的第一个科研任务——看起来简单，做起来却让我抓耳挠腮。
数据集很大，有几百万个星系的光度测量值。我需要用Python读取数据、筛选数据、计算统计量、画图……
我Python学得不好，代码写得乱七八糟，经常报错。我一边学一边写，改了无数个版本，终于在两周后把图画出来了。
张老师看了我的图，说：“画得还可以，但分析深度不够。你能看出来什么规律？”
我支支吾吾答不上来。
他笑了笑：“没关系，慢慢来。科研的第一步是学会技术，第二步是学会思考。你先把技术练好，再去想科学问题。”
从那以后，我开始系统地学习天文数据分析。
我学了IRAF（天文图像处理软件）、TOPCAT（天文表格处理工具）、SAOImage DS9（天文图像显示软件）……每一种工具都有它的用途，我花了大量时间熟悉它们。
同时，我开始读大量的文献，了解星系研究的前沿进展。我发现，科研跟上课完全不同——上课是学已知的东西，科研是探索未知的东西。已知的东西有标准答案，未知的东西没有。
这种不确定性，让我既兴奋又恐惧。
保研与读博：在国家天文台的六年
本科毕业后，我保研到了国家天文台读硕士，后来转博。
国家天文台是中国天文学研究的最高殿堂，拥有世界领先的观测设备和研究团队。我所在的课题组，主攻”星系形成与演化”方向，研究的是宇宙中星系是如何从气体演化而来的。
硕士阶段，我主要做观测数据分析。
我们用的大型望远镜叫”郭守敬望远镜”（LAMOST），位于河北兴隆。这台望远镜一次可以观测4000颗恒星的光谱，大大提高了观测效率。
我负责的课题是”分析一批星系的光谱数据，测量它们的红移和恒星形成率”。
红移是宇宙学中最重要的概念之一——因为宇宙在膨胀，天体发出的光波长会被拉长，光谱线向红端移动。红移越大，意味着天体距离我们越远，我们看到的是越早期的宇宙。
测量红移的方法听起来很简单——找到光谱中的特征线，测量它们偏离标准位置的量，就能算出红移。但实际操作中，每一条光谱都有噪声，找到特征线不容易，测量精度也很难保证。
我花了半年时间，编写了一套数据处理流程，可以自动识别特征线、测量红移、估算误差。这套流程后来被课题组广泛使用，成为了标准工具之一。
硕士期间，我发表了一篇SCI论文，是二区的期刊。虽然影响因子不高，但这是我自己独立完成的第一篇论文，让我对科研有了更深的理解。
博士阶段，我开始做模拟。
观测可以告诉我们宇宙”是什么样子的”，但很难告诉我们”为什么是这个样子的”。要回答”为什么”，必须借助数值模拟。
我用的模拟软件叫”AREPO”，是一个三维流体动力学模拟程序。我需要在超级计算机上运行这个程序，模拟气体在暗物质晕中的坍缩过程，看看星系是怎么形成的。
超级计算机的使用需要排队。我提交了一个模拟任务，然后等了两个月，终于轮到我了。
那两个月是煎熬的——每天刷新状态，看任务排队的情况，想着自己的模拟什么时候能跑完。
终于，任务开始了。
看着数据一点一点输出，图像一点一点生成，我的心情难以形容。那种感觉，就像看着自己的孩子出生一样。
模拟跑完后，我开始分析数据。
我发现了一个有趣的现象——模拟中形成的星系，其质量-金属丰度关系跟观测数据高度吻合。这说明，我们的模型捕捉到了星系形成的主要物理机制。
这个发现让我非常兴奋。我把这个结果整理成论文，投到了《Nature Astronomy》，是天文学领域的顶级期刊。
投稿的过程很漫长——初审三个月，外审两个月，小修两个月，大修三个月……从投稿到接收，整整花了一年时间。
最后，论文被接收了。
那一刻，我站在实验室里，盯着屏幕上那行绿色的”Accept”，愣了很久。
然后我给我的导师张老师发了一条消息：“老师，论文被接收了。”
他回复：“恭喜。继续努力。“
仰望星空，也要低头看路
博士毕业后，我留在了国家天文台，做博士后研究。
博士后是一种特殊的职位——你不是学生，但也不是正式职工。你是来”做研究”的，拿的是博士后工资，通常是两到三年。
我的研究方向扩展到了”星系-黑洞共同演化”。
我们发现，几乎每个大质量星系的中心都有一个超大质量黑洞。这些黑洞的质量从几百万到几十亿太阳质量不等，差异巨大。黑洞的成长和星系的演化之间，似乎有某种联系——这就是”星系-黑洞共同演化”的核心问题。
我的工作是用模拟和观测相结合的方法，研究黑洞如何影响星系中的恒星形成。
这个方向竞争很激烈——全球有几百个课题组在做类似的研究，发表论文的难度很大。好的期刊要求”创新性""完整性""影响力”，每一项都要达标才行。
博后第一年，我发表了第一篇论文。这次是投到了《Monthly Notices of the Royal Astronomical Society》（MNRAS），是天文学领域的另一个重要期刊。
论文被接收之后，我请导师和同事吃了一顿饭。饭桌上，大家聊了很多——聊研究方向、聊学术八卦、聊未来的打算。
有一个同事问我：“星河，你以后想干什么？留所还是去高校？”
我想了想，说：“先留所吧，我还想继续做研究。”
他点点头：“那就好好发文章，有了文章才有资本。”
这就是学术界的规则——paper是硬通货。没有文章，就没有位置；没有位置，就没有资源；没有资源，就很难做出好成果。
有时候我觉得这个系统很残酷，把所有人都逼成了”论文机器”。但我也理解，在资源有限的情况下，总需要一个评价标准。
这一路走来的感悟
做了这么多年的天文研究，我总结了几点感悟：
第一，兴趣是最好的老师。
做科研需要热情，而且需要持久的热情。科研的路上充满了挫折和失败——实验失败、论文被拒、项目申请不中……没有兴趣支撑，很难坚持下去。
第二，基础要扎实。
数学、物理、编程……这些都是天文研究的基本功。我见过太多人，因为基础不扎实，在研究过程中遇到瓶颈。地基打不好，楼盖不高。
第三，英语必须过关。
天文学是”英语霸权”的领域——最前沿的论文都是英文发表的，最重要的学术会议都是用英语交流的。英语不好，等于自断双臂。
第四，发表论文很重要。
在学术界，paper是衡量你研究能力的标准。有好文章，才能申请到经费，才能晋升职称，才能在学术界立足。这是现实，必须接受。
第五，要有耐心。
科研的周期很长。一个想法从提出到验证，可能需要几个月甚至几年。不要急于求成，保持耐心，做好每一件事。
第六，承认自己不懂。
做科研最难的不是”学不会”，而是”不知道自己不懂”。很多问题，只有深入研究之后才会发现自己不懂。这时候，要勇于承认自己的局限，继续学习。
前几天，我去了一趟青海德令哈，那里有我国最大的地面光学望远镜。
晚上观测的时候，我站在望远镜的控制室里，看着远处的雪山和星空。
那是我见过的最壮观的星空——银河横跨天际，无数星星密密麻麻地铺满整个天空。在城市里，你能看到几十颗星星；在这里，你能看到几万颗。
那一刻，我突然理解了，为什么人类从古至今都在仰望星空。
因为星空代表着未知，代表着无限，代表着人类对自身的追问——我们是谁？我们从哪里来？我们到哪里去？
这些问题，也许永远没有答案。
但正是这种追问，推动着人类不断前进。
感谢星空，给了我一个为之奋斗一生的方向。
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本文写于博士后第二年，部分细节已脱敏。