前不久有个信息一下子在中国影迷圈内炸开了花，那就是万众期待的阿凡达2将同步北美地区于12月16日上映，小师姐也很期待！而相信大家只要看过阿凡达1，都会对景色绮丽又充满浪漫色彩的潘多拉星球印象深刻。那么这样的星球真实存在吗？亿万光年之外的星球真的有生命迹象的存在吗？今天小师姐邀请了天体物理方向的资深导师来和我们一起深入了解下大家印象中“高大上”的天体物理！天体物理怎么学？
有方J导师
中国科学技术大学天体物理学博士
在太阳系外行星、超大质量黑洞和星系等研究领域发表研究论文50余篇
指导十余名高中生参加丘奖和ISEF获奖，被剑桥大学等顶级院校录取。
J导师在天体物理领域有丰富的带教经验。如何培养对天体物理有兴趣的学生？天体物理适合初次体验科研的学生吗？就让我们来看看J导师的的倾情解答吧！记得收藏文章哦！
#以下为J导师第一人称叙述
没有边界的探索才能突破现有认知 ？您当初是因为什么样的缘分会选择天体物理这个专业？
我原来高中时候觉得自己最厉害的是化学，当时填专业的候我也报了化学系。但后来因为科大的物理系更好，当时考得也不错，最后就选择了物理系。
物理有很多分支领域，而我选择天体物理是因为它没有边界，有太多未知的事情可以探索。现在的物理学在20世纪初时曾经历过一段蓬勃的发展期，革新了人们的很多认知，然后就缓慢陷入了瓶颈，人类迟迟没法再次实现对自然认识的突破。因此现在其他的物理领域，实际上你都能看到它的边界，目前来说对这些领域最重要的就是摸索边界以外的事物，然后通过时间和人力来搭建一些细节。
而天体物理不一样，拿物理实验来说，天体物理就是超极端环境下的物理实验，需要地球实验室没有的条件，比如特别热的极端条件，而这种极端条件下的物理学就是超越我们地球上实验室的物理学。
2020年发现黑洞
2019年宇宙学理论和系外行星
2017年发现引力波
2015年中微子振荡（属于天体物理范畴）
这几年近一半的诺贝尔物理奖项也都和天体物理相关，从2015年到2020年天体物理领域的研究成果已经4次获得诺贝尔物理学奖。由此可见我们想要再次实现对自然认识的革新，突破口就是天体物理。
现在天体物理比较热门的研究方向是？
现在天体物理的研究无非是几个方向。我首先想到的是行星相关，无论是探索系外行星还是太阳系内行星都是非常值得关注的方向。这些其实都和生命息息相关，生命一定居住在行星之上，所以我们探索行星其实也是在探索生命的起源。
银河系中心黑洞的首张照片（图源：EHT合作组织）
其次就是黑洞，黑洞挺有意思的，这是大家最熟悉的天体物理话题，非常出圈，但也是大家最不熟悉的东西。每次有黑洞的研究的话，大家都很感兴趣。从专业的角度来说，探索黑洞也是探索新的物理，很多人相信新的物理学突破就蕴藏在黑洞之中。 
暗物质也是热门话题。宇宙中绝大部分都由它构成，但我们却对它知之甚少。我们生活在宇宙里面， 却对宇宙中90%以上的东西都不了解，这也正是天体物理的魅力所在。我设计课题的时候基本都是往这几个方面靠拢，现在前沿的天体物理也基本围绕这些，但是研究方法、具体对象还有思路和技术都会不同。
打破成见!天体物理真的门槛更高吗?
您有一个课题跟阿凡达有关，您觉得我们平时日常看的科幻电影与您实际研究的领域中的天体物理有什么不同或关联呢？
以经典的阿凡达和星际穿越为例，这两部电影其实都有非常严肃的科学背景。比如星际穿越的科学指导其实就是现在世界上最好的一位广义相对论专家，因为发现引力波拿下了2017年诺贝尔物理奖。所以电影里显示的场景和画面都经过了严格计算，并不是人凭借想象力构造的。当然，他的故事情节也有一定的理论支撑。
阿凡达1经典场景
阿凡达也是这样，导演卡梅隆当时想到这个故事，就是因为当时天文学家找到了一个宜居行星的迹象，不过现在根据最新的研究是不存在的。所以我设计这个题目也是想让学生在这个背景下，通过最新观测所积累的数据，结合理论来分析阿凡达的世界。
当然也会存在不够严谨的细节，这也是课题想要讨论的地方，我主要是想和大家一起严肃地讨论一下哪些是对的哪些是不对的。比如电影中有个星球的潮水涨潮有一公里高，这个数据就是没有经过计算的。如果严格计算后就会发现如果潮水有一公里高，这个行星就不会存在，因为它会被黑洞吞掉。
研究天体物理的过程会遇到很多困难吗？如果学生中在课题中遇到困难，您会怎么帮助他们？
我设计课题时主要是从学生们感兴趣的角度入手，面对自己比较熟悉的事物时，学生通常会更自信；然后提示他们熟悉的事物里其实蕴藏着深刻的科学知识，慢慢引导他们一起探索。如果学生遇到瓶颈难以克服，我会适当地引导，鼓励他们去探索各种可能性，并不会直接向他揭示“答案”，因为科研并没有所谓的标准答案。科研中的独立性很重要，如果将科研做成习题那也就没意义了。
最重要的是循序渐进地引导学生，我带学生的时候会留意他们的能力和掌握水平，不会一下把所有东西拿出来，先把一些前沿的、容易懂的东西让学生们慢慢做，如果他觉得轻松，我们再提出更深刻、更难一些的问题。当我们探索更深一点的问题，学生也能感受到研究是一个持续发展的过程，而不会满足于当下的结果。
科研是开放性的，同一个课题也会有不同深度，课题能做到什么水平和跟自身能力、项目的时间等相关。只要和老师一起有逻辑地不断往前推进，学生在过程中肯定都是有收获的。在科研过程中，我和学生也会不断沟通，去调整课题难度。有的时候不只是能力问题，对于高中生科研，时间也是个大问题，但科研往往都需要时间的积累，所以如果要产出完整的研究，及时调整很必要。有些时候，学生能力和时间都允许的情况下，也可以加深难度继续讨论。
如果孩子对天体物理有兴趣，该如何培养/引导孩子的兴趣？
鼓励学生参加天文社团进行观测是很好的方式，它能够实实在在地接触到宇宙，对遥远的天体有直观的感受。如果大家家中有望远镜，就可以尝试观察那些明亮的天体，天体的变化蕴含着很多知识。如果家里有条件购置长焦镜头，也可以来做天体观测或拍摄，这样的观测其实也是现在不少前沿科研的基础。
另一种方法就更加亲民，那就是参与一些公共天文项目。因为专业的天体观测耗很消耗人力和时间，所以就像我之前说到的 一样，现在有很多天文学的开放学的数据。天文学家会把数据和图片，还有一些曲线等等就放在网上，然后让公众来观察，来分类挑选。也有很多人会把那些有趣的东西分享出来，让更多人来一起看。
现在的程序只能对已知的事物进行分类，而天体物理中很多的资料都是未知的，没有明确的定义，程序无法处理这样的内容。不少这样的项目通过群众的力量来打标签、进行分类，最后也都有了很好的成果。所以我很推荐有兴趣的学生去尝试这一方面，一方面这算是严肃的科学研究，离前沿科学很近，另一方面这比较方便，不需要消耗太多时间。只需要你上网了解数据和项目的目的，然后完成一定的工作量，最后的科学成果就有你的一份力，有参与感的同时这个过程也很有趣。
中学生做科研能带来什么？您觉得天体物理的科研经历对学生申请学校产生了什么样的帮助？您觉得锻炼了他们哪些能力？
我记得有一组学生，在项目中我们当时讨论了广义相对论的相关问题，一开始他们可能会觉得高中生没有办法解决这类问题。但其实通过他们的努力，他们的认知水平是可以达到这个程度的，因为我们并不是要从零探索、发现一个新的事物，而是针对这个前人提出的概念进行讨论。当他们克服了这个障碍，他们就觉得这个问题其实也没有那么难，这也让他们更有自信地继续探索，最后课题的完成度也很高。
基于这样的科研经历，申请和面试的时候，我觉得他们更能展现以下的特质和能力：
逻辑思维能力
这一块的锻炼是最直观的。在科研项目中你需要不断锻炼自己的逻辑去思考问题，发现新的问题。
内驱力
我觉得这是一个很重要的特质，比兴趣更加重要，因为很多时候兴趣并不能支撑人长期坚持。科研可以源自兴趣，但如果你没有科学研究的内驱力，很难完成一个完整的项目。而且内驱力可以驱动学生不断地深入探讨一个问题，而不是停在一个阶段的结论就觉得自己已经完成了，所以内驱力对于科研非常重要。
抉择能力/判断力
这是在科研项目中经历过许多失败磨练出来的能力。当你的科研经验积累到一定水平，你对于很多科研问题的判断就更加精准，比如说一些科研方向的前景，你就可以更快地判断一个研究方向有没有未来。研究方法方面也是一样，刚开始面对一个问题的时候，学生总会觉得很多研究方法，但当多次试错后，总会总结出最合适这个课题也最适合自己的那条路。
您如何看待中学生做科研这件事情？
我很赞同中学生做科研。我觉得科研现在和音乐、艺术、体育是一类事情，既然有条件的话，不妨进行一个深入的尝试，说不定就能挖掘出自身的潜力。很多时候潜力和兴趣不一样，有些孩子有兴趣但是可能潜力不在这里，有些孩子有潜力只是没有尝试过所以就不知道。经济能力允许的情况下，尝试更多的领域，开拓更多视野，才能发现自己的潜力。
另一方面，中学生接触科研也可以让他们更好地规划自己的人生。一些学生说现在对这个研究很感兴趣，但真正深入这个行业做科研之后未必会选择往这个方向发展。在进入大学选择专业前，多多尝试是件好事。了解各种学科的过程，无论是人文社会还是自然科学又或是工程技术，对提高自己的素养也大有裨益。因此我觉得，科研除了让你更好地探索世界，也是个探索自己、了解自己的过程。
对我自己来说和学生一起做科研的过程非常有意思，也越发意识到在现代社会培养孩子做科研是很重要的。现在的学生很难在信息洪流中分辨真假，成为被输入知识的一方，从而缺少自己探索的想法。我觉得科研很适合培养学生探索原始知识的能力。对待知识的态度非常重要，我们应该追踪到知识最原始的地方，宁可知道得没那么多，但想知道的一定要凭自己的能力去弄懂。从最原始的地方一直到现在，从一条线下来纵向地去理解事物，这样才有意义。
再次感谢J导师的倾情解答！前文提到J导师有丰富的带教经验，在他的指导下已经有不少学生因为天体物理的科研经历和自身出色的表现被梦校录取，让我们来看看他们怎么说：
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