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前言
宇宙日历-宇宙的历史
母亲星－－太阳
红色行星之谜－－在火星上发现了水
第十颗行星在哪里－－太阳系的定义
第二个地球－－探索系外行星
夜空导航仪－－星座
星体的诞生与星宝宝－－原始星与黑暗星云
星体里的老人－－红色巨星、行星状星云、白矮星
一块方糖大小、5亿吨重的星体－－中子星
银河的真面目－－银河系的结构及内部
星系的形状和种类－－哈勃分类
漂浮在宇宙中的天然望远镜－－重力透镜
宇宙的黑暗时代－－背景辐射与再电离
他们在何方？－－有关地外生命的探索
太阳系最前沿－－尚不为人所知的太阳系(1)
太阳系最前沿－－尚不为人所知的太阳系(2)
太阳系最前沿－－尚不为人所知的太阳系(3)
太阳系最前沿－－尚不为人所知的太阳系(4)
太阳系最前沿－－尚不为人所知的太阳系(5)
太阳系起源论的最前沿(1)
前言
当今科学技术的发展可谓是日新月异，而在这之中，天文学的发展尤为突出，几乎每日每夜都有新的发现，不断激发人们对浩渺空间的奇妙想象。
举个例子，对太阳系的探索进一步深入，并在其边缘地带发现比冥王星更大的小型天体，仅仅是近年来的事情。想必大家一定还对2006年的夏天记忆犹新：那年人类首次确定对行星的定义，从而使得整个太阳系风云突变。我们通过精细的计算机模拟实验，从理论上确定了太阳系的诞生过程，这也是最新的成果。
让我们将视线转移到太阳系以外。1995年，人类发现了第一颗太阳系外行星。到现在为止，发现的太阳系外行星总数已达到了333颗。虽然其中大多数是巨大的气体行星，但最近也发现了许多质量是地球数倍的系外行星以及大气中含有水的行星。由此可见，在今后的十年中，具备水以及氧气层等生命诞生必备条件的类地行星被发现的可能性也将大大提高。
在宇宙深处，黑洞所带来的剧烈活动不断产生，有关这些高能量天体活动现象的研究也取得了显著进展。20世纪90年代以后，在对待60年代便开始存在的迷题－－天体伽马射线爆发这一现象时，使用了最新的探测装置，于世纪之交得出最终结论：伽马射线爆发也是一种普通的天体。
并且，有关黑洞周边的等离子气体圆盘的研究虽然已经进行了30多年，但现在还时常会有新的发现，也会有新的模型不断被提出，不断引发学术界的地震。另外，多维放射流体模拟实验、多维磁气流体模拟实验等计算机大型模拟实验都在对"黑洞=气体圆盘系统吹出的亚光速喷流"这一概念进行考证。还有一系列的观测通过巨型望远镜来完成对星体、气流、尘埃构成的星系以及对边缘星系即宇宙中最古老星系的探索。对于最遥远、最古老星系的探索，与揭开星系的起源之谜有着重要的联系。
再有便是宇宙本身了。进入21世纪以后，我们在宇宙论方面有了许多优秀的成果，通过研究，我们了解了宇宙的年龄为137亿年，宇宙空间是平坦的、宇宙处于不断加速膨胀过程中等许多之前所不知道的事情。
本书由站在研究第一线、亲身体验到这些宇宙研究最新成果的研究者们精心编写而成。考虑到如果开篇就讲述最新的研究成果，会给大家带来困惑，因此在本书的前半部分，编者根据书中新成果的主要内容，概括成25个小节，做了一些基本理论的说明。在第二部分中，将最新的研究成果分为八个小节讲述。当然，一些资深的天文爱好者即使不阅读前半部分也能够读懂后面的内容，关于本书的阅读方式，全凭大家的喜好。
另外，为了保证全书用词的统一性，编者对不同章节中的基本用语和文体稍作统一。但为了使大家感受到天文研究领域的瞬息万变，对于一些专业术语，我们没有做特意的统一。比如对于冥王星及海王星轨道以外的天体的不同称呼，该章节的作者在文章中使用了几种不同的说法，但编者未加改动。在一些章节的问题选择上，我们也尽量保持了原作的风格。
阅读本书以后，相信你会对最近十年的宇宙研究最新成果有较为详细的了解。站在研究的最前沿，最有意思的便是能够不断了解最新的知识。但当我们对一个自然现象有了新的了解后，马上又会出现一个新的谜团。我们发现了系外行星，那么宇宙中其他星球到底存不存在智慧生命呢？对伽马射线爆发的研究又近了一步，可是火球究竟是什么呢？我们证明了宇宙是在不断膨胀的，那么膨胀速度加快的黑暗物质又是什么呢？这一切的一切，我们都还一无所知。
说本书介绍了宇宙研究的最前沿，一点也不过分。因为它将带给你一个前所未闻的新世界。
编者/福江纯、粟野谕美
天文学的面貌可谓日新月异。研究人员每天都在对宇宙的历史及宇宙膨胀现象、宇宙大规模构造等课题进行着研究。为了使读者更好地掌握最新研究成果，本书的第一部分主要讲述天文学的基础知识，带领你参观目前最新的宇宙景象。
宇宙日历-宇宙的历史
宇宙日历-宇宙的历史
人的寿命大概有100年。在这100年中，我们哭泣、欢笑，相会、别离，经历着许许多多的酸甜苦辣，但将这100年放到宇宙中去看，却只是短暂的瞬间。因为现在的宇宙已经有137亿年，是人的寿命的1亿倍之多。
最新的研究认为，在137亿年前就出现了时间和空间，与此同时，还出现了一个小得不能再小的高温火球，这个火球急速膨胀（即宇宙大爆炸），最终成为了现在的宇宙。你可能无法想象137亿年究竟是怎样一个时间概念。为了便于理解，让我们把这137亿年按照比例浓缩成1年，以春、夏、秋、冬为界点来回顾一下宇宙的历史。
假定宇宙大爆炸发生在新年的第一天即1月1日0点。随着空间的膨胀，温度不断下降，我们所居住的银河系便出现了。它诞生的时间大概是在这一年樱花盛开的时候。之后不久，我们的母亲星－－太阳和许多其他的星体一起降生。在闪耀着夺目光芒的太阳附近，气体与灰尘不断汇聚，到了9月份的时候，地球终于诞生了！
秋分前后，地球上出现了原始生命。但这些原始生命开始无数次进化、生物种类急速增长则是在12月中旬之后的事情了。中生代的霸王－－恐龙灭绝的时间大概在12月30日早晨6点半左右，到了12月31日20点50分左右，猿才终于进化成人。而现在生活在这个世界上的我们，则是在差0.2秒就要进入新的一年那一刻才出生的！真可谓"生之须臾"。
第二节地球与太阳系－－太阳系与行星的大小比较
下面来想象一下宇宙的大小。在我们身边有各种大小不同的物体，但要把握一样无法用眼睛来确认大小的物体却非一件易事。比如，地球的直径约1.28万km，周长约4万km。虽然是个很庞大的数字，但有了飞机以后，我们便可以自由地来往于世界各地了。
随着宇宙开发技术的进步，人类的脚步踏上了月球，航天飞机的发明使得人类飞往宇宙不再困难。不过，航天飞机飞行时的离地高度约为350km，差不多等于从东京到名古屋的距离。如果将地球比作直径为30cm的西瓜，那么航天飞机仅仅就悬浮在距离这个西瓜8mm的上空，同样按照这个比例来看，月亮可以看作是距离西瓜9m左右的一个苹果。想到我们人类在40年前就已在月球上留下了足迹，你或许会觉得感慨万分，但如果与距离我们最近的恒星－－太阳相比，人类登月便会显得微不足道。因为太阳完全可以看作是一座距离西瓜约3.5km远、直径为西瓜109倍、高10层（30米左右）的大楼！
我们把太阳周围的行星以及许许多多大小不等的天体统称为"太阳系"，这些天体存在于大约40天文单位中（太阳与地球之间的距离为1天文单位）。再将视野扩大100天文单位，那里有许多没能成为行星的小型天体。而被认为是彗星故乡的"奥尔特云"则漂浮在10万天文单位（约1.6光年）之外的远方。近年来，许多学者都认为奥尔特云所在的位置便是太阳系的尽头。
接下来，我们将太阳看作30cm左右的西瓜，再次眺望缩小了50亿倍以后的太阳系。这次我们会看到，地球在离太阳大概30m远的地方，大小如同一颗葡萄核。太阳系中最大的行星－－木星差不多像草莓一样大，在距离太阳160m的位置上运动。冥王星离太阳1.2km远，大小不足1mm。位于太阳系尽头的奥尔特云则远在3000km以外。即使缩小了50亿倍，太阳系依然可以包含两个日本列岛，并且绰绰有余。
关于太阳系以外……就请各位驰骋想象吧！
母亲星－－太阳
第三节母亲星－－太阳
夜空中闪烁着许多颗星体。其中"恒星"是主要由氢元素气体构成的星球，内部由核融合反应而产生巨大能量，从而可以自己发光。为地球提供了温暖的光照、孕育无数生命的"母亲星"－－太阳，也是许多恒星中极为平凡的一颗。
不过太阳与其他恒星相比，最大的不平凡便在于它与地球之间的距离足够近。就算是离太阳系最近的半人马座α星，离我们也有4光年，也就是说，它所发出的光要想照到地球要花4年的时间；而太阳光照到地球则只需要短短的8分钟。
太阳的活动周期约为11年。当它处于活动周期时，我们能够经常观测到好像人的黑痣一样的"黑子"以及"日珥"。日珥由磁力线变化所引发，是像烟一样漂浮的氢元素云。
由于太阳黑子爆发的地方温度较低，因此黑子活动表现为黑色，它往往出现在太阳活动剧烈的强磁场区。有时会在黑子活动区内出现剧烈的"耀斑爆发"，当出现大的耀斑时，携带有大量带电粒子的太阳风便会流向星际空间，到达地球时会产生无线电波干扰，有时还会出现极光。
如今的太阳大概有46亿年，正当壮年的它还将长久地释放光和热。
第四节"一个月"形成的月亮－－月亮的诞生
这一节主要讲述月亮。月有阴晴圆缺，给我们带来无数美的感受。它的活动周期影响地球上许多生物的活动，并且，月的身姿时而浪漫、时而神秘，为我们的生活增添了许多浪漫色彩。
月球绕地球运动，是地球的卫星。它的大小约为地球的四分之一，在太阳系中也算得上是一颗大卫星了。由于月球的公转周期与自转周期相同，它和地球相对的一面（外侧）总是不变的。但通过探测器的勘测，发现它外侧与内侧的地形实际上有着很大差异。1969年，美国阿波罗11号飞船实现了人类历史上首次成功登月，探测队在月球表面进行探查，带回了月球上的岩石和土。
尽管离地球很近，但是关于月球我们依然有许多不解之谜。其中讨论得尤为激烈的，还是有关月球形成的问题。
关于这个问题，自古至今有三种说法：月球是地球分裂而成的"地球分裂说"；月球本来是与地球独立的两个个体，但由于受到地球引力牵引而成为地球卫星的"地球俘获说"；还有主张月球是在地球不远处独立形成的"共同形成说"。但仔细分析月球的成分和运行轨道，无论哪个说法都不完全正确，所以至今尚未得出最终结论。
最近，一种新的说法吸引了许多人的目光，那就是"大碰撞说"。这种学说认为，在地球刚形成的时候，曾与一类似火星大小的天体（原始行星）相撞，碰撞所抛出的碎片又重聚集在一起形成了月球。基于这种学说的计算机模拟实验表明，月球的形成仅仅用了一个月。这与经过1千万年才完全形成并稳定下来的太阳系相比，只不过是短暂的一瞬！
如今，人们的目光再次集中在了月亮上。为了进一步研究月亮的起源与进化过程，日本于2007年发射了第一枚大型探月卫星"月亮女神"。同年中国发射了第一枚探月卫星"嫦娥一号"。
红色行星之谜－－在火星上发现了水
第五节红色行星之谜－－在火星上发现了水
在夜空中闪烁的红色星体－－火星，从古代就被认为与战争、天地异动等灾难深深相连，从而与人们的生活息息相关，并曾作为战争之星被人类所祭拜。至今为止，作为一颗生命存在可能性很高的星球，火星依旧为人们所瞩目。
19世纪末，意大利的天文学家斯基帕雷利观察到火星表面有许多暗线，并用意大利语"Canali（水沟）"为其命名。但由于将这个词从法文译成英语时，误译成了"Canals（运河）"，这样一来，"火星上肯定存在智能生物"的传闻在整个世界不胫而走。相信这则传闻的美国天文学家罗威尔甚至建了一座私人天文台对火星进行了彻底的观测。另据记载，1938年曾有听众把电台播送的广播剧《宇宙战争》中一则编纂的新闻当真，从而引发了一场恐慌。
1996年，美国航空航天局（NASA）发表消息称："在火星的陨石之中发现了生命存在的痕迹"。这一消息再次吸引了包括研究者在内无数人的关注，但持反对意见的人也很多，至今仍未得出最终结论。
但火星上曾经有水存在的证据却不断被发现。2004年NASA的无人探测器"勇气"号与"机遇"号在火星进行探测时，发现在火星表面存在有流水作用而形成的地形以及曾受水流侵蚀的岩石。由欧洲航天局ESA发射升空的火星探测器MarsExpress（译注：火星快车）也在火星的南极附近发现了冰层。或许古时候，火星也是一个和地球相类似的含有丰富水质的星球。
第六节太阳系的旅客－－彗星和流星群
彗星总是突然出现在夜空中，并且拖着长长的尾巴。古时候，人们把彗星出现看作是不祥之兆，对彗星存在着敬畏之心。18世纪中叶，人类才揭开它神秘的面纱。从牛顿那里得知万有引力定律的英国天文学家埃德蒙·哈雷查阅资料发现，彗星（即今天的"哈雷彗星"）果然如万有引力定律所预测的一样，每隔大约76年便会出现一次。而在哈雷去世后，哈雷彗星再次造访地球的时间和他生前所预言的时间相吻合。这也说明了彗星是住在从太阳系边缘的一位旅行者。
"彗星"是由凝结成冰的水、二氧化碳、氨和尘埃微粒混杂所构成的一个"脏雪球"。它的直径只有数公里，每当接近太阳时，冰由于高温融化成为蓬松的气体，闪烁着夺目的光芒喷射而出。太阳风把喷射出的气体吹得很远，看起来就像一条长长的尾巴。不过彗星拥有慧尾的时间也很短暂，大多数的彗星轨道都是一个细长的椭圆形，于是它们刚刚经过太阳就要隐去自己美丽的身影，再度回到整个太阳系的边缘。
彗星经过后会留下许多尘埃，如果地球在运行时与它们相遇，就会有许多尘埃飞入大气层，在与大气的剧烈摩擦中灼热发光，我们便会看到流星飞落。这就是"流星雨"。
2001年11月，狮子座流星群带来了大规模的流星雨，向我们展示了大自然的壮观。它的母体彗星便是约每33年靠近太阳一次的彗星坦普尔·塔克尔。这样说来，倒不如认为流星雨是彗星从上古以来，就一直在赐予我们的精致礼物。
第七节太阳系的小朋友们－－小行星与TNO
太阳系里，有许多比行星还要小的、像石块一样的天体。这无数颗被称作"小行星"的天体大小均不等，主要分布在火星与木星的轨道之间，目前已经发现了40万颗以上。天文学界认为，这些小行星主要是太阳系诞生时出现的直径10km左右的"微型行星"经过碰撞后留下的残骸。
虽然大部分的小行星都分布在火星与木星之间（这一带被称为小行星带），但也有一部分分布在木星轨道上，和木星的公转周期相同，被称为特洛伊星群。
小行星容易与彗星相混淆，因为两者都是太阳系中的微型天体。但它们无论是在成分（小行星的成分是岩石，彗星成分为冰）还是在成因上，都有很大不同。
并且，随着大口径的天文望远镜和可以拍摄低温暗处小型天体的红外线照相机投入使用，人类已经可以观测到太阳系最边缘的小型天体。观测结果表明，在海王星轨道外侧也存在着"海王星外天体（TNO）"以及"艾吉沃斯-柯伊伯带天体（EKBO）"等众多小型天体，这些天体依然保持着太阳系刚刚形成时的状态。这些天体对于研究太阳系的形成有着很重要的意义。
第十颗行星在哪里－－太阳系的定义
第八节第十颗行星在哪里－－太阳系的定义
经过学术界长期的争论，在布拉格举行的国际天文学联合会（IAU）大会上终于为行星下了科学的定义。2006年8月，有关太阳系行星数量变化的消息传遍了世界各地。
一直以来，行星都被看作是围绕太阳公转的大型天体。太阳系的行星共有9颗，冥王星是最外围的行星。在这之前虽然一直没有对行星下过一个精确的定义，但也没有谁提出过异议。
然而，1930年发现的冥王星在当时虽然被认为和地球差不多大小，但随着观测技术的进步，科学家们逐渐发现它的体积比原先预测的要小得多，运行轨道也并不规则，这些都不符合人们对于行星的判断标准。到了1978年，冥王星的卫星卡戎星被发现，它的体积竟然是冥王星的一半，这也说明冥王星的实际体积比地球的卫星月亮还要小。
通过近年的观测，在海王星外侧发现了许多小型外天体，这一切都逐渐表明：冥王星与行星的成因不同，只是太阳系边缘无数微型天体中的一颗。到