天文学的故事

导读（节选）

在比“明月几时有，把酒问青天”更久远的时代，地球上的人们就已经仰望头顶的星空很多很多年了，太阳循环着升起落下，夜晚的繁星从未缺席，月亮严格遵循圆缺的规律，千万年、上亿年来都是这样的。但它们是怎么来的？为什么高悬在天空中？这都让人产生了无穷的好奇和疑问，所以自古以来，无论中国还是其他国家，都流传着很多关于星星、月亮、太阳的神话和传说。

这些天体神秘又美丽，一直吸引着人们去探索它们的真相，近现代科学技术的发展，更是加快了人类探索太空和宇宙的脚步。

四五百年前，人们才刚刚确认了“地球围着太阳转”的事实，用环球航行证实了地球是圆的，此后，随着理论知识的完善，人类对地球自身、月亮、太阳、太阳系、银河系、宇宙的探索也越发深入。人类用天文望远镜、探测器尽可能地观察和研究着头顶上那片我们一直在凝望但一直陌生的天空。

……

发现与探索的过程是如此艰难又富有传奇色彩，丝毫不亚于最惊心动魄的探险小说，科学家们在不同的年代背景下，直面各方面的困境，不断揭露着新奇的、激动人心的宇宙秘密。

从前的天文学家们从对地球本身的了解出发，观察太阳和月亮，记录天空中的斗转星移，研究不常见的天文异象，用简陋的工具与烦琐的计算日复一日地探究一颗又一颗不同的星星。自古以来，无数这样默默无闻的科学家、学者、普通人的探索构成了今人了解宇宙的基本图景。

现在我们知道了宇宙有着“恒河沙数”一样多的星系，而每个星系中又有数不尽的星云、星团、恒星等天体。地球，不过是浩渺星海里的一滴水，人造仪器能够探求的半径至今刚到达太阳系边缘，以光年为衡量单位的遥远天文距离，使得地球在宇宙中微小得如同一粒尘埃，更遑论地球上我们这些小小的人类。

在“旅行者 1号”拍摄的那张经典照片“暗淡蓝点”上，地球如同一粒微尘若有若无地轻轻飘荡在无垠的太空里，如此孤独、柔弱而珍贵。

这样的地球在广袤的宇宙中是独特而唯一的，它由宇宙最初的物质构成，又在离太阳恰好的位置演化出了生命，数十亿年的生息繁衍延续到了今天，化为地球上的树叶、虫鸟，以及你、我这样每一个不同的个体。地球生命的出现在茫茫宇宙中是奇迹，同样，你也同地球一样，是偶然与必然结合诞生的生命奇迹。

人生短促，宇宙的未知更加让人慨叹白驹过隙一般的光阴，若你在生命中的某个瞬间，能遇见星系另一端一颗或许已经不存在的星星千万年前发出的光，那将是多么幸运。千千万万颗星，就像乐谱上的无数音符，并非杂乱无章，星星的生命如同人的生命，宇宙的深邃犹如内心的无涯，它们谱就了一曲宏大壮美的乐章，等着你去倾听。

对天文的历史与宇宙的发现感兴趣、想要了解更多的你，如果已经准备好踏上一段求知之旅，那么就依照本书中地球、太阳、月亮、太阳系、银河系、宇宙依次展开延伸的顺序，穿过文字与书页，把目光投向漫无天际的宇宙吧，你会发现，越了解宇宙，也将越熟悉地球和人类，以及万物生灵。

《天文学的故事》是一本天文学科普读物，由“地球这颗星”“窥秘日月星辰”“遨游太阳系”“大千世界，璀璨银河”“宇宙深处”五大主题组成。全书以地球为起点，逐步延伸至太阳系、银河系，乃至宇宙边缘。书中既有天文学的基础知识，如地球自转、太阳黑子等现象，又有重大科学成果的介绍，如相对论的验证、引力波的发现等，作者精心编排了一条富有趣味的阅读路线，带我们体验一段人类探索星空和宇宙奥秘的“浓缩版”旅程。

李梦瑶

毕业于浙江大学。媒体记者出身， 现为青少年科普图书作者、编辑，拥有多年的青少年科普题材写作经验。她对宇宙充满好奇，多年来致力于科普知识的普及和推广，尤其关注青少年天文科普教育。她希望通过这本书，激发青少年对天文学的兴趣和热爱，帮助他们更好地了解宇宙，开拓视野。

第一章 地球这颗星／1 

1.混沌初开的地球／1

2.生命之源，来自天外／5

3.坐地日行八万里／8

4.怎样成为占星师？／12

5.残酷的“地”“日”中心之争／15

6.星辰大海，无畏征途／19

7.传奇师徒的大突破／22

8.万有引力，万物铁律／27

9.望远，望更远／30

10.“旅行者”不再来／34

11.新理论，新宇宙／38

12.奔向茫茫太空／41

第二章 窥秘日月星辰／46 

1.跃动的太阳／46

2.发光发热，能量何来？／49

3.光的密码／53

4.不黑的太阳黑子／56

5.耀斑大爆发／59

6.“日食探险”：证实相对论／63

7.乘着太阳风远行／66

8.月亮的身世之谜／70

9.月有阴晴圆缺／73

10.给月亮画个像／77

11.奇特环形山／80

12.登月：前所未有的壮举／83

第三章 遨游太阳系／88 

1.饱受摧残的水星／88

2.“住”在金星上的“女神们”／92

3.火星火星，请回答／95

4.伽利略与木星／98

5.土星环的秘密／101

6.发现天王星：莫测的身份／105

7.预见海王星：科学的胜利／108

8.冥王星的降级：为什么它是矮行星？／112

9.太阳系两大“甜甜圈”／115

10.土卫六的生机／118

11.“魔法扫帚”哈雷彗星／122

12.奥尔特云：太阳系的边缘／125

第四章 大千世界，璀璨银河／129 

1.地球所在的“街道”／129

2.谁是太阳最近的恒星邻居？／132

3.古老的银河系／136

4.银心那里有什么？／140

5.四条优美的“手臂”／143

6.“做”出来的银盘／147

7.在银河系内看银河系／150

8.“牛郎织女”在哪里／153

9.球状星团是破坏者吗？／156

10.银河系的未来：星系碰撞？／159

第五章 宇宙深处／163 

1.在虚空的星云中新生／163

2.星星的“地图”怎么看／167

3.赫罗图：一颗恒星的生命历程／170

4.当梅西耶遇见蟹状星云／173

5.黑洞、白洞、虫洞都是什么洞？／177

6.难以捉摸的暗物质／180

7.引力波存在吗？／184

8.含义丰富的“哈勃深场照”／187

9.宇宙的明天／191

《天文学的故事》是一本天文学科普读物，由“地球这颗星”“窥秘日月星辰”“遨游太阳系”“大千世界，璀璨银河”“宇宙深处”五大主题组成。全书以地球为起点，逐步延伸至太阳系、银河系，乃至宇宙边缘。书中既有天文学的基础知识，如地球自转、太阳黑子等现象，又有重大科学成果的介绍，如相对论的验证、引力波的发现等，作者精心编排了一条富有趣味的阅读路线，带我们体验一段人类探索星空和宇宙奥秘的“浓缩版”旅程。

李梦瑶

毕业于浙江大学。媒体记者出身， 现为青少年科普图书作者、编辑，拥有多年的青少年科普题材写作经验。她对宇宙充满好奇，多年来致力于科普知识的普及和推广，尤其关注青少年天文科普教育。她希望通过这本书，激发青少年对天文学的兴趣和热爱，帮助他们更好地了解宇宙，开拓视野。

正文（节选）

三百多年前，有一个英国乡下的年轻人却对这颗落地的苹果产生了疑问 ——它为什么向下落而不是向上飞？什么原因让它必须向下落？如果它被从很高的地方用特别大的力气抛出去会怎样？

一个被前人忽略或者说想不明白的巨大隐秘被这个爱思考的年轻人发现了，他就是 23岁的艾萨克·牛顿（ Isaac Newton， 1643—1727），连同那颗小小的苹果，也成了这个科学故事里的重要角色。

在牛顿之前，哥白尼、伽利略、开普勒等将人们对宇宙和自然的认识进行了颠覆，科学家们在观测数据和理论的基础上，寻求着更多的新发现，比如对地球的重力、地日距离与引力的关系等做了相关研究，英国皇家学会的重要成员胡克第一个提出名词“万有引力”，但相关理论都没得到验证，更遑论成系统的理论体系。

直到 1666年，一颗苹果的落地，引起了到家乡小镇伍尔索普躲避瘟疫的牛顿的注意。牛顿意识到让苹果落地的是地球对它的引力，他继续论证引力大小跟物体的质量、物体之间距离的关系，又验证出，如果这颗苹果在高空中以一定的高速被抛出，它将会围绕地球做运动而不再掉落，那它，不正是天上的月亮吗？这说明地月之间也存在相应的引力作用。

牛顿将这种力推及开来：要是再往比月球更远的地方探寻呢？类似的相互吸引的力在宇宙万物间普遍存在，他进一步计算得出，两物体间引力的大小其实跟两者距离的平方成反比。

这个著名的公式被称为“万有引力定律”，从地上到天上，万物都逃不过这个简单的定律，有了它，天体之间的距离、远处天体的质量都能计算出来，并且从万有引力定律反推，又能印证开普勒定律的结果，比如他同样得出太阳位于地球椭圆轨道的一个焦点处。

万有引力定律的结果说明，天地万物的运动是有一定规律的，地上的所有物体都被它牢牢控制而不被地球的转动甩飞，天上的天体不再是无序的，更不是神秘的，相互之间的引力让天体们“乖乖地”待在自己的位置上，形成特定的运行轨道。无论是地球还是宇宙，一切都在万有引力的作用下变得清晰和稳定。

除此以外，牛顿对力的相互作用和力与速度、质量的关系都进行了深入研究，得出了三大运动定律。在 1687年牛顿出版的知名著作《自然哲学的数学原理》中，他全面阐释了万有引力定律和三大运动定律，说明了怎样从万物的运动现象得出引力，又以力解释了自然现象。

牛顿的相关理论不仅为经典力学奠定了基础，也成为现代天体力学的起源。牛顿在力学及其他领域，如光学、数学方面的成就，为这些领域开辟了全新局面，但其实他对自然科学的研究只是他学术生涯的一部分而已。

牛顿在他的回忆录中说：“我不知晓世人怎么看待我，可我只像一个在海边游戏的孩童，为自己时不时找到的美丽石子或贝壳而高兴，但对眼前伟大的真理之海毫无知觉。”或许，我们能从这只言片语中，感受到这位科学巨人对真理的热切追求，并受到鼓舞。