文/黄润乾
导语：天文学对自然科学和现代科学技术的发展，对人类社会的进步，与物理学一样，起到了巨大的推动作用，并且未来可能会起到更大的作用。
在六大自然科学(数学、物理、化学、天文、地理和生物)中，天文学的研究对象是自然界中距离地球很遥远的天体(行星、恒星、星系和宇宙)，研究在天体上发生的现象和规律，研究天体和宇宙的起源和演化。进入21世纪，联合国首先将2005年定名为国际物理年，以唤起世界人民对物理学的重视。因为物理学对自然科学和现代科学技术的发展，对人类社会的进步起了巨大的推动作用，并且在21世纪中可能起更大的作用。继2005国际物理年之后，联合国又将2009年定名为国际天文年。这说明，天文学对自然科学和现代科学技术的发展，对人类社会的进步同样起了巨大的推动作用，并且未来可能起更大的作用。
早在300多年前，天文学的发展曾经对牛顿力学的发展起了重要作用。天文学家开普勒在研究行星运动时得到著名的开普勒三定律。1687年，牛顿深入研究了开普勒三定律，提出了第一个完整的引力理论——万有引力定律，并建立了牛顿力学。牛顿力学的建立，导致了各种机悈和机器的产生和发展，推动了工业革命和人类社会的巨大进步。
当时，天文学的发展不仅推动了牛顿力学的发展，还推动了航海业的发展，因为轮船在茫茫大海中，要依靠天体测量学的方法，测量恒星或太阳的位置，以计算出轮船所在的位置和航行的方向。航海业的发展又推动了欧亚大陆的商业往来和发现新大陆。天文学依据地球绕太阳运动的规律，定出了历法，不仅统一了人类社会的活动，同时对农业的发展起了重要的推动作用。
牛顿力学在物理学中，以及在推动技术发展和人类社会的进步中有极其重要的作用。但是，因为牛顿力学是建立在时空相分离的框架基础上，它仅仅适用于低速运动的宏观物质系统(大于原子、分子的物质系统)，对于接近光速的高速运动系统，微观物质系统(原子、分子或更小的基本粒子物质系统)，和巨大宇宙尺度的物理问题，牛顿力学则表现出局限性和不适用。
20世纪，两个新的物理理论——量子理论和爱因斯坦的广义相对论对自然科学和社会产生了重要影响。量子物理成功地描写了微观世界的物理现象，爱因斯坦的广义相对论描写了接近光速的高速运动系统和宇宙大尺度的事件，使人们对于微观物质系统，接近光速的高速运动系统和宇宙尺度的自然规律有了深刻正确的认识，促进了物理学整体的提高；同时奠定了现代科学技术的飞跃发展，促进了半导体技术、计算技术、通信技术、激光技术、新材料和新能源的快速发展。但是，爱因斯坦的广义相对论，由于它的概念深奥，数学很难，在很长时间内都没有被广大物理学界所接受。尤其是广义相对论认为万有引力不是一般的力，而是时空弯曲的表现，这一点很难被人接受。例如来自遥远恒星的一束光，经过太阳附近时会发生偏转。按照牛顿力学，这是因为光子受到太阳引力的作用，其动量发生变化，使其运动路线发生偏转。按照广义相对论，这是因为太阳的质量扭曲了附近的空间，光子在弯曲空间中运动的路径是一条曲线，因而来自恒星的光线经过太阳附近时发生偏转。虽然牛顿力学和广义相对论都能解释来自遥远恒星的光线经过太阳附近时发生偏转的现象，但是二者得出的偏转值却不相同，由牛顿力学给出的偏转值仅是广义相对论给出的偏转值的一半。天文学家将日全食时拍摄下的恒星的视方位(恒星光线在太阳附近发生偏转后的方位)与半年前夜间拍摄的同一恒星的方位(恒星光线不经过太阳附近，因而不发生偏转时的方位)进行比较，得到光线的偏转值。结果证明了广义相对论给出的偏转值与观测结果完全符合。天文学还用其它一些天文现象的观测结果证明了广义相对论的正确性。从而使爱因斯坦提出的引力和时空结构的新理论——广义相对论得到了充分证实。
天文学家在研究恒星为什么会发光，为什么能维持数十亿年向外辐射大量能量而不变的原因时，发现恒星的能源来自恒星内部高温、高压和高密状态下发生的热核聚变，即将四个氢原子核聚合为一个氦核，同时释放出大量能量。天文学发现的核聚变不仅丰富了核物理的内容，同时对于人类寻找新能源有重要的意义。因为地球上的海水如此丰富，海水电解后可以提供大量氢作为核聚变的原料，可以用之不尽。相信人类在21世纪，一定可以利用核聚变原理在地球上建立起“人造小太阳”，解决能源的困难。
在宇宙和天体中到处都是等离子体，即“电磁流体”。如90%以上的星际物质是以等离子体形式存在；恒星内部高温状态下离子和电子的运动是电磁流体。正是研究电磁流体，导致磁流体力学和等离子体物理的出现。等离子体物理不仅在研究天体物理的问题中，而且在研究地球科学的一些基本问题中，已成为必不可少的重要科学理论。等离子体物理又奠定了现代科学技术中的等离子体照明技术，以及等离子体显示屏、等离子体激光器、等离子体加热器等的技术，并且成为研究可控热核聚变的重要手段之一。
粒子物理是物理学中一个重要分支学科，它研究组成物质的最小单元——基本粒子，以及它们之间的相互作用。20 世纪，粒子物理取得了重大进展，发现了比中子、质子更小的夸克、轻子、胶子和希克斯粒子等基本粒子，并统一了引力、电磁作用力、弱相互作用和强相互作用的理论框架。但是，要进一步发展粒子物理，必须加大幅度提高加速器的能量，而更高能量的加速器需要大量资金，其经济投入已经达到使现代经济发达国家都难以承受的地步。于是，粒子物理和天体物理相结合，利用大型天文观测设备和天体物理学方法去寻找宇宙中的基本粒子、暗物质、暗能量，以及它们的相互作用和规律，可能成为21世纪科学发展中的重点之一。
天文学为了解决太阳系的稳定问题，和行星系统的动力学稳定性问题，启发了现代非线性动力学和混沌理论的发展。而非线性动力学和混沌理论在研究许多复杂系统，如演化生物学、金融中的股市理论等等，都有重要意义。
航天技术的发展对于人类的通信、寻找矿产资源、预报气象和自然灾害，以及国防建设起着重要作用。而天文学的知识和规律在航天事业的发展中具有重要意义，例如为了使卫星能够进入预定的轨道，必须用天体测量的方法和仪器，精确测定运载火箭的运行轨道，必须精确预报是否有太阳爆发的高能粒子碰撞卫星的可能。
空间定位系统对于航空、航海和国防有重要意义，而空间定位系统的基本原理是来自天体测量和天体力学。
地震是因为地球板块运动挤压的能量释放而产生。发生地震的地方，其局地重力加速度会变化。而天文测量可以最精确地测量地球板块运动，和测量局地重力加速度变化。因此，天文学对地球动力学和地震预报可以起重要作用。
天文学正在研究太阳系中的其他行星上是否有生命存在的条件，同时正在寻找，并且已经发现其他恒星系统中也有行星存在，研究在这些行星上是否有生命存在的条件。这对于研究生命的起源，生命可以适应的环境和条件有重要意义。
天文学对自然科学和现代科学技术的作用还有许许多多，以上仅仅列举了一部分。因此，联合国将2009年定为国际天文年，以唤起世界人民对天文学的重视是完全应该和正确的。
本文作者系中国科学院院士、国家天文台云南天文台研究员
