总有⼈问我能不能夜观天象、指点天⽓？这真不会。我是国家天⽂台的研究员戴昱。我是做天⽂观测的。很多⼈听到我的职业就会问我：戴昱你是不是特别浪漫？经常周末跑到野外去，抱着⼼爱的望远镜、冲着天空⼀望就是⼀宿？更有甚者还会问，你是不是晚上会抱着宝剑去天⽂台，跟诸葛亮⼀样借东⻛？或者，夜观天象，指点明天的天⽓？当然不是。
真正的天⽂望远镜观测，⼤多数时候就是坐在台⼦前，对着⼀堆电脑，它们有调试望远镜朝哪的，有直接显示星空的。有些⼤型望远镜，还需要很多⼈⼀起协同观测。这些跟浪漫是⼀点都不搭边。⽽这些才是我们真正的⽇常。但是，我能想到最浪漫的事情，是在通往望远镜的路上。地球上最好的⼏个天⽂台，周围有⾮常好的⻛景。
⽐如夏威夷的Mauna Kea，周围有⽕⼭岩堆起来像⻢蹄⼀样的路；智利的ALMA，北部观测条件⾮常好，季节合适的话，路上可以看到盐湖，盐湖上甚⾄可以看到⽕烈⻦；还有我们国家的“天眼”，周围⾮常的⻘翠；⻘海的冷湖天⽂台，也是⼀个观察条件⾮常好，⻛景⾮常优美的地⽅。那天⽂学研究的到底是什么呢？以前中国的⼩朋友有⼀本开蒙⽤的书《千字⽂》，⼀上来，⼋个字扑⾯⽽来：“天地⽞⻩，宇宙洪荒。
”宇宙两个字分开来，“宇”代表的是空间，“宙”代表的是时间，天⽂学就是研究空间和时间的⼀个学科。《千字⽂》接下来⼋个字更有意思：“⽇⽉盈仄，⾠宿列张。”讲的是⽇⽉盈亏，还有天穹上的天体分布。天体有很多的类型，最⼩的是卫星，⽐如⽉亮，卫星绕着转是⾏星，⽐如地球，地球再往上是恒星，⽐如太阳，很多恒星的集合就是我们今天的主题——星系。
所有在星系引⼒场⾥的恒星、尘埃、⽓体，包括暗物质、暗能量，都属于这个星系。我们身处的银河系就是星系，⾥⾯有千亿颗恒星，我们的太阳并不在银河系的中⼼，⽽是距离中⼼有两万多光年。这是什么概念？⼀光年是光在⼀年⾥⾯传播的距离，⼤概9万亿公⾥，或者是6多万倍地球到太阳的距离，所以天⽂学研究，是真正穿越时空的旅⾏。
下⾯这张图⾥的M33和M31都是星系，其中M31是仙⼥座星系，M33是⼈类⾁眼能看到最远的星系，⼤概离地球300万光年。NGC752虽然⻓得很像星系，但其实是疏散星团。仙⼥座星系M31 | Astrosurf那么怎么区分到底是星系还是疏散星团呢？这就涉及到⼀个红移的概念，有红移的基本都是星系。先来解释⼀下红移，⼤家听过救护⻋从身边开过吗？它的喇叭从远到近，⼜从近到远，声⾳的频率会发⽣很⼤变化。
靠近时声⾳很急促，远离时声⾳被拉⻓，这种频率的变化就分别对应着天⽂学中的蓝移或者红移。⼀百年前，哈勃发现了宇宙是持续膨胀的，也就是说，我们和星系之间的距离不是固定不变的，有些星系在远离，有⼀些则在靠近，远离我们的星系就有红移，反之靠近我们的就是蓝移。我主要关⼼的领域是星系的形成和演化。星系是怎么产⽣的呢？
这要追溯到137亿年前宇宙诞⽣的时候：⼤爆炸发⽣后，宇宙经历了超光速的暴涨，密度的扰动会造成我们现在看到的微波背景辐射，经历了⼀段时间的沉淀，扰动到⼀个密度⽐较⾼的值后，第⼀批恒星就慢慢形成了，慢慢地恒星⼜形成了星系。在我看来，宇宙的演化过程跟《庄⼦》⾥有⼀段话说得很相似。“南海之帝为倏，北海之帝为忽，中央之帝为浑沌。倏忽⽇凿⼀窍，七⽇⽽浑沌死。
”就是说，在“倏忽”，也就是时间的作⽤下，宇宙浑沌的状态结束了，慢慢地整个宇宙变成了有七窍、有结构的⼀个状态，就是我们现在看到的宇宙。⼤家知道我们现在发现最早的星系是多早以前吗？135亿年前，这是2022年7⽉刚被打破的记录，是⻙布望远镜的第⼀批结果。⻙布才刚刚运⾏不久，在接下来的⼏年甚⾄⼏个⽉以内，这个记录很有可能还会被再⼀次打破。我们还发现有⼀个⾮常有趣的类⽐。
下⾯这两张图左边是中国的地图，展示的是城市晚上的灯光，右边是观测到的宇宙⼤尺度结构。如果把城市和星系放⼤来看，会发现它们之间很相似，都有明显的聚居⾏为（星系团和城市群）。⽽且，两者之间不仅是结构上的相似，形成原因也有相似性——都是因为⼈⼝密度或者恒星密度达到⼀个极限值后，就出现了城市或者星系。
城市灯光 | NASA/Max Planck Institute关于星系与⼈类社会，我的好友天⽂学家王涛博⼠有⼀段⾮常精彩的论述：“⼈们向⼤中城市的聚居⾏为，很⼤程度上可以⽤类似引⼒的特性描述，如城市吸引⼒与⼤⼩成正⽐，与距离呈反⽐。”还有⼀个有趣的类⽐：当恒星的密度在⼀个星系⾥越⾼，这个星系⽣⻓的速度就会变慢，这跟⼈⼝密度⾼的地⽅⽣育率下降是类似的。
这些类⽐很有趣，但需要澄清⼀点：它们绝对不是科学论证。但是，归根究底为什么会有这种相似性呢？因为不管是天⽂学还是社会学，都是通过研究复杂系统，来描述研究对象⾏为⽅式的科学。所以有时候，科学家会通过类⽐，寻找不同的学科的联系，有时会得到不少研究灵感。继续说回星系。我最关⼼的是星系的演化，也就是它的成⻓。它怎么⻓⼤呢？其实，跟⼈类很像，星系的成⻓需要“吃”东⻄，⽽且星系的“吃”还分两种。
第⼀种⽅式是相对缓慢的，从周围环境中吸取物质，然后慢慢消化，变成了恒星。那么，如何衡量⼀个星系“吃”的多少？⼀般⽤恒星质量来衡量，恒星产⽣得越多，质量增加得就越多，也就是“吃”得越多。第⼆种⽅式的“吃”发⽣在星系的中⼼，也就是⿊洞。现在⼏乎所有理论和观测都认为，⼤质量星系中⼼存在密度很⾼的核球，核球的中⼼是超⼤质量⿊洞，这样才能把整个星系通过引⼒束缚在⼀起。
经过接近10年的观测，天⽂学家发现在银河系的中⼼，⼈⻢座α⾥，所有的恒星都围绕着⼀个点在运动，这个点就是它质量的中⼼，也就是银河中⼼的超⼤质量⿊洞。为什么说它是超⼤质量呢？因为它⼤约有400万个太阳那么重。这个发现在2020年获得了诺⻉尔物理学奖。⿊洞在不停地吃东⻄，⽽且它吃的东⻄会在⿊洞周围形成⼀个吸积盘，相当于物质在⿊洞周围排着队，等待被吃掉。
但是在排队等待的过程中，有很⼤⼀部分物质的质量直接被转换成能量了，著名的质能转换公式E=MC2就是在描述这个过程。当质量都变成了能量，这些能量会发出巨⼤的光芒，让这个⿊洞看上去⾮常亮，以⾄于整个星系的光芒都被⿊洞所遮掩了，所以在我们眼中看起来就像是⼀个明亮的恒星，但实际上它是星系，这种星系叫类星体。
类星体中⼼的尘埃环与吸积盘 | STSCI & NASA类星体因为“吃”东⻄的速度⾮常快，所以不能很好地吸收，经常会“吐”。这⾥的“吐”指的是物质在还没有进⼊⿊洞前就被推出去了。根据被推出去速度的快慢，分为⾼速的喷流，以及慢速的外向流。喷流的速度⾮常快，⼀开始甚⾄接近光速，所以喷流的尺度可以到达星系⼤⼩的⼏倍、⼏⼗倍，甚⾄⼏千倍。
⽽外向流喷出来的物质速度不⼤，就会在⿊洞周围，形成像⼩泡泡⼀样的形状。星系形成的途径，除了“吃”，还有⼀种就是星系并合：两个星系很靠近时，会受引⼒吸引，彼此在引⼒作⽤下，慢慢地经过⼏个回合，并合成⼀个星系，这是⼀种⾮常⾼效的⽣⻓⽅式。通过观测，我们发现宇宙中很多星系并不是孤⽴的。在它周围可能就有⼀个伙伴，或者它可能正在进⾏并合。
⽐如下⾯的NGC2623，就是⼀个⾮常有名的并合星系，可以看到它的形状像两朵玫瑰花的花⼼触到⼀起。花⼼正发⽣着剧烈的“吃”，所以很多恒星产⽣了，图中蓝⾊的⼩点都是新的恒星。但是，它的花径⼜被甩出去了，这是星系在“吐”，形成了两个潮汐尾。即使被“吐”出来，潮汐尾上也还在进⾏着“吃”的过程，有很多蓝⾊的⼩点，也就是新的恒星在诞⽣。
并合星系NGC2623 | NASA/Chandra/HST/CFHT/Spitzer下⾯这张图是斯蒂芬五重奏，是由5个星系组成的集团，其中4个正在进⾏四⼈舞。在这个过程中，它们也在不断地“吃”和“吐”。斯蒂芬五重奏 | NASA/JWST根据预测，我们的银河系和仙⼥系在未来也可能会并合。不过不⽤担⼼，那将是40亿年后的事了。即使真发⽣了，并合对太阳系和地球的影响也是微乎其微的。
这是因为恒星和恒星的距离在星系中⾮常⼤，⽐如，离地球最近的恒星⽐邻星，距离我们约4光年。我们可以把两个星系，想象成两个⽅队的⼩朋友，每个⼩朋友都占据了半个操场，如果他们闭上眼朝着对⽅冲过去，碰到彼此的概率是⾮常低的，也就是说，在星系并合时，恒星直接毁灭的概率也很低。相⽐于⼈类的时间尺度，天⽂学研究的尺度⾮常⼤，很多天⽂学家预测会发⽣的事，等真正发⽣时，⼈类可能都不存在了。那为什么还要研究天⽂学？
2500年前，战国时代孔⼦曾经说过⼀句话，可以回答这个问题。他说：“朝闻道夕死可矣。”好奇⼼是推动⼈类进步的原动⼒之⼀，即使⼈类的寿命有限，⽆法和宇宙⼴袤的空间、绵⻓的时间相提并论，但⼈类的好奇⼼和思想可以。孔⼦的⾁体早已不在了，但他的这句话“朝闻道夕死可矣”，在2500年后还被⼈类传诵，⽽这就是思想和好奇⼼的⼒量。谢谢⼤家！