人类怎样认识宇宙

第1章人类认识宇宙的三部曲

1.1目心说的创立和早期求证／1

1.2从观赏银河到认识银河系／20

1.3在科学争论中确认河外星系／32

第2章探索地球的近邻

2.1行星发现简史／44

2.2寻找“失踪”的行星／62

2.3从深度恐惧到“深度撞击”／74

2.4揭开行星环的奥秘／91

2.5太阳系的起源／102

2.6彗木相撞及其思考／113

2.7飞出地球去／133

2.8地球运动与历法变迁／152

第3章认识银河系400年

3.1银河系天体的多样化形态／170

3.2洞察恒星奥秘的赫罗图／186

3.3恒星如何走完它的一生／198

3.4银河系的来龙去脉／218

3.5不断开拓测天之路／230

3.6探索外星知音／253

第4章更上一重天

4.1银河系外的景观／276

4.2超大规模宇宙灾变／293

4.3宇宙在大爆炸中诞生／309

4.4佐证与异见／324

4.5量度宇宙的身材／339

4.6探索中深化对宇宙的认识／355

前言

伽利略曾经有这么一段名言：“科学的真理不应该在古代圣人蒙着灰尘的书本中去寻找，真正的哲理是写在那本经常在我们面前展开着的最伟大的书里，这本书就是宇宙，就是自然本身，人们必须去读它。”

天文学是以宇宙和宇宙中各类天体、天象为研究对象的一门自然科学，其发展史源远流长。如果说，对100万年前出现的直立人，或者10万年前的晚期智人是否已开始观看夜晚天空中的星星如今已无从考证，那么自有文字记载以来，人类对天象的关注至少已有四、五千年的历史。认识宇宙，最早也许源自人的好奇心，但更是因为人们生活和生存的需要，而发展到今天则已成为人类探索大自然奥秘并为己所用的不可或缺的重要组成部分。

人类认识宇宙的进程主要包含了两方面的内容，这就是了解宇宙中各类物质形态的内在性质，从而获得相关的科学知识，以及探索取得这些认识的科学方法。掌握科学方法是获取科学知识的前提，这已无数次为科学发展的过程所证实，其中自然也包括天文学。古人由于缺乏科学知识，更少有科学方法，因无知而对“天”产生畏惧、崇敬的心理，于是迷信邪说和伪科学便应运而生，甚至今日仍有相当多的笃信者，而且其中不乏高学历的年轻人。从这一点来看，要使全人类正确认知宇宙可谓任重而道远。

天文学有一个不同于自然科学中许多学科的显著特点，那就是一旦出现了像日全食、彗木相撞那样的重大天象，或者人类实施诸如人造飞行器对彗星的深度撞击和登陆土卫六之类与天文学有关的高科技计划，则必然会引起广大公众和各路媒体的极大兴趣和关注。不少颇为时髦的天文术语，如类星体、黑洞、宇宙大爆炸、暗物质等，有的已广为流传，有的则更进入了普通大众的日常生活昂贵的开支称为天文数字，贪婪者的心理被形象化地比喻为黑洞，等等不一而足。那么，为何天文学家能准确预报彗木相撞事件发生的时间和地点？宇宙起源于一次大爆炸的理由是什么，又为什么？天体的距离、质量这样的天文数字是怎样算出来的，可信吗？人类怎样在努力地寻找到外星人并试图与之建立联系，成功的希望有多大？这类问题的解答不仅涉及到对宇宙的认识，更需要知道如何取得这些认识的方法和过程。科学大师对丰富人类的知识宝库做出了伟大的贡献，甚至付出了毕生的精力，但这并不仅仅因为他们具有超常的智慧，而且还在于这些科学家有着不折不挠和实事求是的科学精神，对于任何一个有上进心的普通人来说，认清这一点无疑会大有裨益。

为了使读者能对天文学的历史、发展和现状有一个比较明晰而又扼要的了解，包括有关宇宙的认识和认识宇宙的方法，本书的叙述方式是，在介绍知识的同时，以一定的篇幅融入取得这些知识的相关过程和方法，其间穿插一些杰出科学家对人类怎样正确认识宇宙的个人贡献，但既不完全拘泥于按对各类天体由近及远逐一介绍的思路来展开，也不强求面面俱到或章节之间的表观平衡。天文学的内容博大精深，相比之下笔者的认知水平则甚为有限，挂一漏万和错谬之处当在所难免。谨希望有机会翻阅本书的读者，能从书中的内容对天文学和天文学的研究对象宇宙的概貌有所认识，如果有所提高那就更好了。不过，读者也将会看到，天文学所涉及的方方面面听起来颇为引人入胜这正是它经常成为科幻电影或科幻小说的题材，并为人们津津乐道的原因，但如果没有投身科学的精神，做起来可并不怎么轻松有趣，甚至还相当枯燥。

再一次引用伽利略的教诲，不要只限于从书本汲取学问，要把自己的视野和思考扩大到周围的整个世界。

赵君亮

2008年2月

　　为了使读者能对天文学的历史、发展和现状有一个比较明晰而又扼要的了解，包括有关宇宙的认识和认识宇宙的方法，本书的叙述方式是，在介绍知识的同时，以一定的篇幅融入取得这些知识的相关过程和方法，其间穿插一些杰出科学家对人类怎样正确认识宇宙的个人贡献，但既不完全拘泥于按对各类天体由近及远逐一介绍的思路来展开，也不强求面面俱到或章节之间的表观平衡。有机会翻阅本书的读者，能从书中的内容对天文学和天文学的研究对象宇宙的概貌有所认识。　　天文学是以宇宙和宇宙中各类天体、天象为研究对象的一门自然科学，其发展史源远流长。如果说，对100万年前出现的直立人，或者10万年前的晚期智人是否已开始观看夜晚天空中的星星如今已无从考证，那么自有文字记载以来，人类对天象的关注至少已有四、五千年的历史。认识宇宙，最早也许源自人的好奇心，但更是因为人们生活和生存的需要，而发展到今天则已成为人类探索大自然奥秘并为己所用的不可或缺的重要组成部分。　　天文学有一个不同于自然科学中许多学科的显著特点，那就是一旦出现了像日全食、彗木相撞那样的重大天象，或者人类实施诸如人造飞行器对彗星的深度撞击和登陆土卫六之类与天文学有关的高科技计划，则必然会引起广大公众和各路媒体的极大兴趣和关注。不少颇为时髦的天文术语，如类星体、黑洞、宇宙大爆炸、暗物质等，有的已广为流传，有的则更进入了普通大众的日常生活昂贵的开支称为天文数字，贪婪者的心理被形象化地比喻为黑洞，等等不一而足。那么，为何天文学家能准确预报彗木相撞事件发生的时间和地点？宇宙起源于一次大爆炸的理由是什么，又为什么？天体的距离、质量这样的天文数字是怎样算出来的，可信吗？人类怎样在努力地寻找到外星人并试图与之建立联系，成功的希望有多大？这类问题的解答不仅涉及到对宇宙的认识，更需要知道如何取得这些认识的方法和过程。科学大师对丰富人类的知识宝库做出了伟大的贡献，甚至付出了毕生的精力，但这并不仅仅因为他们具有超常的智慧，而且还在于这些科学家有着不折不挠和实事求是的科学精神，对于任何一个有上进心的普通人来说，认清这一点无疑会大有裨益。