天文研究該如何入門？

12-01

這個問題太難了。這是在我知乎見過的最難回答的問題，沒有之一。我覺得我沒有能力回答好，但是我特別能理解題主的心情，所以我想從關心學弟的角度說一些感受。

歡迎你來到天文學研究這個領域裡，時間越長，你越容易發現，這個領域有著特別奇怪的處境。有時候特別特別牛逼閃閃，而有時候又會覺得不值一提。雖然其他行業也會如此，但我特別希望，你能有一點不一樣的自豪感保存在內心深處。因為這個領域，真的真的太難了。

我有如下的一些想法與你分享：

作為本科生進入課題組，是好事，你需要做的絕對不是焦慮為什麼沒有成果，而是應該扔掉和別人比較的心態，使勁學習別人在做的事情；
你覺得進步緩慢，其實這是一個很重要的時期，從學習到研究的過渡態珍貴了，希望能每一天都開心；
其實你說你費了好多天功夫發現只是一個小白問題，我覺得這就是很大的進步，將來，在這個問題上你就是專家，你就是最有發言權的親歷者，別人對這個error的體會就不如你深刻。而且問題都是問題，不存在小白問題和大白問題；
知識儲備永遠都不會滿足的，我反而覺得更重要的是勇氣。你要有敢幹的勇氣，導師說了1，你把1做了，試著把1+1也做做，肯定做不對，但是有勇氣試試，會收穫很大；
最好的學習方法，是在運用的過程中學。你堅持下去，就會發現，你學的都是有用的，有用的都要臨時學；
最後說兩個小tip，對我自己很有幫助：第一個是讀文獻的時候，要精讀introduction，因為那裡面對你來說有著豐富的學科背景和知識體系，千萬不要跳過這部分拘泥於後面的數學技巧。第二個tip是勇敢地多出去參加會議，學校的、國家的、天文學會的、國外的。和導師說，表達你每次會議都有衝動去的意思。你會發現你將從啥也聽不懂看熱鬧，慢慢變成能說會道。

總之，最美的不是論文和獎金，最美的就是有一天回過頭來看看自己一路走來，成果不多，教訓多，經驗不足，興趣還足。一個新的你，這是最美的。

最後做個廣告，希望研究生或者博士來北師大天文系。

第一次在知乎上回答問題。
作為一個本科與碩士是理論物理（引力與宇宙學方向），三年前開始轉行研究星系演化與形成的在讀博士，在這個問題上我想我可以貢獻兩分錢。

我覺得我能夠在天文的路上走下來是得益於下面兩點。
１）有發自內心的動力：在想像作為天文學家的以後的自己在做的事（包括帶ＭＭ去野外看星星）時會使你快樂。這一點各人不同我也沒什麼可具體說的。

２）樂於使用、甚至創造工具來完成工作（俗稱折騰），並且可以在從這個過程本身中獲得快樂。這個是我喜歡搞天文的最大理由。
　　由於我的大學沒有天文系／天文方向，我本科和碩士沒有學過天文學的課程。僅有的是在本科畢設和碩士期間做引力與宇宙學時順帶接觸的一些相關邊角，例如和暗物質相關的星系旋轉曲線，和暗能量相關的Type Ia 超新星, 重子聲學振蕩（BAO），等。
剛進博士組的時候，我不知道RA和Dec, 不知道filter, 不知道fits文件和ds9, 不知道iraf和sextractor。我非常忐忑。
　　我做的第一個項目是用肉眼檢查（visual
inspection）一個從紅外波段選出來的catalog（好像是翻譯成星表）里的星系的SDSS（光學波段）的圖像。我需要做的是把這些星系逐一輸
到NED（NASA/IPAC Extragalactic Database,
一個查詢天體信息的在線資料庫）的搜索表格里，找到對應的光學圖像，用肉眼檢查並歸類：明亮，暗淡，或不可見。星表一共有一萬多條記錄，組裡每個人分到四
千條左右。那一刻我惆悵的像一條蜿蜒的河。
　　我不喜歡重複「複製粘貼查找做記錄」這個過程四千遍。我於是用dotnet（是的，我當時還在用windows系統）寫了一個圖形界面窗口：把表載入到data table 組件里，從表的開始自動拉取圖像和相關參數，一鍵分類，然後跳到下一個……最終的結果是，由於當時水平實在差（dotnet是之前自學的，記得是為了弄一個校內網關快速登錄的腳本），從編寫到調試到完成任務，花了三個通宵＋三個白
天。結果總時間比其他人手動看過去多花了一倍。但我喜歡這個過程。我用這多一倍的時間堅定了自己在天文這條路上走下去的決心。
　　老闆是做觀測天文的專家。幾次組會後發現他的工作style簡直就是我的群星啊歸宿：Linux, vim, awk, grep, sed，看著這些高冷的state-of-art程序們擺著十八般模樣——簡直是我的geek夢。然後就是各種天文軟體。我的天文基礎知識很大一部分是在學習（或者說折騰）這些工具軟體的過程中漸漸積累起來的。
　　到了第一個學期末，我去天文台做觀測。在觀測間隙倚著山崖邊的樹抬頭，我彷彿在深邃的星空中看到了那個曾無數次仰望它的少年自己。

最後稍微提下我現在用的工具和做的事情，希望可以側寫出天文研究（主要是星系演化與形成方向）的常態：
１）觀測數據和數據處理。大多天文台望遠鏡的時間需要寫proposal申請，說明自己要做的觀測有如何如何的重要性，bla-bla。大的望遠鏡時間競爭很激烈。好在這些觀測數據通常都會在一年後公開，再加上一些本來就是公開大型巡天項目。於是現有的公開檔案里已經有著海量的數據。這些數據的原始形式很有可能無法直接用於驗證或證偽科學假設，所以數據處理和分析也許是占最多時間的事。而當代天文學觀測技術的發展又使得我們所能接觸到的數據量呈爆炸式增長，所以或許應該在我前面提到的「數據」前都加個「大」字。
２）作為一個各項指標都處在平均的在讀博士，我對天文科研還遠未體會得深刻。我自己現在在做的事大多是這樣的：scientific idea－&>數據挖掘－&>數據梳理－&>scientific reasoning。
３）編程和工具。python 是我的工作語言。astropy是一個很有用的庫，基本涵蓋了所有一般目的的天文數據操作和計算。還有就是各種先人造好的輪子，這些東西大多是c和idl,還有java也不少。而很多情況下為了解決具體問題我們需要自己動手hack或修改，所以這些語言我也都粗通一點。
最後就是絕大多數這些輪子就是在linux環境下才能用的，所以，shell和各種命令行工具用熟了對生產力有提高大的提升。
４）科學訓練。除了物理數學基礎課外，就主要是這四門天文理論課：恆星形成與演化，星系的形成與演化，星際塵埃，宇宙學和相對論。另外還需要的是觀測技術課（主要是ccd data reduction）。課程之外的研究方面，河馬老師和Xuesong Wang的答案也是我這個半路出家的天文研究者需要好好消化的。

海盜河馬的答案很靠譜。在這根據我帶過的本科生的情況說一些具體的可以執行的建議：

不要怕問問題。不管問啥問題，問誰問題，都不要覺得浪費了對方的時間——學長，導師，軟體的開發團隊，所看paper的作者，等等等等。手頭有了需要解決的問題，先掂量一下自己能不能搞定。覺得自己能搞定就估計一下需要多長時間能搞定，如果超過設定時間1.5-2倍，果斷問。無論設定時間是多少，如果超過3-7天沒有進展，果斷問。如果掂量了一下手頭的問題覺得太困難，看不到明確的前進方向，果斷問。決不能因為「覺得似乎再弄弄就能解決了」或者「這種比較基本的自己盡量解決不要浪費那麼忙的學長/導師/其他人的時間」。Reinventing the wheel是很浪費時間且多數時候都完全沒必要的。題主描述「總之，入門很艱難，感覺效率很低，經常被一個error糾纏很多天，翻閱很多東西但最後可能只是缺少一個環境變數的小白問題...」真是太典型剛開始做科研的人的問題了。而且在課程上表現越優秀的學生往往越容易這樣——他們太習慣自己可以解決手頭的問題了！一定要改！科研不是做作業。
寫工作log。寫log的好處有很多很多，但就此處針對題主的問題，寫log的目的是明確你接下來要做的事情的目的。我發現新手很容易lost，因為不會的東西太多了，經常「學習」和「嘗試」了一整天一整周，卻覺得沒有進展。值得學習和嘗試的東西永遠是無限的，但是能推進手頭科研項目的東西是非常有限的。寫下來手頭的課題/問題，分解成小問題，明確今天甚至接下來一小時的目標，會讓你的學習過程變得有效率很多。同時結合上面一條建議，科研進展就很快了。
多跟導師或者負責帶你的學長交流進展，哪怕你只有非常少的進展。一周兩次最好，一周一次也行。不能少於一周一次。千萬不要有「我要等我覺得進展足夠多了再彙報/交流，不然是浪費時間/顯得我什麼成果都沒有」。頻繁的交流最能促進進展（不必長，哪怕5-10分鐘都好），它可以讓你始終保持在正確或有效的路線上。
每天都要做一點和手頭項目相關的事情，哪怕5分鐘。這和上一條建議是緊密聯繫的。不要有「我周五課程少可以花N小時集中精力做科研，其他時間就不做了」這種或類似的想法。我說「哪怕5分鐘」不是比喻的說法，而是真的哪怕只能做5分鐘，也要保持連續性。連續和頻繁的在一個問題上花精力的效果通常要比所謂「集中一段時間攻克問題」的工作方式有效率的多。

另外對於題主問題中反映出來的一些想法給一些個人建議（有沒有用說沒說准就未知了）：

「未系統的學習天文知識」 —— 沒關係，相信我，真的沒關係。我也是這樣過來的。真的沒關係。在實踐中學習效率更高，看書更有動力有木有！要對自己有信心，這也算是優勢，別覺得自己因為這個落後於別人或者「輸在起跑線上」或者因此會開始的更慢之類的。開始都慢。
「師兄們的課題我插不上手」 —— 我看到這個困惑的不行……師兄們的課題為啥你要插手？……作為新手最重要的是focus，集中精力把自己的toolbox建立起來，師兄們的課題你自然就可以幫忙了。到時候搞不好就是他們找你幫忙了。作為本科生參與感當然很重要，不過想要再多個課題中都做有用的貢獻是非常不現實的。集中精力做好一個項目，發一個paper，就非常了不起了。

以上都是針對「如何有進展」這個問題來的，如果有其他關於科研的問題，可以email我。我覺得我貌似知道你導師是誰，他有我的email。:D

另外你導師是好人/好老闆，要珍惜不要abuse~~ LOL
Good luck!

不知道這個是啥時候的問題，樓主應該已經入門了吧。說說我自己這幾年來的感受：
我本科、碩士，都不是天文也不是物理專業的，純粹是喜愛於是來讀天文學的博士。
我覺得有這麼幾點需要去注意：
1，入門初期需要系統性地補充一定的基礎知識。有些人覺得用到了再學，但是我個人覺得需要先系統性地學，起碼先把《天體物理學》等基礎教材看一遍，至於科普讀物，那些平時看看，不作為要求。也不一定是看天體物理學，畢竟這本書側重點還是偏我們光學部分，但是每個領域都有自己的入門書籍。
系統性的入門學習，不一定要學得很深入，比如射電領域的，我只是大致了解一下。但是一定要看一遍，最起碼知道整個天文學研究包括一些什麼領域，各自是什麼特點，對於一些常見的術語（中英文）也要認識。否則的話，在交流中遇到對方描述，你連術語都聽不懂，那還學個毛線……記住了術語，起碼知道對方說的是啥，也才有可能後續去關注或者不關注。
2，多交流。做什麼研究都需要多交流，多參加組內、單位、國內甚至國際的會議。一開始從小會議開始，因為方便交流，一般討論多問題都不會太難，並且人少好提問。一開始就參加國際會議，可能一下子就懵了，獲得的信息太少，而且大型會議與會者都很忙，交流時間不會很多。
3，多看文獻，不管是arXiv，還是ADS，都要多看看。
4，多掌握工具，天文學發展到現在，已經不是用肉眼隨便看看照片就能出成果的，各種觀測工具、各種數據處理工具已經是主流。主推數據處理語言的還是python和idl，至於c、fortran等等，多數是在過去的程序用，新程序不多。另外很多工具，比如iraf、sextractor、ds9等等，根據需要去學吧。
至於說fits格式，那並不是很複雜的格式，無非就是存儲圖表而已，會讀寫就行了，跟你用文本文件保存數據沒啥本質區別。
5，多動手，說半天，不做是不行的，多做多思考就熟悉了，不要怕出錯。出錯了多問，別自己一個人瞎折騰，問Google，或者郵件，或者當面討論，都行。
6，別把天體物理研究和愛好者看星星混為一談。天文學研究人員可以是愛好者，但是也可以不是，比如我就不怎麼認識星座，但是不妨礙我研究。天文科學，是理性思考為主，數據說話。愛好者是感性感受為主。二者不矛盾，但是不能相互替代。
先說這麼多，繼續看文獻去。。。。。。

科大人,出國讀博,天體方向,我也新入行,感覺模型多,模擬多,有時候還要用各種軟體,不過不覺得天文和其他科研領域有什麼區別.天文也好,其他學科也好,剛開始都很抓瞎,到後來做的多了也就很熟練了,等到真正在這個領域熟練了,換project還是要經歷同樣的階段.所以我覺得,你現在這種無所適從的狀態和天文關係不大,只是科研常態罷了,以後慢慢就習慣了

找個導師做課題, 在科研中學習科研是最有效的方法. 我來說說碰到的天文做的不錯的同齡人(正負5歲以內吧)都有哪些共同點.

有熱情有激情, 可不僅僅是覺得從嘴裡冒出黑洞啊,大爆炸啊,CMB啊什麼的覺得很cool很有逼格, 要是再來個克爾度規,BZ機制,MHD模擬啥的就簡直吊炸天了. 我們需要這樣的熱情:

a)一顆深入骨髓的八卦情懷, 深入調研, 自覺的搜集材料閱讀理清相關背景, 而且樂此不疲, 越來越覺得有意思, 逐漸建立起自己對這個問題的圖像認知以及思考想法.
b)路見不平一聲吼啊, 該動手時就動手啊, 調研時自然會有一些困惑或者靈光一現的時候吧, 然後就動手算算, 裝裝軟體, 寫寫code, 先比劃比劃, 如果認真開搞弄不好就是一篇paper了, so easy
c)科研不是獨行俠, 很多人與你一路同行. 自己困惑無法解開的時候找老闆, 找師兄, 找師姐, 找基友, 眉飛色舞也好, 娓娓道來也好, 總之與人分享破解謎題的喜悅和期待溢於言表

以上這些熱情激情不可少, 然而, 坐得住有耐心, 敢打敢拼, 死磕到底的精神更不可缺.

前途是光明的, 道路是曲折的. 科學問題是有趣的, 解決問題的道路很多時候是枯燥痛苦的. 有時候一步推導就是過不去啊, 一個程序就是跑不動啊, 一個軟體就是玩不溜啊, 一個結果就是解釋不了啊. 這時候千萬不要亂, 要冷靜, 要思考, 要逐一排除找出問題所在, 必要時從頭再來一遍, 總之, 不能放棄, 否則因為這些技術問題長期的折磨會讓人自我懷疑, 逐漸失去自信, 因而也就真的放棄了.

你自己究竟是怎樣的人, 只有儘早扎進一個課題才知道, 人是在存在中找到自己的本質的, 想多了沒用, just go ahead!

作為一直在入門的人，只能給你一點借鑒的經驗。

1. 知識儲備什麼的，不僅僅是上課學習理論，還有聽報告開組會，多看arXiv的訂閱。

2. 好好學習編程。天文界用得比較多的是IDL和python，這兩種語言知道了沒壞處，天文包也很齊全，好好看幫助文檔。其他商業語言不太推薦，語言使用得比較小眾不利於工作和推廣，就算能讀fits格式，也不見得能讀所有，fits格式本身就千變萬化，而且你不但要讀入還要處理。

王力樂的評論讓我覺得還是加上cfitsio吧，但是呢我一點也不喜歡它，嗯。

3. 接觸到新的數據格式的時候，先好好閱讀數據網站上的手冊和指導，他們可能會提供處理數據的產品。遇到無論如何都搞不定的問題，可以問問導師學長認不認識相關人士，甚至可以給網站上提供的聯繫人發郵件。國內論壇只適合解決軟體安裝這類問題，而不是專業問題。

看起來樓主的問題主要卡在提取數據和軟體包的使用？
我不是搞天文的，不過也折騰其他的科學計算軟體。
在網上簡單搜索了一下nustar的數據格式（FITS），似乎NASA提供了HEAsoft軟體包來分析數據，並且提供了用戶手冊和開發者手冊。
HEAsoft
這個軟體今年初還有新的release，項目應該還算active，網頁下方有help line的電子郵件地址，任何問題都可以寫信去問。我個人經歷過的科學軟體開發團隊一般都挺熱心的，半夜三更也會回郵件，別怕問題太簡單丟人，別怕英語挫，盡情騷擾。

也可以向本校學習計算數學／力學方向的同學老師請教，雖說隔行了，不過這個學術背景的人對你目前的問題應該還是比較有經驗的。

先玩好雙筒，認星後再買望遠鏡

1.準備好星圖、手電筒（含弱化亮度的一塊布），找沒有城市輝光污染的地方按星圖辯認星座，分辨不清時用布包住手電筒燈頭查看星圖對照，這樣不會讓眼睛受刺激影響觀測。2.認識一個星座後可以到百度百科裡了解這個星座的一般情況，順便做點筆記，除了著名恆星外還要了解該星座內的其它天體、星雲及其相關的天文知識。3.這樣慢慢積累下來（重在積累），你就知道得很多了。4.以後再視條件添加普通天文愛好者用的業餘天文望遠鏡，然後列一個需要深入觀測的計劃，再按計劃逐步完成。

科普讀物和視頻是最好的入門，大家都已經推薦了很多，對於愛好者來說已經足夠了。

先讀完博士。

看科普

對於天文小白來說如何入門，現在有濃厚的興趣，準備做個愛好來長期培養。

首先應該從你自身的愛好，如果你不喜歡的話，估計你是不會在知乎說的，然後就是對自己進行一下科普，看一些有啟發教育的天文書，注意這還沒有真正的入門，這只是前戲，這裡給您推薦的是時間簡史，這本書非常有科普意味。看完之後開始你的入門，了解天體的基本知識，至少用肉眼能分辨天上的星星，我開始的時候只認識月亮，至少要明白他們的運行規律，對行星的規律之後要學習，恆星的演變過程，然後在對星系，當這些你都ok，那接下來就是理論知識了，也就是天體物理知識了，這個你也ok那你應該多看看大科學家發表的一些文章和著作，致此你已經算入門了。

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