遼遠的星空

NO.01 宇宙能裝進火柴盒嗎？

這也許是你經常聽到的傳言之一。我可以清楚地告訴你這不是真的，但假如我們能做個計算的話，那結果會更清晰。這不是一個準確的計算結果，不過在判斷“宇宙在一個火柴盒里”這個理論是否有任何真實性上，它可以給我們一些提示。

這是它的算法：

（1）我們需要知道一個原子內部的那一點兒東西將占據多少空間。為簡單起見，讓我們假設宇宙中只有氫原子，這樣我們只需要計算一個質子的體積和一個電子的體積。假設質子和電子都是球體，它們的體積可以按照這樣的公式計算：V=4/3πr3

電子的體積：

半徑大約是：2.82×10-15m

算得體積大約是：1×10-43m3

質子的體積：

半徑大約是：1×10-15m

算得體積大約是：2×10-44m3

這說明質子和電子的總體積大約是1×10-43m3

（2）現在我們需要知道火柴盒的體積，它大約是3×10-5m3

（3）下一步就是計算出多少原子可以填滿一個火柴盒。這可以由火柴盒的體積（3×10-5m3）除以原子的體積（1×10-43m3）計算得出，結果是3×1038個原子。

（4）最后一步就是將這個數據和宇宙中原子的數量進行比較。有兩種方法可以推斷出宇宙中原子的數量。據推測，宇宙中大概有1×1020個星球。那每個星球中有多少個原子呢？即便我們可以做出另一個猜想，那也是不可能確定的。不過讓我們假定太陽是一個標準的星球并且完全是由氫原子組成。太陽的質量是2×1030千克。氫原子的質量是17×10-27千克。將它們相除得到太陽中的原子數量是12×1057個?，F在乘以宇宙中星球的數量就可以得到：宇宙中原子的數量是1×1077個。

用另一種方法考察，可以觀察到的宇宙的質量是1×1052千克。我們認為那大概是整個宇宙總質量的90%，所以宇宙的總重是1×1053千克。將它除以氫原子的質量（宇宙中絕大多數是氫原子）得到原子的數量是1×1079個。

這兩個答案的相似度已經足以證明它們都是較準確的，所以我們將這個有根據的推斷作為宇宙中原子的數量。

（5）比較第3條和第4條的答案，它清楚的說明即使宇宙中的所有原子都和氫原子一樣大也不可能裝進一個火柴盒。更何況很多原子比氫原子要大得多，那裝滿火柴盒的原子數目比第3條的計算結果還要小。

如果宇宙中的所有原子都是由一個電子和一個中子組成，而且沒有其他的空隙，那它們要占據多大的體積呢？這可以由第4條的答案和第1條的答案相乘計算得出：

1×1079×1×10-43=1×1036m3

這真是一個巨大的火柴盒??！

NO.02 你能聽到宇宙大爆炸的巨響嗎？

宇宙大爆炸會發出聲響嗎？如果你當時在場的話，有可能聽到嗎？

這當然是一個假設性的問題，它并沒有一個完美的答案。那么就從理論上來考慮它，怎么樣？聲音是以振動的形式來傳遞的，它需要經由某些東西來傳播。在大爆炸的那一刻，宇宙確實是在無限地聚集，但沒有任何一個獨立的部分可以作為傳播聲音的媒介，所以我猜想聲音沒有辦法被傳播出來。但如果你已經得到了一個更好的推測，那也有可能是正確的。

NO.03 科學家仍相信宇宙大爆炸學說嗎？

宇宙大爆炸學說是一種關于宇宙起源的設想。這可不是一個輕松的話題，特別是當有人問你下面這些問題的時候：如果宇宙本來就是今天這個樣子，那還有沒有宇宙起源之說？在宇宙產生之前是什么？如果宇宙不是無窮大的話，那么在宇宙之外是什么呢？無窮大又究竟是多大呢？…

想找到這些問題的答案的確是一件很困難的事情，甚至有些令人望而生畏。但是，人類能回答某些關鍵性問題。

很久以前，許多科學家就已經接受了宇宙起源于一次爆炸事件這一說法，他們認為，距今約150億年前，宇宙中的全部物質——現在的數百億個星系那時處在無限小的范圍內（可能只有句號那么大）?？茖W家認為，在約150億年前時候，宇宙爆炸——起初是由比原子還小的粒子組成的一團煙霧。后來，原子形成。大約又過了10億年，形成了由恒星組成的星系。自從爆炸以來，宇宙自身一直在向外膨脹，像吹氣球一樣越來越大。

但是最近幾年，研究宇宙結構的天文學家獲得了一些意想不到的發現，而有些發現與宇宙大爆炸學說不符。

問題之一是在宇宙膨脹過程中，其中的物質是如何擴散開來的。一個物體爆炸后，碎片應該均勻地向各個方向發散開來，因此如果宇宙是由大爆炸產生的，其中的物質應該相當均勻地分布在整個空間。然而事實并非如此。宇宙中的物質分布極不均勻。當我們觀察太空時會發現物質往往成堆地聚集在一起。龐大的星系散布在宇宙中，而星系之間則是空曠遙遠的空間。同樣，星系也往往聚集形成星系團，而星系團還會聚集起來形成超星系團。對于宇宙的結構為什么是這樣的，它又是如何形成的，科學家至今仍未能給出統一的答案?？墒墙陙碛殖霈F了更加令人迷惑的問題。

借助最先進的儀器，包括高空同步軌道天文望遠鏡，天文學家已發現新的令人困惑的天體結構——長鏈星系。這個發現是對物質均勻分布這一觀點的新挑戰。

為了解釋這些現象，科學家正在嘗試著修正和完善宇宙大爆炸學說。最佳的猜想原因可能是萬有引力。在萬有引力作用下，物質會聚集成團，并越聚越大，形成圓餅形的氫氣和氦氣云。萬有引力作用又使氣體云聚攏，從而形成最初的恒星的集合——星系。由于氣體云也成團出現，所以相應的星系團也就形成了。

有些科學家已經徹底放棄了宇宙大爆炸學說，他們又重提早期的宇宙起源學說，比如穩態理論：在穩態宇宙模型里，宇宙既沒有起點也沒有終點，它總是這副模樣，而且將永遠都是。物質隨著時間的推移不斷產生，從而形成新的星系。

NO.04 以兩倍光速的速度奔跑，有可能目睹宇宙的創始嗎？

很抱歉，即使你的速度能達到光速的兩倍，你也不得不明白這樣一個事實，宇宙大爆炸創造的不僅僅是宇宙的物質，而且還包括了它內部的空間。是什么阻止我們回到宇宙形成之時呢？在大爆炸之后宇宙仍然是很小的，大概只有幾米的直徑。所以即使我們目睹了大爆炸的發生，并試著來到它的外面，我們也進不去，因為其內部空間還沒有被創造出來。

NO.05 會不會有其他宇宙空間也發生了大爆炸？

這是沒辦法說清的。首先，宇宙擴張論是錯綜復雜的，并且經常被人曲解。宇宙并不是向空間內擴展——并不是好像有些什么東西在它之外而被擴展中的宇宙吞噬，而是空間自己在擴展。換種說法，宇宙中的兩個物體之間的距離在逐漸拉大，但是物體并沒有移動。這就是為什么你不能讓兩處宇宙大爆炸互相靠近的原因。

NO.06 宇宙之外沒有任何東西嗎？

類似的問題有的適合于科學家來解答，有的則適合于哲學家解答。這個問題很大程度上適合由后者來回答。從學術上講，“宇宙”就意味著一切，并且不可能有任何其他的東西超出它的范圍，所有的東西都是宇宙的一部分。我認為產生這樣的疑惑是由于我們使用了宇宙這個詞匯去描述我們能認知到的一切，事實上我們應該把它更精確地描述為“可見的宇宙”。當然，有很多東西在宇宙之外，可我們看不到，因為沒有足夠的時間讓遙遠星體中的光線傳播到我們這里。宇宙存在大約有150億年之久，所以我們能夠了解到在150億光年距離內的任何東西，因為這些星體中的光線可以傳播到我們這里。宇宙還沒有足夠寬廣到讓在這個距離之外的其他東西中的光線觸及我們。

關于我們所能了解的宇宙之外，在某些程度上說還只是猜測。我們能說出它可能是什么樣子是因為即使我們看不到它，它也將會對我們產生影響。愛因斯坦的關于描述地心引力是怎樣影響空間本身的“廣義相對論”，在很大程度上仍然是描述我們宇宙的最好方式。這暗示了空間或許是無限的，或許是在閉合的。如果它是無限的，那它就不可能被包含在任何東西之內，因為它沒有邊界；如果它是閉合的，它就不會有一個真正的開始或者結束。這在三維立體中很難想象，不過你可以想象自己處于二維平面并且徘徊在一個球體表面附近。你可以后退前進，向左向右，但是你沒有任何關于上下的概念。對你而言，除了那個球體的表面就沒有什么其他事物了。因此，你就永遠只能在這個球體附近徘徊，并且永遠也到不了盡頭。所以，對我們來說，我們的宇宙就是所有一切。

NO.07 宇宙膨脹成的空間里究竟有什么？

宇宙膨脹的空間是一片空白嗎？如果你帶著一個小盒子進入那個空間，打開盒子，然后再蓋好帶回地球，里面會有東西嗎？

實際上，宇宙空間并不是絕對的真空。即使我們可以設法除去星際塵埃等等因素，在量子能級空間內也不是空的——它由移動著的那個明顯屬于宇宙引力場中的量子場組成。然而場是不能被裝起來的，所以你的盒子里不會被裝入什么東西?？臻g也不是我們所理解的真正的“純距離”：它是我們給包含了所有星系的圍繞物（接近真空）和描述宇宙引力場起的名字。仍然有一些問題我們沒有充分的理解，所以“天體場”似乎是一個最好的術語。

NO.08 什么是黑洞？

黑洞是由大質量的恒星因為燃盡了維持它們燃燒的燃料而向自身內部坍塌形成的。

恒星是由氣體組成的，它們通過將一種氣體轉變成另一種氣體來工作——通常是氫聚合成氦，最終大部分氫形成了氦，然后氦再被轉變成碳，而碳又變成了氧。所有的這些反應以光和熱的形式釋放能量，來使恒星發光發熱。這些光和熱維持了恒星的外形，并對抗使所有氣體收縮的自身引力。

但是總會到燃料不足而無法燃燒的階段，那時就輪到引力發揮作用了。如果恒星足夠大（它必須超過太陽的3倍），它將向自身坍塌。如果中心物質的密度變得足夠高，以至于它的引力足以阻止光的逃逸，那么它就變成了一個黑洞。

NO.09 宇宙中存在“黑洞”嗎？

1783年，英國天文學家約翰·米歇爾指出：一個質量足夠大的恒星會有非常強大的引力場，以至于連光線都不能逃逸出來。幾年之后法國數學家和哲學家皮埃爾·拉普拉斯得出了同樣的結論。然后，愛因斯坦在1915年提出了廣義相對論，那之后黑洞被當成一個真實的物體就成為可能。1967年約翰·惠勒創造了黑洞這個術語。

沒有任何絕對的證據能證明有黑洞存在，但是有它們存在的“痕跡”。第一個被“發現”的黑洞是在1971年發現的天鵝座X-1。雖然沒有人敢肯定那是一個黑洞，但到現在很少有人懷疑它。

NO.10 光為什么不能從黑洞中逃脫？

如果你完全堅守著牛頓的萬有引力，那么解釋黑洞這個問題就變得非常困難了。我們在日常的活動中如玩撞球或擲球時，牛頓定律被使用得很好——甚至連火箭發射都是遵循牛頓定律的。但是當它面對向黑洞這樣復雜的問題時，你不得不開始考慮是什么引力在空間中起作用。這就是愛因斯坦在20世紀早期所研究的問題。他的引力理論認為引力影響著一個叫做時空的由時間和空間組成的組合體。愛因斯坦認為引力扭曲了時空，以至于光不能沿著直線前進。從A點到B點之間直線運行是最快的方式，除非它沿的并不是直線。

這將幫助你去理解如下問題：你也許會認為從倫敦到加拿大西海岸的溫哥華最便捷的方式就是沿著直線飛越過太平洋，但實際并不是這樣。它們會先向北飛向蘇格蘭，然后穿越格陵蘭的上方，因為這才是最直接并且最短的航程，雖然它看起來并不是。這個世界在我們的視界里就是一個平面——我們使用的所有地圖都是平的——所以看起來直線穿越大海好像是最短的路線。但是如果你看著一個地球儀——這個世界的真實模擬物，你會很容易的發現最短的路線是穿越過格陵蘭的一個大圓弧。

這同樣適用于時空。在我們看來太空是一個平面，而且這個觀點被廣泛接受，即使是對我們最想做的事即登上月球也是如此。但是，一旦我們開始討論太空中引力非常強的那些地方——例如黑洞——我們就不得不開始考慮時空中引力的作用。想象這里有一張劃有一條直線的蹦床，如果你將一包很重的馬鈴薯放在它的中間，蹦床將向中間陷下去，而這條直線也不再是直的。這時如果你將一個彈球從蹦床的一頭滾到另一頭，在蹦床上它不會沿著一條直線前進，而是會在蹦床上曲線前進。而那就是時空和光線之間發生的事。引力扭曲了時空，而光跟隨著已經被引力彎曲的直線穿越時空。黑洞將時空扭曲得太厲害以至于直線實際上已經被彎曲成一個圓，而光就沿著圓形軌道不停地旋轉，直至消失。所以說，光是無法從黑洞中逃脫的。

NO.11 如果我掉進黑洞中會發生什么事？

首先，你必須明白你再也出不來了。當你剛一接近黑洞時，你根本不會有什么感覺。就像繞地球軌道運行的太空人，你將處于“自由落體”狀態，并且你身體的每一個部分都將處在同一個重力的影響下——你會感覺到失重。但是，一旦你開始接近黑洞那巨大的引力場——大概距黑洞中心80萬千米，你會感受到什么是所謂的黑洞潮汐力。如果你進入黑洞時碰巧是腳先下去，你的腳將會比你的頭感受到更大的拉力，而你會有被撕扯的感覺。當到你的身體快要發出“砰”的一聲這個臨界點時，一切將變得更糟，那就是你生命的終點了。

這將很可能發生在你穿過一個被稱為黑洞邊界的東西的時候。此時你必須要讓你的運動速度和光速相等。所有的引力場都有一個脫離速度，在地球，這個速度就是火箭進入太空的速度。一旦你來到了黑洞邊界，為了逃離，你需要跑得比光速還要快，而那是不可能的事。因此一旦你到了黑洞邊界，如果不能跑得比光速還快，就再也出不來了。

NO.12 在黑洞中下落時會看到什么？

那時事物看起來會有一點歪，因為從遠處物體上傳過來的光會被巨大的引力場所彎曲。但是即使當你落入無法逃避的黑洞邊界時，從黑洞內部仍然可以看到外面的光。當然，沒有人能看見你，因為你這里光線沒法從黑洞中逃逸——要這樣做，你這里的光必須跑得比黑洞的光速快，這顯然是不可能的。

你的旅程的下一站是到達黑洞的中心——“奇點”。你現在處在一個距離已經變成了時間的奇特世界，而要躲開它是不可能的，因為你所前往的不再是一個地點而是你未來的一個時間。你不可能逃離它，就像沒有方法避免明天來臨一樣——不管你是否愿意，它都將到來。

NO.13 脈沖星是如何形成的？

脈沖星是一種體積小、密度大、高速旋轉的恒星，它在旋轉的同時發出窄束無線電波，就像旋轉的燈塔，只有它朝向我們的時候才能夠檢測到這些無線電波。所以從地球上看，這種奇怪的恒星發出的好像是脈沖信號。

脈沖星是一種中子星：有時，巨大的恒星會在激變爆炸中結束生命，而中子星就是這種爆炸的產物。

一個中等大小的恒星（如太陽）有上百萬個地球那么大。而一個巨星或超巨星的直徑是太陽的10～1000倍，中子星就是一個如此巨大的恒星塌陷為一個城市的大小之后形成的。這就是中子星的不同之處，它具有普通恒星的質量，但體積卻小到難以想象的程度——一湯匙大小的中子星物質足有10億噸重。

恒星爆炸后的殘留物質會發生塌陷，塌陷時，它的重力越來越強，原子則被擠得越來越靠近。在一般情況下，原子之間會保持一定距離，因為原子中繞原子核運動的電子使原子間相互排斥。但在中子星中，電子受到強大的擠壓離開原來的軌道，進入原子中心。原子的中心是原子核，由質子和中子組成，進入原子核的電子與質子發生反應，形成更多中子。最終，該恒星充滿了中子，于是中子星就形成了。

科學家認為，中子星在人類發現它之前已經存在很長時間了。1967年11月，人類第一次發現它存在的跡象：英國的一個射電望遠鏡陣列發現了宇宙中一個新的無線電波源。

宇宙中有許多種無線電波源，比如說，在恒星間漂移的水分子和氨分子就會發出無線電波，這些無線電波可以被射電望遠鏡的碟形天線接收。

脈沖星發出的無線電波與其他無線電波都不相同。喬瑟琳·貝爾是一位研究生，當她偶然發現這些奇怪的信號時，她仔細研究了這些電波的特點，她驚奇地發現，這個無線電波源規律地發出無線電波——每次間隔時間是1.337秒。

貝爾的發現公之于眾后，很多人以為她發現了地外文明建造的無線電信標機，但是幾個月之后，另一個脈沖射電源被發現了。于是，科學家不再認為貝爾發現的是人造物體發出的無線電波。天文學家最終認定，這些無線電波源是恒星塌陷的產物，并將其命名為脈沖星。事實證明，脈沖星是中子星的一種。從此之后，成百上千的脈沖星陸續揭開了它們神秘的面紗。

不過脈沖星為什么會產生脈沖呢？科學家認為是因為其高速自旋轉的緣故。所有的恒星都會自轉，太陽自轉一周需要近1個月。所有旋轉的物體，當其縮小時旋轉速度都會加快。想一想花樣滑冰運動員，當他們做旋轉動作時，慢慢地把手臂縮向胸前會讓他們轉得越來越快。對于塌陷的恒星也是同樣的道理。一個城市大小的脈沖星可以每秒自轉一周，還有轉得更快的。

再來看看脈沖是如何形成的。脈沖星有強磁場，南北極附近的自由質子和電子沿著磁場線被掃射出來，當這些粒子加速時，就會放出能量光子——從X射線到無線電波。因此，脈沖星旋轉時，窄束輻射閃出，就好像旋轉的燈塔發出的光忽明忽暗。

NO.14 什么是星系，宇宙中究竟有多少個星系？

宇宙中無數的恒星為什么不是均勻分布在宇宙中，而總是聚集成星系——就像是人們總是聚集在城鎮。而星系之間空曠遼遠。

我們所在的星系叫做銀河系，它是一個由氣體、塵埃和約2000億顆恒星組成的巨大的旋轉中的“轉輪”。每顆恒星之間的距離大約有幾十萬億千米，我們熟悉的太陽位于銀河系的邊緣。

當我們觀察宇宙時，其實是透過銀河系里的恒星往外看，就像是雨天里透過雨幕看風景。我們在夜空中看到的單顆星星都是銀河系里的恒星。銀河系是一個旋轉星系，俯看就像是一個由恒星組成的巨大旋風。太陽和它的八大行星就位于從“旋風”中心伸出的一條旋臂上。太陽在旋臂里的運動速度是94萬千米/小時，按照這樣的速度，太陽需要大約2億年的時間才能繞星系一周。

從側面看去，銀河系是中間厚邊緣薄的碟子形狀。如果天氣晴好，我們可以看見夜空里有亮帶延伸，那其實就是銀河系的一部分。

如果能夠走出銀河系，我們就可以看到它的真面目：漆黑的背景上面布滿了星系，就像漆黑的海面上，小島都被點亮了。銀河系再大，也只不過是宇宙中約1000億個星系之一。雖然每個星系都由至少上百萬顆恒星組成，但它們距離地球太遙遠，以至于我們看到它們的光都很微弱。

一個普通的望遠鏡就可以讓我們看到數十個星系；一架更好的天文望遠鏡能夠讓我們看到更多星系，甚至可以看到幾個遙遠星系中的恒星。

仙女座星系是距離銀河系最近的星系，天氣晴好時，我們甚至不需要望遠鏡就能看到它。仙女座星系跟銀河系一樣，也是螺旋星系。所有的星系中，有一半都是螺旋星系，像一個自旋的轉輪。這些星系里有數不清的恒星，包括年輕的、年老的和中年的。

還有橢球形的星系——數十億顆恒星組成的大球。有些星系是正球形的，有些是扁球形。橢球形星系中所有的恒星都圍繞著中心旋轉，像一群飛舞的蜜蜂。這些星系中的恒星年紀都比較大，許多是紅巨星，所以橢球形星系往往都發出橙色的光。

還有其他形狀的星系，有些像沒有旋臂的漩渦（或者像照相機鏡頭），還有些沒有特定的形狀，所以叫做不規則星系。

星系看似平靜，實際上充滿了劇烈的自然事件，強度絕不次于地球上的火山爆發和地震。例如，一次仍在持續的能量大釋放中，從M87星系中心噴出的藍白色高溫氣體噴流足有5000光年長。天文學家們認為，位于星系中心的黑洞能夠吞噬氣體、塵埃甚至整個恒星，它很可能就是星系上劇烈事件的根源。

星系之間也會發生碰撞，但因為每顆恒星之間的距離實在是太遠了，所以當星系相遇時，恒星之間并不會相撞，它們通常會從彼此身旁飛馳而過。仍然是因為星系的體積太龐大，這種“碰撞”需要持續幾百萬年，而不是幾分鐘。但是專家們可以在電腦上模擬出星系相遇的情景，模擬的過程是可以迅速完成的，這樣天文學家們就可以預言當兩個星系相遇的時候是怎么樣的，相遇之后又會發生什么事情。由于星系中恒星的運動就像夜晚天空中的航船，萬有引力使它們彼此吸引。有些恒星離開原來的位置，從而使交織的星系的形狀都發生扭曲。比如，當一個橢球形星系接近一個螺旋星系的時候，后者充滿恒星的旋臂就有可能受到前者的影響而偏離原來的位置。

目前，有些天文學家猜想，今天的大型星系很可能是由很多小星系融合而成的。例如，兩個螺旋星系合并起來就可能形成一個橢球形星系。因為在宇宙深處20億光年附近（也就是那里20億年前），天文學家們發現越來越多的小型星系和越來越多的大型星系。而且這些小星系大都沒有規則的形狀，既不是螺旋形也不是橢球形。天文學家們認為，10～100個這樣的小星系融合在一起才能演變成像銀河系這樣的螺旋星系。

NO.15 星系都有自己名字嗎？

前面提到了，星系是由恒星組成的旋轉城市，宇宙中的星系至少有1000億個，它們中間隔著廣闊的宇宙空間。如果不用望遠鏡，除了我們自己的星系——銀河系，我們最多還可以看到3個星系。

其中兩個是以葡萄牙航海家費迪南德·麥哲倫的名字命名的，叫做麥哲倫星云。1519年，當麥哲倫的艦隊行使至南半球的海域時，船員們發現了兩個閃著黯淡光芒的星系，并把這個消息帶回歐洲。

麥哲倫星云看起來柔軟、松散，的確像是云。這兩個小星系圍繞著銀河系旋轉，所以它們是銀河系最近的鄰居。那么它們究竟有多小呢？其中一個有150億顆恒星，另一個“只有”50億顆，而我們的銀河系有約2000億顆恒星。

另外一個不需要望遠鏡就能看見的星系是仙女座星系，這也是一個螺旋星系。仙女座星系距離我們220萬光年，這也就是說，仙女座星系距離地球約21×108億千米。所以我們永遠只能看見仙女座星系220萬年前的樣子。

用肉眼觀察仙女座星系和麥哲倫星云時，我們看不見單顆的恒星，只能看到由上百萬顆恒星發出的光共同組成的形狀。

除了這3個星系之外，在夜空中我們還可以看見銀河系的一部分。我們可以看見夜空里有一道亮帶，就像是散落在天空中的面粉。古希臘人把這條光帶想象成女神赫拉乳房里噴射出的乳汁。在希臘語中，乳汁就是“gala”，這就是“星系”（galaxy）這個詞的來源。

有些需要借助于望遠鏡才能看到的星系同樣有奇特有趣的名字：小玉夫星座、天龍星座、天爐星座、獅子座Ⅰ、獅子座Ⅱ、六分儀星座、飛馬星座、車輪星系、寬邊帽星系…

但是，因為宇宙中的星系數不勝數，所以不能一一取名。有些星系沒有真正的名字，卻有自己的編號。17世紀，一位法國的天文學家查爾斯·梅西耶列了一張表，表里包括了100多個天空中的發光天體，其中就有很多星系。他為表單中的每一個天體編號，如M1、M2，等等。所以很多星系有多種叫法，比如仙女座星系又叫做M13。

后來，天文學家又在前人的基礎上擴充了星系和其他天體的編目，比如增加了星團和星云，所以又出現了新的編碼表——《新總星表》。在這些編碼表中，仙女座星系又叫做NGC224。

NO.16 為什么天體都是球形的？

天體并不都是標準的球形，它們只是看上去像是球形，或者說幾乎是球形的罷了。

地球就是一個兩極稍扁的扁球形；木星和土星由于其極高密度的大氣，因而它們的兩極看上去更扁。

恒星、行星和其他天體之所以都是球形，而不是正方形或是別的什么奇形怪狀的樣子，完全是萬有引力作用的結果。

任何物體都會對其他物體產生吸引力。依據牛頓定律，萬有引力的大小與兩個物體間距離的平方成反比，而與物體相互間的位置無關。因而，有限多個不均勻分布的、一樣的粒子總是傾向于聚在一起形成球狀的團。在行星和恒星形成的過程中，同時還有許多其他力的作用。

假設在宇宙大爆炸后一段時間里，有大量不同的粒子不均勻地分布于宇宙空間中，由此形成了一大片分布不均的物質云，在這片物質云中，粒子彼此吸引，但整體的萬有引力卻沒有達到平衡，就仍有某種擾動力使其旋轉。特別地，可能因此而得到一顆伴星，那么兩個天體間就有引力相互作用。當然，這其中還涉及電磁學、摩擦和熱學等等各方面的復雜問題。

這時，分散的物質云在引力的作用下逐漸聚合在了一起，同時由于其本身的非均一性和某些外力的作用而開始自轉，于是便形成了一個大致的（不是完美球形的）旋轉天體。它的形狀將取決于其自轉速度的大小，自轉速度越快，其形狀就越趨近于扁圓形。此外，這個天體的形狀也與其組成物質的密度相關。

如果假設有一個呈標準球形的臺球，在旋轉中它會保持自己的外形近乎為球形；但若是一個旋轉著的充水氣球，則會呈兩頭扁、中間凸出的扁球形。事實上，天體大都有很大的質量和很高的自轉速度，赤道附近的物質很可能會因此被甩離該天體，給它來一次“瘦身運動”。被甩脫的“贅肉”可能會四處分散開來，在某些情況下也可能會通過類似的過程形成一顆球狀的衛星。

NO.17 如何測量恒星和星系之間的距離？

首先，你必須了解一個叫做視差的效應。如果你在你的鼻子前舉起一根手指，距鼻子大概20厘米遠，然后交替睜開和閉上你的一只眼睛，這個手指看起來就像從一邊跳到另一邊。這是因為每一只眼睛給了你一個不同的視覺效果，并且你的兩只眼睛之間存在著幾厘米的間隔。

如果你知道兩個極為重要的尺寸：你兩眼之間的距離和你手指看起來跳動的角度，那么三角法會幫助你計算出你手指距眼睛有多遠。

問題是這種方法對于觀察近處的手指是適合的，但是對于觀察更遠的物體就不行了，遠處物體呈現的動作是非常小的。如果你嘗試對一個遠處道路末端的燈柱這樣做時，你會發現你根本不能察覺到燈柱的任何移動——它小到無法觀察。所以，要增加視差，眼睛必須分得更開。天文學家利用這種效應在地球軌道的某一點做了一次觀測，然后等地球繞其軌道運行到半圈（大概需要6個月）之前做第二次觀測。知道這兩個觀測點之間的距離便可以得到的地球到太陽的距離，而且這個方法同樣可以測算出幾百光年以外恒星與地球之間的距離。

NO.18 恒星的顏色從哪來？

淡黃色的太陽是離我們最近的恒星。宇宙中的恒星可不都是淡黃色的，它們的顏色五彩斑斕，一簇恒星就可以成為珠寶盒了。在宇宙里，一顆顆恒星就像藍寶石鑲嵌在上面一樣，而當中一顆橘黃色的則發出耀眼的光芒。

恒星的顏色取決于它們自身的溫度。光是以波的形式傳播的輻射，相鄰波峰之間的距離就叫做光的波長。光波很短，短到什么程度呢？如果將1英寸分成25萬份，那么一個光波的長度僅相當于其中的幾份加起來那么長。

但無論光波多么短，它的變化卻足以引起人們視覺上的很大差異，因為波長的變化反映在人眼里就是顏色的變化。比如，紅光的波長是藍光的約1.5倍。而各種波長（也就是各種顏色）的光混合在一起就是白光。

日常生活中我們可以發現，當物體的溫度改變的時候，它的顏色也會變化。比如，一塊冷的烙鐵是黑色的，把它放進火爐里，一會兒工夫，它的表面就慢慢變成暗紅色——加熱時間越長就越紅。如果繼續加熱，在熔化之前，它會依次由紅變成橘紅、黃、白，最后變成藍白色。

科學家已經發現了物體顏色與溫度之間的關系，即溫度越高的物體，來自它的輻射的能量越大，波長越短。我們知道藍光的波長比紅光短，所以加熱能發出藍光的物體就一定比發紅光的物體熱。

恒星中的熱氣體原子發射出光粒子——光子。氣體溫度越高，光子的能量越強，波長越短。所以，最熱、最年輕的恒星會發出藍白色的光。隨著恒星上的核燃料慢慢消耗掉，它們的溫度也慢慢降下來，所以年邁的恒星溫度都比較低，通常會發出紅色的光。而介于兩者之間的中年恒星就會發黃光，比如太陽。

太陽距離地球只有1.5億千米，我們可以輕而易舉地看出太陽的顏色。但是有些恒星距離地球上萬億千米，比太陽遠得多，即使用目前最大倍數的望遠鏡也很難分辨出它們的顏色。因此，科學家們讓來自恒星的光通過一種特殊的過濾器，或者通過一種叫做濾光鏡的光學儀器，這些儀器能夠顯示出來自某個恒星的光里每種波長的光各有多少。

天文學家們可以通過標出什么光的波長強度最高來確定恒星的整體顏色。只要知道了恒星顏色，就可以利用簡單的數學換算公式來推斷恒星的表面溫度，還可以進一步估計恒星的年齡。

NO.19 到達銀河要多久？

其實你絕不可能到達銀河。不能到達的原因并不是你會在達到旅程的終點之前就已經死亡，而是這個旅行本身就沒有終點。今天最普及的理論是宇宙正在膨脹而且將永遠繼續膨脹下去，而由于這種膨脹，宇宙遠方的星系看起來像是以一種非常接近于光速的速度向后退去。所以，以現代技術可能達到的速度（航天飛機的速度大概可以達到2.8萬千米/小時）你可能永遠也追不到膨脹中宇宙的邊界。這是一場你絕不會贏的賽跑。

可以這么說，宇宙實際上是沒有可觸及的邊界的。就像很多觀點所指出的，如果宇宙是彎曲的，那么它會自己向后折疊形成一個沒有任何邊緣的形狀，就像地球的表面一樣。如果你在地球沿著一個方向行進，最終你將會回到起點。這用于太空或許也是一樣正確的——如果你沿著一個方向行進得足夠遠，你將回到你出發的地點。即使宇宙沒有傾斜到自身向后折疊起來的程度，你仍然不能到達它的邊界，因為宇宙是無限的。

讓我們忘掉宇宙正在膨脹和宇宙的形狀，坐上航天飛機并以14萬千米/小時的速度朝向我們所能看到最遠的大概100億光年或者說是95×1021千米以外的物體飛去。令人沮喪的是，計算結果將告訴你，你的旅程時間將是75萬億年。當看到這個結果的時候，請記住宇宙的年齡已經遠遠超過150億年了。

NO.20 如果沒有恒星，會有生命出現嗎？

如果地球又暗又冷，孤獨地處在無盡的黑暗中，會有生命在地球上出現并繁衍生息嗎？答案顯然是否定的。雖然地球上存在著許多生活在黑暗的狹縫和角落中的生物，但是陽光對于地球上生命的出現和繁衍仍然起著決定性作用。并且我們知道，太陽是離地球最近的恒星。

雖然我們可以想象地球是一個荒涼和沒有陽光的世界，但這種猜想其實是不成立的。因為從它的定義來看，行星是由恒星周圍的塵埃形成的天體，它不可能脫離恒星而單獨形成。

事實上，動植物的生命與恒星的生命息息相關。生命的存在不僅要歸功于太陽，還有那些很久以前和很遠以外的恒星的功勞。

恒星出現在行星和生命之前。最早的恒星大約形成于130億～140億年前，那時我們的宇宙還很年輕。

恒星也會像人一樣，經歷出生、衰老和死亡。在它們一生當中，恒星通過聚變元素得到新的元素來為自己提供能量。在中年時期到來之前，恒星主要靠聚變氫原子得到氦原子來制造能量。氫原子耗盡之后，它就聚變氦原子得到碳。隨著時間的推移，越來越重的元素在恒星表面的熔爐中形成，包括氧、氮、鎂、硅、硫等。

幾億年或幾十億年之后，恒星會耗盡自身的核燃料。較小的恒星會以一種相對平靜的方式結束生命，而巨大的恒星則會發生爆炸，有時在地球上的白天都能夠看到爆炸發出的短暫的強光。爆炸使形成的各種元素濺射入空間，這些元素就成為漂移在恒星間的氣體云和塵埃云的一部分，一旦條件適宜，這些云團就會形成新的恒星或行星。

太陽和它的八大行星，包括地球在內，都是由這樣的云團形成的。所以我們身邊或體內的許多元素都是在很遙遠的恒星內部形成的，如血液中的鐵元素、牙齒中的鈣元素和硬幣中的鎳元素等等。

雖然遙遠的星系提供了生命所需元素，但是為地球上生命起源提供直接能量的仍是離我們最近的恒星——太陽。年輕太陽的輻射穿過大氣層到達地球表面。來自太陽的熱為云層中閃電的產生提供了必要條件——科學家認為閃電和紫外線輻射可能激發海洋中的有機分子形成氨基酸（構成蛋白質的基本單位）。而蛋白質又是活細胞的關鍵組成部分。第一個活細胞是如何產生的至今仍是一個謎，但可以肯定的是，蛋白質在其中起到了至關重要的作用。

生命從誕生的那一刻起就依靠陽光延續，就像汽車依賴汽油行駛一樣。植物吸收陽光中的光子，利用它們的能量把二氧化碳和水變成碳水化合物和氧氣；反過來，動物和人呼吸這種氧氣，吃掉植物；肉食動物則又以其他動物為食?？偠灾?，是恒星開啟了這一切。

NO.21 科學家怎樣能夠知道一顆遙遠的行星或是恒星的溫度到底有多高？

天文學家常常借助分光鏡來估算天體的溫度。分光鏡是由羅伯特·威廉·本生（本生燈的發明者）和古斯塔夫·羅伯特·基爾霍夫這兩位德國科學家于1859年發明的。分光鏡最初的用途是將某種物質加熱到白熾狀態后分析其中的元素——每種元素發出可見光的特征化波長。本生還借助分光鏡發現了兩種新元素——銫和銣。在這之后，人們發現可以通過相同的顏色分析手段，并根據恒星或其他天體中元素發射和吸收光譜形成的譜線分析得知遙遠天體上所存在的化學元素及其相應的溫度。

許多年來，科學家們對恒星的分類方法不斷加以改進。早期的分類方式是根據恒星光譜中氫吸收譜線的強度，按照字母順序，從A到P劃分成幾個不同的等級。之后人們又根據表面溫度的遞減對恒星重新進行分類排序，絕大多數的恒星可被分入7種不同的光譜類型。新的星等序列從溫度最高的O等星開始到溫度最低的M等星為止，中間去掉了幾個字母，即O、B、A、F、G、K、M。科學家們編了一句著名的口訣來記憶這7個字母的順序：“啊，漂亮的姑娘，吻我吧！”（Oh Be A Fine Girl，Kiss Me.）

現在，天文學家不僅僅在可見光譜，而是在整個電磁波譜范圍上觀測宇宙。一般來說，低溫物體的輻射波長較長，而高溫物體的輻射波長較短。為了避免地球大氣層的干擾，科學家們將紅外望遠鏡送入宇宙空間里，用以探測紅外短波輻射。與此同時，人們也不斷拓展X射線望遠鏡和伽馬射線望遠鏡所能探測的長波輻射的范圍，以便對更高溫度的天體進行觀測。

NO.22 太空為什么是黑的？

地球上，白天的天空是亮的，這是因為空氣分子能夠反射陽光，就像一面面小鏡子。但是在月球上沒有大氣層，所以天空一片漆黑，連星光也消失了。同樣的道理，宇宙空間本身也是空蕩的，幾乎沒有能夠將光線反射進我們眼睛里的物質，所以我們看到的空間就是黑暗的——即使太陽周圍也是漆黑一片。

但是關于宇宙的黑暗仍然存在著疑團：宇宙中所有的天體發出的光為什么不能合在一起形成明亮的光？天空為什么會在晚上變黑？

托瑪斯·迪奇斯是16世紀的天文學家，他當時也研究了這些問題，他認為宇宙是無限的，宇宙在各個方向上拓展，在這個無盡的空間里，有無數顆恒星。但是按照他的推理，如果宇宙里充滿了恒星，天空被星光籠罩，那么夜空將和白天一樣明亮。然而事實并不是這樣。迪奇斯終其一生都沒能解開這個難題。

威爾海姆·奧伯斯（一位19世紀的天文學家）也花了許多年來思考同樣的問題，并且關于天空為什么是黑暗的問題被稱為“奧伯斯佯繆”。奧伯斯考慮了很多種可能，最后認為原因是宇宙空間里的塵埃：或許我們看不見遠處恒星發出的光，是因為宇宙中的塵埃吸收了這些光。

但奧伯斯死后，天文學家們計算了所有恒星發光的總和，結果發現，這個能量足以讓擋在半路的所有塵埃升溫發光。也就是說，夜空在閃亮的塵埃的照耀下也變得一片光明。于是，問題又回到了起點。

顯然，事實是夜晚被黑暗籠罩。一定是這個理論有問題。關鍵是，問題出在哪里？迪奇斯、奧伯斯和其他天文學家都認為在無限大的宇宙中有無數顆恒星。但事實上，他們錯了。

美國馬薩諸塞大學的愛德華·哈里森在他《夜的黑：宇宙之謎》一書中寫道：宇宙中的恒星數量并不足以覆蓋整個天空，所以夜空是黑的，其實宇宙本身也不是無限大的。

借助于強大的太空望遠鏡，我們幾乎可以看到最遠的恒星。光從遙遠的恒星傳播到地球上需要幾百萬年，所以當我們遙望夜空深處時，就是在回顧歷史。最強大的天文望遠能幫助我們看到某顆在100億年前發出的光的恒星。

宇宙的歷史只有150億年，天文望遠鏡越發達，我們就能看見越遠的恒星，也就是越遠古時期的景象。埃德加·愛倫·坡受到這個理論的啟發，寫下了許多帶有恐怖和超自然色彩的小說、詩歌，其中有《渡鴉》、《告密的心臟》等。1848年，愛倫·坡在《我得之矣：一首散文詩》中寫道：在漆黑的夜空深處，我們看到了宇宙誕生前的虛無。

按照哈里森的理論，愛倫·坡的詩刻畫了一個真實的宇宙。就像他詩中寫的“穿過群星，我們看到了宇宙的源頭?！?/p>

NO.23 為什么天上的星星會一閃一閃像在眨眼睛似的？

人們在地面上看到的恒星和部分行星之所以會一閃一閃的，是因為我們透過地球上許多層大氣看它們的緣故。不同密度的大氣的層使外太空射入的部分光線彎曲或散射。其結果是從某顆星星射出的全部所有光線并不一定同時到達我們的眼球，而是取決于當地的大氣分布狀態，時多時少。

宇宙中也存在著幾種不同類型的變星，變星的亮度會因自身的光輸出或者和其他天體發生食而真正發生變化，但是此類亮度變化往往要經過很長的時間才能被觀察到。相比恒星而言，幾大行星和我們的距離更近，因而到達地球的光線的量也更大，所以行星不會像恒星那樣頻繁地“眨眼睛”。

NO.24 星星為什么掉不下來？

抬頭仰望，天空就像屋頂；低頭俯視，腳下是大地。我們都不假思索地用“上”、“下”這樣的詞匯來表示方位。

我們通常會認為向上運動的東西總會落下來，這簡直是顯而易見的：把球拋向空中，它很快就會掉下來。但是我們看見星星也高掛在夜空，但為什么它們不會掉下來呢？

等一下，我們先來看看我們說的“上”、“下”是不是看起來的那樣。如果你身處北半球，頭朝上腳朝下，但如果你來到南極，你依然頭朝上腳朝下。也就是說，無論我們走到地球上的哪處，天空仍在頭頂之上，大地在腳下。

物體落到地面上，我們認為是向下，因為它們受到的地球重力的方向是向下的，所以總會被拉回到地面上。但是如果我們遠離地球進入浩瀚的宇宙空間，“上”、“下”就失去了意義。飄在太空里，根本沒法說清哪是上哪是下，只有行星和恒星間巨大空蕩的空間為參照。

在宇宙飛船的宇航員失去了重力作用，可以在飛船里隨意行走，比如飛船艙內的頂上。向上或向下只適用于對某一個重力場的描述，而對于太空中的飛行員來說，這里不受重力影響，向上或向下沒有任何意義。

但是當宇宙飛船準備著陸時情況就完全不一樣了，飛船被拉回重力場，當飛船將著陸時，宇航員將深刻體會“下”的感覺。

每個行星都有引力場，恒星也是。太陽系就是靠著這種引力維持了八大行星的正常運轉，包括地球圍繞太陽運轉。

夜空中的恒星距離地球太遠了，以至于它們與地球之間的萬有引力非常微弱。但如果它們靠近地球，地球就會飛向恒星，因為恒星的質量一般都比地球大得多。

恒星不會墜落在地球上，但是有時隕石會——這些石質或冰質物體被地球引力拉入地球，與大氣摩擦產生火焰，劃過天際的一瞬間形成一條亮線，被人們形象地稱為“流星”。

NO.25 為什么天空中的星星會組成圖案？

你有沒有過躺在草地上看云彩的經歷？天上的云彩像白花花的棉花糖，緩慢地向著一個方向飄過去。有時你會突然發現云團中有奇特的圖案，可能是人臉，或是某種動物。其實，星座是人們在看到天上的星星之后，根據它們之間的位置關系想象出的圖案。這就像是把點用線連接起來，最后圍成某個圖案的游戲。

人類從遠古時期就開始尋找天空中的圖畫了，蘇美爾人至少在4000年前就在畫星座的圖案了。毫不奇怪，人們會畫看到的各種有趣的圖案。比如說，在游牧民族對星象的記載中經常出現動物形狀的星座，而經常在海上漂泊的船員則會在天空中找到指南針的圖案。天文學家認為，人們可以通過發現熟悉的星空圖案獲得一些有用的信息，而其中最重要的一點就是確定方向和位置。

觀察恒星組成的圖案也有助于人們探究天空的奧秘。古時候的天文學家將天空分成不同區域，每個區域由一組恒星組成，叫做星座。人們會給每個星座命名，再編出一些關于它們的故事。

不同的文化有不同的星座圖案，關于星座的故事自然也就不一樣了。有些民族的對星座的描述很奇怪。我們現在知道，大熊星座周圍有一組恒星，當古埃及人看到這組恒星的時候，他們想到了這樣的情景：有一頭公牛，牛后面是一個躺倒的人，這只牛同時還被一只河馬追逐，而這只河馬是用兩條腿走路的，河馬背上還背了一只鱷魚！

許多關于星座的故事來源于希臘神話。那么我們就來說說大熊星座和小熊星座的來歷吧：女神朱諾非常妒忌她的侍從卡里斯托公主的容貌，所以朱諾的丈夫朱庇特十分擔心卡里斯托的安危，為了保護她，朱庇特把美麗的卡里斯托變成了一只熊。

但是故事并沒有就此結束。一天，卡里斯托的兒子出外打獵，見到一只大熊，他向這只熊瞄準，卻不知道這只大熊就是他的親生母親。這時，朱庇特又突然出現挽救了卡里斯托的生命，他把她的兒子也變成了一只小熊。這就是故事的經過，所以天空中有一個大熊和一個小熊，今天我們又把這兩個星座分別叫做大熊星座和小熊星座。

你可能聽說過獵人奧里恩和獵戶座的星光帶，還有刀槍不入的巨獅里奧（獅子座）。可是不要得意，天空中的圖案可遠不止這些：鑿子（雕具星座）、打氣筒（唧筒座）、畫架（繪架座）、望遠鏡（望遠鏡星座）、變色龍（蜓星座）、鯨（鯨魚座）、長頸鹿（鹿豹座），還有橫掃天堂的王后的秀發（后發座），應有盡有。

在現代星圖中，人們將南、北半球天空中的恒星劃分入88個星座，而這其中大多數星座的歷史可以追溯至公元前2600年。

同一個星座中的恒星看起來相距都不遠，但事實并非如此，隨意兩顆恒星之間的距離都可能有數萬億千米。但很遠的恒星可能非常亮，所以看起來與另一些距離我們近的但是黯淡的恒星很近。

星座并不是不變的，因為總是有恒星出生或死亡，并且是不斷運動的。一百萬年前，北斗七星（大熊星座的七顆星組）的形狀不像是一個勺子，而是更像一支長矛?？上攵?，一百萬年以后天空中的星宿會完全變成另一般模樣，那么未來的人們也很可能會重新為各個星座取名字。

最后，讓我們想象一下其他星球上的夜空。在另一個遙遠的太陽系里，可能也有一個類似地球的星球，我們的太陽就成為他們眼中群星中的一顆，在某個星座圖案中扮演重要角色，或許正是某種奇怪動物的尾巴呢！

NO.26 如果你寒假時去正當酷暑的南半球玩，你會在那里看到北半球的夏夜星空嗎？

你能看到夏夜的星空，但不是我們在北半球所看到的。那是完全不同的星空，其中還包括一些我們從來沒看到過的星座。

你越往南走，靠近北極星的星座（我們的北天恒星）在天空的位置就越低。當你走到阿根廷的時候，就已經看不到北斗七星了。南天恒星中最耀眼的星座當數南十字星和半人馬座。南門二（半人馬座α星）這顆半人馬座中最亮的星星，是宇宙中除了太陽以外離地球最近的恒星。

南北半球的星空之所以會有如此的差異，是因為地球是個大球體，而且地球自轉軸相對于宇宙中的恒星來說相當的固定。如果說我們繞整個地球走一圈，看到的是“完整”的宇宙的話，那么在南半球當然就只能看到“南半部”的宇宙了。

NO.27 既然黃道十二宮是北半球人發明的，那么南半球也有類似黃道十二宮的劃分嗎？

從地球上看，太陽似乎每年都繞行天空一周。人們將一年之中太陽在天球上視運行的軌道稱作黃道，并將黃道分成十二段，分別以黃道附近十二個星座的名字命名，稱作黃道十二宮。地球上的人們無論身處何地，都能看到太陽以相同的軌跡在這些星座之間穿行。

不論在南半球還是北半球，人們都能看到組成黃道平面的這十二個星座。從地球上不同的地方看，雖然星座在星空中的位置會有所不同，但各個星座之間的相對位置卻不會發生改變。

天空中星座的位置會隨季節更替而發生變化。早在兩千多年以前，古代思想家們就對這一現象進行了長期的觀測，并通過觀測逐步定出了黃道。他們將黃道平均分成十二等份，稱之為黃道十二宮。之后，占星家們開始相信人出生時天空中星座的位置將會對他的一生產生重要的影響。

用黃道十二宮劃分星空這一做法對天文學家來說幾乎沒有什么科學價值。從遠古時代開始，地球在宇宙中的位置就在不斷地改變，因而以黃道十二宮表示的日期已經不再代表太陽相對星座時的時間了。

NO.28 按照最新的統計數字，宇宙中的星星和地球上的沙子哪邊的數量更多呢？

沙子的數量更多。依據哈勃太空望遠鏡最新得到的圖片數據，科學家們證實了一個長久以來的猜測，即宇宙中相當多的星系是地面上的望遠鏡根本無法觀測到的，因此，宇宙中已知的星系總數從100億增加到500億也在人們的意料之中。事實上，有人甚至估計星系總量可能會高達1000億個。將這個數字再乘以每個星系包含的平均恒星數，從而估算出所有已知宇宙空間中全部恒星數量將約有1020～1022個。

如果沙粒的直徑不過幾個毫米，那么一個只有幾千米長海岸線的海灘上的沙子總數也不過1018顆，還是遠少于宇宙中恒星的數量?？墒侨绻阋闵系厍蛏先亢?、沙漠和海底所包含的沙子，所得的數字遠遠超過已知宇宙空間中所有恒星數量的總和。

NO.29 外太空有其他生命嗎？

如果你的意思是說具有智慧的生命，那結果可能是沒有。當然這種說法還沒有確切的證據。不過，任何天文學家都將不得不非常勇敢地站出來說地球是宇宙中已知的唯一一個有生命跡象的行星，但也會有很多人爭辯說有其他智慧生命散布在我們存在的銀河系中。

假設我們所談論的是類似于人類的生命，那么，為了生存它需要些什么？首先，它需要一個很長的穩定時期來由微生物進化成復雜的動物和植物。那么首要條件就是有一個穩定的太陽。這就直接排除了銀河里2000億恒星中的90%——它們不是太冷且虛弱，就是太熱且短命。

另一個生命存活的要素是要有液體存在——最有可能的是水，且必須是液態，因為只有在液態的情況下，化合物分子才能結合得更徹底，從而形成更復雜的分子結構。這為生命存在的必要條件帶來了一個更為嚴格的限制，雖然水分子廣泛地布及在宇宙中，但水僅在一個很小的溫度和壓力范圍內是液態的（在地球的溫度和壓力下是0～100攝氏度）。所以在一個行星上液態水的存在將需要一個堅固的大氣層，以及一個穩定的圍繞著恒星旋轉的軌道，并且它和這個恒星之間的距離應大致與地球和太陽之間的距離相當。這就是為什么沒有生命存在于火星和水星上——它們不是太熱就是太冷。

僅這兩個必要條件就排除了任何一個我們所知的太陽系里的其他行星，但是記住，還有更小的星系是很難被發現的，并且可能存在于銀河系之外。因此我們才可以說，在銀河系中地球是唯一一個有如此完美的環境供我們這樣的生命繁衍的行星。有相似的星球存在的可能性真的是非常小。

NO.30 如果航天飛行任務因故延長，補給用的空氣從何而來？

在迄今為止的航天飛行任務中，宇航員呼吸用的空氣成分——氧氣和氮氣都是裝在氣罐里帶上天的。然而，已經有這樣一項計劃，即當空間站建成時，將在上面安裝設備，以便從船員呼出的二氧化碳中制取氧氣。

與此同時，在NASA（美國國家航空航天局）的約翰遜宇航中心里，科學家們正在進行一項空氣和水循環利用技術的測試。他們把招募來的志愿者送進一間密封艙中，僅提供有限的空氣和水以測試這項技術?？茖W家們利用機械和化學等手段循環利用艙內包括尿液在內的全部水和空氣。在NASA過去的研究中還包括利用小麥循環產生氧氣的研究。到1997年，科學家們利用植物和（或）生物化學循環制氧技術，已經進行了連續運行60天和90天的實驗測試。

在NASA的位于阿拉巴馬州亨茨維爾市的馬歇爾航天飛行中心，科學家們曾設計出一套用于空間站的生命支持系統，利用集中器回收的二氧化碳。在一個二氧化碳減量裝置里，純度達95%的二氧化碳在氫氣中燃燒，生成水以及包括碳和甲烷在內的其他一些無用物質。反應生成的水可用來當作空間站里的飲用水。

而衛生清潔系統中比較臟的水則被送入氧氣發生器中，被電解裝置將其分解成氧和氫，氧氣被送回艙中供船員呼吸之用，結束循環。氫氣則被用于推進系統，用來維持空間站以恰當的姿態運行，并且將空間站送入合適的軌道。

每人每天大約要消耗0.73千克的氧氣。在以前的宇宙航行中，人們回收二氧化碳卻不對其加以循環利用。

最初，前蘇聯用一種多步驟化學回收系統獲取氧氣，供航天飛行因故延時之用。不過現在當然是轉而使用類似電解的過程來制取氧氣了，所需電解的水由“進步號”宇宙飛船負責輸送補給。美國的航天飛船上的空氣補給也是一樣。

NO.31 為什么宇航服不會在真空的宇宙中炸裂？

美國宇航員身著的宇航服是由數層超強纖維和其他材料制成，它有足夠的牢固度，以保證不會在真空的宇宙中破裂。

這9～10層的保護層包括各種材料和織物層，如直纖維（一種結合了凱芙拉纖維防斷保護的特富龍纖維）、由滌綸平紋織物加固強化的鍍鋁邁拉薄膜層、覆有氯丁橡膠的尼龍織物層、滌綸織物、覆有聚氨酯的尼龍織物層、聚氨酯浸漬薄膜、多纖維絲伸展尼龍、內含水冷劑的乙烯-醋酸乙烯管，以及為宇航員穿著舒適而設計的尼龍薄綢襯里。

但是宇航服防護的主要目標并非真空拉力，更直接的威脅其實源自于宇航服密封失效和溫度的劇烈變化：微小隕石的撞擊破壞會在宇航服上擊出小孔，造成內壓外泄；宇航員處于地球朝向太陽的一面時宇航服表面溫度會急劇升高，相反處于背向太陽的一面時溫度則會急劇下降。

宇航服內的生命支持系統為宇航員提供呼吸用的空氣并維持溫度控制系統的穩定，后背上的背包則用來為生命維持系統提供所需的壓力。

NO.32 時空旅行能成為現實嗎，如何實現？

即使你永遠都買不起一部時光穿梭機，想實現時空旅行從技術上來說也不是完全不可能的。這需要一部跑得非常非?？斓臋C器，具體地說，速度需要接近3×108米/秒，這個速度能夠使你在眨眼間繞著地球跑好幾圈。

3×108米/秒是光運動的速度，這幾乎是宇宙與生俱來的速度極限。有趣的是，當物體加速到接近光速，時間就會變慢。

出于對這個現象的好奇，物理學家曾經設想，如果讓雙胞胎兄弟中的一人乘上星際飛船作太空遨游，而另一個則留在地球上生活，結果會是怎樣。那就讓我們設想一下這個也許會發生在遙遠的未來的故事吧。

貝絲和芭比是雙胞胎，都是30歲。貝絲是一位宇航員，而芭比則是一個新聞記者。貝絲剛剛接到一項飛行任務，這可能會成為她一生的使命：乘坐宇宙飛船到鄰近的一個恒星系統去考察。芭比會為她工作的報社全程報道這次航空旅行。

目的地距離地球96萬億千米，大約10光年的距離。貝絲乘坐的宇宙飛船以光速的90%的速度運行，照此推算，從地球上出發到回到地球需要22年的時間。在這段時間里，芭比結了婚，生了兩個孩子，而且頭發都變花白了。

但這段時間對于宇航員貝絲來說卻是另外一番情景。當宇宙飛船以極快的速度穿梭于星際時，船艙內的鐘表悄悄地放慢了腳步。并不是表沒電了或是壞掉了，而是時間本身為飛船和飛船上的成員放慢了節奏。

然而飛行員們自己卻感覺不到絲毫的變化，對于他們來說，1分鐘仍然是1分鐘，并沒有多出1秒鐘。但在貝絲出發之后，飛船上的時間和地球上的相差越來越多了。

成功完成任務之后，宇航員們返回了地球。當飛船進入太陽系時，船艙里的電子鐘顯示這次太空旅行花了10年時間。當飛船途徑冥王星時，貝絲剛好慶祝自己40歲的生日。

貝絲和芭比都知道這種時間變慢的效應會發生，但當兩姐妹重逢時，她們仍然很震驚。貝絲是一位40歲的中年女子，而芭比已是邁向老年的52歲的婦人了。兩姐妹不再像是雙胞胎了。芭比如今已不再年輕，她把這次太空旅行看作是年輕時的回憶。而貝絲則有些茫然：22年過去了，這個世界發生了很大的變化，對于她來說，相當于經過了10年的長途旅行來到了12年后的未來。

這種時空旅行的創意的靈感來自于阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論，該理論描述了運動給時間、距離和質量帶來的影響，更接近光速的旅行將把宇航員們送到更遙遠的未來，比如說1個世紀之后。雖然我們現在仍不能制造出可以如此高速運行的飛行器，但我們仍然能從相對低速的運動物體身上觀察到這種效應?？茖W家們曾在超音速飛機上裝上非常精確的時鐘，在飛行結束后，他們發現時鐘整整慢了1秒鐘。

在他的廣義相對論中，愛因斯坦預言，隨著引力的增加，時間也會變慢。依據這個預言，有人提出這樣的設想，也許我們可以利用宇宙中具有極大引力場的天體結構，比如黑洞，幫助年邁的老人重返童年。

NO.33 太空中是否有很多垃圾？

因為大量人造物體的逐漸增加，事實上太空正變得相當擁擠，并且由于這些東西互相碰撞而造成了更多的碎片。

做一個估測，太空中有7000個大型的物體，大約位于500～900千米高的位置上。其中2000個是儀表裝置，但僅有大約5%在運行。還有4萬個小塊和碎片是碰撞的產物或是火箭分解后的殘留物。還要加上大約300萬的微粒，可能是剝離的涂料或是塵埃，其中的一些可能會以28.8萬千米/小時——足以使國際空間站的窗子出現裂紋的速度前進。

NO.34 在太空中宇航員怎么稱體重呢？

如果告訴你他們是通過擺動來做到這一點的，你會說我是在騙你，但這是真的。你要明白：體重對于身體來說是一種將其吸引到地球的力量。如果你將他帶到沒有地心引力的外太空，那么他確實什么也稱不到。但是他們仍然有質量，因為質量是一個物體所包含的物質的數值的量度。當然，重力和質量是相關的：重力是質量和重力加速度的乘積，因此吸引產生的力越大，重量越大，而質量則沒有改變。

在太空中稱質量你必須使用一個靠地心引力獨立工作的儀器——慣性秤。記住，你的慣性也是衡量你質量的一種方式，或者說你的“質量”越大，你移動起來就會越困難。所以宇航員將他們自己用皮帶綁在擺動的儀器上，利用輕微向前向后擺動的慣性秤可以計算出需要多少力才能讓他們動起來。由此，宇航員的質量就可以計算出來，并且也可以推算出他在地球上的重量。

NO.35 怎樣在太空船里使用廁所？

太空船里的廁所就像一個普通的廁所，男女都適用，有一盞燈以便于閱讀，并且在對著宇航員的位置有一扇窗戶，通過它可以很方便地觀察外面。讓你感到不熟悉的就是各種皮帶、腳控制帶和安全帶。

早期的太空服使用尿布和一次性袋子，但是現在它感覺起來和正常的廁所非常相似。主要的區別就是那里沒有水沖。作為代替，固體物會被一股強烈的氣流沖入一個隔離間，在那里將它們脫水、消毒、壓縮，然后儲藏起來，直到著陸后再做處理；液體則被釋放到太空中然后蒸發掉。廁所里的空氣經過清潔、過濾，達到一定條件后，會再被泵回船艙里。

還有一個更為先進的系統，當你使用廁所時，放置在馬桶底部的塑料袋將固體和液體一起接住、密封，并一個接一個堆放起來。這個方法克服了脫水器的風扇由于接觸到尿液而被腐蝕的問題。

NO.36 在太空中會流鼻涕嗎？

根據美國國家航空航天局（NASA）所述，宇航員在太空里經常會抱怨頭暈，特別是在失重狀態下的頭幾天。這可能是因為宇航員腿部和腹部的液體上移到胸腔，而且頭處在無重力的環境中的原因。然而，流鼻涕不會在太空中發生，因為沒有重力作用使液體流下來。過量的液體會留在宇航員的鼻腔里直到他們擤鼻子，通過壓力會使得液體流出。

NO.37 在外太空點蠟燭，會發生什么事？

你也許會對燭火感興趣：19世紀偉大的科學家邁克爾·法拉第說過，“讓你能進入自然哲學（科學）殿堂的大門不會比思考一根蠟燭的理論更多”。

我猜測你會在太空船中而不是在太空里做這個試驗。在地球上，蠟燭火焰的漂亮形狀是由蠟在氧氣存在的情況下燃燒形成的，空氣中還包括二氧化碳和水。這些物質從火焰中升起，而空氣中的氧氣被吸引來替代它們——那就是給予火焰形狀的東西。

在太空船中，火焰處于微重力之下，熱空氣不會升起，而底下的新鮮氧氣也不會產生。這樣的結果將是一個不會持續很久的奇妙的藍色火焰，因為蠟無法在沒有氧氣的情況下燃燒。

NO.38 如果一個人在太空中死亡會怎么樣，在太空中受精、懷孕和出生與在地球上會有什么不同？

事實上，按照太空專家的理論，人的尸體在冰冷的、真空的宇宙中會被凍干。人體內的水分會凍結成冰，最終消散在廣袤的宇宙空間中。

冰可以不融化成水而直接升華成水蒸氣；又因為太空中不存在氧氣，尸體不會腐爛，尸體上也幾乎看不到微生物分解的跡象。所有的一切就好像把人體深度冷藏了一樣。不過，也沒人知道凍干一具尸體到底要花多長時間。人在宇航服內死亡之后的情況也是如此，只不過凍干的過程要更長一些。

至于說到在太空中孕育新生命，交配、懷孕和分娩是三個不相關聯的問題，隨后幼體的成長也是另一個問題。到目前為止，人類尚未在太空中對任何一種哺乳動物進行過完整的生育試驗。在這樣的試驗中包含有太多的未知因素。比如說，科學家們就不確定人類受孕過程是否必須在有重力的環境下進行。

在太空中，特別是在太空的深處，輻射強度要大大高于地球。所以除非有良好的防輻射措施，否則新生兒罹患先天性生理缺陷的幾率要大大增高。目前，NASA正試圖建造類似的防輻射設備。

胎兒早期發育又是另一大問題。因為大多數物種身體左右對稱以及頭足生長差異都與重力有關。

在前蘇聯的一次太空試驗中，懷孕的母老鼠產下的幼仔均表現正常。但是這批老鼠早在被送入太空之前就已經受孕，在太空中飛行一段時間后返回再地球分娩，因而研究的結果并不具有決定性的意義。

人體還會在太空飛行的過程中出現一系列的生理問題。從理論上說，諸如骨骼中鈣質的流失、激素與體液的分解和失重狀態下肌肉萎縮等現象都會影響到正常的受孕過程。

生物學發展中遇到的以上所有問題，都是在空間站上長期工作居住的宇航員需要加以觀察的目標。

如果在懷孕的最后幾周中胎兒不像在地球上那樣順著產道下降，那么在太空中分娩可能要花費更長的時間。但是整個分娩過程應該和在地球上差不多，因為分娩時肌肉收縮并不受地球重力的影響。