图说宇宙

引言

第1篇探寻水的踪迹

第1章湿润的火星

第2章木卫二上的海洋

第3章月亮上的冰

第4章太阳系外的世界

第2篇起源

第5章恒星的产生

第6章星系的黎明

第7章源自大爆炸的涟漪

第3篇宇宙焰火

第8章太阳爆发

第9章恒星的死亡过程

第10章星系的碰撞

第11章在银河系中心潜藏着什么

第12章类星体的能量

第4篇未解之迷和惊人奇观

第13章搜寻暗物质

第14章Y射线暴

第15章大尺度图像

第16章超速运转的宇宙

第5篇展望

第17章巨型望远镜

第18章太空中的伟大革新

第19章飞往恒星

小辞典

索引

致谢

前言

天文学上激动人心的新发现和引人入胜的新进展正在扩充我们关于宇宙的知识，本书通过许多前所未见的最华美的图像把它们展现得一览无遗。借助耸峙在高山之巅的大型望远镜和诸如哈勃空间望远镜等环绕在地球轨道上的强光力天文台，今天的空间研究欣欣向荣。近来，飞向火星、木星和月球的宇宙探测飞船不断传回许多高分辨率的最新精美图像。本书旨在考察这些前瞻性的观测如何扩展了我们的知识前沿，如何帮助我们回答一些关于宇宙的最基本问题。

我们将在本书中畅游太空，面临无数奇观。我们将从火星和木卫上新近发现液态水的激动人心的迹象出发，进入到孕育着恒星的巨气体云，然后深入到集中数百万个星系的最大的宇宙结构。我们也将见证宇宙中最强大和最猛烈的事件，它们以恒星爆发的最后景象和星系间的惊人碰撞为标志。高能过程也遍及老龄恒星的剧烈灾变和在吞噬一切的黑洞周围翻腾、盘旋的炽热气体。正是为了了解高深莫测的宇宙，我们深入到今天天文学家面临的最困惑不解的谜团，包括暗物质的神秘性质，甚至更加不可思议的暗能量它可能正在促使宇宙膨胀。

让我们首先简要地浏览现代所了解的宇宙各主要层次的结构这样做是有益的，就近从太阳系开始，随后进入空问的更大尺度。我们的行星地球是太阳系的九大行星之一『太阳系内，在海王星轨道至离太阳40～50天文单位(1天文单位等于日地平均距离，约1．496亿千米)的一个环带内，有一个彗星的“仓库”，估计包含1亿～1万亿颗彗星，称为柯伊伯(Kuiher)带。彗星主要由H2O、cO2、CO、NH3和cH4等的冰混合着尘埃颗粒构成，通常大小从几十米至几百米不等。2003年10月，美国天文学家迈克.布朗(MikeBrown)等在柯伊伯带内发现了一个略大于冥王星(Pluto)的天体，临时名称为“齐娜”(xena)。实际上，冥王星也在柯伊伯带内，而且就目前所知，冥王星的表面主要是冻结的CH4、N2、c0和水冰，其性质属于柯伊伯带天体。2006年8月，在布拉格召开的国际天文学联合会的大会上，通过决议把冥王星和齐娜连同最大的小行星谷神星划为一类，称为矮行星(dwarfplanet)。同年9月，齐娜被正式命名为阋神星(Eris)。所以，现在太阳系里的大行星就是从水星到海王星等8颗。译注]，它也包含迄今所发现的近百颗卫星，加上无数个以彗星和小行星的形式存在的冰和岩石的团块。太阳是在太阳系里占主导地位的成员，占据了99％以上的质量，并提供大部分能量加热行星。

太阳是一颗普通恒星，就像夜空中的许多恒星一样。然而，我们肉眼能见到的几千颗恒星只是一起构成银河系旋涡结构的1000亿颗恒星中的极小一部分。我们的太阳系在银河系中占据一个相当平常的位置，离开银河系中心很远。星系是恒星聚成的岛屿，它们按形状形成序列，从壮观的螺旋形的旋涡星系到巨大的椭圆或蛋形结构。有些星系没有可描绘的形状，往往是由于它们经受了与别的星系碰撞而引起的剧烈扰动。大多数星系集合成星系团，包含几十个甚至几百个成员，通过它们相互之间的引力结合在一起。星系团是定义宇宙大尺度结构的基础。在最大的尺度上，可观测宇宙内的1000亿个以上的星系分布成巨大的链状或片状，它们由其内几乎没有星系的巨大空间“巨洞”分隔着。现代宇宙学从事的主要研究之一就是这种大尺度结构的起源，它造成了宇宙“海绵般”，即“泡沫状”的形态。

20世纪天文学的主要成就，就是发现了整个宇宙正在膨胀的证据，因此宇宙万物在过去彼此更加接近。把“时钟”往回拨，在遥远的以往，宇宙经过了令人难以置信的炽热和稠密的阶段，这涉及约140亿年前的被称为“大爆炸”的宇宙起源。从大爆炸以来，宇宙持续不断地膨胀，不过引力在比较小的尺度内自然占了上风，它把物质集中起来，产生了诸如恒星、星系这类结构。大爆炸的图景今天成了我们理解宇宙起源、演化和终极命运的框架。

　　本书是一本了解宇宙奇观的最佳指南，作者结合美国宇航局、欧洲空间局和欧洲南方天文台拍摄的最新图像，以引人入胜、通俗易懂的方式，介绍了关于宇宙起源、宇宙中一些最剧烈的过程(包括恒星的死亡历程)的最新探测结果，对我们暂时观测不到的“暗物质”进行了深入探索，并且阐释了目前科学家们关于宇宙的内涵、结构和终极命运的最新认识。　　太阳系内除了地球之外的地方是否存在水？太阳系内是否存在地外生命？我们通过精美的图像已经发现木卫和火星可能存在过液态水。这对我们深入了解在其他行星上存在生命的可能性有何帮助？　　在本书中。普林嘉博士从说明以上问题开始，结合美国宇航局、欧洲空间局和欧洲南方天文台拍摄的最新图像，以引人入胜、通俗易懂的方式，介绍了关于宇宙起源、宇宙中一些最剧烈的过程(包括恒星的死亡历程)的最新探测结果，对我们暂时观测不到的“暗物质”进行了深入探索，并且阐释了目前科学家们关于宇宙的内涵、结构和终极命运的最新认识。　　本书中精美的、最新的图像来自于各种最先进的地面望远镜和空间设备，例如哈勃空间望远镜、伽利略号宇宙飞船、卡西尼号宇宙飞船和在火星着陆的探测车。这些图像记录了宇宙舞台中令人目眩神迷的壮观场景和慑人心魄的活动过程，其中有迄今为止最为精细的太阳图像。而且有些能证实特大质量黑洞确实存在。