话说宇宙

前言第一章探测月球1
一.月球概述1
二.月球探测的意义7
三.月球探测的历史回顾11
四.中国的嫦娥探月工程15
第二章我们的太阳
21一.为什么要研究太阳21
二.太阳的基本构造23
三.太阳活动现象28
四.太阳对地球的影响33
五.太阳的演化37
第三章
天象奇观日月食
42一.日食和月食是如何发生的？44
二.日食和月食的类型及其发生频率46
三.日全食的观测意义52
四.我国的日全食和日环食观测56
第四章走进太阳系
62一.从冥王星降级说起62
二.大行星及其空间探测67
三.太阳系的小天体85
第五章仰望浩瀚的星空
93一.星座、星名和星等93
二.恒星距离和绝对星等104
三.恒星的光度、大小、质量和密度109四.恒星的信息宝库――光谱112
？iv？话说宇宙第六章恒星世界真奇妙
120
一.双星120
二.变星123
三.耀星、新星和超新星125
四.星团、星云和星际物质130
五.恒星的诞生和消亡136
第七章巡游宇宙岛屿
147
一.银河系147
二.正常河外星系151
三.特殊星系155
四.星系团和超星系团160
五.宇宙背景辐射163
第八章宇宙是如何演化的？168
一.早期的宇宙模型168
二.标准大爆炸宇宙模型173
三.宇宙极早期的暴胀模型179
四.暗物质、暗能量和宇宙加速膨胀183
第九章外星人在哪里？191
一.UFO
不是外星人191
二.太阳系外行星搜索198
三.尝试与外星人沟通205
第十章探索宇宙的利器
214
一.天体的辐射和天文望远镜分类214
二.太阳望远镜217
三.地基天文光学望远镜225
四.射电天文望远镜238
五.空间望远镜251
参考书目258
附录259

林元章，天体物理学家，中国科学院国家天文台研究员。1956年毕业于南京大学天文系，先后任职于中国科学院紫金山天文台和国家天文台。1985～1986年为加拿大国家研究院Herzberg
天体物理研究所客座教授。曾任中国天文学会理事和“太阳物理和日地关系”专业委员会主任，以及《天体物理学报》副主编。靠前天文学会会员。享受国务院特殊津贴。研究方向为太阳物理学，发表论文100
多篇，获全国科技大会重大成果奖和中国科学院科技进步特等奖等6个奖项。曾在北京大学、中国科学技术大学和中国科学院研究生院讲授“太阳物理学”和“恒星大气物理”。退休后热衷于天文科普工作。

    靠前章.探测月球一.月球概述月球俗称月亮，是地球的天然卫星。月球环绕地球运行的轨道近于圆形，它绕地球一周的时间为27.3
    天。月球与地球的平均距离为384400
    公里，或者粗略地说，约为38
    万公里。38
    万公里是个什么概念呢？如果我们乘坐速度为每小时1000
    公里的飞机从地球出发，需要16
    天才能到达月球；如果改乘每小时200
    公里的火车，就需80
    天才能到达；如果在地球和月球之间架起一座天桥，那么以每小时6
    公里的步行速度日夜兼程，就需7.3
    年才能到达月球。不过如果我们乘坐速度为每小时5500
    公里的火箭，只需70
    小时就能到达月球。我们知道世界上很快的速度是光的传播速度，即每秒30
    万公里，因此从月球发出的光线或者无线电波，只需1.3
    秒就能到达地球。月球的直径是3476
    公里，或粗略地说约3500
    公里，稍大于地球直径12756
    公里的1/4
    ，大体上相当于亚洲的大小，但其表面面积约为中国的4
    倍（图1.1）。月球体积是地球的1/49
    。月球的质量为7350
    亿亿吨，是地球质量的1/81
    。月球的平均密度为每立方厘米3.34
    ，小于地球的平均密度每立方厘米5.52
    。人们从农历月初至月终的不同日子里，看到月球的形状（称为月相）是不一样的（图1.2）。这是由于月球环绕地球运行的过程中，从地球上的人们看到月球被太阳照亮的面积和形状不同造成的。图1.3
    中央为地球，环绕它的是位于不同位置时的月球，太阳光从右面射向地球和月球，它们面向太阳的半球为亮区，背向太阳的半球为暗区。图中很外层圆圈上的一排小圆圈表示当月球在不同？2？话说宇宙位置时从地球上看到的月相。农历初一时，从地球上只能看到月球未被太阳光照亮的暗半球，因此实际上看不见月亮（称为新月）；农历上旬，人们看到月球被太阳照亮的区域逐渐增大，就是上弦月；到了农历十五或十六，从地球上看到的正好是它被太阳照亮的整个半球，成了一轮满月；到了农历下旬，人们看到月球被太阳照亮的区域又逐渐变小，这就是下弦月；到了下一月的农历初一，月球又变成了看不见的新月。图1.3
    月相变化原理月球的自转周期与它环绕地球公转的周期相同，都是27.3
    天，因此它总是以固定的半球面向地球，另一半球永远背向地球，从地球上是看不到的。只有利用绕到月球背面的航天器才能看到月球的背面。图1.4
    是用绕月航天器拍摄到的月靠前章.探测月球？3？球背面。那么为什么说月球以固定半球朝向地球就表明其自转周期与公转周期相等呢？如图1.5
    所示。设月球上有一具无线电天线，若月球无自转而只有公转，天线的方向将永远朝上，为左图。右图则表明月球公转一周过程中，天线总是朝向地球，它的方向也正好在空中旋转了360
    度，即月球也自转一周，可见月球自转一周正好也公转了一周（图1.5）。图1.4
    月球背面月球环境与地球的优选差别或许就是月球上既没有空气，也基本上没有水。由于月球质量太小，它的引力只有地球的1/6，这样微弱的引力无法把空气吸引住并留在月球上，因为气体的热运动能轻而易举地摆脱掉
    ..

    这样小的引力而逃离月

    球。由于没有大气的保

    护，
    月球表面如果曾经

    有过大片水域，也必定
    会在炽热的太阳光照射

    下很快蒸发散失。不过美
    国于1994
    年和1998
    年
    ........
    ......ふκ....
    图1.5

    月球自转与公转周期示意图
    发射的两个月球探测器，
    以及2008
    年美国安装在
    印度探月航天器上的微型合成孔径雷达和2009
    年美国发射的“月球勘测轨道器”，都观测到在月球的南极和北极附近太阳光照不到的较为阴影区中，有水冰的痕迹。据推测可能是一些以冰为主要成分的彗星撞击月球后留下的“遗骸”，因处在较为阴影区中而免受蒸发散去。不过这一问题尚需进一步探测证实（图1.6）。月球表面并不光滑，而是高低不平。我们看到月亮上有些地方较为明亮，有些地方较为黑暗，从而想象月面上有吴刚伐树和玉兔捣药等，当然只是美丽的传？4？话说宇宙图1.6
    月球南极区图1.7
    满月说（图1.7）。实际上我们看到的亮区是月球上的山脉和高地，较暗的区域则是平原和凹地。月球地貌很突出的特色就是有很多近于圆形的环形山。目前认为这些环形山的成因有两种：其一是由月球形成早期的火山爆发造成的；另一原因是太阳系小天体撞击的结果。图1.8
    是月面上不同区域的名称，可见高耸地带多以山图1.8
    月面上不同区域的名称靠前章.探测月球？5？脉命名，低平地区则称为洋或海，环形山大多用历目前的科学家命名，例如我国古代有名的科学家张衡、祖冲之和郭守敬等。图1.9
    为月面上某局部区的小山峰和环形山，其中山峰的阴影很长，表明太阳刚刚升起。月球上优选山峰的高度可达10000
    米，比地球上的优选峰珠穆朗玛峰还高。图1.10
    是月球南部的第谷环形山，其直径为86
    公里，其中心山峰高度为2300
    米。由于月球没有大气和大片水域，结果出现了许多与地球上接近不同的独特景象。首先是没有地球上常见的风、云、雨、雪等天气现象，也没有任何生物和生命活动。其二是声波无法借助空气传播，说话听不见、打炮无声响，因此月球表面是一片荒芜和寂静的世界。其三是由于没有大气和海洋起缓冲和调节作用，月球上的昼夜温差极大，在强烈的太阳光照耀下，白天的优选温度可高达127
    ℃；夜间因失去阳光，温度急速下降到-183
    ℃。更有意思的是由于没有大气散射太阳光，即使在白天，月球上看到的天空也是漆黑的，太阳和星星同时出现，相互辉映，同时还会看到很好壮观的蓝白色地球（主要是地球上海洋和云彩的颜色），它的角直径比太阳还要大4
    倍，这是一幅多么美妙的动人景象呀！月球是一颗寂静星球的含义还不只是上述这些。地球上除了有多彩纷呈的天气变化和繁荣昌盛的生命现象外，还经常会发生来自地壳板块运动和地球内部原因造成的火山爆发、地震和海啸等剧烈活动。与此相对照，月球上既无火山爆发也无海啸。安装在月球上的月震仪探测结果表明月震很好微弱，这表明月球已基？6？话说宇宙本上凝结成一块固体。另一方面，安装在月球上的磁场仪的测量结果表明月球几乎没有磁场。大家知道，地球存在磁场，按照目前的观点，地球的磁场是由地球内部熔化的金属导体流动造成的。因此月球几乎没有磁场也间接证明月球内部已经基本凝固和没有流体运动。根据研究，月球大约在30
    亿年前就已经是这种状态。与此相反，地球正处在活动的高峰期，与地球相邻的火星则处于活动晚期。估计过很长时间以后，地球的活动会减弱到与现在的火星相当，而过40
    亿年之后，地球也会变成目前月球的状态。那么月球是如何诞生的呢？这个问题还没有认可的答案。而且这个问题可能与地球的形成甚至太阳系的形成关系密切，天文学家尚未取得统一的见解。目前认为有几种可能。靠前种观点认为月球是与地球同时形成的。通常认为整个太阳系是由一块巨大的星云演化形成的，星云的绝大部分物质通过自身的引力作用，收缩凝聚成为太阳，少量剩余的物质碎片形成了行星和它们的卫星，月球就是在这样的过程中与地球同时形成的，这种观点称为“同源说”。另一种可能就是在地球初步形成之后，但尚未接近凝结时，由于受到地球自转的离心力和太阳引力的共同作用，或者有另一巨大的星球从地球旁边经过，借助它的强大引力，从地球中拉出一团物质，然后演化成月球，这种观点称为“分裂说”。第三种可能就是太阳系中有很多小天体，包括大量的小行星，由于它们的质量太小，当它们在太空中运行时容易受到大行星的引力扰动，使它们的轨道变化不定。因此也不排除某一小行星经过地球附近时，地球通过自己的巨大引力把它俘获过来，成为自己的卫星，这就是“俘获说”。有人针对这一问题和上述三种可能的答案，形象和风趣地比喻月球到底是地球的“妹妹”“女儿”或是“妻子”？对月球起源的探讨已成为月球研究中的热门课题。根据对美国阿波罗载人探月带回的月岩样本进行分析后，多数学者转而相信月球是在几十亿年前尚未凝固时，受到一颗火星大小的小行星撞击后，抛出的地球物质凝聚形成的。但是近年来又有人提出，鉴于月球正面（向着地球的一面）与月球背面（背向地球的一面）地貌的显著差别，即正面比较平整和光滑，而背面有更多山地，因而认为月球原先是由两个孪生的月亮（一大一小）碰撞形成的。这种观点认为，当两个月亮尚未接近凝固时，较小的月亮（其质量只有目前月球的1/3）从背面撞击大月亮，导致小月亮粉身碎骨，像泥巴抹到皮球上那样造成月球背面的粗糙地貌。如果真是如此，必定会造成目前月球内部的密度不均匀。因此有两种途径

《话说宇宙》通过10个专题，介绍了月球、太阳、日食和月食、太阳系、星空、恒星世界、银河系和河外星系、宇宙的演化、外星人问题，以及探测宇宙的利器等，用通俗的语言对各类天体和宇宙结构作了系统的讲解。对有志于了解天体和宇宙以及天文学基本知识的中学生、大学生和同等文化程度的其他读者，这本天文科普读物很值得一读。

星星离我们有多远？太阳为何会发光？彗星和流星雨是怎么回事？宇宙真的在膨胀吗？到底有没有外星人？……本书作者在中国科学院紫金山天文台和国家天文台从事天文学专业研究工作40多年，退休后热衷于天文科普工作。本书通过10个选题，对月球、太阳、日食和月食、太阳系、恒星世界、银河系和河外星系、宇宙的演化，以及探测宇宙的利器等方面，用通俗的语言对各类天体和宇宙结构作了系统的讲解。对有志于了解天体和宇宙以及天文学基本知识的中学生、大学生和同等文化程度的其他读者，这本天文科普读物，很值得一读，相信读后必将会有所助益。

定价：为出版社全国统一定价；

文轩价：为商品的销售价，是您最终决定是否购买商品的依据；受系统缓存影响，最终价格以商品放入购物车后显示的价格为准；

新广告法规定所有页面信息中不得出现绝对化用词和功能性用词。

本店非常支持新广告法，但为了不影响消费者正常购买，页面明显区域本店已在排查修改，对于不明显区域也将会逐步排查并修改，我们此郑重声明：本店所有页面上的绝对化用词与功能性用词在此声明全部失效，不作为赔付理由。涉及“教育部声明”中的商品，均不代表教育部指定、推荐的具体版本，仅代表该商品的内容为指定、推荐书目。因极限用词引起的任何形式的商品赔付，本店不接收且不妥协。希望消费者理解并欢迎联系客服帮助完善，也请职业打假人士高抬贵手。