什么是天文学？

摸金狂人

《时间的天文学》 作者：黄驰
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天文学：用数学、物理学准确的描述和解释每一种天文现象；
或者说：用数学描述天文现象，用物理学解释天文现象。
天文学是一门自然科学，描述的自然现象就是天文现象。

这里，要先说一个逻辑顺序， 先有天文现象(自然现象)，后有数学理论，再有物理学理论。
数学，天文学的基础。为了准确描述每一个天文现象，天文学推动了、完善了整个数学体系。
物理学，天文学的基础。为了准确解释每一个天文现象，天文学推动了、完善了物理学体系。
这里需要回顾一下天文学、数学、物理学的发展历程。参考：【时间，天文学的核心】。
简单举一个栗子：
地球是一个球体，古希腊天文学家，就已经用数学证明了，并且测量出了地球的周长。但是，单独使用数学解释天文现象有时候是片面的，古希腊人无法为我们解释为什么地球背面的人没有掉到太空里去的原因。直到2000年后的牛顿， 万有引力的发现，用物理学的方法，才解释了其中的原因。一直到爱因斯坦，广义相对论的提出，我们对引力才有了更深入的了解。
天文现象是一直存在的，而我们的数学理论，物理学理论则是一步一步建立起来。
物理学起始于伽利略和牛顿的年代，数学被引入物理学，被引入现代科学的每一个领域。物理学，充分的使用数学作为自己的工作语言，包括力学，光学，电、磁学，核物理学，量子力学等等。理论上讲，化学也可以算是物理学的一个分支，只不过这个分支足够大，足以形成一个单独的学科。物理、化学都是在描述自然现象 (有自然形成的，也有人为制造的)。
物理学作为自然科学的带头学科，研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。
现在，数学是物理学的基础。天文学算是物理学的一个分支(天体物理学)。

天文学：用数学、物理学准确的描述和解释每一种天文现象，天文学是一门自然科学。
自然科学(natural science)是一门以观察和实验的经验证据为基础，对自然现象进行描述、理解和预测的科学。同时评审和研究结果的可重复性等机制被用来确保科学进步的有效性。[1]
天文学，是一门自然科学，是自然科学的一个分支，主要描述的自然现象就是天文现象，而使用的主要工具就是数学和物理学。或者说：天文学用数学描述天文现象，用物理学解释天文象。
天文学和数学，天文学和数学的关系最为密切，用数学的语言准确的描述 (解释) 每一种天文现象，是数学必须要解答的核心问题之一。甚至有很多数学理论的建立就是为了解答某些天文想象而产生的；反过来，还有很多数学理论的验证过程中，天文论证都是必要条件之一。
当我们回顾天文学、数学的发展史时，会发现球面几何、三角函数、空间几何、解析几何、椭圆方程、抛物线方程、微积分等等、等等，不是天文学的副产品就是和天文学有关。其实天文学一直引领着数学的发展，代表了数学发展的实用性方向。但是数学和天文学又是有区别的，天文学更像是一道道的数学题，而数学是理论性的，是通用科学，需要在每一个学科都有通用性，数学涵盖的范围也更广范，不仅仅只是针对天文学。
天文学和物理学，单独的使用数学描述、解释天文现象是片面的，在解释天文现象本质原因时，物理学是必不可少的，天文学也是物理学必须要解答的核心问题之一。同样，有很多物理学理论的建立就是为了解答某些天文想象而产生的；反过来，同样有很多物理学理论的验证过程都必须经过天文论证。
回顾天文学、物理学的发展史，同样有很多物理学理论不是天文学的副产品就是和天文学有关。天文学的发展一直引领着物理学的发展，代表了物理学发展最前沿、最尖端的方向。从理论上讲，天文学应该算是物理学的一个分支，现在常用天体物理学来描述天文学。天文学也是一道道的物理题，而物理学也是理论性的，是通用科学，需要在每一个学科都有通用性，物理学涵盖的范围也更广范，也不仅仅只是针对天文学。
数学和物理学构成了现代天文学的基础，用数学描述天文现象，用物理学解释天文现象。太阳东升西落，天文学是使用数学准确描述整个过程的，但是这是相对运动，是相对运动产生的视觉运动，是地球自转的结果。太阳系八大行星，都在围绕太阳公转，准确的描述这个天文现象，依然是使用数学，但这是万有引力的结果。对天文现象本质的解释，物理学是必不可少的。
天文学是现代科学中最尖端，最前沿的科学，也是现代科学中最简单、最基础的学科 (自然科学)。其实天文学无处不在，从东、南、西、北，到太阳的东升西落，从日夜交替，到一年四季，甚至地面上的每一个影子都是天文学中的一部分；而太阳系、银河系、黑洞、宇宙、宇宙大爆炸也都是天文学的一部分。无论是最简单的天文现象，还是最复杂的天文现象，天文学都是用数学、物理学来描述和解释的。

什么是天文学？这是一个简单的问题，正确的回答这个问题，有助于我们了解天文学，学习天文学。但是现代的天文学家们总是把这个简单的问题复杂化，故意把天文学搞成很神秘的样子，很高大上的样子，而把天文学中最简单、最基础的部分都隐藏起来。其实天文学和所有的自然科学一样，有简单的、基础的，也有复杂的、难懂的，甚至最尖端、最前沿的。其实天文学并不神秘，在我们的现实生活中，天文学无处不在，和所有的自然学科一样，天文学是我们每一个普通人，每一个中、小学生都可以系统学的自然科学。消除天文学的神秘感，还原天文学原本的样子，我们需要用最简单的方法描述: "什么是天文学？"。
虽然，现代网络已经非常发达了，寻找一个问题的答案还是非常简单、方便的。但"天文学"却是一个例外，总是充满了神秘感。即便是网络上比较正规的解释：
天文学_百度百科，天文_百度百科
天文学（Astronomy）是研究宇宙空间天体、宇宙的结构和发展的学科。内容包括天体的构造、性质和运行规律等。天文学是一门古老的科学，自有人类文明史以来，天文学就有重要的地位。主要通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置、探索它们的运动规律、研究它们的物理性质、化学组成、内部结构、能量来源及其演化规律。在天文学悠久的历史中，随着研究方法的改进及发展，先后创立了天体测量学、天体力学和天体物理学。
百度上的解释还是非常高大上的，不明觉厉。其实，这是大学天文系对于天文学(专业)的描述，或者说是对天体物理学的描述。其实这是现代天文学专业研究、发展的方向。用天体物理学解释天文学是很高大上的，但是有些跑题了。强调了天文学的物理学属性，忽视了天文学的数学属性。
天文学(专业)、天体物理学，和天文学，还是不一样的。这一点维基百科中的描述更详细些。
天文学 - 中文维基百科【维基百科中文版网站】
天文学（英语：astronomy）是一门研究天体和天文现象的自然科学。它使用数学、物理和化学来解释它们的起源和演化。感兴趣的天体包括行星、卫星、恒星、星云、星系和彗星。相关现象包括超新星爆炸、伽马射线暴、类星体、耀变体、脉冲星和宇宙微波背景辐射。 更通俗地说，天文学研究起源于地球大气层之外的一切事物。宇宙学是天文学的一个分支，从整体上研究宇宙。
天文学是最古老的自然科学之一。历史记载中的早期文明对夜空进行了系统的观测。其中包括巴比伦天文学、希腊天文学、印度天文学（英语：Indian astronomy）、埃及天文学（英语：Egyptian astronomy）、中国天文学、玛雅文明和许多古代美洲原住民的天文学。在过去，天文学包括多种学科，如天体量测、天文航海、观测天文学和制作历法。如今，专业天文学通常被与天体物理学画上等号。
“天文学”和“天体物理学”是同义词。根据严格的词典定义，“天文学”是指“对地球大气层外的物体和物质及其物理和化学性质的研究”，而"天体物理学"指的是天文学中处理"天体和现象的行为、物理性质和动力学过程"的分支。在某些情况下，正如徐遐生在介绍性质的：教科书《物理宇宙》时所：“天文学”可用于描述该学科的定性研究，而“天体物理学”则用于描述该学科的物理导向版本。然而，由于大多数现代天文学研究涉及与物理学有关的学科，因此现代天文学实际上可以称为天体物理学[6]。在有些领域，例如天体测量学，是纯粹的天文学，而不是天体物理学。科学家对这一课题进行研究的各个部门可能会使用“天文学”和“天体物理学”，部分取决于该部门在历史上是否隶属于物理部门，许多专业的天文学家拥有物理学学位而不是天文学学位。该领域主要科学期刊的一些标题，包括《天文期刊》、《天文物理期刊》和《天文与天体物理学报》。
维基百科的解释还是比较全面的。但是我们已经可以看出，无论是百度百科，还是维基百科，都把天文学都解释成天体物理学。这个解释是比较片面的，还是偏向于现代天文学研究、发展的方向。然而对于天文学的基础--数学，天文学中最简单、最重要的部分都被有意的隐藏了起来。
"早期文明对夜空进行观测"，这个描述也把天文学带跑偏了。当我们提起天文学时，往往想到的是星星、是夜空，但是在天文学中，最重要的天体是太阳。太阳，天空中最亮的天体，太阳系的中心，天文学中最重要的天体。天文学可不是只有星星，只有夜空，相比于星空，对于太阳的观测更古老，更重要。
而关于"大气层以外"的描述，源于韦氏词典 (类似于辞海的英文词典)，英文原文："the study of objects and matter outside the earth's atmosphere and of their physical and chemical properties"，看似正确，却经不起推敲。地球也是一个天体，也是天文学中的一部分，地球经纬度的划分，也是天文学中的一部分，这都是大气层以内的事情，还有很多天文现象都是在大气层内发生的。韦氏词典的解释，"大气层以外"，可以简化我们对天文学的理解，但解释的不够严谨。而且地球本身也是一个天体。
化学，当我们描述天体组成成分时，化学是必不可少的(主要是利用光谱)。但这和化学本身还是有区别的，或者说解释天文现象并不是化学要解决的核心问题。其实化学的本身也是物理学的一部分，这和光学、电学、磁学，点磁学都是物理学的一部分是一样的，只不过化学的分类足够大，范围足够广，足以再形成一门单独的学科。这里为了简化，对于天文学的化学解释归于物理学中更合适。
辞海中天文学的解释：研究天体的位置、分布、运动、形态、结构、化学组成、物理性质及其起源和演化的学科。分天体测量学、天体力学、天体物理学、空间天文学和天体地质学等。天文学在实际生活中的应用很广，如编制历法、授时、测定方位等。中国是天文学发达最早的国家，日食、月食、太阳黑子、彗星等天文现象的记录，都以我国为最早。
辞海的解释还是比较客观的、全面的，但也偏向于天体物理学的解释。这里不知道是网络错误还是辞海本身错误，"发达最早的国家"？应该是"发展最早的国家"比较合适。这里使用"之一"更合适些，最早记录天文现象，这和中国文献记载最发达有关(在四大文明古国之中)。但是关于天文学，可不仅仅只是记录天文现象。
百度百科、维基百科、韦氏词典、辞海，关于天文学的解释都倾向于天体物理学，这是现代天文学研究的方向，物理学是天文学的主导。回顾一下网站对天文学的四次描述，"数学"一词只出现了一次。所有的解释都在刻意的回避数学，都在隐藏天文学的基础--数学。

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天文学，是现代科学中最尖端，最前沿的科学，也是现代科学中最基础、最简单的学科 (自然科学)。其实天文学无处不在，从东、南、西、北，到太阳的东升西落，从日夜交替，到一年四季，甚至地面上的每一个影子都是天文学中的一部分；而太阳系、银河系、黑洞、宇宙、宇宙大爆炸也都是天文学的一部分。无论是最简单的天文现象，还是最复杂的天文现象，天文学都是用数学、物理学来描述和解释的。
学习天文学，我们还是需要从最简单、最基础的天文现象开始，并不是直接去描述黑洞、去解释宇宙大爆炸。其实小学生的数学已经可以系统的描述很多天文现象了，包括天文学中最重要的天文现象：地球的自转和围绕太阳的公转。
天赤道，地球赤道在星空中的投影，太阳东升西落的移动轨迹和天赤道平行(几乎)，星星、星座东升西落的移动的轨迹也是和天赤道平行的，这些都是地球自转的结果。天赤道，天文学中最重要的标记线之一。那么，天赤道在哪里？参考:【一. 正南方、天赤道】，东、南、西、北是由天文学定义的。


面向正南，从头顶(天顶)向正南倾斜一个特定角度就是天赤道，而这个特定的角度值就是我们生活城市的纬度值 (A-Z之间的角度值)。日晷，天文学中最重要的天文仪器，就是倾斜对准天赤道的。等分，只有倾斜对准天赤道，日晷等分的刻度才能将时间等分，而其他角度不行。参考:【二. 时间--(真)太阳时】


猎户座，星空中最容易辨认的星座。1年365天，猎户座东升西落365次，每一次东升西落的移动轨迹都是和天赤道平行的，其实每时每刻猎户座与天赤道之间位置关系不变，这是地球自转的结果。所有的星星、星座东升西落的移动轨迹都是和天赤道平行的，这些都是地球自转的结果。参考:【三. 365天，高度的变化规律】


1年365天，太阳东升西落365次，看似没有规律，其实也是围绕天赤道展开的。1天之中，太阳东升西落的移动轨迹和天赤道是平行的(几乎)；1年之中，太阳东升西落的移动轨迹在天赤道±23.5°之间移动。

• 夏至日太阳高度角=天赤道倾斜角度＋23.5°，
  
• 冬至日太阳高度角=天赤道倾斜角度－23.5°。
  

每一个城市天赤道倾斜的角度是不一样的，因为天赤道倾斜的角度=90°-本地纬度。根据公式，带入每一个城市的纬度值，计算出地球上每一个城市冬至日、夏至日太阳的高度角是非常简单的。每一个城市天赤道倾斜角度是不一样的，但是无论我们在那一个城市，猎户座和天赤道之间的位置关系不变，这是地球自转的结果。参考:【三. 365天，高度的变化规律】【九+. 计算太阳的东升西落】。
太阳东升西落的移动轨迹和天赤道平行、猎户座东升西落的移动轨迹和天赤道平行，更准确的描述应该是：东升西落移动轨迹形成的平面和天赤道平面平行。东升西落是相对运动，是相对运动产生的视觉运动，这都是地球自转的结果。
《时间的天文学》用数学描述天文现象，用物理学解释天文现象。本书描述的天文现象都是天文学中最基础、最简单的天文现象，所以对物理学的要求不高，只有一个：相对运动，由圆周运动引起的相对运动。例如：旋转木马。学习天文学，需要我们有乘坐旋转木马的经验。
用数学的语言描述天文现象，是天文学的基础。《时间的天文学》16节课的内容，可以简化看成是16道数学题，而学习天文学的过程就是解答这些数学题的过程。
参考

• ^自然科学可以分为两个主要分支：物理科学(physical science)和生命科学(life science)。生命科学也称为生物学，而物理科学又细分为多个分支：物理学、化学、地球科学和天文学。自然科学的这些分支可以进一步划分为更专业的分支(也称为领域)。作为经验科学，自然科学使用形式科学中的工具，例如数学和逻辑学，将有关自然的信息转换为测量值，这些测量值可以解释为"自然法则"的明确陈述。