天文学在生活中的运用有哪些？

南辕北辙395

天文学在生活中的运用有哪些？

永远丶并不远

谢邀，当然是星空导航了。


在GPS技术出现以前，星空/地图导航是一个非常好用的导航技术。当然了我并不是很懂天文学，也不是很懂海上/空中的导航技术，主要是陆地星空导航懂的、用的比较多，主要讲一讲这个方面。

海上/空中的星空导航，往往涉及到非常广阔的范围，因为航程很远，星空会有非常明显的变化，在现代导航技术出现以前是非常重要的一种导航手段。


这是一架老式的波音737，箭头所指就是“观星窗”，用于方便飞行员、领航员观察星空来导航。对照现有的星图和准确时间，可以非常迅速的找到自己的位置。


这是一台六分仪，也是用于精确定位星星在天球上面的位置，从而对照标准时间，找到自己的位置，在航海方面曾经是每个船长人手一套的装备。

这两种导航方法我都不是特别的精通，为了避免误导就不谈了。


陆军使用星空导航，一般是在一个很小的范围内使用，星空本身不会有太大的变化。如果是徒步行军的话，一天也就行进50公里上下。即使是乘车行军（摩托化、机械化），一天也就几百公里的样子，不至于跨越太大的范围，星空几乎是没什么变化的。

所以我们陆军利用星空导航主要是概略判断时间和方向，提供最不会出错的参照物。正因为如此，星空导航也是陆军最可靠的朋友，确保你只要能够看到几个标志性天体，就不会迷失方向。

我们在平时生活中也会经常用到这一套，如果有户外徒步的爱好那就更经常了。掌握一点天文学常识，有助于在很多户外条件下找到方向和参考物。下面介绍几个常用的重要天体以及使用方法。

1、太阳

你首先应当意识到太阳和月亮都是“星星”，它是一个天体，它在天球上面的运行轨迹也是有规律的，跟别的星星并没有太大差别。白天、满月的时候，其它天体往往淹没在太阳月亮的光芒里面很难找到，这时候就只有依靠它们了。

太阳主要是用于白天大致判定时间和方向。

时间的判定：

朋友，日晷要不要了解一下下？


当然了你不用带这么大一坨石头……有那种很小很轻便的折叠式日晷，某宝都有卖的。

方向的判定：

我们知道了时间，方向就很容易判定了。记住一句口诀：时间减半对太阳，十二点方向就是正北方。

刚才我们介绍了日晷，日晷告诉你的是当地时间，这一点千万不能忘记。北京时间是北京市的当地时间，我们常用的计时工具显示的也都是北京时间。你处在跟北京差不多的经度线上面时，这个误差不是太大，但是如果你在西藏、青海、新疆或者内蒙西部，那个误差就大得吓人了。


时间减半对太阳，十二点方向就是正北方。这里的时间指的是当地时间，也就是日晷测得的时间。你画一个12小时制的表盘，当前24小时制的时间除以2，在表盘上面标记，将这个标记对准太阳。这个时候，表盘的十二点方向就是正北方。

比如说日晷告诉你现在是下午1点，也就是13：00，减半就等于6.5，6点半。在表盘的6点半位置做标记。


当这个标记对准当前太阳位置的时候，12点正好对着北方。惊喜不惊喜！意外不意外！

也就是说，如果你记住了日晷怎么画、表盘怎么画，你任何工具都不用带，拿一根直一点的小木棍就能知道知道当地时间和方位了。这就是太阳的运用。


2、黄道

黄道就是太阳在天空中划过的轨迹。

很多人要说我特么知道这个轨迹干什么？刚才不是玩过太阳了么？但是其实啊，月亮划过的也是这条轨迹，还有金星，木星，土星，火星，天王星，海王星，对了，还有大家最喜闻乐见的“十二星座”。

快速找到黄道，它在你眼里是一条弧线，弧线的顶点正下方，就是概略南方。


3、北极星

这个知道的人很多，但是！怎么准确找到北极星是个技术活！

我们通常使用北斗七星来找到北极星，但是北斗七星不一定在地面上，这个根据季节、时间有很大出入，不一定能够快速找到北极星。

当北斗七星不在地面上的时候，仙后座肯定在地面上。


仙后座看起来就是这个样子的，我们把主要星星编号，从1到5。1、2连线延长，4、5连线延长交汇在点6，点6和点3连线延长，大概是在3、6距离5倍的地方那颗亮星就是北极星。


即使是在各种导航手段都很完备的今天，星空导航也可能帮很大的忙，很多导航手段都是不可靠的，关键时刻往往还是最古老的最好使。

指北针会受地磁影响；

GPS只能告诉你位置、时间，不能告诉你怎么走，还得靠地图；

电子地图，手机没信号了就抓瞎；

就算是纸质地图，你也需要知道方向，否则跟没有没什么区别。

水色草莓慷

@尞祡 说的没错，懂点天文可以更了解时间历法。
比如圣诞节快到了，我们可以更容易地理解：耶稣的生日为什么是在圣诞节，也即12月25日这天。
这看似是个很蠢的问题——基督教、天主教既然把耶稣视为圣人，在信仰这些宗教的文化中，他的生日当然就是”圣“诞节。
不过如果习惯性地“先问是不是、再问为什么”，就不同了。
因为耶稣的生日到底在哪天，基督教自己也不知道。

根据基督教某教派网站所做的一份总结，《新天主教百科全书》《早期基督教百科全书》都承认“没有人知道基督的出生日期”。
而且从《圣经》中有关耶稣出生时罗马政府正在进行人口回乡登记、有牧羊人正在放牧等方面推断，耶稣出生也不太可能是冬天，而更像是初秋。
那既然如此，人们为何选在12月25日庆祝耶稣的降生呢？实际上这只是公元3世纪开始，罗马人过的一个“无敌太阳神生日”的日期。基督教为了收割异教徒，接纳和改造了罗马人已有的一些文化元素，把12月25日定为耶稣降生日，就是一例。
而之所以罗马人把太阳神生日选在这个时间，是因为冬至日——太阳开始“回归”的时间——在当时的历法中位于12月25日。
所以本质上圣诞节只是冬至节罢了。【注：此说法有争议，参见评论区置顶的评论】

中国同样早在春秋时期就有庆祝冬至日——“冬节”——的习俗，其重要性不亚于新年。这个传统贯穿了整个中国历史脉络，一直到现在，冬至吃汤圆等民俗仍然在流传。
而冬至日之所以在中西方文化中都拥有重要地位，显然是因为在人类文明早期，观测太阳的运行规律是制定年历唯一的依凭。这其中，准确测量冬至成为最基础的工作。
考古证据已经显示，对冬至的测定可以追溯到距今4000多年的史前时期。
在西方，著名的例子是鼎鼎有名的英国巨石阵：



巨石阵（维基用户garethwiscombe）

这些石块摆放的位置是经过精心设计的，其中轴指向冬至日的日落方向：



巨石阵复原示意图（Joseph Lertola）

在中国，被认为可能是尧帝都城的陶寺遗址，也出土了一处被认为是观象台的遗址，其原理与巨石阵大体相似，也是人为设计了一个石柱阵列，石柱间的缝隙被设计为对准冬至日等重要日期的日出方向。



陶寺观象台原址复原品的模拟观测（铲释）



陶寺观象台实地模拟观测结果示意图（铲释）

陶寺遗址距今大约4700年，而英国巨石阵最早的一期工程距今大约5100年。当时的人口有限，工程能力有限，建设巨石阵这样大型的工程，要调用不少的社会资源。有研究者经过现代志愿者的模拟实验，计算出要把巨石从产地运到建设地点并完成搭建，共计需要1000万小时的劳动量——也即1000个劳力为此全职搬砖3年的时间。
可以说，这些工程算是上古时期的“大科学工程”了。

从冬至到夏至再到冬至，一年中太阳在天空中出现在不同的位置，不仅体现在日出的方位不同，也体现在正午时分太阳的高度角有高低之差。
用圭表类型的装置测量太阳高度角的变化，成为巨石阵类型观测台之后，天文学家测量太阳回归年周期的习惯方式。



北京古观象台陈列的圭表（维基用户kallgan）

为了取得比较准确的观测数据，“圭表”也可以被做的很庞大——元代郭守敬主持修建的登封观星台，本质上也是一个巨大的圭表。



登封观星台（图源不详）

用这个大圭表，郭守敬已经可以把回归年周期精确到365.2425天，与现代值相差无几。甚至在郭守敬之后500年，拉普拉斯还使用过来自登封观星台的数据来计算黄赤交角、地球轨道离心率在几个世纪以来的变化。
在登封观象台之后约150年，伊斯兰天文学家乌鲁伯格在撒马尔罕主持建造了中亚地区最大的古天文台，其中最壮观的天文仪器就是一个半径40米的巨大象限仪——刻度表呈弧形而非圭表那样呈直线的一种仪器，乌鲁伯格用该仪器测定的回归年长度为365天6小时10分钟8秒，这个结果跟现代测量值相比，其误差仅比郭守敬的结果大一倍（鼓励一下）。



乌鲁伯格天文台

经过天文学家长久努力对冬至日影进行观测，逐渐有了比较成熟准确的历法供社会使用。而随着机械技术的发展，古人也在不断寻求用机械方式模拟天体运行、运算时间历法的方式，让日常授时更加方便。
我之前写过一篇《它是人类的第一台模拟计算机，2000年前就能计算月全食》讲的就是古希腊人的这样一台机械天文钟，安提基瑟拉机构：



安提基瑟拉机构复原示意图

中世纪的欧洲人制造了更为精巧的天文钟，例如布拉格老市政厅墙上的这座：



天文表盘



日历表盘

这座钟有天文表盘和日历表盘两个表盘，分别建于1410年和1490年。

中国最著名的天文钟是北宋苏颂制造的水运仪象台，它于1092年竣工。1994年，台中自然科学博物馆首次对水运仪象台进行了全功能的复原：



台中科博馆所藏水运仪象台复制品（维基用户Neillin1202）

以水运仪象台的体量之庞大、结构之复杂，也仍然称的上是那个时代的“大科学工程”。

@尞祡 已经提到，随着欧洲近代机械技术的发展，日历功能开始出现在小小的怀表上。不过这种功能毕竟是仅供大众的日常使用之需，不具备“大科学工程”级别的大型天文钟那么完整的功能：一开始的日历表尤为简陋，无法自动应对大小月天数变化，需要人为根据月份进行调整；后来大小月的问题被解决后，每四年一闰的时候仍然需要手动加以调整。
到19世纪，制表商百达翡丽开发出所谓的万年历表，解决了每四年自动置闰的需求。实际上这个功能的实现并不神秘，就是通过在一个所谓“48齿年历轮”的齿轮硬件上刻入每四年一闰这个周期中，各个月的天数长度这一组数据，来保证表面能够显示出正确的日期。



48齿年历轮设计示意图

而由于“48齿年历轮”的设计基于把一年的长度看做365.25天的近似，跟实际的太阳回归年长度有一定的差别，所以每133年就会差出一天；当代的万年历表则进一步考虑了遇整百年份时，整除400才计闰的需求，这样改进之后，每隔9600年才会差出一天，成为名副其实的“万”年历。



一枚现代万年历表的机芯和使用该机芯的两款表，左老右新（WatchBase）

不过即使机械工艺的发展差点让人类走入蒸汽朋克所畅想的那种文明，天文观测在很长一段时间内都没有完全退出授时的舞台。通过观测恒星中天来校准时间、跟巨石阵与陶寺观象台在最本质原理上并无二致的近代天文授时仪器“中星仪”，直到20世纪后半叶还在世界各地广泛使用。随便拜访一个上世纪活跃运作的天文台，你都能看到这种仪器的遗存。



维也纳的一台中星仪（H. Raab）

有点扯远了。
在文明早期，天文观测曾经是指导时间历法的唯一可靠方法，这让冬至这种简单的天文现象时点被赋予了诸如“圣诞”这样极重要的宗教文化意义，影响绵延至今。后来随着技术发展，天文观测逐渐退出了日常授时的领域，而仅作为授时装置的校准数据源。
只有在离我们当今世界已经很近的时间点，计时装置的精度才全面超越天文现象观测所能提供的时间精度，人类科技的时间源反过来成为探索天体世界所倚仗的工具，不过那是另一个大坑了。

蓝色的天空888

先谈个小例子，Wi-Fi的发明。


地球是太阳系乃至整个宇宙唯一有Wi-Fi的星球（图自http://gifer.com）

        相信大家不会否认：地球是宇宙内目前唯一适合人类生存的星球。
        因为只有这里有Wi-Fi（手动滑稽）。
        去年，我们组的全组活动去了这么一个地方，荷兰的Dwingeloo村和附近的Westerbork村 ，它们距离很近。而让它们闻名遐迩的，是人类天文学历史上两个著名的射电天文望远镜。这种射电望远镜通过收集宇宙深处传来的电磁信息，洞悉宇宙深处的奥秘。
        其中，Dwingeloo村的望远镜口径达到25米，虽然现在来看比起我国的500米口径FAST天眼不值一提，但它早在1956年就建设完毕，并成为当时的世界第一。


Westerbork Synthesis Radio Telescope（图自：Onderwijsgek）

        1970年，科学家们在附近的Westerbork村建立了共计14面25米口径射电望远镜，它们延东西向排成一个2700米的阵列，能够形成综合孔径射电望远镜，相当于扩大了有效观测口径、效果更好，也是现在射电望远镜发展的主流思路之一。
        在参观过程中，负责讲解的教授告诉了我们一个震惊的消息，这里竟然是Wi-Fi的起源地！
        下面邀请我们的主角，来自澳大利亚的约翰·奥沙利文博士（John O'Sullivan），他是一名射电天文学家，同时也是一位著名的电子工程师，Wi-Fi就是他的成名作。


奥沙利文博士因为对Wi-Fi做出的巨大贡献获得了无数荣誉（图自：SATorchi）

        1974年，他从悉尼大学博士毕业后来到Dwingeloo射电望远镜和Westerbork望远镜干涉阵列工作。
        当时工作的一个重大难点是望远镜收集完数据之后如何将它们集中处理。使用彼时笨重、昂贵、效率低的硬盘拷贝实在费时费力，他就和同事们研究如何将数据进行处理、进而实现无线传输，尤其是针对原本噪声较大的天文图片，这样能大大提高科研产出的效率。
        因而，在1977年他和同事们就将研究成果发表出来。在随后的时间内，他也一直致力于不断提高这项技术，最终他的贡献成为IEEE 802.11系列标准的重要内容，这个系列从1997年成型并不断更新，成为无线局域网技术的绝对核心。
        它的最重要应用莫过于今天的Wi-Fi了，以至于在业内人士看来，Wi-Fi基本等同于IEEE 802.11标准。



这个小小的Wi-Fi标志，已经成为现代社会无数人生命的一部分

        讲到这里，有必要为大家纠正一个观点。很多人都认为天文学是一种科学家研究星球和宇宙的酷炫学科，距离普通人生活非常遥远。
        但实际上，天文学是一个非常基础的自然学科，可以说伴随着人类文明的伊始便不断发展，几千年来，已经成为一个门类众多、分支方向复杂的学科。它的发展需要将数学、物理、化学、工程等多个学科融合在一起，它的进步也促进或倒逼相关学科同步前进，Wi-Fi只是一个典型例子而已。
        因为天文学为人类带来的贡献简直不胜枚举。
        爱因斯坦提出相对论之后，从理论上讲能解释物理学领域的时空和引力问题，这两者同时也是天文学的根本。但相信大家也听说过各种“全世界只有几个人能看懂相对论”类似说法，一个重要的原因在于当时的条件并不能直接验证。后来起决定性作用的，还是来自天文学观测。水星近日点进动观测、光波在太阳附近传播时的偏折、光波重力红移效应等，成为验证爱因斯坦理论并让他声名鹊起的爆发点。
        相对论给人类带来了非常伟大的贡献，一个典型的例子在于GPS和北斗卫星的应用。考虑到狭义相对论和广义相对论的综合作用，它们的原子钟必须调整频率后才能进入太空，否则根本无法工作。


当质量较大的恒星发射光线远离引力源时，便会出现从蓝到红的红移现象

        而对于包括GPS和北斗卫星在内的整个人类航天器研制中，几乎每一个任务都会搭载恒星敏感器，这种仪器可以对天文学已经研究透彻的太阳或星空背景拍照，从而通过对比拍出的图片和数据库中的存储信息，获取自己的精确姿态信息。这种技术大大领先了此前只能依赖惯性器件获得姿态的方式，极大降低了成本并提高了精度。
        甚至对于我们日常已经习惯的CCD（Charge-Coupled Device，电荷耦合器件）所主导的电子照相影音时代，也与天文学有密不可分的关系。早在1970年代，CCD的发明，很大程度就是为了满足天文和航天任务的需求。1976年发射的锁眼11卫星，成为世界首个使用CCD技术的侦察卫星，信息通过无线通讯技术直传地面即可、不必像此前卫星普遍携带胶片重返地球。而随后天文史上大名鼎鼎的哈勃望远镜在70年代末成功立项，它就是一个民用版的锁眼11卫星，将这个神秘的军事CCD成像技术彻底民用化，经过多年发展最终改变了我们今天的生活。


哈勃望远镜是人类史上最成功的天文仪器，它也带动了无数新技术的民用化（图自：NASA）

        即便是电子影像时代之前的胶片时代，胶片也最早是天文学家为了解决观测太阳影像记录问题而使用的，它随后撑起了20世纪无数人的美好回忆。
        如果把科幻作为成年人的童话，天文学则为这个童话提供了最多的故事背景，无数著名的科幻作品都基于人类天文学的进步，《三体》就是一个极好的例子。天文学也是人类最为流行的爱好之一。
        在整个科学领域，流传一句著名的话：“科学无国界”。这句话用来形容天文学发展再不为过，因为几乎任何一个大型的天文学研究，都是各国科学家国际合作的结果，从天文学开始，这种国际合作也推广到各个领域。
        而天文学最融入每个人生活的贡献，则是它在几千年内塑造了人类对时间的认知，关于这部分内容，强烈推荐下天文学大佬 @尞祡  的回答：

天文学在生活中的运用有哪些？        天文学是人类文明进步的重要引擎，看看它为人类做过什么就知道了。

hknuhp852859

刚上大学的时候不认路，晚上靠夏季大三角辨认方向从地铁站回的学校