天文學家也分人，不光是拿望遠鏡找星星
狐狸先生，研究天文學的狐狸
首先，讓我們把天文學研究工作粗略的分為兩個部分：數據採集和分析; 假說和理論模型構建。這種分類方式非常粗暴，但有利於我們在腦海中建立一個坐標。從事這兩類工作的人，也就是人們通常說的觀測天文學及家和理論天文學家。
愛因斯坦在 1917 年做的工作可以看做一個純粹的理論天文學工作（或者理論宇宙學工作）。他完全從自己剛剛創立的廣義相對論出發，寫出一個方程式，將宇宙的幾何和宇宙中的物質組分聯繫起來。在方程中加入一個常數後，他找出了能讓穩定宇宙空間的解。他的研究方式完全由猜想和數學推理構成。在研究中他並沒有真正考慮真實宇宙的情況，或者任何由望遠鏡採集的數據。他想要考察的不過是宇宙概念的自洽性。
相比之下 1922 年，埃德溫.哈勃的工作方式完全是一個觀測天文學家。他需要每天晚上到威爾遜天文台工作，手動操作胡克望遠鏡，尋找天上的「星雲」，並對它們拍照。第二天，他需要去檢查照相底片上的圖像。他要找的是這些星雲中的「造父變星」。這類天體可以作為測量星雲距離的尺子。最終，他在仙女座大星雲中找了第一個寶貴的例子。通過計算這顆造父變星的光變周期，他證明了仙女座大星雲是一個遠在銀河系疆域之外的，和銀河系類似的巨大恆星系統。而宇宙可能由無數這樣的星系構成。隨後在 1929 年，哈勃從收集到的一系列河外星係數據中總結了哈勃定律。哈勃定律是膨脹宇宙理論的觀測基石。
觀測中的哈勃。那個椅子一定非常不舒服。
哈勃的工作方式在今天依然是觀測天文學家的標準範式之一，從某個理論上重要的觀點出發，設計觀測方法來證明假說。他們往往會親自觀測和收集數據，並分析數據。哈勃作為威爾遜山駐站天文學家，有能力佔用大量的望遠鏡預留時間。但今天大多數的觀測天文學家並沒有這樣的條件，他們需要遞交申請，競爭公共的望遠鏡資源。
同事 ZZ 在 Palomar 天文台海爾望遠鏡觀測室操作望遠鏡曝光。今天的天文學家比哈勃的條件好了不少。
在哈勃的故事裡還有另一個隱藏的天文學家，米爾頓·赫馬森。他 14 歲就輟學了，沒有大學學位。但他極其精於擺弄望遠鏡，處理望遠鏡曝光圖像。因此，威爾遜天文台的建造者海爾，將他任命為駐站工作人員。米爾頓和哈勃合作，幫助後者發現了哈勃定律。在米爾頓的一生里，曾經做過不少重要的天文學發現。但他的本職工作是幫助其他天文學家獲取，處理數據。在今天的天文台里，這樣工作人員一般被稱作觀測助理。他們長期駐紮在天文台站，對望遠鏡了如指掌，具有精湛的觀測技巧。他們幫助遠道而來的天文學家操作望遠鏡，完成曝光，甚至進行初步的處理。這使得天文學觀測工作的失誤風險大大降低。有的天文台如加拿大-法國- 夏威夷望遠鏡(CFHT)甚至已經完全不需要天文學家專程來到現場，只需要給定觀測對象和曝光時間，駐站觀測人員便會幫助獲取圖像，初步處理，並寄回適於科學研究數據。
讓我們回到宇宙發現史。哈勃的工作，幫助人們發現宇宙是一個無比廣闊的空間。那麼河外星系是如何在宇宙空間中分布的呢？這需要對大量的星系進行三維位置測量。而且這樣的測量應該在空間上是連續的，星系的選擇方式應該是盡量無遺漏的。這樣的觀測方式稱作「巡天」。現代巡天觀測如 SDSS 可以獲取成幾千萬星系圖像。這需要上百天文學家一起工作。在觀測部分，天文學家們需要設計巡天策略，定標策略，制定統一的數據處理軟體，構建數據發布平台。理論工作者則負責從科學數據中掘金。
巡天觀測好像是將宇宙的一個切片提取出來，儲存在了伺服器上。這樣科學家們就可以直接探索這個計算機中的宇宙切片。巡天巨大的數據量使得數據型天文學家出現。他們利用統計方法連接觀測和理論。
SDSS DR7 Navigate Tool輸入坐標，SDSS資料庫就會返回你需要的天區圖像
第一個現代河外星系巡天始於 1977 年，哈佛 - 史密松森天文中心的年輕科學家Marc.Davis 和他的三位同仁制定了 CFA 星系巡天計劃。這個項目計劃為全天 2400 個星系的紅移進行精確測量。第一期巡天在 1982 年完成，觀測到的星系中最暗的比人類肉眼極限還要暗上兩千多倍。將這些星系畫在一張圖上，人們將可以粗略的畫出宇宙的一個切片的三維地圖。
瑪格麗特·蓋勒，哈佛 - 史密松森天文中心的科學家，和她的兩位同事採取了新的繪圖方法。她們增加了距離這一新的維度，立體的呈現了星系在一個 6 度厚，跨度 130 度的宇宙切片中的分布。這些星系被畫在一個扇形圖中，星繫到扇形頂點的長度代表了星系在視線方向的距離。在這張粗糙的宇宙地圖上，星系並不是均勻分布的，而是很明顯的聚集在巨大的纖維結構上，而纖維結構又似乎附著在巨大的泡狀空洞結構上。可以認為，蓋勒的這個工作具有明顯的數據型天文學研究特點。
CFA 巡天數據。每個藍點代表一個星系。圖片展示了星系在宇宙一個切片中的分布。
那麼如何理解這樣的結構，什麼樣的宇宙模型可以解釋這樣的觀測？這時候，我們再次需要理論天文學家。然而「長城」和「空洞」這樣的複雜結構的性質非常難以通過傳統的解析方法精確計算和描述。Marc.Davis 和他的新合作者 Simon.White 以及 Carlos.Frenk 利用計算機來解決問題。他們採用一種被稱作「N 體數值模擬」的數值計算方法。顧名思意，N 體數值模擬跟蹤一大群虛擬粒子隨時間的演化。每個虛擬粒子代表宇宙中的一團物質，粒子相互之間由引力作用聯繫。在計算開始的時候，粒子近乎均勻的分部在虛擬空間的各處，隨著時間的演化，在引力的拉扯中聚集。這類似於在計算機里建立一個小宇宙。如果採用了正確的模型，當計算結束的時候，虛擬粒子空間結構應該能很好的和真實宇宙的結構對應。Simon White 和 Carlos Frenk 在這個工作中扮演了一種新型的角色：數值模擬天體物理學家。這樣的研究和傳統理論研究的區別主要在於計算機方法的深度應用，這使得他們可以探索過去理論學家很難抵達的複雜領域。
數值模擬最終的研究表明，冷暗物質宇宙學能夠最好的和 CFA 巡天符合。那麼冷暗物質是什麼？建造具體的冷暗物質粒子模型，又回到了經典理論研究領域。
Eagle 數值模擬中的星系
我打算在這裡結束回答。還有很多天文學家的研究方式沒有被涉及。例如，建造觀測儀器的天文學家和建造望遠鏡的項目管理人一直都藏在故事的背後。
讀者也會很容易發現，一個天文學家的身份往往會在研究中改變。並不是所有人都像愛因斯坦一樣是純粹的理論家。哈勃在他研究生涯的大多數時候都是觀測天文學家，但當他總結哈勃定律，或是為星系分類的時候，他就會涉足數據天文學家和理論天文學家的領域。赫馬森的職位是觀測助手，但他也同樣是一位成功的觀測天文學家。MarcDavis 在 CFA 巡天中扮演了一位傑出的觀測天文學家，但他同樣是數值宇宙學研究的開創者。所以，天文學家並不會被被某種研究範式禁錮，而是被科學問題驅動不斷探索新的領域。
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