总目录

浩瀚无垠的宇宙

奇妙的日食与月食现象

人类对月球的开发

探索太阳系

行星与恒星

行星撞地球的传说

宇宙的起源

浩瀚无垠的宇宙目录

前言

外星生命与人类沟通之谜

外星人是怎样通讯的

能否与外星人联系之谜

遗留在地球上的不明尸体之谜

与外星人亲密接触之谜

外星人的长相之谜

真有外星人住在地球上吗？

七旬老妇巧遇6指外星人

土耳其小镇宣称发现“外星人”

火星上的外星人之谜

外星人的实验场之谜

野人与外星人之谜

寻找外星人

与外星人交往之谜

古代的UFO之谜

2000年来的UFO之谜

死丘之谜

中国古画中关于UFO的记载

外星人是否来过地球之谜

被绑架者与UFO之谜

UFO的第一次媒体露相之谜

“黑衣人”之谜

UFO是否真的存在之谜

UFO坠毁之谜

UFO光临地球的疑团

UFO大战之谜

被UFO追击之谜

巴普岛上的UFO事件之谜

麦田怪圈之谜

沙漠和海洋会成为UFO基地吗

UFO的身世之谜

美国总统与UFO之谜

UFO的乐园之谜

UFO真的与直升机相遇了吗

民航机遭遇UFO之谜

中国境内UFO之谜

丘吉尔与UFO之谜

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宇宙瞭望书坊

浩瀚无垠的宇宙

李宏　主编

出版社：辽海出版社

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前言

人类是宇宙演化的杰作，宇宙是神秘莫测的存在。当宇宙的精灵与莫测的神秘结合在一起时，便碰撞出无数精彩的篇章。人类对宇宙的解读和探秘跨越了千年，宇宙的面貌也越来越清晰地展现在人类面前。千百年来，人类的“触角”不断伸长，从伴我们昼夜运行的太阳、月亮到布满夜空的繁星，从对于我们来说浩瀚无比的太阳系到巨大的银河系乃至河外星系，甚至试图触及宇宙的边缘。如果把宇宙当做一个生命体的话，她的诞生自大爆炸始，从那一刻起她便开始了不息演变。她体内生活着众多的“物种”，从随处可见的行星到炙热的恒星，从瑰丽的星云到多姿的星系，还有超越光速的类星体和让人望而生畏的黑洞等等，他们一起构成了浩瀚而充满生机的宇宙。人类已不满足于地球上不同人种间的交流，人类对地外的文明充满了渴望，甚至已然接收到了来自外星的神秘信号。人类甚至不满足于现有的宇宙，我们还猜想宇宙之外还有宇宙。让我们通过本丛书详细为你解开宇宙之谜，让你尽览宇宙的神奇。

外星生命与人类沟通之谜

一位澳大利亚科学家曾声称：对于外星生物来说，人类还太原始，犯不着去想办法沟通。

新南威尔士大学的天文学家莱恩威弗经过计算，得出这样的结果：近似地球的行星平均寿命为64亿年，而地球的寿命只有46亿年。围绕恒星运行的与地球类似的其他行星，平均比地球年长18亿年。莱恩威弗在一份科学杂志上撰写研究论文说，从银河系的演化进程这个宏观角度来看，人类比细菌强不了多少。莱思威弗说：“宇宙中大多数的生命形式都比我们多进化了20亿年。如果从这个时间跨度透视过去，20亿年前，我们的祖先还只是显微镜下的单细胞生物阿米巴虫。”

在发展这一理论时，莱恩威弗对行星的形成和毁灭及其他一些事实进行了考察，最后得出结论说，高级智能的外星生命还不大会很费事地考虑到与人类沟通的问题。他还说：“对于外星生命来说，不和我们人类进行沟通，就像我们不会对用细菌、树木和海豚的语言和它们沟通感兴趣一样。”

1975年1月5日午前3时，南美洲阿根廷拜亚布兰加市1名男子从餐厅走出来，他名叫卡罗斯·阿尔贝特·狄亚斯（28岁），在这家餐厅当侍者，从晚上8时工作到翌晨3时，今天有个慈善团体举办宴会，刚刚才把工作忙完。他有1妻1子，虽然年纪还轻，但收入不错，家庭也很美满。

狄亚斯提着装侍者服装的手提包，腋下夹着刚买的报纸，像往常一样搭乘巴士回家，大约午前3时30分在住家附近的站牌下车。附近漆黑，他快步走回家。

当他走到距家大约50米处，突然有一道闪光照亮周围。狄亚斯最先以为是闪电，但光线却一直没有消失，而且久久没有雷声响起。狄亚斯心觉诧异便停下来，环顾一下周围，这一看不得了，狄亚斯发现有一道圆筒状的光宛如笼罩他一般由上方垂直照射下来！

狄亚斯惊不可遏，想拔腿逃回家，但全身宛如中了定身符一般，僵硬无法动弹。这时他听见一阵蜜蜂般的嗡嗡声，而他的身体便开始向上浮起来。

狄亚斯吓得想尖叫，但不知为什么却叫不出声音。他只记得被吸离地面50厘米，以后他便不省人事了……

狄亚斯醒过来时，一丝不挂仰面躺在床上，那种床有点像医院的手术台。

——那是一间奇怪的房间，呈半球形的，好像倒过来的碗，墙壁是半透明的……好像是塑胶的，室内直径2.5米，高约3米，但没有家具，也没有照明器具、机械装置。但室内却一片通明，是的，墙壁好像散发淡淡的光线……地板有一些孔，也许空气就从那儿流进来的……

“这是什么地方？”

狄亚斯整理朦胧的记忆，追忆了好一会才想起他刚才快到家时所发生的可怕遭遇。

“是的，我被那个光筒虏来这儿！”

他感到激烈的恐惧与不安，吓得全身直发抖，然而更可怕的事情还在后头。

3个有点像人的奇怪生物不声不响侵入室内。狄亚斯第一眼看见他们时差点昏过去。

那种生物虽然形状像人，但不仅没有头发，而且是连眼睛、鼻子、嘴巴都没有的“蛋脸”，头与脸是绿色的，身高大约180厘米，但脸孔只有人类的一半，身穿乳白色像是橡胶制的罩衫，身材高瘦，手臂也有两条，但没有手指，先端圆圆的，像木棒一样，看来令人作呕。皮肤部分是光滑的，连1根毛也没有。

狄亚斯以为是幻觉或者做恶梦，便睁大眼睛凝视，但3个怪生物的确就在那儿，不仅如此，其中1个还走近他身边，伸出他那野兽般的手臂。

狄亚斯以为对方要杀他便哇哇大叫，但怪生物只是拔下他1根头发。狄亚斯也比较放心了，但怪生物又伸出魔手，拔下他1根头发；怪生物一再地重复这个动作。狄亚斯想反抗，但不知为何却全身僵硬，手脚完全不听使唤。

怪生物那木棒般的手臂先端似乎长有吸盘之类的东西，只要按在狄亚斯头上就可轻易地拔下他的头发，而且不可思议的是，狄亚斯一点也不感觉疼痛。一会之后，轮到拔他的胸毛，并且像在观察狄亚斯一般缓缓绕着床边走。

“我也许会被杀掉。”狄亚斯大致也有觉悟了，他再度感觉意识朦胧，最后完全昏迷了。

狄亚斯再度恢复意识时，人躺在草地上。夜色已经过去，阳光灿烂耀眼。不远处传来汽车来来往往的声音，狄亚斯转头一看，原来是高速公路，但周围的景色他却很陌生。

好像逃过一劫了，狄亚斯先是一阵安心，然后看看自己的周围。他离开餐厅时携带的手提包、在餐厅入口处购买的报纸就摆在他身边的草地上。

“我在做恶梦吗？我从来不喝酒喝到醉倒野外的。况且，我还清楚地记得走下巴士，快到家……我又如何躺在这处高速公路旁的呢？那个时候才不过深夜的3点半……”

狄亚斯连忙看一看手表，指针停在3时50分；他突然感到身体不舒服，想作呕，瘫痪在地。

数分钟后，1位开车经过高速公路的男子发现倒在地上痛苦挣扎的狄亚斯，便送他到布宜诺斯艾利斯的中央铁路医院。到达医院大约是5号午前8时。

医生诊察狄亚斯，最先以为他头部受到严重撞击而发生记忆错乱，因为狄亚斯最先昏迷的地点与被人发现的地点相距8百公里之遥。除非乘坐高性能直升机，否则实难在如此之短的时间内移动800公里。而且，这位奇怪的患者满口胡言乱语，荒谬绝伦。

狄亚斯受到该医院46位医师长达4天的轮流质询与诊察，结果发现他有多根发毛与胸毛脱落，另外查出目眩、胃肠不顺、食欲不振等症状。与此平行的，也进行了彻底的脑部检查，但却找不到任何异常。

有关汽车被UFO跟踪的报告层出不穷，其中有若干个案是汽车内的人被UFO绑架，下落不明。

例如1974年11月20日晚上，巴西圣保罗郊外就曾发生一件非常可怕的事件，一家三口当着警官面被UFO吸走。

当晚11时，一辆载着3名警官的圣保罗警方巡逻车接获“有一部轿车在公路上起火燃烧”的通知。警官赶抵现场，走下巡逻车，附近的草丛有一对夫妇带着一名男孩出现，向他们求救。

就在这个时候，有个直径大约10米的碟形黑色物体突然出现在他们的头顶上。3名警官吓得愣在原地，飞碟底部放出一道苍白的光筒，笼罩着那对夫妇与孩子。3个人的身体便顺着光筒被吸向飞碟后飞走了。

经过事后的调查，被幽浮即UFO劫走的被害人是在圣保罗经营餐厅的达贝拉先生及其家人，当晚他们开车到亲戚家玩，在回家途中被幽浮劫走。

又根据另一位目击者的证词，出事前他看见达贝拉的车子在公路上全速奔驰，后面有一架幽浮在追赶。

1980年12月29日晚上，多位民众目睹巨大的幽浮在得克萨斯东部的上空飞行，其中以贝蒂·凯舒（当时51岁）、比琪·兰道姆（57岁）、柯比·兰道姆（7岁）3个人经历的遭遇最为糟糕。这次的恐怖遭遇糟蹋了他们的人生。

这一天傍晚，住在得州休斯敦郊外的贝蒂与比琪开车载着比琪的孙儿柯比到附近新盖尼镇玩。

到了镇上才知道由于圣诞假期的关系，他们想玩的宾果游戏玩不成了。3个人只好到新盖尼镇的汽车餐馆吃晚餐，然后回家。

午后8时30分左右，3个人离开汽车餐馆。一直下到刚才的毛毛雨停了，雨过散去，冬天的天空有星星在闪烁。

“好冷！”贝蒂坐在驾驶座说道。

柯比坐在贝蒂旁边，比琪钻进车内，用力关上车门，说：“开暖气，贝蒂，别让柯比着凉。”

贝蒂开着车，朝狄顿的方向行驶。一路上几乎没有遇到其他车子。

车子在松林间的道路行驶一会，前方森林的上空出现一大片光芒，明亮异常，他们以为是开往休斯敦机场的飞机，也就未放在心上，他们的车子仍旧朝着狄顿的方向行驶。

但转过弯道驶进笔直的国道时，前方突然大为明亮，光源便是刚才松林上方那种异样的亮光，现在就浮在数百米前方的国道上空。

“看来蛮恐怖的，快停车。”比琪声音颤抖地说。但贝蒂不想在悄无人迹而且又是夜晚的国道停车，只是略微降低车速。随着越来越接近，逐渐看得出那是一个发光的巨大物体。当车子来到物体前方40—50米处，物体下部还喷出熊熊的火焰。

“贝蒂，停车，小心被烧死！”比琪大叫，同时贝蒂紧急刹车。

贝蒂握着方向盘，吓得直发抖。但比琪经过短暂的恐惧之后，竟涌起一股强烈的感动。笃信宗教的她认为她亲眼目睹了世界末日与基督出现。她搂着孙儿柯比，说：

“乖宝贝，别害怕，耶稣基督从天而降，他不会伤害我们。”

面对这样的景象，贝蒂的安慰似嫌牵强，柯比用着畏惧的眼光望着那个依然在喷火的物体。

幽浮所发出的亮光把附近照得一片通明。贝蒂打开车门，随即有一股热风吹进车内。贝蒂走到外面，绕到车前，面对幽浮，比琪也跟着到外面，但柯比哭起来，比琪连忙回到车内。幽浮大小如同狄顿市的给水塔，颜色属于没有光泽的银色。幽浮的形状恰如去掉上下先端的菱形，中心有若干蓝光环绕。从菱形的下部喷出的火焰像太空的喷射火焰那么激烈，形成倒圆锥形。

随同火焰一起散发的热气使得附近的温度急剧升高。贝蒂所站的地面热得像火在烤，贝蒂及车内的比琪、柯比脸、手都因高温而产生灼热感。

到了这个时候，比琪也发觉眼前的物体跟宗教体验无关，她为了从前窗玻璃看外面的情景而把身子伏低，双手则按在仪表板上面，刹时感觉双手像被火烧到一般，还有金属被高温烧得软绵绵的感觉，她叫了一声，把手移开。仪表板上面清清楚楚的烙印着她的手掌印。车体的金属部分已经热得碰不得了。贝蒂想返回车内，用身上所穿的皮衣抓着门把，好不容易才把车门打开。

幽浮下部的火焰时喷时停，喷出火焰便上升数米，不喷却又下降。

大约贝蒂停车的10分钟后，幽浮最后一次喷出火焰，而且升高一大截，火焰消失之后，幽浮继续缓缓上升，越过松树林的林梢。就在这个时候，随着一阵噼里啪啦的声音，四面八方都有直升机飞来，就像大规模的军事演习一般包围了幽浮。

当幽浮与直升机消失在松林对面，附近又恢复一片漆黑。贝蒂立刻开动车子，大约行驶5分钟到达一处十字路口，贝蒂转弯，前方再度看见一大群直升机包围着幽浮在飞行。贝蒂在路旁停车，数一数直升机的数目，总共23架。幽浮发出的光线把每架直升机都照得清清楚楚。直升机大多属于前后有螺旋桨的“双旋转翼型”。

贝蒂再度开动车子，紧跟在这一群不可思议的飞行物体后面，一直跟踪到车子抵达通往狄顿的道路；接着，车子背向着幽浮，但仍可从后窗看见幽浮达5、6分钟之久。

从发现国道上空的幽浮到幽浮从他们的视野消失，处在紧张与恐惧中的这3个人，感觉时间过得相当长，实际上大约为时20分钟而已。

午后9时50分，贝蒂在比班家前面让两位下车，然后开车回家，她的朋友维尔玛就在她家等她。但在开车途中，她感觉深度的疲劳与不快。

她好不容易回到家，对着出来接她的维尔玛说“看见幽浮，觉得很不舒服”，然后就倒在寝室的床上。

贝蒂表示头痛欲裂，而且想呕吐，不久她的脖子开始长出若干不小的疮，头、脸、手等处的皮肤都红肿起来，随着时间的经过，她的双眼也红肿到无法张开，脖子的疮则恶化成烫伤，然后就是上吐下泻。

另一方面，比琪与柯比也发生胃痉挛、呕吐、下痢等症状；也许她们待在车内的时间较长，所以症状较轻。

贝蒂的情况则持续恶化，连意识也不清，无论食物或饮料，一入口即呕吐；她一天比一天衰弱。

隔一年的1981年1月3日，贝蒂到巴克维医院入院治疗。她有多处皮肤红肿、脱落，头发则一撮一撮地脱落，身体衰弱到无法步行的地步。12天后一度出院，但后来又恶化，再度住院又出院。

比琪与柯比经过2、3周后，胃痉挛与下痢的症状便好转，但比琪也掉了许多头发，双眼均患严重的白内障，视力大减。在与幽浮的遭遇中一直留在车内的柯比，症状最轻，但因精神上遭受极度的震撼，夜夜做恶梦。

他们的病因是什么呢？MUFON的辐射线学顾问仔细检查过这3个人的状态，做出以下的结论。

“这些症状可能是电离放射线所引起的副次障碍，除此之外，可能受到红外线、紫外线的伤害。”

外星人是怎样通讯的

假如一个文明从不向宇宙发射信号，那另一个文明是无法测得它的存在的。相反，假如一个比我们人类先进几十年的文明向茫茫宇宙发射无线电信号，我们就有可能在方圆500到1000光年这个范围内发现它的存在。要是两个文明互相收听到对方的无线电信号，它们就可能在我们这个星系的范围内建立无线电通讯联系。这个结论是前苏联科学院的科捷尔·尼科夫教授得出的，他是前苏联无线电电子研究所的专家。教授是于1964年在亚美尼亚的比尤拉坎第二次国际外星文明和星际无线电通讯会议上第一次公布他的这些研究成果的。

但是，我们面前出现了一个最棘手的问题：我们星系中两个素不相识的文明用怎样的语言通话呢？前苏联新西伯利亚数学研究所的格拉德基教授在一次精辟出色的演讲中，陈述了自己的观点，其主要内容为：

（1）首先应当考虑的问题是另一个文明可能发来的电报内容。似乎可以设想，这份电文包含着那个文明的一部分知识。这个电文的破译工作在那个发送电文的文明来说，一定是最简便的。总之，我们不能排除宇宙中存在着一个比我们先进得多的文明的可能性，他们的数学概念同我们的有着根本的区别，甚至在思想方式和计算程式方面，他们也同我们毫无共同之处。

（2）迄今为止（指的是教授发表讲话时的1964年），对同外星人通讯时所用的语言问题，人们任何建议都提不出来。不过应当指出，两个文明之间要发生接触，使用某种语言是可能的。

（3）总之，在同外星文明发生接触的情况下，我们应当运用和发展某种语言的普遍理论，而不应该光考虑星际通讯的问题。教育科学的这些极先进的内容至今还没有引起有关领导人的足够重视。

1964年5月23日，在前苏联亚美尼亚的比尤拉坎召开的第二次国际外星文明和星际无线电通讯会议公布了一项决议，内容如下：

1．宇宙中存在着并发展着一个智能生命，这一问题对我们的哲学和科学具有极重要的意义。

唯物主义哲学坚决摈弃人类中心说。现代科学坚持唯物主义哲学的这一观点，然而，直到目前为止，我们还没有任何证据证明，宇宙中确实存在着另一种智能生命。不过我们应当看到，同外星文明的接触对我们的自然科学、哲学和日常生活都有重大影响。直到前不久，星际通讯在技术上来说还是不可能的事。可是最近一些年的实验（如“奥兹玛计划”）证明，我们使用一定的电磁波潜是可以同外星文明进行无线电联系的。为了确保这种联系的最大的有效性，星际无线电联系的频带应压缩在每秒周期数为10.9至10.11这个幅度里（厘米波和分米波）。

天体物理学的现代化手段完全能适应这种类型的频率。另一方面，控制论的飞速发展为我们破译外星文明发来的电码信号提供了可能。现在，关于宇宙智能生命的文学作品日益增多，越来越多的各门学科的专家致力于这项研究课题，美国率先将这些方面的研究计划（“奥兹玛计划”）付诸实践。这一切都清楚地证明，同外星人可能的接触问题已经跨进了一步，现在必须将此问题看成需要不断予以重视的头等重要的科学问题。

2．目前，应当开始对这个问题做出实际的理论性的实验。这种为研究同外星文明接触的实验需从两个主要的方面加以考虑：

（1）在地球周围1000光年距离内的天体是经常不断的定期的测听对象。与此同时，要向地球外发射信号。

（2）通过对可能有智能存在的微弱无线电波源的详细分析，来研究比我们更为高级的外星文明发射的信号。

这项决议还建议各国加强观察，并加紧研究一种能为技术上十分发达的任何外星文明理解的宇宙语言。如果说在60年代美国在探索外星生命方面遥遥领先的话，那么进入70年代以来，前苏联已经超过了美国。前苏联制定了一个同外星人联系的计划，这就是著名的“塞蒂1号计划”和“塞蒂2号计划”。

在详细介绍这两项计划之前，我们先说说前苏联人选择的基本方针：

（1）同外星文明取得联系的工作是一项长期性工作。科学家们的工作应该有一个长远的打算，因为我们绝对不能指望立即就能轻易地同外星人取得联系。

（2）这项研究工作必须有二个不断完善的执行计划，并要运用尖端技术（射电望远镜、干涉仪）。

（3）应当着力从理论上研究外星智能的信号，这些信号的性质也许同我们的逻辑毫无共同之处。

（4）同外星文明的联系问题已经有了相当深入的研究，因此应当建立一个常设的科研机构，协调各方面的研究工作。

（5）协调的范围应涉及到天文学、生物学、信息学、文明的起源和发展等学科。

前苏联人同外星文明接触的计划大体内容如下：

“塞蒂1号计划”（1975—1985）

（1）动用8个规模宏大的监听站，以便随时测听另一个文明发来的无线电信号。

（2）为了避免地面电波干扰，这些监听站都同配备有全向天线的人造卫星建立联系，这些天线的频带是3～30厘米的波长。

（3）建立第二组天线网，使它们昼夜不停地对准离我们星系最近的一些星系。

“塞蒂2号计划”（1980～1990）

（1）发射一系列高灵敏度的人造卫星，以便一刻不停监听来自宇宙的任何可能的智能电波信号。

（2）威力强大的泽连丘克无线电天文观测台，同相隔遥远的另一个大型天文观测台同时监听，以便尽可能地把外星人发来的信号从星系深处发出的其他声音中分离出来。

在全世界的天体物理学家中间，特别是在前苏联的天体物理学家中间，已经出现了监听我们的宇宙兄弟的总动员。不过要问，“他们”真是我们的兄弟吗？如果他们回话说他们听懂了我们的信号，那将会出现何种情况呢？我们星球的居民将有何反应呢？

能否与外星人联系之谜

1959年意大利物理学家科康尼和美国物理学家莫里森第一次对星际通讯的可能性进行了科学的分析。

他们得出结论：实现星际智慧生命之间的通讯，最自然、最实际并能实现的方法是利用无线电波通讯。

1888年德国物理学家赫兹（1857—1894）发现了像光一样的电磁辐射。这种新发现的辐射被称作无线电波，波长比光波长100万倍。

因为无线电波能量低，所以很容易产生。无线电波可以穿透任何光波无法穿透的实体，在遇到地球的高层大气中带电粒子时能被弹射回来，所以电磁波能够沿着弯曲的路径在地球表面行进。

在无线电波上可以加上人为信息，这样它便可以传播它所携带的信息了。

现在，我们拥有了比探测光还要灵敏的射电望远镜，可以探测到遥远宇宙深处的辐射源发出的无线电信号。

天体发出的无线电信号没有光那么强。即使在微波大量存在的地方，如果有智慧生命发送无线电信号，则信号一定会比天空背景信号强得多，可以被我们接收到。

无线电波有许多波长，要想收到所有波长，制造接收机会遇到难以克服的困难，同时要花费巨额资金。

如果能猜测出地球以外智慧生命可能采用的波长，那么，我们就可以将接收机调到那个波长，耐心等待信息到来。如果接收机调到的是一个波长，而其他智慧生命发出的是另一波长的信息，那就无法接收到了。

其他智慧生命会用什么样的波长发射信息呢？

第二次世界大战期间，一位荷兰天文学家计算出，宇宙中冷氢原子会发射出波长为21厘米的无线电辐射。1951年美国物理学家果然测到了这种无线电波。

宇宙空间中存在着大量的氢原子，所以这种21厘米波长的无线电波遍及宇宙各处。

这样，我们认为21厘米波长是大自然给出的一种标准波长，频率为1420兆赫。可以推断，任何一种具备高度发达的科技水平的智慧生命都能接收到这个普遍存在的波长。可以认为，每种智慧生命都有高度灵敏的接收21厘米波长的接收机。因为自然界本身的语言对于任何一种智慧生命应该是相同的、易懂的。

所以克康尼和莫里森提出，如果要寻找外星球发出的信息，就应该在21厘米波长处去寻找。

但21厘米波长是宇宙背景最强的波长，最易受到干扰。所以，有人建议将波长改为21厘米的1倍——42厘米，或为21厘米的一半——10.5厘米。这是不直接利用21厘米而又将21厘米作为基础的最简单的办法。还有人建议使用一些其他波长，如18厘米至21厘米之间的波段。

要接收其他智慧生命发出的无线电信号，除了将接收机调到正确频率外，还要将接收机对向正确方向。

哪些恒星周围和行星可能存在向我们发射信息的智慧生命？我们应该将接收机对向哪个目标？

首先，这个目标应该是类日的单星，这样的恒星周围存在智慧生命的可能性很大。其次它应离我们较近，这样能比较容易探测到它周围可居住行星上发出的无线电信号。满足上述条件的恒星有7颗。这7颗星中的孔雀δ，水蛇β和杜鹃星ζ属于南半球星座，处在地球北半球的观测者无法观测到。波江座82离南半球的星空较近，在北半球也不易观测。这样，只剩下了波江座ε、鲸鱼座τ，和天龙座σ，这三颗恒星周围有可能有存在智慧生命的行星。

如果我们的接收机选对了频率一对准了目标，并接收到一些信息，那么如何在接收到的信号中认出其他智慧生命发出的信号呢？

这种信号应当随着时间发生有规律的变化。信号很可能是一组组比较短的脉冲组成的有规律的序列。每组序列间有较长的时间间隔。一组序列中的每个脉冲也应持续较长时间，可以假定不小于几小时，否则远距离处的接收机可能收不到足够长的信号。信号在开始时应当很简单，因为还未建立起双方通信联系，所以信号无需太复杂。

科学家冯·霍尔纳将外星球的人工信号分为三种。第一种为当地无线电广播。这是从有智慧生命居住的行星上发出的，是由电视及其他工业因素造成的无线电信号。第二种为远距离呼叫。就是各智慧生命社会远距离通讯的定向无线电信号。第三种为建立接触用的信号。就是向没有建立通讯联系的智慧生命发出的，能够引起对方注意的无线电信号。

第一种，当地无线电广播信号，一般总是较弱的。第二种，远距离呼叫信号，只有当地球处于两个正在联络的智慧生命的无线电通道之间时，才可能偶然截获。这种情况发生的可能性极小。

我们接收到第三种（为建立接触用的）信号的可能性最大。这种信号会是什么样的？

很可能是利用无线电信号播送图像。我们知道，视力是动物从外界获取信息并加以保存的一种强有力的手段。地球上的动物绝大部分，从低级到高级都有视力。我们认为地球以外的智慧生命也具有视力。这样，智慧生命之间建立接触的最直接有效的方法很可能是播放图像。

为了简洁、高效地与地球以外的智慧生命建立联系，人们试图寻找最佳的表达信息的方式，逐渐形成了一个新的学科：宇宙语言学。它将研究、制定与地球以外智慧生命通讯用的通用语言。

从前面的分析、叙述已经知道，天文学家们已经推测出外星球智慧生命发射信号可能使用的频率，确切知道离我们最近的最可能存在智慧生命的星球，并且找到可以用无线电信号传送外星球信息的方法。

我们完全可以将高灵敏度的接收机对准目标接收信息了。

遗留在地球上的不明尸体之谜

数以万计的外星人操纵着飞碟在地球上空飞行、考察，有时还降临地球作实地考察。在这些频繁的飞行中，他们的星际交通工具飞碟即使非常先进，也不可能绝对完美无缺，因此，在某些时候总有飞碟失事的可能，这就难免有飞碟残骸和外星人的尸体甚至活外星人降临地球。很明显，飞碟残骸和外星人的尸体对地球人的研究是极为重要的。因此，不论在地球的任何地方，只要发现飞碟的残骸或外星人的尸体，那里的政府和研究人员都在极为保密的情况下进行回收，而回收以后的研究情况又从来都是秘而不宣的。

地球人最早记载的回收外星人尸体的事件至少可以追溯到1950年。1950年12月7日，美国空军上校威廉·克哈姆和上尉巴金斯，在与美国临界的墨西哥境内亲自目睹了美国军方回收一个坠毁飞碟的情况。在这个飞碟的残骸中，就有一个外星人的尸体，这个坠毁的飞碟和外星人的尸体都被运到了美国。

美国回收飞碟和外星人尸体的事件在世界各国是最多的，但由于这涉及高度的军事和科技机密，美国政府总是想尽办法掩盖事情的真相，这也是可以理解的。日本的著名作家矢追纯一先生，花了大量的时间和精力，在美国各地拜访了许多与回收外星人尸体有关的人员，获得了大量的资料。在此基础上，他在1989年出版了一部引起世界飞碟研究界高度重视的著作《外星人尸体之谜》。在这本书中，他详细记载了自己在美国调查访问的情况。他认为这些年来美国回收飞碟和外星人尸体的事件竟有46起之多，现在还有数十具外星人的尸体存在美国，他们被冷冻在地下室的秘密器皿中，美国还解剖过外星人的尸体等等。

在世界其他许多地方也发现、收存过外星人的尸体，甚至还捉住过活着的外星人。

1950年，在阿根廷荒无人烟的潘帕斯草原，曾经坠毁过一个飞碟。这个飞碟的圆盘直径约为10米，高约4米，有舷窗，座舱高约2米，表面光亮严整。

一家房产公司的建筑师博士塔博驱车行驶在潘帕斯草原的公路上，他发现路旁草地上静静地停着一个盘状的金属物体。出自强烈的好奇心，他停车走近物体。他从圆形物体的舷窗往内看，发现舱内有4张座椅。其中3张座椅上各坐着一个小矮人，他们纹丝不动，肌肉却已僵硬，显然已经死了。这些小矮人样子与地球人差不多，有眼睛、鼻子和嘴巴，棕色的头发不长不短，皮肤黝黑，全身套着铝灰色的服装。第四张座椅则空着。

博塔博士发现，舱内有灯，有各种仪表，还有电视荧光屏，但看不出有电线和导管。他被眼前的景象惊呆了。他知道这一定是一艘坠毁的外星人的飞船。于是赶紧驾车逃到旅馆，把他的奇遇告诉了他的两个朋友。第二天，他和他的朋友驾车赶回原地，但地上只剩下了一堆烫手的灰烬。他的一个朋友抓起了一把灰，手马上就变紫了。后来，博塔博士得了怪病，连续数月高烧不退，皮肤也像干涸的土地一样破裂了，谁也治不好他。

这3个外星人的尸体被人们发现却未能回收到。是不是第四张座椅上的外星人在飞碟坠毁时幸免于难，最后不得已把飞碟和3个外星人的尸体一同销毁了？

类似的情况在意大利也曾发生过。

据意大利飞碟专家阿·别列格收集的材料介绍，一位名叫艾·波萨的建筑师有一天驱车外出旅行，在一个荒无人烟的地区，他发现离公路不远的地方倾斜着一个圆盘状物体。出于好奇，他走近这个物体，发现上面有一个打开的舱口。波萨从舱口走进了物体内。他发现在直径6米的圆舱里，有3个黑色物体，而黑色物体中有1个是外星人尸体，他马上通知了美国军方。

这个外星人身高约1.5米，与地球人一样有眼睛、鼻子和嘴巴，但每只手上都只有3根手指。后来，这具外星人尸体被送到了美军医院。

设在法国巴黎的“UFO报告真实性科学协会”主席狄盖瓦曾经在喜马拉雅山峰的冰雪中找到了一飞碟残骸，其中还有6个外星人的遗体。

回收外星人遗体和飞碟残骸的工作得到政府的大力援助，回收工作持续了数月之久。在回收过程中，人们发现这些外星人大约只有1米高，脑袋和眼睛显得特别大，而四肢则异常瘦弱。他们还收集到许多金属残片，大的有二三平方米，而这些金属在地球上从来没有出现过。

使人感到奇怪的是，除了6具外星人尸体外，他们还发现了马、牛、狗等牲畜，甚至还有一头大象，还有鱼和几百个鸟蛋。他们失事的年月不可考查，因为这些残骸被冰雪封冻起来了，难以考察其失事的变化，也许这事发生在几年前，也有可能发生几千年甚至上万年以前。

前苏联科学家杜朗诺克博士曾在南斯拉夫透露，1987年11月，前苏联一支考察队在茫茫的戈壁沙海中，发现了一个被埋于沙丘中的碟形飞行器，其直径为2.87米。前苏联科学家们认为，这个飞碟的坠毁距今已有上千年历史了，包括引擎在内的各种装置仍保存完好。在这个飞碟的舱内，科学家们还发现了14具已变成干尸的外星人遗骸。

与外星人亲密接触之谜

上午10时30分左右，在57号省公路旁的一块牧场上，十来头奶牛在悠闲她吃着嫩绿的青草。看守这群奶牛的是兄妹俩，哥哥13岁半，名叫弗朗索瓦·德尔珀什，妹妹安娜玛丽，刚满9岁。一条名叫梅多尔的小狗跟在他们后头。这天风和日丽，晴空无云，吹着微微的西风。

奶牛有点不老实，准备跳过矮墙，去吃人家牧场上的青草，弗朗索瓦立即追了过去。当他无意中扭头时，发现在公路另一侧有4个“孩子”站在绿篱后面，离他们约40米远。他扒去墙上几块砖，以便更好地看看那四个小朋友。可是，他认不出那些孩子是谁。他们的样子很古怪，脸和衣服均为黑色，弗朗索瓦和安娜玛丽看到，这些怪人身旁有一个极其耀眼的巨大球体，它有一半被篱笆挡住。那球体发着强光，使人不能正视。

4个黑人中有一个弯着腰在地上忙着什么，另有一个人手中握着某个反射阳光的物体。弗鹪索瓦事后说，那东西像镜子一样耀眼。握东西者挥动着手，仿佛在向他的同伴们做手势。

这时，弗朗索瓦大喊道：“过来跟我们一起玩，好吗？”那几个人发现有人在监视自己，于是，第一个矮人垂直升起，飞到发光球体上方，头部倒了过来，钻了进去。第2个矮人以同样的方式进了球体，第3个也是这样。至于第4个矮人，当他飞到球体上方时，忽然又拐了下来，似乎在地面拣了个什么（弗朗索瓦推测，他把那镜子忘在了地面），然后又腾空而起。这时，球体已经飞入空中，他追了上去，一头钻进球内。那球体划着圆圈上升，离地面已约15米高。在飞行体旋转升腾时，弗朗索瓦他们听到了呼啸声，声音相当尖利，但不甚高，同时还伴有轻微的气浪。

飞行器继续绕了几圈，向高空腾去，它的表面发着越来越强烈的光芒。过了一会儿，呼啸声消失了，飞行物以罕见的速度向西北方疾驶而去。

在这过程中，弗朗索瓦兄妹两闻到了一股硫磺气味。奶牛露出惊慌的神色，张大了嘴吼叫着。300米开外的另一个牧场里的25头奶牛也不约而同地大叫起来，纷纷跑过来同弗朗索瓦看护的奶牛聚集在一起。梅多尔小狗一个劲儿地朝空中的球体狂吠，还跟在后边追了一阵。

弗朗索瓦同安娜玛丽没有看见那球体是如何消失的，因为他们的奶牛十分惊慌。孩子们比往常提前半个小时把牲口赶回了圈里。并且弗朗索瓦的眼睛因受了极大的刺激，一直流着泪水，医生给他戴上了太阳镜，几天以后才恢复正常。他妹妹没有什么异感，也没有用太阳镜保护眼睛。

事后，我们特地到现场进行调查，并获得这样一些情况：兄妹俩看到的是一个标准的球体，直径约2米，呈极其耀眼的银白色。在那球体表面没有发现什么附件，它是光滑完整的，既无文字标号，也无门窗一类的出入口。1个矮人好像是穿透球壁进入内部。安娜玛丽看到的唯一情节，就是球体底部有一个起落架，由3、4个支架组成，支架末端各有一个直径为10厘米的滑动轮子，可是，弗朗索瓦没有看见这一装置，当球体升入空中时，起落架就不见了。安娜玛丽说她没有看见起落架缩回球内去。她看见几根支架撑在腹部，但一眨眼就不知怎的不见了。可以设想，当飞行器运动上升时其光闪得十分耀眼，球体的各个部位被强光包围，弗朗索瓦的眼睛受到光的刺激，没能看到起落装置，这也不是不合情理的。

当飞行体螺旋式上升时，空气中飘散着一股硫磺味，这个说法也是符合实际的。因为孩子们在球体的东南方，当时刮的是西风。风把气味吹到东边来了，不过，值得指出的是，当球体起飞时，牲口都跑到一起大声吼叫，致使臭气达到一定的程度，这很有可能被两个孩子当作了硫磺味。

兄弟俩提供有关浑身发黑的矮人的情况是：他们身高约1米至1.2米，他们的个子是不一样的，第1和第2个人较矮，第4个人最高，他手里拿着一面镜子。他们上下发黑，但闪闪发光。弗朗索瓦说，他们仿佛穿着黑色丝织物。目击者无法确认，这黑色是矮人的肤色，还是他们穿的上衣连裤服的颜色。在大脑与躯体之间，看不出他们是否穿着上衣连裤服，他们脑袋上没有毛发。如果说他们确实穿着上衣连裤服的话，那这种衣服是极其柔和的。

这些人的四肢同躯体的比例，跟我们是不一样的，他们的胳膊又细又长。孩子们没能看清这些人是否有手。矮人们的腿又短又粗。弗朗索瓦他们看到了第4个矮人的脚时，他已经从地面上捡了东西追上球体。据兄妹俩说，矮人的脚掌是蹼足。而这种形状会不会是鞋子呢？

同身躯相比，矮人的头的大小是正常的。可是他们的脑顶呈尖状，下巴也很凸出，他们的鼻子亦是尖的，然而，在这一点上，兄妹俩的叙述有矛盾，安娜玛丽说看到了鼻子，那第4个人追上球体时，她看清了他的侧影。然而，弗朗索瓦却没有注意到这个细节。

我们特地到现场进行调查，事先可没有通知任何人。孩子们不知道我们要来，因此接受我们的采访前不可能有什么准备。我俩先到了当地宪兵部。负责人热情地接待我们，同我们介绍了一般情况，证实了头些日子卢森堡电台报道的消息的真实性。该电台还把一位记者对孩子的父亲的电话采访录音带送给了我们。

宪兵们告诉我们，在出事那天下午4点，一些调查员到了现场，嗅到了一股硫磺味，此时，宪兵队及其调查员当时一致认为，此案属实，并非讹传或弄虚作假。

接着，我们驱车到了古萨克山村，当时，安娜玛丽正同母亲和小弟弟安德在家，他们热情地接待了我们。

我们询问了安娜玛丽约一个小时。我们两人轮番提问，毫不间断，我们常常用不同的语言或方式提出相同的问题，以检验女孩叙述的真实性，这些孩子相当腼腆，可是她在回答问题时并没有自相矛盾。

谈完之后，安娜玛丽领我们去找她的哥哥。当时，朗索瓦正同另一位兄弟雷蒙在地里劳动。

在现场和孩子们家里，我们向目击者提出了许多具体问题，谈话间，我们从未发现兄妹俩有什么暗示或递眼色之类的动作，他们的态度十分自然，知道什么就说什么。不知道的就说不知道。比如，弗朗索瓦对我们说：“打从出事那天起，安娜玛丽就说看到了支架，而我却没有看见。因此关于这一点，我什么也不知道！”他还说，妹妹有可能把树枝当成支架了。

我们从孩子家长那里得知，看见飞行物后的两个晚上，安娜玛丽都没能入睡。弗朗索瓦在第一宿也睡不着觉。两位家长还说，古萨克村的德尔谢先生那天在翻晒牧草时听到球体发出的嘘嘘声，孩子们赶着奶牛回家时，他们的眼睛都淌着泪水，调查中他们没谈到这个细节，也许是出于自尊吧。

父母亲的谈话，从侧面证明了孩子们的可靠性。假如这是杜撰的故事，孩子们的描绘为何同飞碟事件中的一般现象如此相似呢？硫磺气味这个情节，就我们所知的这在飞碟现象中还是第一次听说过。古萨克飞碟案可说是一个典型案例，只有十分熟悉飞碟刊物的人才能编造出这样完整的故事来，可是，这类刊物在山区传播很少，孩子们从来没有读过有关文章。因此，杜撰是不可能的。

目击者的父母亲告诉我们，弗朗索瓦正在上四年级，他是一个勤奋好学的孩子。当我们问他看了些什么书时，他脱口讲了几本书名：《法国诗库之宝》、《乔治·桑》、《夏托布里昂》。这些书大概就是学校大纲里规定的。此外，看上去这孩子不爱幻想，不可能凭空编造这么一个奇遇。除了害怕之外，他似乎没有把此事放在心上，也没有想到会引起什么风波。

外星人的长相之谜

目前，各国的不明飞行物专家都掌握了一些可靠的有关外星人的目击报告。从这些目击报告来看，人们所见到的外星人大致可分成以下4类，即：

矮人型类人生命体；

蒙古人型类人生命体；

巨爪型类人生命体；

飞翼型类人生命体。

矮人型类人生命体

矮人型类人生命体也被我们叫做宇宙中的侏儒。他们的身高从0.9米至1.35米。同自己矮小的身躯相比，他们的脑袋显得很大，前额又高又凸，好像没有耳朵，或者说他们的耳朵太小，目击者很难看清。

他们目光呆滞，双目圆睁，说明其双眼对光线几乎毫无感觉。他们的鼻子很像地球人的鼻子，但有些目击者说，他们所见到的矮人的鼻子是在面孔中闯的两道缝。矮人型类人生命体的嘴像一个有唇的口子一样，或者说是一个非常圆的、有奇怪皱纹的孔。他们的下巴又尖又小。他们的两只手臂挺长，脚颈肥大，从正面看去，好像几乎没有一样。然而，他们的双肩却又宽又壮。

据目击者说，这些矮人型类人生命体都身穿金属制上衣连裤服或是潜水服。有人曾看到过一小群这样的矮人，当时目击者还认为他们是外形丑陋的类人猿。这些矮人的两侧好像并不对称，他们身躯的左部似乎比右部肥大些。

蒙古人型类人生命体

这类类人生命体的身长在1.20米至1.80米之间。从总体上看，他们各个部位之间都很协调，没有任何丑陋的地方。他们的形态在各个部位都与地球人相近。如果要把他们与地球上的某个民族相比，他们很像是亚洲人。他们的肤色黝黑黝黑的。

1954年10月10日，马里尤斯·德威尔德先生发现了一个不明飞行物停在他家附近，尔后，从这个飞行物中走出来一个类人生命体。德威尔德先生说：“我所看到的这个类人生命体戴着透明的、柔软的头盔。尽管天色有些黑，我还是看清了他的脸、耳朵和头发。这个‘人’看上去很像亚洲入，面也真像蒙古人，他的下巴宽宽的，高颧骨、浓眉毛，双眼呈栗色，很像那种有蒙古褶的眼睛。他的皮肤很黑。”

至于服装，他们穿的是很贴身的上衣连裤服，就像宇航员的宇宙服一样。

从专家们收集到的有关类人生命体的报告来看，这一类人遇到的最多。

巨爪型类人生命体

这种类人生命体在50年代发生的世界性第一次不明飞行物风潮之后就再也没人看到过。专家们说，人们主要在南美洲的委内瑞拉发现过爪型类人生命体。

据目击者们讲，这些类人生命体都赤身裸体，不穿任何衣服。他们的身高0.60至2.10米之间不等。他们的手臂特别长，向其身躯相比极不相称。手是巨型的大爪子。

1958年11月28日凌晨2点，两名加拉加斯市（委内瑞拉）的长途卡车驾驶员看到了一个巨型、闪闪发光的圆盘在地上着陆，尔后从圆盘中走出了一些巨爪型的类人生命体。他们先看到的外星人是一个浑身发光、头披长发的侏儒，这个侏儒一步一步地朝他们走来。当侏儒逐渐离他们非常近的时候，一个司机朝侏儒扑了过去，要把他逮住。这样，司机就同那个来自外星的人搏斗起来。侏儒力大无比，一下子就把司机打翻在地，接着就向圆盘跑去。此刻，其他类人生命体从圆盘中出来解救自己的伙伴。尔后，他们都消失在圆盘中。由于目击者是在近距离看到类人生命体的，所以他告诉调查这次事件的专家们说，这个侏儒有像爪子一样的手指，他的手是有蹼的。

1954年12月10日，在阿根廷的奇科；同年12月16日，在阿根廷的圣卡洛斯都曾发生过类似的事件。

同矮人型与蒙古人型类人生命体相比，这种巨爪型的类人生命体的特点是，具有侵略性，也就是说，他们似乎对地球上的人类有敌意。然而，自打1954年以来，人们就再也没有发现过这种巨爪型的类人生命体。

飞翼型类人生命体

1877年5月15日，在英国汉普郡的奥尔德肖特，两名正在站岗的哨兵发现，在军营处出现了一个穿紧身上衣连裤服、头戴发磷光头盔的人，他蓦地腾空飞了起来。两个哨兵惊恐万状，举枪朝那个空中飞行体射击，可是没有打着。那两个哨兵放下了枪，软瘫在地上。

1922年2月22日下午3点，在美国内布拉斯加州的哈贝尔，一个名叫威廉·C·拉姆的人正在森林里狩猎，突然，在一阵刺耳的鸣叫声过后，他看见一个球形物在离他20米远的地方着陆了，几秒钟后，他看到一个身高约2.4米的人朝那个球形物飞去。

1953年6月18日约14点30分，在美国的休斯敦，霍华德·菲利普斯先生、海德，沃尔克小姐与贾戴·万耶斯小姐，正在东三大街118号的花园里散步，突然，他们看见一个戴有头盔的人从他们眼前飞过。

1967年1月11日，在美国弗吉尼亚州的普莱曾特角，麦克·丹尼尔夫人从家里走出来上街去买东西。忽然，她发现在她右侧有一个像小飞机一样的东西贴着树梢从大街上飞过。由于那个东西朝她飞来，她可以辨认出那是一个背上有双翼的类人生命体。

1967年8月26日，在委内瑞拉的马图林，一个名叫萨基·马查雷恰的人发现了一个飞行物。起先，他还认为是一只野鹭。那个飞行物在一座桥的中间着陆了。此刻，马查雷这才看清楚，那是一个约1米高的矮人，他的双眼大得吓人。

1967年9月29日约10点30分，在法国康塔尔省的居萨克，德尔皮埃什夫妇发现地面上停着一个直径为2米的圆球，站在那个圆球周围，4个矮小的生灵在飞着。他们围着圆球飞了一圈半后，就飞进了圆球。圆球呼啸升空。但这时，从飞行器中飞出来一个乘员，他降到地面去寻找他遗忘在那里的一个发光物。后来，他飞回了圆球内，随即圆球便迅速地飞走了。

1967年10月1日约22点，在美国俄克拉何马州邓肯市，一些车辆行驶在7号国家公路上朝东驶去。突然，司机们发现在公路旁站着3个奇怪的“人”。这些“人”身穿发磷光的蓝绿色上衣连裤服。他们的面孔很像地球人的脸，但双耳却又大又长。当他们看到司机们朝他们走过来时，就腾空飞起，消逝在夜空。

1968年9月2日约14点15分，在阿根廷的科菲科，一个名叫T·索拉的10岁孩子，看到一个身高2.1米的怪人在空中飞翔。他的身子放射出奇异的光芒。他飞到了一个停在地面的飞行器旁边。

其他类型的类人生命体

此外，目击者们还看到过其他类型的类人生命体。有人曾发现过一些不具地球人类外形的智能生物。例如，1954年9月27日，在法国汝拉的普雷马农，人们看到一个长方形的生物从一个飞行器电走出来。1954年10月2日，人们在法国刺十字地区，看到过两个发暗的“块状身影”从一个刚刚着陆的飞行器上走下来。据专家们认为，上述两起事件的怪物大概是受某个智能生物遥控的机器人。

1965年和1966年，美国人曾发现过一种新类型的类人生命体。他们或是矮人（0.8米高），或是巨人（3米高），这些类人生命体都具有以下特点：

没有眼睛；没有嘴；没有耳朵。

美国西北大学天文学家雅克·瓦莱曾经总结了发生在1909年至1960年期间的80起不明飞行物事件。

在这51年当中，人们在刚刚着陆于地的不明飞行物旁发现过153个类人生命体。在这153个“人”当中，有35个属于蒙古型的类人生命体。

美国学者约翰·基尔认为，也许某一种类人生命体专门考察地球的某一个地区。因此，看来英国和法国是矮人型类人生命体专门光顾的地方，美国东部则是蒙古人型类人生命体“垄断”的地盘，而南美洲大陆就成了专门吸引巨爪型类人生命体光临之地。这样，接下来的问题是，这些各种类型的外星人，是属于同一种文明呢，还是不同的文明呢？

对于这个问题，答案只是两个：第一，这些外星人彼此之间互不相识，他们所进行的任务也不相同，他们不属于同一种文明；第二，这些外星人属于同一种文明，他们在执行共同的探察地球的任务时担负着自己的那一部分使命。

但从大多数目击报告来看，似乎各个目击者发现的类人生命体并没有在进行特定的使命。

这样，人们就会提出这样一个问题：为什么外星人要让地球人发现呢？或者说，通过这类接触，外星人是否企图逐渐与地球人进行联系呢？

对这个问题，由于专家们缺乏两者之间进行对话的材料，是很难予以回答的。

然而，在这一些事件中，目击者们却看到了外星人在地面上进行着特定的活动：

他们考察土壤，采集石块，在进行考古研究。

这一切都表明，外星人是在科学地考察着我们的地球。

真有外星人住在地球上吗？

1988年，在巴西深山中发现了一个外星人居住过的地下城，这对研究外星人很有帮助。

由巴西著名考古学家乔治·狄詹路博士带领20名学生到圣保罗市附近山区寻找印第安人古物，却找到了这个外星人曾居住的城市遗址，迹象显示，这个城市已存在8000年之久了。

当时这个考古队的一名学生，无意中跌落到一个20英尺深，又湿又黑的洞穴之中。狄詹路和其他同学立即去救他，这才发现洞穴内别有天地，不但宽大而且深不可测。他们在手电的照明下，找到一个巨大的密室，里面放满了陶瓷器皿，珠宝首饰。更令人吃惊的是，他们还发现了一些只有4英尺高的小人状骷髅。

狄詹路博士说：“我最初还以为找到了一个古老印第安部落遗迹，直到我细看骷髅后才知道不是。”

它们头颅很大，双眼距离较一般人近得多，每只手只有两个手指，脚上也只有3个脚趾。

狄詹路博士等人再深入洞内，还发现了一批原子粒似的仪器和通讯工具。根据对洞内物件年份的鉴定，显示它们超过6000年以上。毫无疑问，这是一个曾在南美洲生活的极先进的外星民族。发现的那些骸骨与人类不同，其智慧也远远超出人类。从发现的通讯器材来看，他们必是来自另一个银河系，为了某些原因才在地球上定居下来。这次发现外星人地下城古迹是前所未有的。如能揭开其来龙去脉，将能更好地了解这个宇宙。

有这样一件令人感到十分惊讶的事情。在非洲的撒哈拉沙漠以南的贫困落后的马里共和国境内，有一个黑人部落——多贡部落。他们竟知道天狼星里有一个用肉眼看不见的伙伴，他们甚至可以准确地画出它的椭圆形轨道来。他们还说，还有一个天狼星C，虽然我们现代观测仪器还未发现它。

天狼星是个一等亮度的星，它离地球有8.7光年之遥。自1926年以来，人们在天文望远镜观察发现，天狼星是一个三元系，它还有一个伴星天狼星B。天狼星B是由密度很大的物质构成的。在多贡部落，只有部落里的教士和熟悉天狼星祭礼秘密的人才知道这些。这个秘密是加拉曼特人告诉多贡人的。而我们则对加拉曼特人一无所知。

多贡人知道天狼星B绕天狼星A公转周期是50年，这与事实是相符的。

难道说，外星人是从天狼星上来的？他们在人类中留下了这条线索，使人类永远记着？

1917年，在葡萄牙的法蒂玛有7万人目睹了在他们眼前发生的奇迹。10月13日这天，一大群人聚集在法蒂玛郊区的田野里，焦急地等待奇迹的发生：因为有3个儿童声称有一个乘坐光球，从天而降的神秘人物曾答应他们在这天将再次出现。从当年6月13日起，他们已在法蒂玛城外的田野见到这个神秘人好几次了。当第5次见面时，有几个成年人在场，他们证实了孩子们的话。在成年人之中，有莱里亚的代理主教，他说这个神秘的物体在“一个发光的飞机和一个大球中”出现。其他在场者说，那是“一个发光的球”。看来，只有孩子们才能和这个物体对话。

这个故事迅速在欧洲传开，到了指定的日期，有7万人来到位于里斯本北面的这座小城镇，以观看奇迹出现。这天正午时，突降大雨，站在雨中的人们惊讶地看见一道一道灿烂的光在大雨中闪闪发光。有些人认为是太阳，但云层太厚，并且无缝。当时在场的一位科学家、科英布拉大学的阿尔梅达·加勒特教授叙述说：“一个轮廓清晰的珍珠色圆盘”，透过云层放出光芒，它开始旋转起来，由慢而快，由白色变成血红色。红彤彤的圆盘愈来愈接近人群的头顶，似乎要把他们全体压碎似的。此时，7万目击者，不由都惊惶失色，不禁大叫起来。突然，就像它来的那样，这神秘之物又出其不意地不见了。这事始终无人弄清楚。

开罗大学1990年7月16日举行了一次奇特的新闻发布会，介绍了对一名自称遇见了外星人和飞船的埃及青年的化验检验结果。这是埃及首例不明飞行物的报告。小伙子当众回答了几十个提问，令各国记者和学者们大感兴趣。

这位27岁的农村青年名叫克利姆，是一所电力学院的毕业生。1989年10月的一天，他为了进行马拉松赛训练，跑步穿越艾斯尤特沙漠的神庙山。这天清晨，他跑到了中途，忽听一阵尖啸声，并且越来越尖锐，他有些害怕，但没有停下步来。当他跑到一沙丘顶，眼前的情景令他目瞪口呆。一个金光闪闪的东西向他靠近下降。当这个形如球状飞船的东西靠近他时，他感到身体轻飘、迷醉一般被带入了飞船。在他眼前是密布的线路管道，五彩讯号灯和按钮、电视屏幕。一会出现3个外星人，他们长腿短臂，头小颈长，脸色暗绿而起皱，各长了3只眼睛。两个人离他4米，一个人慢慢靠近，手中拿着一架录音机似的仪器放在他右手上，他的手骨立刻显示在四周的屏幕上。外星人又把一玻璃管放入他口中，他一紧张把琉璃管咬碎。外星人面面相觑，一言不发。后来他又被带入一间闪烁光线的明亮房间，用各种仪器检查他。然后，让他沿着一束强光走，忽然强光消失，他已躺在沙地上，那圆形飞球早已无影无踪了。

后来，克利姆来到开罗亲戚家，他一靠近电视，图像就受到干扰并立即消失；他离开些，电视画面便恢复。更令其亲友惊讶的是，克利姆喝茶之后，若无其事地咬碎玻璃杯，嚼碎后咽下。他还能毫不费力地吃木头、金属和硬币。

美国大学理工系主行赛弗成立调查组检查克利姆，拍了录像。他们在实地测量时发现，飞碟未留下压痕，但该处的射线剂量明显高于周围。经过克利姆检查发现，他的身体、智力均正常。因此有一些学者相信，此飞碟之事确有其事。但也有一些心理学家认为，他的确有些吃硬物的奇异功能，也知道一些外星人和飞碟知识。他的脑电图有些异常，他小时又得过癫痫，认为该奇遇是他精神分裂，把想象当成事实而臆造的。

目前，克利姆已被送到埃及核能委员会作更深入的检查。

几年前，从南美的原始森林中又传来惊人的消息：这里有7600多名几十年来被外星人劫持的地球人！这是1988年7月初一位巴西科学家发布的。

消息说，该科学家6月份在亚马逊河时，意外地在原始森林中发现这些人。他们过着群居生活，年龄最大的80多岁，最小的才几岁。他们当中有60多年前被外星人劫持的，有的是最近几年才被劫持的。他们都曾被带往其它星球，或作苦役，或被当作怪物展览，或被用作活体研究，受尽了各种折磨。这些人大部分神智清醒，但一被问及外星人的特征及劫持经过等问题时，他们都缄默不语，看来他们可能是受到了外星人的威胁。这些人现已被转移到一个秘密的地方，以便进一步调查。

据说，美国中央情报局和苏联有关当局对此事甚为关注，苏联还专门为此发了一个内部文件。

就在此事披露不久，1988年7月14日，瑞士人类学家波·史皮拉在巴西原始森林中发现了一个被遗弃的外星人的婴儿！这个婴儿年龄在14至16个月之间，他与人类有点相似，不过耳朵是尖形，双眼无色，鼻子像管子。后来这个婴儿被带到阿诺里市以南的一个军事机构接受研究。

1887年8月一天下午，西班牙庞诺斯村的居民正在地里干活，突然，他们看见从附近的一个洞穴里爬出两个孩子来，一个男孩一个女孩。村民们都很奇怪，马上围了上来。只见这两个孩子皮肤呈绿色，绿得像树叶一样。他们身上穿的衣服不知道是用什么材料做的。两个孩子讲的话，村民们一句也听不懂。人们赶紧把这个消息报告给当地的治安法官。他请求上司派专家来检查这两个孩子，以弄清真相。可是，专家们也未能弄清孩子究竟讲的是什么语言。至于孩子皮肤上的绿颜色，不是涂抹的，而是皮肤里的绿色素所致。这两个“绿色孩子”的面庞很像黑人，但眼睛却像亚洲人。开始，人们给孩子弄来了各种各样的食品，他们都不吃。后来，有人给他们送来刚摘的青豆，他们很香地吃了起来。男孩由于体力太弱，很快就死掉了，而女孩则由那位治安法官收留下来。后来她那皮肤上的绿颜色慢慢地消褪了，并学了一点西班牙语。每当人们问她是从哪里来的时候，她回答总是使人莫名其妙。她说她来的那个地方没有阳光，始终是一片漆黑，但与之相邻的却是一个始终光明的世界。这个女孩在法官家里生活了5年，后来，也死去了。至今，“绿色孩子”的谜仍没人弄清楚。

近年来，世界上有的地方不断有人发现类似人一样的生物在活动。

在世界其它地区出现过“野人”，或者说出现过类似于人的生物。

1952年9月，美国弗吉尼亚地区的一个小村庄的一群孩子发现一个怪物从村后面的树林里走出来，它很像一个鲜红的大球。孩子们报告了当地的宪兵队，宪兵队派人同孩子们一道到树林里去搜查。果然找到了那个怪物。它身高约4米，身体与人体相似，它穿着衣服，像是用橡胶一类材料做的。它头上还戴着防护帽子，面孔呈红色，两只大眼睛呈桔黄色。从它身上散发出一股难闻的气味，这个怪物像是在地面上移动，而不是在走动。孩子们见此情景，吓得四处逃窜，连宪兵带去的狗也吓得跑开了。他们跑回去用电话报告了县长，等县长再派人到那森林里寻找时，已经找不到“怪物”了。但那股难闻的味仍未消散，并且还留下了一些难以解释的痕迹，好像有什么东西在空气里移动似的。

1963年7月23日午夜1点，美国俄勒冈州有3个人同乘一辆小汽车，行驶在公路上。突然，汽车前面出现了一个像人一样的庞然大物，它高4米，灰色的头发，绿色的眼睛，正在漫不经心地横穿马路。几天以后，还是在俄勒冈州，一对妇夫正在刘易斯河边钓鱼，突然，他们看见河对岸一个像人一样的东西在瞧着他们。这“野人”还穿戴着像风帽一样的护身衣，身高也不下4米。这对夫妇吓得连忙逃走。同年8月，《俄勒冈日报》派记者前往野人出现的地区调查，终于拍到了许多奇怪的脚印。这些脚印长40厘米、宽15厘米，估计留下脚印的生物体重超过200公斤。同时，有人在刘易斯河附近还拍摄到了另一些脚印：两个脚印间的距离达2米，估计这个野人体重达350公斤。由此可见，在刘易斯河附近发现的不只是一个“野人”。

那么，“绿色孩子”和上述那些类似人类的生物究竟是什么呢？它们是从什么地方来的呢？目前，尚没有确凿的证据得出结论，所以只能提出各种各样的假设。

“野人”是残留下来的古代人类吗？看来不大像。因为像美国这样的国家，科学技术十分发达，为了防止森林火灾，上述“野人”出没地区的森林时时刻刻都有直升飞机巡逻。而且，该地区人口也很稠密，在这样的地方，还生活着古代人类是不大可能的。如果真有什么古代人类留存至今的话，他们也不可能是一二个，所以不被人们发现更是不可能的。

有人认为，“野人”只不过是大猩猩一类的动物。那么，“绿色孩子”这个例子又做何解释呢？更何况，大猩猩也不可能高达4米，更不可能穿戴防护帽之类的东西。

那么，地球上发现的“野人”是不是来到地球上的外星人呢？这也是难以令人相信的。目前人们谈到的“野人”看来智力都并不很发达，至少没有给人以智力发达的印象。而外星人如果真的来到了我们的地球上，他们的智力当然要比地球人发达。他们来到地球也一定是为了科学考察，甚至与地球人交往，因而他们身上一定带有我们不认识的先进设备。他们用不着在深山老林里躲躲闪闪，更用不着像地球上没有智慧的动物一样在野外活动。而且，如果是从某一星球来的外星人，他们的外貌应该是相像的。可是现在人们见到的“野人”，彼此之间形象却大不一样。这也说明“野人”不大可能是外星人。

七旬老妇巧遇6指外星人

1953年8月中旬，一个奇异的光球风驰电掣般地从俄罗斯波尔塔夫州基坎区斯塔尼夫卡村上空掠过，转眼消失在附近的深山里。

1953年8月17日，一个叫安德列耶芙娜的75岁老妇正在该村的一口井打水，她突然发现，在菜园角落的一棵苹果树下站着3个人，他们正在折一根带苹果的树枝，然后他们又朝另一棵李子树走去，手里还拿着某种试管和长颈玻璃瓶。

其中一个人偶然向安德列耶芙娜瞅了一眼，然后转过头去对他的两个同伴说了些什么。他们向四周张望了一下后便全都愣住了。安德列耶芙娜冲着那3个人说：“喏，到我这儿来！你们干吗站在那儿？！”最初，安德列耶芙娜以为是3个偷果人。

原来，这3个人都身着像航天服一样的连体服，手上戴着手套，试管里还装着青蛙和蜥蜴。其中一个人朝着安德列耶芙娜高高地挥着手用俄语说：“我们是外星人，是来这里找自己人的——他们失踪了；他们不应该死，他们也是3个人，没能回来。为了寻觅我们的伙伴，我们已绕地球飞行了6圈。”

这时，安德列耶芙娜慌了手脚，连忙躲到圣像后面开始用手在胸前画起十字祷告说：“上帝，你们怎么到了这步田地！？”于是，3个外星人看了一下圣像说：“我们哪是什么上帝，我们的祖籍星球就在那儿，除了我们的星球外，还有另外3颗文明星球。我们这些文明星球之间从来都是相互帮助的。其中有两颗行星同我们相距甚远，不过，我们依然了解它们，它们也同样了解我们。”

这3个外星人看上去很高——足有3米，蓝眼睛，牙齿很大，说起话来很粗鲁。安德列耶芙娜同情地说：“我从未听说过你们那里发生过战争，战争能制止吗？”3个外星人回答说：“我们知道你们正在打仗，这很不好。我们那儿从未有过战争。”

然后，其中一个外星人提起水桶，把一支试管灌满了水，又拿出一个装有别的液体的小瓶向试管中滴入几滴液体——转瞬间，试管中的水变成玫瑰色，然后又变成天蓝色，最后又变成无色透明体——“这是好水，可以喝。”外星人说。

然后，他从手上摘下一只手套，这时能清楚地发现，那个外星人的手又大又白，上面长着6个指头。那个外星人用摘掉手套的手触摸了一下安德列耶莱娜的手，她感到外星人的手很凉。那个外星人又说：“你看，老大娘！”这时，他把一件类似管子一样的东西对准一块大石头，这块石头顷刻间熔化了，周围的土地也开始燃烧。那个外星人解释说：“我们失踪的朋友就是随身佩带这种管形武器进行自卫，因为你们地球人很丑恶，总是富有好战性。”

在安德列耶莱娜左侧不远处停着一个光球，旁边还站着一个外星人。那3个外星人同安德列耶芙娜辞别时提醒道：“请暂且不要把关于我们的事告诉给任何人。”

当这位75岁的安德列耶芙娜把与外星人的奇遇讲给村里人时，谁都不相信这是真的，把它视为“天方夜谭”。于是，安德列耶芙娜把外星人送给她的面包拿给大家看：外星人的面包比俄罗斯硬币——5戈比稍大一点儿，它中心的颜色很深，闻起来没有气味。这时，围观者你瞅瞅我，我看看你，谁也不敢亲口尝尝这来自外星的食品。于是，安德列耶莱娜精心地把它包好收藏起来，等待有朝一日交给科学家研究研究。遗憾的是，由于安德列耶芙娜年迈记性差，把外星人告诉的祖籍星球名称给忘了。

其实，我们地球上也有6指人，地球上的6指人不仅长着6个手指，还长着6个脚趾。科学家们认为，这是罕见的多指（趾）显性变更基因作用的结果。然而，今天地球上的6指（趾）人是否是6指外星人的后裔，眼下尚不清楚。

土耳其小镇宣称发现“外星人”

土耳其西部乌夏克省艾西梅小镇的多名居民曾异口同声地说，在某天清晨田间道路上，遭遇一个会跳跃升空的异形小人，全身罩在一个头大脚小的椭圆形银灰色太空衣里，只露出两个大眼睛。

尽管居民言之凿凿，并有地方首长作证，但有人认为这不过是地方有心人士在观光季节将届之际制造噱头而已。

艾西梅小镇居民发现异形物的消息传开后，立即成为当时土耳其所有新闻媒体的报道焦点。官派的乌夏克省长契维克在接受媒体访问时也慎重表示，将发电至美国太空总署及世界各地有名的UFO研究中心，请求派人至艾西梅镇调查真相。

据当时土耳其NTV电视台引述现场居民的话说，艾西梅镇所属纳理村的8名村民，在那天清晨7时左右，乘坐拖拉机至烟草田上工时，突然见到前面路的尽头出现一个奇异的物体，朝着大伙的方向行进，在双方距离约20米远的时候，拖拉机意外熄火停住。

受访的一位40岁居民嘉安说：“大伙下车，朝着它走去，但它突然向后飞跳，高度约2米，我们立刻捡石头，想打下它，但它飞得更高，约有20米高，然后消失不见。”

据嘉安形容异形物的外形说：“它的身高约60厘米～70厘米，全身罩在一件明亮的灰色衣服里，没见手臂，椭圆形的大头，只露出两个大眼睛，腰前似有一块黄色腰牌，两脚短小，呈红色。”

由于村民传言沸腾，引起艾西梅镇长尤玛兹的关切，亲自前往现场查访。据尤玛兹接受电视台访问表示，8名目击者的口述与绘图均一致，加以自己对居民的了解，因此对当地出现外星人一事，自己是“深信不疑”。

尤玛兹同时表示，在此之前，当地居民在田地中已发现多处可疑的煤灰堆，表示有外人入侵，并且在前一天，居民看到一只大型的鹈鹕鸟突然自高空坠下摔死，这些都是令人感到怪异的事。

尤玛兹随后又将详情向乌夏克省长契维克呈报。契维克立即召开安全会议，下令警方、保安部队及地方驻军戒备搜寻，并将居民手绘的异形小人图画复印，分发全省，要求居民提高警觉。

契维克还在安全会议结束后发表声明表示，已授权艾西梅镇长尤玛兹，将居民发现异物的全部过程，以电子邮件方式通报美国太空总署及世界各地的UFO研究中心，请求派人至艾西梅调查真相。

火星上的外星人之谜

美国俄亥俄州的弗兰克林住着一位离婚的女性，芭芭拉·乌莫斯（47岁）。1981年2月15日夜半2时，突然卧室里多了一道强烈的光芒，她大吃一惊，从床上下来，奔到了窗前，想看一下究竟发生了什么事情。

就在窗外，一个圆盘形的发光体浮在半空中，没有声音。当她看到这些的一瞬间，便不知发生什么事情——不知过了多久，她仿佛从梦中醒来：眼前的UFO不见了，发现自己莫名其妙地站在窗口前，看了下钟，已经是夜半3时15分。大约有1小时15分钟的“时间和记忆”失落了。后来芭芭拉接受了催眠实验。催眠实验是在新西纳琪市心理治疗医学者罗拔特·体纳特和纽约市的一家研究组织，还有UFO科学调查局的协助下进行的。

芭芭拉的“绑架体验”被唤醒以后，根据她的回忆是：在飞碟内部，从透明圆顶的天花板上有一道光柱笔直地照耀在床上。里面的生物身高二米左右，身穿紧身的灰色金属制服，从头到肩膀穿戴着一个头盔。开口的地方像猫一样的嘴巴，黄色的。

他们通过神经感应的方法，告诉她：“我们来自火星，请别害怕，我们绝不会伤害你的。”反反复复地跟她沟通。然后从一个箱型的盒子里伸出了两根探针，自动地从芭芭拉的头部开始移动到她的指甲上，可是一点也没碰到皮肤。

芭芭拉在半年后又一次遇上了“绑架”，她有两次的“绑架体验”。后一次是在她住所附近的高速公路上行驶时，突然遇上了一道银白色的光芒，后来她的车子被强制地拉上空中，有两个小时的记忆“失落”。她被带进了一个实验室模样的地方，坐在一个大椅子上，对她进行“身体检查”的生物模样与前一次都一样，服装也相同。没有戴头盔，脸露出在外面。黄色的眼睛，此外没有耳朵，鼻子长而细，下巴很尖，嘴唇一点血色都没有。

芭芭拉现在还相信那些外星人将来还要“绑架”她，这话听上去有些可笑，简直毫无根据，真是地道的无稽之谈，可后来发生的事实却证明她的感觉没错。

外星人的实验场之谜

1981年8月8日约18点30分时，在海尔半岛夏鲁皮树，RK先生从海滨向一个野营帐篷走去，他走了一段路后，突然发现有两个小伙子站在小道上，正看着他。

这两个人长得很奇怪：身高1.5米左右，穿着绿衣服，脸也是绿的，两只大大的杏核眼；没有鼻子，但在鼻子的位置上有一些小肿块般的东西；在嘴的部位，没有嘴唇，只有一条小小的缝儿；腹部髋部的地方好像有一层薄雾遮挡着。他们的腰带上，挂着黑金。有紫色和黑色电线从黑盒里通出来。在离这两个人不远处，还有一个银灰色的飞行器。

RK先生觉得脑子里接收到一个他们发出来的心灵感应信号，意思是：别害怕，请走过来！这两个怪人走出小道，让开路，让RK先生从他们身边走过，RK先生觉得从他们身边走过时，感到自己是从一个球里穿过似的，并不断接受到直接的心灵感应信号。过了一会儿，RK先生回头一看，他们已无影无踪。

奇怪的是，RK先生到朋友的野营帐篷只需几分钟，而他竟多走了15分钟。这15分钟是否就是在飞碟中走掉了呢？而他对这15分钟的事一点儿也想不起来了。

巴西科学家狄米路对新闻界声称，他在亚马孙河流域的森林里发现了600多名被UF0（不明飞行物）绑架而神秘失踪了多年的人。这可是一件震惊世界的发现。

这些受害者是生活在地球上各个角落的人，最小的只有6岁，最老的是85岁。他们的身体看来还健康，但其中数十人的额上，留有被外星人做医学实验时切开的痕迹。他们经历了最恐怖的外太空接触，被捉去做奴隶，接受医学实验，或者被当做动物关在笼子里展出。至于绑架他们的外星人是什么模样，他们只字不敢透露。

这是实故事，还是天方夜谭？

高度发达的外星球，需要“笨手笨脚”的地球人去做苦力吗？外星人为什么不把他们送回家里而送到南美原始森林，却又不加看管呢？如果为了保密，消息灵通的外星人怎么不趁人类把他们转移时进行拦截呢？

当然外星人的实验对象不仅仅是人，还有牲畜等等。

在美国的蒙大拿州和卡斯凯德郡等地，曾经发生了骇人听闻的牛群大屠杀。有6000头以上的牛群被抽光了血液，眼耳口鼻和生殖器被切割了。

可是，令人百思不得其解的是，这些牛尸的切口，不是人力所及的，纵使法医也无法确定凶手所使用的凶器及方法。不仅如此，连死因也无从确认。牛尸附近没有任何可疑的足迹，也没有轮辙，附近牧场里的人也没有听到任何声响。牛尸上没有伤口的血迹，周围也没有牛挣扎的迹象。

更令人担忧的是在牛尸的地面上，有一片片焦黑的土地，像是被某种放射性物质烧过，另外又发现类似飞碟降落的痕迹。在直径大约四米的圆形中有两层圈圈，像是飞碟的支柱留下的。

对于这种前所未闻的屠杀牛群的手段，当地人认为是外星人在进行生物实验，害怕下一次会轮到实验自己，因此人心惶惶。这究竟是怎么回事，至今也还是个谜。

野人与外星人之谜

近年来，世界上有的地方不断有人发现类似人一样的生物在活动。

在世界其他地区出现过“野人”，或者说出现过类似于人的生物。

1952年9月，美国弗吉尼亚地区的一个小村庄的一群孩子，发现一个怪物从村后面的树林里走出来，它很像一个鲜红的大球。孩子们报告了当地的宪兵队，宪兵队派人同孩子们一道到树林里去搜查。果然找到了那个怪物。它身高约4米，身体与人体相似，它穿着衣服，像是用橡胶一类材料做的。它头上还戴着防护帽子，面孔呈红色，两只大眼睛呈橘黄色。从它身上散发出一股难闻的气味，这个怪物像是在地面上移动，而不是在走动。孩子们见此情景，吓得四处逃窜，连宪兵带去的狗也吓得跑开了。

他们跑回去用电话报告了长官，等长官再派人到那森林里寻找时，已经找不到“怪物”了。但那股难闻的气味仍未消散，并且还留下了一些难以解释的痕迹，好像有什么东西在空气里移动似的。

1963年7月23日午夜1点，美国俄勒冈州有3个人同乘一辆小汽车，行驶在公路上。突然，汽车前面出现了一个像人一样的庞然大物，它高4米，灰色的头发，绿色的眼睛，正在漫不经心地横穿马路。几天以后，还是在俄勒冈州，一对夫妇正在刘易斯河边钓鱼，突然，他们看见河对岸一个像人一样的东西在瞧着他们。这“野人”还穿戴着像风帽一样的护身衣，身高也不下4米。这对夫妇吓得连忙逃走。同年8月，《俄勒冈日报》派记者前往野人出现的地区调查，终于拍到了许多奇怪的脚印。这些脚印长40厘米、宽15厘米，估计留下脚印的生物体重超过200公斤。同时，有人在刘易颠河附近还拍摄到了另一些脚印：两个脚印间的距离达2米，估计这个野人体重达350公斤。由此可见，在刘易斯河附近发现的不只是一个“野人”。

那么，“绿色孩子”和上述那些类似人类的生物究竟是什么呢？它们是从什么地方来的呢？目前，尚没有确凿的证据得出结论，所以只能提出各种各样的假设。

“野人”是残留下来的古代人类吗？看来不大像。因为像美国这样的国家，科学技术十分发达，为了防止森林火灾，上述“野人”出没地区的森林时时刻刻都有直升机巡逻。而且，该地区人口也很稠密，在这样的地方，还生活着古代人类是不大可能的。如果真有什么古代人类留存至今的话，他们也不可能是一二个，所以不被人们发现更是不可能的。

有人认为，“野人”只不过是大猩猩一类的动物。那么，“绿色孩子”这个例子又做何解释呢？更何况，大猩猩也不可能高达4米，更不可能穿戴防护帽之类的东西。

那么，地球上发现的“野人”是不是来到地球上的外星人呢？这也是难以令人相信的。目前人们谈到的“野人”，看来智力都并不很发达，至少没有给人以智力发达的印象。

而外星人如果真的来到了我们的地球上，他们的智力当然要比地球人发达。他们来到地球也一定是为了科学考察，甚至与地球人交往，因而他们身上一定带有我们不认识的先进设备。

他们用不着在深山老林里躲躲闪闪，更用不着像地球上没有智慧的动物一样在野外活动。而且，如果是从某一星球来的外星人，他们的外貌应该是相像的。可是现在人们见到的“野人”，彼此之间形象却大不一样。这也说明“野人”不大可能是外星人。

世界上许多专家认为，所谓的“野人”也许是外星人发送到地球上来的实验品，如同地球人发送到月球上去的动物试验品一样。这种说法不是没有道理的。第一，地球人不是已经在向外星发射探测试验品了吗？第二，有谁能肯定外星上像人这样的生物一定也是有智力的高级生命吗？也许那里是别的生物主宰的世界，而像人这样的生物则只相当于地球上的大猩猩！第三，在美国所见到的“野人”，他们的形象都不大一样，莫非外星人发来的试验品也像地球人进行试验时一样，有时用狗，有时则用猴子？第四，目前发现的“野人”一般都单独活动，且不在同一个地区反复出现。也许外星人将它们发送来，在完成试验后，又接回去了吧！

寻找外星人

但想像毕竟是想像，是没有科学根据的。为了彻底揭开这个谜团，从20世纪70年代，世界各国的科学家开始了“寻找外星人”的探索研究工作。

科学家首先把寻访的目标对准了太阳系。很多科学家认为，生命是宇宙演化的自然产物，只要有适当的条件，生命就会产生、繁衍。科学家分析：生命存在需要具备氧、氢、碳、氮等生命元素，还要有液态水、适宜的温度、必要的能源、一定的大气。宇宙中就具有这些条件，所以，我们有理由相信，宇宙中有生命存在。

在20世纪70年代，美国先后发射了“先驱者”号和“旅行者”号宇宙飞船。“先驱者”号宇宙飞船拍摄的土卫六的照片显示，土卫六呈现桃红色，表明它的大气中确实含有甲烷、乙炔、乙烷等。在红外线探测资料中得知它的云端可能含有跟生命有关的氢氰酸分子。由此推测土卫六上可能存在有机物。

“旅行者”号飞越木卫二上空时，探测出它的表面分布着许多纵横交叉的裂纹，长约上千千米，宽几十千米，深100～200米。这些在冰壳上呈现褐色的裂缝，经光谱分析，表明可能是有机聚合物。

在太阳系里，火星上也很可能存在生命。但是火星的引力太小，表面引力只有地球的38％，不足以保持它表面的大气和水分。火星上的水蒸气含量比地球最干燥的沙漠地区还要干燥得多。火星表面非常寒冷，中午最高温度才22℃，最低有-93℃。地球上有磁场和辐射带，能挡住太阳高能粒子和紫外线的照射，火星上却没有。尽管这些条件都不利于生命的存在，但是人们并没有结束对火星上有没有生命的探索和争论。

根据目前的资料显示，“寻找外星人”的计划在太阳系中不可能实现，即使有生命，也是低级的。但是，大约有1500亿颗恒星存在于银河系里。同地球类似的行星肯定大量存在，所以，从整个宇宙的范畴来看，很可能不是地球上才有生命。如果能飞出太阳系，到别的恒星去寻找“外星人”的话，也许找到的几率会大一些。

1960年，美国开始通过倾听外星智慧生命发出的电波来寻找人类的同伴，这次行动被称为“奥兹玛计划”。美国康奈尔大学的天文学家弗兰克·德雷克用射电望远镜观测波江座和鲸鱼座，企图搜寻21厘米波长的氢原子辐射的电磁波，这种电磁波能在星际传播。

20世纪70年代，美国“先驱者”10号和“先驱者”11号在考察了土星、木星、天王星、海王星后，就直奔银河系。飞船上有一架特殊的电唱机和一套精心挑选的“唱片”。这些唱片记录了地球上各种有典型代表意义的信息，包括27种世界名曲、35种地球自然音响、大约60种语言的问候语，它被称为“地球之音”。为了让“地球之音”能在漫长的宇宙航行中得以完好保存，它被镀上了金，还在外面加了金属防护罩。据估计，它们可以在宇宙中保存10亿年。

一旦有一天，“外星人”真的收到了这些地球人的礼物，他们会有怎样的反应，将会给地球人类的命运带来怎样的影响，这些我们都无法预知。

与外星人交往之谜

外星人与地球人偶然相遇时，外星人总是主动向地球人做出友好的姿态，如拍地球人的肩膀，拥抱地球人，与地球人和蔼交谈，甚至一见面就首先表示：请放心，我们为和平而来！有的外星人还毫无戒心地请地球人到飞碟内参观。总之，他们不仅不敌视地球人而且常常用各种方式来表达他们对地球人的友善。

相反，某些地球人出于对外星人的畏惧，常常对外星人有过激行动，甚至直接对他们开枪扫射。在这种情况下，外星人极为克制，从未以牙还牙，伺机报复，最多只是使地球人短时间内失去知觉而已，连“防卫过当”的情况都极为罕见。甚至面对地球人的导弹攻击不作防卫还击，这种友善表示就连地球人也无法做到。

1961年，前苏联在莫斯科附近兴建了一个新的导弹基地。不久，一只巨大的飞碟来到导弹基地上空，它悬浮在2万米高空，周围还环绕着一些较小的物体（小βτΦ），如同众星捧月。该导弹基地的一名指挥官从雷达屏幕上发现这些大小飞碟，他惊慌失措，来不及请示，下令向目标发射导弹。导弹笔直飞向目标，但却在离目标大约2000米开外就自行爆炸了。指挥官下令继续发射导弹时，小飞碟开始活动，导弹基地的所有电子设备顿时全部失灵了；导弹根本发射不出去。后来，小飞碟又飞回大飞碟附近。最后与大飞碟一起飞走，基地的电子设备又自动恢复正常。

类似的情况美国空军战斗机也不只一次碰见过。当驾驶员把导弹对准时，飞机上所有的仪器仪表全失灵了，导弹一离开目标，仪器仪表又全部正常。这说明外星人电磁干扰技术水平实在超过人类的科技水平太多太多。但外星人仅利用其先进技术以求自保，并没有恃强凌弱，实施反击。

绝大多数的外星人对地球人确实是极为友善的，我们没有理由畏惧外星人。

古代的UFO之谜

从20世纪40年代人们正式发现飞碟的时候开始，现代人往往认为，飞碟是外星来客的飞行器，这些外星人从遥远的行星系飞来，来到我们地球不久。

事实真的是这样吗？在古代，甚至更早的原始时代，有没有同样的事件发生呢？我们目前还不能肯定。惟一可以断定的是，那时候曾经发生过一些当时人们无法解释的事情，人们称之为“神迹”或是别的什么。

在几千年甚至几万年以后的今天，它们都作为神话传说遗留了下来，闪烁着一些神秘的色彩，成为千古的谜团。

我国南宋的学者洪迈，就曾在他的《夷坚志》一书中记载了这样一件怪事。公元1127年，当时的鄂州嘉鱼县的几个农民在春雨中耕田。当时阴云密布，细雨连绵，突然间，有一个火球出现在空中，它上下跳动了一会儿，终于掉到了地上。刚落到地上时还燃烧着火焰，过了一会儿火焰就渐渐熄灭了。

有一个小牧童想用他竹叶做成的帽子去盖住并拿走它，可是竹叶帽却被烧成了灰烬。当时有位见多识广的老人说：“我猜想这是一枚龙珠，一定是天上的龙遗弃的，用脏衣服裹住它就能取走。”于是有个农民放下农具，用破裤子包住它，果然取了下来，这是一枚大宝珠。

这个农民把宝珠带回来，献给了他的主人田二翁。田二翁把宝珠放在一问拜佛用的屋子里。当天晚上，那枚珠子放出异样的光彩，整座宅子都被映红了。

邻居们见了，都以为田家着火了，纷纷赶来救火，谁知却不是。这件事传到了县令的耳朵里，县令想得到那颗宝珠，可是田二翁不愿给，县令就编造了一些罪名把他抓了起来。

在别人的劝说下，田二翁终于屈服了，答应把宝珠献给县令。县令听了非常高兴，连忙派人去取。可是就在头天晚上，有一片浓雾笼罩了田家的宅院，伸手不见五指。等到雾散后，珠子已不见了。县令听到报告，怀疑是田家人撒谎，就不放回田二翁。田二翁最后老死狱中。

这是一件当时发生的怪事，有确切的年代、地点、人名可考，可见并不是杜撰的。这件事情很蹊跷，仔细推敲一下，颇有些UFO事件的可能性。

首先，这颗宝珠是从天而降的火球。由于这枚火球能在空中上下跳动，所以不可能是流星或陨石。更奇怪的是，这颗圆球能自行发出强烈的光芒，可见它并不是一般的自然物体。这颗“宝珠”失踪时，有浓雾出现，这又是UFO出现的一个特征。可是，有学者猜想，这枚“宝珠”事实上可能是一艘外星飞船释放的一枚探测器，由于失控而坠地。被拾走后，探测器自动向飞船发出信息，飞船探明它的位置后飞来将它收回。当然，这只是个猜想，事实究竟怎样，我们还无法断定。

如果说《夷坚志》所记载的事例还较模糊，带有更多的迷幻色彩的话，那么东晋文学家干宝编著的《搜神记》一书中的一些记载，可能会让你相信，古代的确曾经有智能生命来到过我们居住的地球。

在《搜神记》的“泰山石立”条目中，干宝记录了在晋昭帝元凤三年正月所发生的一件奇事。那时，在泰山莱芜山的南坡，传来了像几千个人一起喊叫一样的“轰轰”声。人们跑过去一看，发现有一大块奇形怪状的石头落在地上。这块大石高约3.6米，周长大约10米，入地约2米，有3个支撑物像3块石头一样撑着它。在它的周围，有几千只白色的鸟儿围绕着。从上面的记载中，我们不难想像，那块能发出巨大的“轰轰”声的“大石”就是一架UFO，它有3个支撑脚，从空中坠落入地。

《搜神记》中还有两则关于水中异物的记载，也很有意思。一则是卷七的“浮石登岸”一条，记载着在晋惠帝太安元年，丹阳湖的夏架湖中，出现了3块奇怪的大石头，这3块大石头在水中漂了两百步左右就登上了堤岸。当地人看到后惊呆了，互相告诉说：“怪石来了！”后来再去找它们，它们却又回到水中漂向另一个地方去了。另一则是在第十一卷的“葛祥碑”一条，说三国时，东吴有一个叫葛祥的人当了衡阳太守。当时，在他管理的州郡中有一条巨大的船横在水面上，能产生很多怪异的现象。老百姓为它立了一个庙。凡是乘船外出的，都要去庙里祷告一番，那只怪船才沉入水中；如果不去祷告，那么船只过江时就会发生危险。葛祥当时就要离任了，想为人民做些好事，就准备了很多斧头之类的工具，准备把那个怪船破坏掉。当天晚上，人们听到江里有很大的声响，人们去看，发现那只巨大的怪船沿着江面渐渐漂走了，停到了几千米之外的水湾中。人们都认为这是葛祥的功劳，就给他立了一块碑。

这两则记载都使人联想起水中的UFO，不论是会漂浮的石头还是能移动的怪船，都明显地表现出一种带有智能控制的痕迹。前者能由水中登岸，显示出两栖运载工具的特点；后者能沉入水中又浮上来，显然具备潜水工具的特征。可以肯定，它们都不叫自然现象。

从干宝生活的时代再往上追溯几百年，我们还可以发现另一个戏剧性的UFO事件。这个事件与我们熟悉的《三国演义》中的诸葛亮有着密切的关系。

那是公元234年的秋天，蜀国宰相诸葛亮率领着蜀国的军队驻扎在陕西西南的五丈原。当时，正是魏蜀两军对垒，司马懿的军队阻挡着蜀军的前进。一天晚上，刮起了大风；突然，在东北的夜空中出现了一个放射着红色光芒、周围好像有些芒角的圆形东西，它向西南方向飞来，一直投向诸葛亮的军营。军营里的士兵看到它降落了两次，又升起了两次；降落的时候大一点儿，升起的时候小一点儿；在第三次降落中，它消失在黑暗中不见了。

这不是《三国演义》作者罗贯中编造的神话，在《三国志》、《通志略》和《文献通考》中，都有类似的记载。记载中所描述的飞行物肯定不是流星，因为它曾几次降落又升起。它的形状是圆形的，发出红光，略带棱角，极像一架UFO。我们还知道，诸葛亮是一个拥有高度智慧的人，他一生中发明了无数当时的人们无法想像的东西，包括“孔明灯”、“木牛流马”、“连珠弩”等东西，是否可以怀疑，他同地外文明之间有着某种联系。更为奇怪的是，在那个飞行物体落入诸葛大营的当天晚上，诸葛亮就死了，飞行物体从此不再出现，这又使整个事件变得更为可疑。

当然，上面的说法仅仅是一种猜测，并不能笼统地都解释成UFO事件，而只能说明这种神奇现象在古代就已经出现过，但我们谁都说不清楚，那时到底发生了什么。

让我们再沿着岁月的河流逆流而上，直到几千年前中国古代原始社会的黄帝时代。在当时，爆发了一场蚩尤部族反叛黄帝部族统治的战争。历史学家一直认为，这不过是原始社会部族之间的战争，是被统治的部族反抗强大的统治部族的战争。然而，细心的学者却发现，在古籍中发掘出的一些相关记载，却给这场战争蒙上了一层神秘的面纱。

首先，让我们来看一看关于反叛部落蚩尤族的记载。传说中的蚩尤是炎帝的苗裔臣民，在黄帝与炎帝的那场大战以后，成为了黄帝的臣属。根据《太平御览》和《山海经》的记载，蚩尤有弟兄81个，野兽的身体，铜头铁额，吃的是沙石子，能在空中飞翔，在危险的地方行走。这里的记述有几个可疑之处。蚩尤作为一个部族领袖，却长着一副机器人的金属面目，而且吃沙石子，拥有飞翔的能力，这一切使他看起来更像一类遥控机器人或者飞行器，他的吃石子可以被解释成从地球岩石中补充矿物质作为能量，他的飞行能力也可因此得到解释。

再看一下关于战争过程的记载：黄帝同蚩尤作战，每战皆败。这时，有一个长着人头鸟身的妇女出现了，她教给了黄帝作战的方法。在战争中，蚩尤请来风伯风师，顿时狂风暴雨不止。这时，黄帝派了一名叫魃的天女下界，顿时止住了雨水。战争以后，这位叫魃的天女呆过的地方久旱不雨。由于蚩尤会飞，所以黄帝又去找来了一件助战的工具，这就是一种叫做夔的怪兽。它出没在东边一座流波山上，样子像牛，却没有角，而且只有一个脚。它每次出入水中，就一定有风雨。它发出的光像日月一样明亮，声音像打雷一样能传出500里，并且使蚩尤不能飞走，从而杀了蚩尤。

学者们仔细研究了战争的过程，提出了一种外星文明集团支持地球部落战争的假想。蚩尤族的支持者是一个集团，蚩尤的81兄弟则是一些威力无比的飞行器或机器人。他们与原始的黄帝部落作战当然是战无不胜的。这时，另一集团的代表出现了，她就是那位人首鸟身的妇女，她的鸟身可能是隐喻她乘坐着飞行器，或是指她所配备的扑翼机之类的机械。她同黄帝结盟，教给他方法消灭蚩尤。在战争中，蚩尤一方运用科学手段制造了大风雨，而黄帝一方却使用了一种叫“魃”的武器。这种武器的威力非常大，它使这些地区长年不下雨。也很可能造成了由于使用这种武器以后出现了生态失衡、动植物死亡、土壤沙化等状况。最后，黄帝又从支持他的外星人那里得到了“夔”。这种一只脚圆柱状能发出强光并且声如巨雷的物体不正是一架UFO吗？它的声波武器能造成蚩尤飞行器的瘫痪，从而丧失飞行能力，最终被黄帝部落打败这种假说显然带有一定的夸张性，但却可以解释一些从史学上无法解释的疑点，从某种意见上具有一定的参考价值。

不仅仅是中国古代，在世界的每一个文明古国，都有一些无法解释和怪异的现象。在南美洲的古老文明中，这些神秘的东西更为明显。

在秘鲁的一所博物馆里，收藏着一块极其古老的石刻。石刻上描绘的是一位古代的印第安学者，手持一个管状的东西贴在眼睛上观测天空。大家都知道，望远镜是300多年前才发明的，可是这块石刻已经有一万年的历史了，万年之前的印第安人又是从哪里获得的这种观测仪器？

在哥伦比亚的国家银行里，保存着一个金制的艺术品。它是在一座南美洲金字塔中发现的陪葬品，形状像一条鱼或者一个甲虫。但是在尾部有一个类似飞机尾舵的垂直平面。生物学家和航天专家以为，它并不是什么生物的雕像，而是一架飞行器的模型。和模型飞机一样，只要把它放到风洞里，向洞里送风，它就能起飞，而且性能良好。在制造这件艺术品的年代，地球人的科学水平还很低下，不可能制造出任何飞行器来。那么，到底是谁制作了这架模型呢？好奇的人们百思不得其解。

更值得一提的是在哥斯达黎加的某些森林沼泽地区，在那里，人们可以看到许许多多的石球。这些石球都是相当标准的球体，球的大小不等，大的直径数十米，小的只有一两米。这些石球显然不是天然生成的，那么它们是从哪里来的？又是谁把它们制成这个样子？它们又代表什么意义呢？

在美国的印第安亚基玛族地区，长期流传着这样一个神奇的传说：在很久很久以前，有一个红眼睛的男子来到这里生活。他有很多神奇的本领，并且能治疗各种各样的怪病。日子一天天过去，这个红眼男人也逐渐衰老。一天，他让印第安人带他到一个特殊的地方去，并且说他想死在那里。就在他死后不久，一个物体从天而降，把他的遗体带到了天上。这个传说很有意思。根据UFO专家的研究，这是一块UFO出没频繁的窗口区，常有飞碟在此出没。在传说中出现的那个红眼男人很可能是外星人，最后他的遗体被同胞带回了他所在的星球。

在古代非洲，也有神奇的事物和事件。在撒哈拉沙漠的石岩上发现了一批令人费解的岩画，被称为塔西里岩画。这些岩画据考证已有5000年历史了，可是画中人却非常像是一名潜水员或宇航员。他身穿密封衣，头戴密封帽，颈部有密封的衣领。这些“圆头怪”的帽子上，还装有天线般的东西。

在埃及的一座有5000多年历史的金字塔里，考古学家发现了一份手抄稿，上面用埃及古文字记录着某一天有一架“战车”从天而降，跌落在埃及首都开罗附近，上面只有一个生还的人。他就是金字塔的设计者，他死之后，尸体也被封存在金字塔里。

在非洲的发现比较有证明价值，岩画中的人像显然可以理解为外星的宇航员，而坠落在开罗附近的战车则是一架远道而来的外星球飞船。这又一次证实了在几千年前曾有外星来客访问地球。

在欧洲，关于可疑神秘事件的记载更多的是出于《圣经》中的旧约故事。在《圣经》的描述中，伊甸园是由一些长着翅膀的天使守卫着，他们手中持着能喷火的剑。这些天使的形象容易使人想起飞行器或别的技术产物，而喷火的剑则是发射激光或离子束的武器。在《圣经》的摩西故事中，上帝与摩西立约，并让他把装约书的柜子带下山。当时，有一个扛着柜子的人不小心碰了一下柜门，他立即死去了，身上没有任何伤痕。让我们假想所谓的上帝就是外星来客，而这个装约书的柜子是一个带有高压电流的物体，那么这一切就可以不用神话来解释了。

在法国，人们还在古钱币上发现了飞碟的铸印。在意大利、英国、德国也都发生过多起古代UFO事件，这些都似乎在暗示我们古代神秘事件有别的解释。在将来的某一天，一定会有人破解这些谜，并告诉后人那时发生了什么。

2000年来的UFO之谜

2000多年以来，这个怪影一直在世界天空飞翔徘徊。中国宋代的著名科学家沈括在《梦溪笔谈》中曾非常生动而翔实地描述过。西方古代也曾被当成驾临地球的“众神之车”。直到1947年美国人才惊异地呼之为“飞碟”。以后，人们又发现它具有多种多样的形态，不仅仅只有一种“碟子”形态。于是，只得以“不明飞行物体”呼之，缩写为UFO。

UFO是极其光怪陆离的不可思议的奇观。

迄今为止，世界上的一百多个国家和地区，可以说都程度不同地卷进了对“世界奇谜”UFO的探索。其中官方或民间研究团体较多，而政府或科学部门比较重视和支持的主要国家和地区有——美国、英国、法国、俄罗斯、中国、德国、意大利、日本、阿根廷、秘鲁、墨西哥、巴西、格林拉达，以及香港等等。

通过大量的目击、拍摄，资料研究，已经初步获得某些前所未有的认识。但是，它距离解开这个谜团仍还相当遥远。

根据美国两个举世闻名的飞碟研究组织：APRO（空中现象研究会）和CUFOS（不明飞行物研究中心）等为主要撰写者，写出的论文《与UFO的五类接触》表明：目前地球人与UFO有五种程度不同的接触：

1．第0类接触：遥远的目击。

2．第一类接触：近距离目击。

3．第二类接触：人体的某一部分触及UFO上的某种东西；或目击、触及遗留痕迹。

4．第三类接触：看清了UFO，特别是看到其中载的类人高级生命体。

5．第四类接触：直接与UFO和宇宙人接触，其方式有被劫持，被弄去检查，和这些飞行器与乘载者相处一段时间而体验较深。

另据美国芝加哥大学教授德伯特·圣托斯博士，用电脑分析从1947年6月到1977年圣诞节的30年间5万多件目击报告后指出：

UFO访问地球的活动中心地区大约是从地球之西到东2万千米的范围内。

它的活动周期为61个月，也就是说每5年零1个月，便出现一次活动高潮。

第一次活动高潮。1947年6月，中心在美国华盛顿。该月的目击事件比其他月份增加百倍。

第二次活动高潮。1952年7月，以美国中部各州为中心，该月活动比过去5年平均增加20倍。

第三次活动高潮。1957年8月，以南美洲为中心，该月目击事件增加10倍。

第四次活动高潮。中心在大西洋岸附近，时间是1962年9月。

第五次活动高潮。中心在1967年10月的英国。

第六次活动高潮。出现在1972年11月的南非，目击事件很多。

第七次出现在1977年圣诞节前后，在前苏联咸海附近。

据曾经和著名的UFO研究权威海尼克博士合作过多年的美国雅克·瓦莱博士论述，UFO具有以下六个特性：

第一，物理特性。它是在空间占有一定位置的物体。它能位移，能通过热效应、吸收或放射光来对周围起作用。能造成空气紊流，在着陆时会留下压痕、灼伤痕，使人们可概估出UFO的大小、重量及所用能源。它是个实际存在的东西。

第二，反物理特性。它的这些性能是违反物理性的：如（1）能钻入地下；（2）在地面上呈现模糊或透明状态；（3）能同一个透明的飞行体合二而一；（4）能够突然隐没，又突然在其他地方出现；（5）人眼可看见它，但雷达又测不出来。

第三，其物质不是普通的已知物。但目击人囿于习惯和观点，总是把它描绘成通常常见的物质所造。

第四，生理反应。有些UFO会使人体烧伤，局部瘫痪，热感刺痒，失去视力，感觉恶心，呼吸困难，丧失意志，害失眠症。

第五，影响人的心理方面。（1）不通过直接的感官而产生通灵感觉；（2）人身会奇怪地被浮移到别的地方，远者能飞千里；（3）在未曾看见UFO情况下，会无故地出现动静或发出声音；（4）UFO还表现在似乎能前知目击人的思想活动；（5）产生梦幻或前驱“幻觉”；（6）使目击者具有特异功能并使个性改变；（7）能使人受的创伤或患的疾病自然痊愈。

第六，能导致和引出某种带有文化性质的反应和副作用。对人们已形成的知识和观点会带来变化。

随着UFO研究的发展，在当今世界，实际上正在趋向于形成一种未来的崭新的学科。这种学科的研究目的已相当明确，它就是通过寻找“地外文明”来推进人类社会的未来（或前景），求得一个突飞猛进的发展。

对UFO的探索和研究，必将会涉及到许多学科，例如——天体演化、生命起源、物质结构这三大“前沿科学”（也称为“自然科学的三大基本理论问题”）。数学、物理学、化学、天文学、地学、生物学、力学这七大“基础科学”。至于人类学、历史学、语言学等则自是不言而喻的。如果UFO研究能够有朝一日收到预期的成效，它将帮助人类在发展尖端科学，解决跨越时空问题，以及想象不到的许多方面获得突破性的成果。更将使人类能从“必然王国”的现实朝向“自由王国”的未来，取得胜利的飞跃。

尽管UFO的研究热潮如此热烈，然而在相当一部分科学界和其他人士当中则对UFO究竟存不存在，却仍然存在着怀疑乃至否定态度。

UFO存在吗？从许许多多现实的、历史的、外国的、中国的目击记录与历史文献及研究考察看，我们认为它存在着。

例如，美国空军调查了17年后发表的《蓝皮书调查计划》（1952—1969年）。参加这个计划的专门委员会共拥有37名专家，他们花了两年时间，对12618件目击案件进行过严格的科学鉴别，又从中选取91起作为重点解剖，于是便得出：在目击案中大约有80％左右的现象是：或属于流星，或是属于人造卫星，或是云块，或是幻觉、幻影，或是海市蜃楼，或是岛群、虫群。甚至还有些是弄虚作假、欺骗别人的作伪照片。但是，仍然有10％～20％的UFO目击案例，却无法作旁的什么解释。因此不能加以断然否定。

那么存在不存在“地外文明”？“地外文明”又可不可能和“地球文明”交往？

这在目前也有很多争论。以肯定存在“地外文明”，但又认为目前难于交往的说法较多，而认为在若干年前已早有来往者亦不少。

太空茫茫、无疆无际，奥秘无穷、变动不停。仅仅在银光璀璨的漩涡似的天河——银河系天体的世界，它就包拥1500亿颗的大小恒星，这一旋转着的呈扁平状态的天体结构，它的直径已达7万光年，厚度有6千光年。而银河外面尚有1000亿个类似于银河系的星系存在。这当中又约有100万亿颗恒星，围绕这中间若干恒星而旋转的有许多行星。在这些星系中间，我们所处的太阳系仅是处于离银河系中心约2300万光年的一个普通星系而已。

宇宙当中，有没有类似地球同样居住着高级智能生命体（或俗称为外星人）的星球呢？

根据美国天文学家们对银河系范围的估计：如（1）斯托尔派认为，在银河系中间，适合于生命居住的行星，就大约有10亿颗。其中有100万到1000万颗行星上面，就居住着地球人式的高级生物；而文明进化程度超过地球人者，还大有存在。

（2）又如康乃尔大学行星系实验室主任、前任美国政府太空顾问沙根认为，银河系内有1000亿颗适于生物生存的行星。其中很可能有高级生命居住着，它不下于百万颗。

（3）还有认为银河系的6.4亿颗行星中，至少有1/2000，也就是有30万颗住有“宇宙人”的。

（4）已有许多科学家研究出地球在35亿年前即已出现生命。那么已经有135～155亿年的大宇宙，它所拥有的一批具有80～180亿“最古老星体”的星系，就很可能产生具有高等智能的生命了。

美国科学界，曾在1930年发现冥王星的美国著名天文学家汤波教授宣布说，他在1957年亲自目睹过一些不明飞行物体，它们是真的。

他宣布说：“在这一年里，我看到了3个不明飞行物。无法用已知现象——金星、流星或飞机等现有常识来解释。我认为好几位著名学者硬是不肯考虑来自外星物体的可能性，他们的态度是反科学的。但要作出最后的结论，恐怕还为时过早！”

1969年10月某夜，美国前总统卡特（当时还是参议员）在他的故乡佐治亚州亲眼看见“月亮样的UFO飞行10分钟”。他填了《美国空中现象调查委员会飞碟目击报告》（301949—1267号）。在1977年2月又填了一张。他说：“我深信飞碟确实存在。”

美国前总统罗纳德·里根认为“飞碟是存在的。”“来自其他星球人的攻击，应是最严重的危险之一。”

很多学识渊博的学者愈来愈认识到我们这种地球人决不可能是独一无二的“天之骄子”。我们迄今为止创造的“文明”，也决不能断言是“只此一家”。

死丘之谜

作为被科学家列为世界上难解的三大自然之谜之一的“死丘事件”，大约发生在距今3600多年前的某一天，位于印度河中央岛屿的一座远古城市的居民几乎在同一时刻全部死去，古城也随之突然毁灭。直到1922年，印度考古学家巴纳尔仁才第一次发现了这座古城的废墟，因城中遍布骷髅，所以称之为“死丘”。

然而，远在3600多年以前，何以有文化相当发达的古城？而古城为什么又会突然灭绝？其真的又是谁？一系列的问题便科学家一直困惑了70年，至今仍未找到一个圆满的解释。

摩亨佐达罗是印度河流域最大的文明古城，位于今巴基斯坦信德省拉尔卡纳县境内，在当地方言中，摩亨佐达罗的意思是“死亡之丘”。

该城遗址于1922年被印度考古学家拉·杰·班纳吉等人首次发现，根据碳14测定，其存在年代为公元前2500年至公元前1500年间，虽然其历史比占埃及和美索不达米亚略晚，但影响范围更大。在距摩亨佐达罗城几百英里以外的北方，人们也发现了布局相同的城市和规格一致的造房用砖。

从遗址发掘来看，摩亨佐达罗非常繁荣，占地8平方公里，分为西面的上城和东西的下城，上城居住着宗教祭司和城市首领，四周有城墙和壕沟，城墙上筑有许多煰望楼，上城内建有高塔，带走廊的庭院，有柱子的厅以及举世闻名的摩亨佐达罗大浴池。浴池面积达1063平方米，由烧砖砌成，地表和墙面均以石膏填缝，再盖上沥青，因而滴水不漏。

浴场周围并列着单独的洗澡间，入口狭小，排水沟设计非常巧妙。和上城相比，下城设置比较简陋，房檐低矮，布局也不规整，可能是市民、手工业者、商人以及其他劳动群众的居住之地。

此城具有相当明确的建设规划，总的来说，布局科学、合理，而且已经具备现代城市的某些特征。整座城市呈长方形，上下两城的街区，均由纵横街道隔成棋盘格状，其中，也有东西和南北走向的宽阔大道。居民住宅多为两层楼房，临街一面不开窗户，以避免灰尘和噪音。几乎每户都有浴室、便所以及与之相连的地下排水系统。

此外，住宅大多于中心地方设置庭院，四周设居室。给人的印象是，该城清洁美丽，居民生活安详舒适。这座城市已经达到了相当高的文明水平，考古学家从遗址中发掘出大量精美的陶器、青铜像以及各种印章、铜板等，还发现了2000多件有文字的遗物，包括500多个符号。目前，学者们正在加紧进行释读。

在古城发掘中，人们发现了许多人体骨架，从其摆放姿势来看，有人正沿街散步，有人正在家休息。灾难是突然降临的，几乎在同一时刻，全城4～5万人全部死于来历不明的横祸，一座繁华发达的城市顷刻之间变成废墟。

然而对于“死丘”毁灭的原因，科学家们还是从不同的角度做了种种推测。

有些学者如R.雷克斯、S·威尔帕特等，从地质学和生态学的角度进行了解释，认为“死丘事件”可能是由于远古印度河床的改道、河水的泛滥、地震以及由此而引起的水灾，特大的洪水把位于河中央岛上的古城摧毁了，城内居民同时被洪水淹死了。

然而，有些学者不赞同上述说法，认为如果真的是因为特大洪水的袭击，城内居民的尸体就会随着洪水漂流远去，城内不会保存如此大量的骷髅。考古学家在古城废墟里也没有发现遭受特大洪水袭击的任何证据。

有些学者猜测，可能是由于远古发生过一次急性传染疾病而造成全城居民的死亡。然而这一说法也有其漏洞，因为无论怎样严重的传染病，也不可能使全城的人几乎在同一天同一时刻全部死亡。

从废墟骷髅的分布情况看，当时有些人似乎正在街上散步或在房屋里干活，并非患有疾病。古生物学家和医学家经过仔细研究，也否定了因疾病传播而导致死亡的说法。

于是，又有人提出了外族人大规模进攻，大批屠杀城内居民的说法。可是入侵者又是谁呢？有人曾提出可能是吠陀时代的雅利安人，然而事实上雅利安人入侵的年代比这座古城毁灭的年代晚得多，相隔几个世纪。因此，入侵说也因缺少证据而不能作为定论。

在对“死丘事件”的研究中，科学家又发现了一种奇特现象，即在城中发现了明显的爆炸留下的痕迹，爆炸中心的建筑物全部夷为平地，且破坏程度由近及远逐渐减弱，只有最边远的建筑物得以幸存。

科学工作者还在废墟的中央发现了一些散落的碎块，这是黏土和其他矿物烧结而成的。罗马大学和意大利国家研究委员会的实验证明：废墟当时的熔炼温度高达1400—1500℃，这样的温度只有在冶炼场的熔炉里或持续多日的森林大火的火源才能达到。然而岛上从未有过森林，因而只能推断大火源于一次大爆炸。

其实，印度历史上曾经流传过远古时发生过一次奇特大爆炸的传说，许多“耀眼的光芒”、“无烟的大水”、“紫白色的极光”、“银色的云”、“奇异的夕阳”、“黑夜中的白昼”等等描述都可佐证核爆炸是致使古城毁灭的真凶。

可是历史常识又告诉我们：直到第二次世界大战的末期，才发明和使用了第一颗原子弹，远在距今3600百多年前，是绝不可能有原子弹的。

也有人认为，在宇宙射线和电场的作用下，大气层中会形成一种化学性能非常活泼的微粒，这些微粒在磁场的作用下聚集在一起并变得越来越大，从而形成许多大小不等的球形“物理化学构成物”，形成这种构成物的大气条件同时还能产生大量的有毒物质，积累多了便会发生猛烈的爆炸。

随着爆炸开始，其他黑色闪电迅速引爆，从而形成类似核爆炸中的链式反应，爆炸时的温度可高达1.5万度，足以把石头熔化。这个数字恰好与摩亨佐达罗遗址中的发掘物相一致。

据推测，摩亨佐达罗可能是先被有毒空气袭击，继之又被猛烈的爆炸彻底摧毁。而在古城的大爆炸中，至少有3000团半径达30厘米的黑色闪电和1000多个球状闪电参与，因而爆炸威力无比。

还有人认为，摩亨佐达罗毁于外星“宇宙飞船”。英国学者捷文鲍尔特和意大利学者钦吉推测，3500万年前，一艘外星人乘坐的核动力飞船在印度上空游弋时，可能意外地发生了某种故障而引起爆炸，以至造成巨大灾难。然而外星人是否存在至今仍是一个未解之谜，故此证据不足。

对以上几种观点，现在还难以判断是非。

中国古画中关于UFO的记载

UFO不但在浩如烟海的古籍中有大量的记载，也有人对它题画作记。清末著名画家所作的《赤焰腾空》图就是其中的一例。

《赤焰腾空》图上画着南京朱崔桥头站立几十个人，那些穿长袍马褂、拖着长辫子的人们，扶老携幼，议论纷纷，翘首仰望屋顶上空高悬的卵圆形“赤焰”。在这幅图画上，还有作者吴友如亲笔撰写的一篇题记，相当具体而详细地描述了这一“赤焰”的特点。题记原文如下：

“9月28日晚间8点钟时，金陵城南隅，忽见火毯一团，自西而东，形如巨卵，色红而无光，飘荡半空，其行甚缓。维时浮云蔽空，天色昏暗，举头仰视，甚觉分明。立朱崔桥上翘首驻足者，不下数百人。

约一炊许，渐远渐灭。自有而无，甚属泻滞，则非星驰可知。有谓为儿童放天灯者，是夜风向北吹，此球转向东去，则非天灯又可知，众口纷纭，穷于推测，有一叟云：是物初起时，微觉有声，非静听之不闻也。系由南门外腾越来者，嘻异矣。”

从上述题记的内容分析，我们可以清楚地看到：图中那个火毯（球）就是不明飞行物，这个火球“形如巨卵”，“初起时微沉有声，非静听不闻”，当时“浮云蔽空，天色昏暗”，火球“色红而无光”，但观者“举头仰视甚觉分明”，从火球飞行的速度、过程、路线和特点看，它“由南门外腾越而来”，“飘荡半空”，甚至在空中停滞了一会儿。

还应该指出的是，该图作者对“赤焰”进行了分析：一是把“赤焰”飞行的特点同流星相比较，排除了是流星这一说法的可能性；二是根据飞行方向与风向的矛盾，否定了此物是儿童所放天灯的猜测，从而肯定它是一种未知的飞行物，反映了作者对自然事物的观察和分析是很深入和中肯的。

这幅图人物画得也相当生动，画面上描绘了近50个人物，有的惊愕，有的兴奋，有的静观，有的议论，有的注意谛听别人的介绍，神态各异，惟妙惟肖，栩栩如生，人们发现奇特的不明飞行物时的轰动场面，跃然纸上。

有人认为《赤焰腾空》是最早的UFO图画，其实不然，只能说更早的还未发现，或无法确认。如内蒙古文物考古工作者在内蒙古自治区中部的狼山亡发现了大批岩画。有一幅岩画描绘了两个桃形的头状物，其面部有两个圆形的“眼睛”。眼睛也被桃形轮廓所包围，宛如戏剧中孙悟空脸谱，但又没有鼻子和嘴。在头状物的四周，刻画着大量的球形体。这些球体是否表示外星人乘坐的飞行器呢？还是表示这些神来自宇宙天体？有些研究者认为：“这是祖先想像中的神灵圣像”，从而称这类图画为《天神图》。

然而，在韩乌拉山峰下东边沟口也有一幅奇异的头像图。其中的一个头形体面部长着两个不同的眼睛和方形的嘴，头上长着无数棒状体，和前幅岩画一样，头形体四周也刻着大量的球状体。

难道这也是祖先想像中的“神灵圣像”吗？为什么这类奇异的图形中都要刻画球体呢？有意思的是，这幅图画中还刻着“大唐”的字样。如果图画与题字是同人同时所作的话，我们不禁要问：唐代时我国文化已相当发达，佛教、道教在我国已十分流行，从题字的字体来看，作者是具有一定的知识和文化水平的。那么，既然作者要刻画神灵圣像的话，为什么不刻画佛像或道像，反而要刻画这样无法理解的、完全是想像中的图形呢？

外星人是否来过地球之谜

古人对外星人的描写除了出现在各民族的神话或文字记载中，也出现在大量的岩画中。岩画为史前的百科辞典，弥补了史前没有文字记载部落大事的空白，也为我们研究外星人是否曾经来过地球提供了可靠依据。

1956年法国民族学家亨利·罗特在北非撒哈拉大沙漠的塔西里，纳基尔山中发现400多处共有15000幅的岩石绘画，那地方现在已是不毛之地，但在公元前6000年到4000年前还是一片草木繁茂的肥沃土地。

人类很早就在这里定居，他们饲养牲畜、种植五谷，并创造了许多美不胜收的艺术作品。塔西里岩画反映撒哈拉地带沙漠化以前原始人的生活和作为猎物的各种动物。

在这些岩画中，可以看到有角的人物像，有戴着头盔，被称为“大火星人”的人物像和看起来像在空中浮游的人物像。虽然塔西里岩画的大部分人物都是表现我们人类的生活，但是戴头盔、身穿类似航天服那样的衣服的人物像，给我们的印象却像是外星人。

一般来说，画家总是根据自己熟悉的东西作画的。即使是想像力丰富的画家，也只能在所熟悉的基础上稍加夸张或想象而已。创作这些岩画的古人既然能惟妙惟肖地描写出猎人、大象、牛、马、羊等，那么有关外星人岩画也绝不是凭空捏造的，也应是古代人亲眼目睹到外星人之后，才能以生动的表现力创作出来的。

他们把白天而降的外星人视为神灵，用岩画的形式记录下来，由此可以推断，外星人可能是真的来访过地球，否则他们就不可能创作出那样的画面。

在澳大利亚的西北部有许多荒凉的土地，现在已没有什么人居住。在这个半沙漠状态的广大地区，有一个金伯利山脉，在那里也可以找到很多岩石绘画。那里的先民留下了如此不可思议的传说：有一种奇异的人类，自天而降，将自己的形象刻画于岩壁，而后又返回天空。

先民们把这些不可思议的人物像视为神圣，保存至今。这些人物像身穿宽敞、舒适的衣服，没有嘴，在头部有像释迦牟尼那样的光，即使今天看起来，也给人以很强烈的冲击。

宽敞的在服是航天服，没有嘴是因为戴了头盔，或他们的嘴已退化，头部特别大。头部有层光，说明这些外星人能发光，尤其是在脑后最亮。这说明，在远古时代外星人访问过澳大利亚的金伯利。

同样的岩画在澳大利亚中央部分的巨大岩石山——阿尔兹·洛克附近也可以找到。显然，外星人以这个巨大的岩石山为目标，曾在阿尔兹·洛克附近降落，从而使澳大利亚的先民们看到了他们的形象，并将其记载于岩画之中。

在南美的提亚瓦纳科有块红色砂岩上雕刻着一个巨大的偶像，上面布满着上百个符号。考古学家们经研究认为，这些符号记录了无数的天文知识，并且这些知识是建筑在地球是圆形的基础上的。其上还记录了27000年前的星空。据估计，这可能是外星人给玛雅人留下的。

除非洲、澳大利亚之外，在意大利、俄罗斯、南美等许多地方，也有外星人岩画发现。最新发现的外星人岩画是在北美大陆。

北美大陆的岩画与其他地区的岩画相比，有关外星人的画法虽稍有不同，但都有带天线的头盔和航天服一样的衣服。从岩画中还可以看到从母船降落到地球的着陆船或在天空中移动的小型飞船。

在智利的复活节岛上的断崖处及洞窟里还有数百幅壁画，仅“鸟人”就有150幅，鸟是先民美拉尼西人崇拜的神像。他们传说，鸟人——一些会飞的神从天上飞来，曾在这里着陆、居住。岛上睁大着眼的雕像，就是这些飞人的肖像。

除了大量的岩画上忠实地记录了外星人来到地球的场面及其形象外，在不少的出土文物中，也常常可以看到外星人的影子。

20世纪20年代，来中国考察的瑞典学者安德森在某肃宁定（即今广河）买到几件新石器时代的陶塑半身人像，属于马家窟半山文化类型（时期）。这个陶塑模特儿，戴着透明的头盔，上面有对称的“风镜”。

浙江省海宁马家浜文化遗址于1959年出土的陶片，其中的形象似猿，在头部有不知是象征头盔还是光环的外饰三个圆圈。

仰韶文化遗址50年代开掘，出土了大量珍贵文物。其中有一套（五件）绘有珥鱼人面纹的彩陶，极具特色，成为陕西临潼的古代宝藏。

考古学家将珥鱼人面纹认作半坡氏族崇拜的鱼神。这些祭礼图画展现了半坡人的生活习俗、祭礼教义，同时也记叙了外星人乘具、天外来客和半坡人的联系。

世界上以幼童作为祭品的古民族比比皆是。这里的意境为外星使者接受仙童的祈求，乘飞碟来到地球的“外星使者，自天而降”之描绘：中间头像鼻梁粗大，从双肩之上向下耸立，头部正中之上闪烁着三角形光辉。双肩呈互相倒扣之碟子，状似UFO，这个飞行器，周围闪烁耀眼的光芒。

随后，半坡鱼神，即仙逝的儿童，乘坐UFO降落水下，在“水下停泊，静听鱼诉”；仙童之双肩由倒扣着碟子的飞行器组成，左右并无鱼尾图案。在“仙童施法，水中获鱼”时，仙童头上的灵光关闭，头额全用深色，意在水中停泊，惟独飞行器表面略微发光。接着“仙童升空，苍天有眼”中，正为仙童睁眼，其双肩仍为一对倒扣的碟子。

头部上方闪烁着明亮的“圣火”，丁字形的一对帽珥变成两个半圆形双曲线，显露出光芒。

这些图案里双肩部位很可能是碟形UFO的想象画。从五个图画的内容上联系起来看，这是反映外星人接受人们的祈求，帮助人们在水中捕俘大鱼，献给父老乡亲食用，赐予地球人幸福欢乐。

生活乃创造之源，史前居民通过对外星使者的描摹，才描绘出祭祀用的模特儿，通过目击UFO在水中升降特征，才构思出一整套庄严、优美，并融古代风尚、思想、生活于一炉，汇真、善、美于一体，显示出和谐、统一、完美的画面。

被绑架者与UFO之谜

就绑架而言，最大的谜语就是被绑架者的“体验”是否是真实的呢？是不是那些恢复的回忆，其实只不过是被害幻想呢？成为问题的是这些体验都是通过催眠而产生的。

催眠术本身的作用，在精神分析和心理学中占有的地位很高，心理学者们根据经验认为催眠术是值得信任的。

但是即便不说谎，催眠状态下的人说出的也不一定是真话。所谓“真实”，只不过是一种主观的“真实”而已。

催眠状态是本人失去自我意识，非常容易受环境影响的被动状态。他们会对催眠者的期待和感情都很敏感，通过询问的方法，无论哪个方向都能被诱导。他们平时积累的知识，有时也会自动形成什么场景。

因此，被催眠者的发言尽管自己觉得是真实的，但实际上其中混杂了许多杂物。最后的结果客观上也许根本不真实。

换言之，很可能就是制作出来的“真实”。问题在于，从科学上对催眠状态下判断至今为止也没有一个统一的标准。生理的变化和脑电波同清醒状态都有所不同。

因此，迄今为止提供的材料也只能把催眠状态定为自我暗示的极限形式。也就是说，在探索被绑架者的“体验”时，催眠术固然是非常有力的武器，但把被催眠者所说的话全部作为真实来看待，也是很危险的。

加利福尼亚大学的阿尔宾·H·罗逊博士提出一种心理学的假说，认为“绑架体验”同人类婴儿的诞生时所接受的挫伤有关。这个学说在UFO学界引起极大反响。

一般来讲，个人作为婴儿在母亲的胎盘里住了好长一阵子，然后通过狭小的产道出生。这前前后后的记忆应该记存在潜在意识中。

一旦有什么刺激，便以“飞碟绑架”和“身体检查”等形式出现。具体地说，子宫里就有一个UFO那样的圆形密室，那就是胎盘。

子宫颈管的开闭就如同UFO的回廊的出入口。透明的羊膜就仿佛UFO光滑的圆顶和外星人光滑的制服。再把想像力放纵一下，那么UFO中活动的小人物不是正如一个个幼小的“胎儿”吗？至于“时间消失”和“记忆失落”之类的情况，这同婴儿在出世前，由于子宫收缩、荷尔蒙增多，婴儿会突然意识失去是一个道理。罗逊列举了大概十个“绑架体验”的案例来为自己的学说佐证。

近年来有关“胎儿”出生的研究成果非常可观，最主要的技术手段就是发明了显示器，可以观察到胎儿出生的整个过程。从心理学观点来说，罗逊的说法有一定道理。

婴儿的出产体验确实如此，他或者她从安全而温暖的子宫里出来，毫无防备地被拖到一个严酷的世界上来，无论从心理上还是生理上都是一个痛苦的体验。这些当然作为潜在意识而存在。

但是罗逊的理论有很多任性的地方，他从UFO“体验”的案例中随心所欲地选择对自己学说有益的部分，加以利用改造，以创立一家之说，分明很勉强。

如果根据这样的方法来构筑理论，那么无论怎样的理论都是可以建立的。

实际上，婴儿能够对体形有所认识，本身就是个问题。再说，人们在UFO中所看到的也不全是小人。如果说子宫是婴儿的天堂，那么为什么人们被绑架到相当于“子宫”的UFO中去没有想象中应该有的自在快乐呢？为什么还要接受“身体检查”，并且都留下恐怖的意识和记忆呢？无论从心理到肉体都留下后遗症呢？

此外，凡是外星人出现的地方，留下“着陆”和“电磁场变化”，对于这些因素又作何解释呢？因此，罗逊的心理挫伤回想学说显然是站不住脚的，理论上有许多不圆满的地方，无法自圆其说。

尽管罗逊的学说被否定，但是对于那些绑架者本人是否精神上有问题，比如是不是其中有人患了被害妄想症、夸大妄想症等，或者在精神病理学方面有缺陷，因此产生幻想、幻觉。——这种可能性还是存在的。

1984年的年末，UFO研究组织公布了一批材料，那些是心理学实验的结果，具有非常深远的意义。

美国的“绑架体验”研究小组霍普金斯、克莱玛和勃罗夏等人从他们自己的研究对象22例中选择了男5人，女4人。其余的请外面的研究人员协助调查。

跟UFO完全无缘的著名的女性心理学家L·斯莱塔博士详细研究了这些被绑架者的所有数据，对他们进行了包括罗尔夏哈、智能测试在内的5项心理实验。

9个协助调查者都匿名，他们的职业分别有：大学教授、演员兼网球教师、电子工程师、公司律师、公司重要人员、音响技师、秘书、推销员和化学研究所所长，全部具有大学毕业的成绩，都是中流水平以上的知识精英。

测试的过程非常理想，当书面材料和数据等出来以后，斯莱塔博士恳请不少同行一起仔细研究，得出意见，写成了报告送到了委托人的手里。

大体内容如下：

“……经过对这个小组9个人的测试，他们共同的特征是：具有一般人以上较高的智能……对世界有不信感，因此内心活动比较丰富，也比较谨慎……具有创造力……”

当斯莱塔博士获悉有关这9个人的人格及心理报告，要作为研究材料公开发表，她随即补充了一份资料。内容如下：

“……首先最重要的问题是要了解这些被测试者是否具有精神性疾病，经过我们彻底的测试，根据测试结果，我们的回答是：没有。……那些所谓的病理性扯谎者、精神分裂性的偏执狂、记忆模糊和多重人格引起的人格变换者、极度混乱的歇斯底里症者等等，那些被测试者当中连一个都没有。特此证明……”

当然这些报告是证明那9个人是“正常人”，并不是证明他们的“被绑架体验”是完全真实的。但是他们对于被UFO绑架的体验在叙说过程中，尽管在内容的枝叶方面有些出入，可他们所说的故事却完全是一致的。

由此可见，他们的经验有着共同的来源。这些故事不是他们凭空想象出来的，而是通过外界的什么经历加到他们的意识中去的。

也有一种看法，即认为他们的所谓恢复“记忆”，实际上是受了催眠者的影响，是一种来自外界的“力量”对他们的意识起了作用。

但这个说法也不够充分。即便说是外界的“力量”，那么这种“力量”又来自何方呢？因此，对于催眠的力量究竟如何，本身就需要一个确认。

UFO的第一次媒体露相之谜

尽管人类的史册中很早就有关于“飞碟”的记载，但是第一次把它们描述为“飞碟”的报道则始于1947年6月24日。曾经是美国空军飞行员的尼恩·阿诺德，退役后经营一家灭火器材公司。

这天，他驾驶一架私人飞机飞临罗切斯山脉附近，去寻找并援救一架在此地失踪的海军陆战队C—46型运输机。在海拔4391米的雷尼尔峰附近，一束十分刺眼的光线射入阿诺德的眼帘。

“我观察到，在我机翼的左侧，北部方向，有9个明亮的物体编队从邻近的贝克山飞来，它们贴着山顶飞，飞行速度极快”，“我跟踪不上它们，它们的形状不像是飞机。我从未见过这样的飞行器……像一种碟子，就像打水漂玩的那种碟子。”

阿诺德是有经验的飞行员，他根据盘上的秒表，计算出了这群不明飞行物的速度——2700公里／小时。这在当时是不可思议的，任何飞机也不可能达到这个速度。

与此同时，处在同一地区的地质勘探人员弗雷德·约翰逊也目睹了同一景观，回公司后还激动地讲述了当时的情景。

第二天，新闻媒介用“飞碟”一词报道了阿诺德的发现。从此，“飞碟”一词为全世界的公众所接受，成了不明飞行物的同义词。

自此之后，美国的各电台、报社不断接到人们的电话，都声称自己目睹过飞碟。

一时之间，“飞碟”成了美国各大报刊竞争报道的头号新闻，并且很快扩展到加拿大和澳大利亚。

阿诺德一夜之间成了风云人物，他自己还编了一本小册子《飞碟目击记》，十分畅销；加上其他美国作家推波助澜，终于迎来了一场席卷全球的飞碟狂潮。

一般的飞碟观察报告都是一人或几人，观察的时间也极短，涉及的地域也不宽。但有的“飞碟”报告，观察的人甚多，涉及的地域也广，丝毫没有作假的可能。

1950年3月17日夜，素来宁静的美国新墨西哥州的法明顿小镇突然沸腾了起来。在晴朗的夜空中，一大群像碟子一样的东西静静地悬在那里，流彩熠熠，纹丝不动。

云彩正在它们身边移动。

面对这一从未出现过的奇异景象，人们惊慌失措了，不知道该怎么办才好。人们纷纷涌上街头，翘首仰望天空，人数多达5000余人。

一种不祥的阴影笼罩在人们心头，妇女在祈祷，小孩在啼哭。市长格劳为了证明这不是梦，他大声地数着那些碟形物，天哪，居然有500之多。突然，似乎是接到统一的命令一样，悬停在空中的“飞碟”，组成一队，向东飞去。

“黑衣人”之谜

早在1973年，美国的《宇宙新闻》杂志发表了一篇研究“黑衣人”的专论，在世界上引起了广泛的反响。该文作者以大量的事实证明，“黑衣人”在地球上的存在可以追溯到很远的过去。

但作者又指出：在几个世纪以前，“黑衣人”的活动没有像现在这样频繁，也没有像现在这么公开，这是因为“黑衣人”如果真的肩负着保护他们那个人种的使命的话，那么我们就完全可以认为，“黑衣人”受到现代飞碟学家们探索的威胁，远远超过以往任何时候，因为我们的祖先当时对他们始终持迷信的态度。

那么，这些“黑衣人”究竟是些什么样的人呢？有大说他们是外星人派到地球上的一支“第五纵队”。但到目前为止，人们所知道的只是一些支离破碎的情况：他们大都是彪形大汉；他们身穿黑色衣服；他们的面庞是“娃娃脸”或“东方人的脸”（这一点很重要）。

在通常情况下，他们遇到人时总要详细盘问，然后把人身上有关他们的记录、底片、照片、分析结果、飞碟残片等等都统统拿走。

但也有这样的情况：为了达到自己的目的，他们会对人施加心理压力，甚至还行凶杀人，当然这是极为罕见的。

世界上一些UFO专家认为，种种迹象表明，“黑衣人”的存在是毋庸置疑的。他们同人们接触的事例已不胜枚举，因此我们没有任何理由把这种接触说成是某种幻觉或有人想故弄玄虚。

既然他们的存在是确凿无疑的，人们就必然会设法从理论上去解释他们。有人把“黑衣人”说成是美国中央情报局的特工人员，这种假设曾一度广为流传，而且还有人为此而发表文章。

例如，加拿大杂志《魁北克UFO》的一期中就有威多·霍维尔的文章，题目是《“黑衣人”与中央情报局》。作者指出，“21年来，中央情报局一直深深地插手于飞碟问题”，“为了让诚实的目击者说出他们观察到飞碟的情况，中央情报局用过‘黑衣人’这种手段”。

威多·霍维尔写道：“在世界各地流传的有关飞碟的书籍，我们看到了许多‘黑衣人’的案例。这些‘黑衣人’被目击者碰上，因此目击者拍下了照片和UF0影片，有的还拿到了证明‘黑衣人’存在的物证。

“如果这些目击者不保持缄默，‘黑衣人’就会威胁他们，甚至连他们的家属也会遭到迫害。‘黑衣人’会把留下来的一切证据统统带走，并且不会再出现在同一个地方。”

“但十分可惜的是，当我们仔细地分析‘黑衣人’的问题时，‘中央情报局的假设’就站不住脚了。的确，‘黑衣人’竭力阻挠扩散有关飞碟现象的案情，这很可能是诸如中央情报局或美国海军部的特工人员干的，但是，人们不禁要问，直接受到飞碟研究工作威胁的飞碟主人为什么不这样干呢？到目前为止，尚没有飞碟主人阻挠扩散UFO现象的证据”。

英国潘塞出版社1978年出版的《宇宙问题》一一书的作者约翰·A·基尔极其正确地指出：在“黑衣人”出现的各个历史时期，人们对他们的看法根据时代背景的不同而不同，先后曾把他们误认为是“国际银行家”、“共济会会员”、“耶稣会会员”以及最近的“中央情报局特工人员”等等。仅这一点就足以表明，把“黑衣人”说为中央情报局人员的假设是站不住脚的，因为这些“神秘的人”早在驰名世界的这一情报机构创立之前就已活跃在地球上了。

例如，在1897年，美国堪萨斯州曾有人看见一个“黑衣人”拿走了地上的一块金属板。不久，一个飞碟在此飞过，并扔下了一个东西，原来就是那块被“黑衣人”先前拿走的金属板。

美国新墨西哥州圣菲市以南的加利斯托·江克辛村也有过一起同类事件。1880年3月26日，有4个人看见一个“鱼状气球”在他们村子上空飞过。

有一个东西从“气球”上掉了下来，他们赶紧跑过去一看，原来是一个瓦罐一样的东西，上面刻满了潦草难认的象形文字。目击者把这东西送到村里的一家商店。

那瓦罐在店里展出了两天，第3天，有一个自称是收藏家的人把它买走了。那人出了一笔极高的价钱。从此以后，就再也没人谈起这个瓦罐了。

这样的例子是举不胜举的，有些甚至发生在比以上两案更遥远的年代，这就使得“中央情报局特工人员”的假设根本站不住脚了。

再说，难道所有的特工人员都有一副“东方人的脸”吗？前面已经说过，这一细节是十分重要的。请不要忘了，在美洲和地中海沿岸，当地土著人都有个习惯，那就是把孩子们的脑壳都绑成鸡蛋形状，这样的脸形不就是一位对人类形态学毫无知识的西方目击者所描绘的那种“东方人的脸”吗？现在，让我们再回到“中央情报局特工人员”的假设上来。

据专家们说，“黑衣人”10次中有9次能在风声走漏之前就把目击者除掉。

1951年，在美国佛罗里达州最南端的基韦斯特发生了一件事。一天，好几个海军军官和水手正驾驶着一艘汽艇在佛罗里达海面疾驶。

突然，一个雪茄状的物体出现在海浪上，发着一种脉动式的光，一个淡绿色的光柱从它的“壳体”上射出似乎一直射入了海底。目击者用望远镜看得一清二楚。

还有一个有趣的细节是，出现这个雪茄物体的海面上即刻就漂浮起一大片翻起肚子的死鱼。忽然，地平线上出现了一架飞机，而那个雪茄状的神奇物体也随即升入高空，几秒钟之间它就无影无踪了。

汽艇刚刚在基韦斯特港系揽靠岸，艇上的军官和水兵就遇上了一群身穿黑色衣服的官员。这些官员把他们叫到一边，向他们提了许许多多问题，询问他们在大海上看到的情形。

据一位目击者说，这些官员千方百计地想用提问的方式使他们的目击报告失去真实性。这些“黑衣人”要水手们对这件令人吃惊的事件保持缄默。

在飞碟史上，有不少“黑衣人行动”的“典型案例”。最令人震惊、同时也是最有名的案例要算是艾伯特·K·本德事件了。

本德是“国际飞碟局”主任和《航天杂志》经理。

国际飞碟局是一个民办机构，其任务是从各个方面研究飞碟现象，《航天杂志》则是这一组织的刊物。

1953年7月，本德在这杂志上登出了这样一篇文章：“飞碟之谜不久将不再是个谜。它们的来源业已搞清，然而，有关这方面的任何消息都必须‘奉上面的命令’加以封锁。

我们本来可以在《航天杂志》上公布有关这方面消息的详细内容，可是我们得到了通知，要我们不要干出这种事来。因此我们奉劝那些开始研究飞碟的人，千万要谨慎啊！”

1953年底，3个身着黑衣服的人来拜访本德，他们要本德放弃他的研究。几天之后，国际飞碟局就解散了，《航天杂志》也停办了。

翌年，即1954年10月，一家名叫《联系》的杂志骄傲地宣称：“我们了解到了关于飞碟性质的一个‘无可辩驳的事实’。”

可是谁也没有看到下文。

据说，有一个“高级人士”下令禁止公布这个“无可辩驳的事实”的详细内容。

著名的英国《飞碟杂志》的创办者瓦维尼·格范先生因患癌症于1964年10月22日去世。从表面看来，他的死似乎没有什么奇怪的地方。

大家知道，格范平时十分谨慎地在家珍藏着一大批有关飞碟的材料，可是，格范死后，在他家里连一份材料也没有找到。

另两名蜚声世界的飞碟研究家H·T·威尔金斯和弗兰克·爱德华兹正要宣布重要发现时，两人却都在异常情况下猝死身亡。

人们还知道，常常会有这种情况；“黑衣人”常用他们可怕的黑衣服来换美军服装。弗兰克·爱德华兹在他写的一本书里描写了美国一家大联合企业的干部所遇上的此类事情。这个干部于1965年12月目睹了一个飞碟，后来便有两名“军官”拜访了他，向他提了一大堆问题，然后对他说：“你应该怎么做，这用不着我们说，不过我们向你提个建议：请不要向任何人谈论此事。”

当然，在这个案例中，人们完全可以认为那是些真的“军官”。可是，好多目睹了飞碟的人也都有过类似的遭遇。

至于这些“军人”至少可以说他们的行为既是反常的，也是令人吃惊的。当目击者谈论起他们时，就会说他们长的是“东方人的脸”；他们比我们一般人的身材要高大得多；他们坐的是“黑衣人”常用的那种车子，车身漆黑，车牌极其罕见。

有时，目击者也向军事当局提出抗议，但军方回答说他们对此一无所知，根本不了解彪形大汉的来踪去影。约翰·A·基尔说，他已经调查了50多个案例，这些“军人”或是直接找到目击者，或是通过电话同目击飞碟或拍到飞碟照片的人联系。

约翰·A·基尔曾走访了五角大楼，想验证一下那些人是否真是军队派去的。可是，五角大楼明确地告诉他，他们谁也没有听说过他调查的那50多起案例的“黑衣人”的事情。

那么，他们到底是些什么人呢？他们的目的何在呢？他们拥有什么手段？他们来自何方？全世界的飞碟学家都在思考着这些问题。

1971年，加拿大的一家刊物《阿法杂志》第6期上以《神秘现象研究会的思想路线》为题发表了一篇研究“黑衣人”的文章，这篇文章内容丰富，立论明确。文章在分析了飞碟研究者通常遇到的困难后指出：“……我们认为，在‘黑衣人’、海底碟状物和水下失踪案这三者之间存在着一种直接的关系。

“我们暂时做个假设，假定这些‘黑衣人’就是外星人。出于一些我们所无法理解的原因，这些人经常袭击飞碟学者。

“我们所看到的飞碟很有可能像人们所设想的那样已在地球上建立了基地，他们在那里降落，以便准备某项工作，或在基地留下一些人，负责监视我们的地球。海底对我们人来说是个——在将来很长一个时期里仍将是——不可涉足之地。

“他们把基地设在海渊中，他们的飞行器在这里降落或起飞。现在我们是在作神奇的畅想，但我们应该考虑我们畅想中的任何一种可能性。

“地球人更多的是想登上月球和我们这个太阳系的其它星体，于是便忽视了对自己所居住的星球的研究。因此，地球人对海底的探索十分缓慢和谨慎。

“人们不时地在报上看到一些消息，今天说‘尤里戴斯号’潜艇不见了，明天说‘放雷舍号’潜艇失踪了，后天又说某某潜艇不知去向。我想，这些潜艇也许离飞碟海底基地太近了吧，或者也许是艇上人员拍到了海底基地外层设施的照片？”

如同许多飞碟问题研究者一样，这篇专著的作者承认，外星人的假设是顺理成章的。

文章的作者强调指出，他认为“黑衣人”不是对所有飞碟研究者或飞碟组织都统统反对的，他们袭击的对象，仅仅是那些偶尔“发现或查明了外星人在地球上落脚地的人”，至于那些找到证明外星人存在或出现的事实的人，“黑衣人”是不管的。

这就说明了为什么像本德这样的人遭到了“黑衣人”的麻烦，而另一些同样杰出的研究者（他们得到的线索对“黑衣人”以及派遣“黑衣人”的人不甚危险）却从未接待过长着“东方人脸形”的“军人”的拜访。

关于这一点，约翰·A·基尔有过重要的论述。

在有关“黑衣人”的目的问题上，他发现这些人十分明显地竭力反对和掩盖飞碟来自地球的假设，同时还鼓励人们对飞碟来自地外某个星球去进行猜测。本德恰巧在摈弃飞碟来自某个星球的假设时，受到了3个陌生人的登门拜访。

他不得不中断了自己的研究。另有一些放弃了这种假设的研究，也都遭到了一个又一个的电话威胁和其它形式的威胁，而那些持飞碟来自外星观点的学者却安然无恙，可以太太平平地进行自己的研究。

约翰·A·基尔指出：“如果一个目击者给你送来一块飞碟上掉下的无法辨认的金属片的话，你不会遇到任何麻烦。可是，如果一个目击者给你拿来一块铝片、镁或硅片的话——这是地球上到处都可以找到的——那么，你就很可能在家里接待一个身穿黑衣、肩负‘说服工夫’的神秘客人的来访。”

十分有趣的是，很多研究者或机构丢失、损坏或神秘地失窃的大量重要物证恰恰都与飞碟的来源有关。

“黑衣人”的存在是无可否认的。至于说他们是否就是飞碟的主人，是否来自诸如百慕大三角地区海底裂谷或来自其他星球，这些问题仍是西方许多飞碟专家们争论的题材。

这里介绍的“黑衣人”来自海底飞碟基地的说法，仅是许多观点中的一种。

UFO是否真的存在之谜

世界上第一个亲自研究UFO的科学家是海尔曼·奥伯特博士，他被誉为“宇宙航行之父”，是建立现代火箭理论基础的伟大科学家。他受德国政府之托，从1953年起的3年内，在约7万件目击报告中选出最可信赖的800件，从中推算UFO的航空工程性能，并得出这样的结论：“科学可以把不可能和不能证实的问题看作可能，为了说明观察事实，必须有效地考虑作业假说。在已有作业假说中，UFO是地外智慧生命操纵的飞行物，最适合观察事实。”

法国天文学家、计算机学家贾克·瓦莱博士（现为美国斯坦福大学教授），1954年对从西欧到中东集中发生的200件以上的着陆搭乘目击事件进行统计分析（他是第一个用统计学手法研究UFO的科学家），结果发现很多推翻否定论“法则性”根据的东西。

如目击事件与人口密度成反比，这和人口越多越易产生集团幻觉说相反；目击事件发生在日常生活中，且目击者无性别、年龄、职业和学历方面的偏颇，这和幻觉和病态妄想说相矛盾；从着陆痕迹测定或从状况推测的UFO的直径，都为5米左右，这暗示UFO现象与其说是心理的，不如说是物理的；目击的时刻分布和着陆地点分布的状况显示着存在智慧控制。

1966年，瓦莱博士在公布他的研究成果时说：“只要不拒绝把UFO做为空中物体来研究，那么，不把UFO着陆的报道作为研究对象是没有道理的。只要承认有被智慧控制的可能性，就没有理由否定UFO着陆和搭乘员降落的可能性。”

目击UFO的科学家很多。较早的是著名天文学家、冥王星的发现者克·汤博。

1979年8月20日，他和妻子、岳母在新墨西哥州拉斯克鲁塞斯的住宅之外看到“6至8个长方形的绿光群”，“这是在夜空模糊地浮现出轮廓的巨大船体的舷窗，随着远去，逐渐变小，最后消失。如果这是地面上某个物体的反射物，同样的现象应该频繁出现。

“我经常在自家庭院进行天文观测，但这样的现象也仅在那个时候见过一次。”

1973年，斯坦福大学等离子体研究所的物理学家斯塔洛克以全美职业天文学家为对象进行调查，在1356位回答者中，有56％的人持肯定态度，认为“值得进行科学研究”，有4.6％即62人“亲眼见过UFO。如新墨西哥州萨克拉门托峰天文台一个台员说，1974年10月11日傍晚，“我驾驶的小型卡车在山道上蜿蜒行驶，突然与前方上空水平飞行的UFO相遇引擎停车，卡车不能前进。

“这是个圆盘形物体。接着，它突然在垂直方向加速，几秒钟内变小、消失。此时车子恢复正常”。

1979年，产业科学的专业杂志《工业调查》（92％的读者具有博士、硕士或学士学位）对整个科学技术界进行调查，有1200名读者寄回调查卡片，其中“目击过UFO”的占8％，“见过类似UFO的东西”的占10％，回答“UFO确实存在”和“船多半存在”，的读者共占61％，44％的读者认为“UFO来自太空”。

UFO研究中的主要流派的根本观点是：地球之外存在智慧生物，而UFO就是这一观点最现实的证据。但是，由于近几年来，UFO虽然仍在不断出现，而人们却没有充分证据来证明UFO就是外星智慧生物的宇宙飞船，因而一度使UFO研究陷入窘境，甚至有的主张以上观点的UFO专家的信心也开始动摇，认为UFO研究已经步入歧途。

UFO研究真的步入歧途了吗？回答是否定的。80年代后期出现的一些证据是令人鼓舞的，它们可能对UFO的研究产生重大影响。

1988年9月初，秘鲁星际关系研究所所长卡洛斯·帕斯对新闻界说，1988年9月中旬，当火星靠近地球时，将同以往几次一样，有大量飞碟前来地球拜访。他的预言很快就得到了证实，秘鲁和南非不久分别出现了飞碟群，目击者甚多。

帕斯这位研究外星文明的专家，已从事该项研究20多年，在他出版的新书《我们认识的其他世界》一书中，他详细介绍了几十年来他和他的同伴们的研究成果。

他说，他们通过26年的研究表明，迄今已证实存在86种外星人，这些外星人矮的只有2厘米，高的则达10米，其中85％能够呼吸地球上的空气，20％戴着假面具，5％穿潜水服，好像来自有水的世界。其中有极小部分根本就没有鼻腔，它们可以用皮肤进行呼吸。

在众多的自然之谜中，UFO是最大的一个谜，它最使人感到神秘莫测，引起了亿万人的强烈兴趣。可是，30多年来，UFO问题不仅没有明朗化，反而被搞得混乱不堪。

虽然越来越多的公众相信部分UFO是外星人的飞碟，但正统的科学界（包括绝大多数科学家）和各国政府（法国等除外）却否认飞碟的存在，认为UFO无非是一些探空气球、流星、虚无缥缈的幻影或未知的大气物理现象。确实，限于目击者的知识水平，大部分目击事件是把飞机、气球等当成了飞碟，有些确实是一些未知的大气物理现象，如地光等等。1997年8月初，美国的一家报纸曾发表文章称：在50年代出现的大量UFO现象，其实是美国军方进行的秘密实验。

此话一出，引起世界一阵哗然。虽然如此，但美国军方并没站出来证实这一点。除此之外，也确有相当一部分UFO是无法解释的，其中不少是科学家和飞行员目击的，难道一个天文学家能把一颗流星当作飞碟？难道飞机上所有人员都同时产生幻觉？

UFO的一个特点是无法在实验室研究，也无任何公式可用，连确切的证据都没有。

这正是它不为正统科学界承认的一个原因。人们习惯于借助电子和光学等等仪器提供数据，用公式演算分析去验证一个发现。但研究UFO，却无任何仪器可用，也无法重演，故很难使人接受。

一架飞机在我们头顶飞过后，我们可以继续知道它在哪里，在它飞行方向的下一个地方，人们也会看到飞机。但曾经是一个固态和有形的UFO，昨晚干扰了汽车、飞机以后，现在它在哪里？在它消失的方向上可能再也没有人看到它，监视整个地区的雷达、红外探测器也没有发现它。事实上，它从现实中消失了。

可见，对UFO的研究，同目前的传统科学有很大的差别。同时，由于一批狂热的UFO者常常夸大其词，甚至弄虚作假，凭空杜撰与UFO接触事件，伪造UFO照片，结果使UFO研究声誉大跌，使大部分科学家对UFO现象产生反感，他们既无兴趣也无时间进行研究。

在这种情况下，就很容易得出UFO根本不存在的结论。

UFO否定论者往往用现有的科学法则来说明UFO现象中的种种不可能，如“大气中不可能有飞碟那样高的速度，否则就要产生冲击波”、“这么大的加速度会把任何东西压碎”、“飞碟那么小，若是从别的星系飞来的，它的燃料放在什么地方？”等等。他们还往往把爱因斯坦的相对论搬出来，指责“UFO的研究不按科学规律行事”。

如果笼统地问，爱因斯坦的相对论绝对正确吗？可能人人都会持否定态度，但在具体问题上就是另一回事了。现在人们正在努力研究统一场理论和白洞问题，也有越来越多的人倾向于瞬时完成宇宙航行，起码不需要原来认为的那么多时间。UFO否定论者曾嘲笑说：“对于UFO研究者来说，只要有解决不了的问题存在，那就需要修改现代科学的理论。”

英国“飞碟”研究协会曾就这个问题对所收集的“飞碟”资料中有关“飞碟”的特征加以分类、比较和研究，结果认为传说中那种神话般的“飞碟”现象是不存在的。现在看来“飞碟”并不是什么“天外技术”的具体表现形式，可能是发生在地球上的一种自然现象。

它的出现与地理条件关系密切，有可能是一种不明大气现象。例如，某些材料中谈到的一种“飞碟”呈卵形，直径1至3米，绕主轴旋转，接近地面并发出大面积电磁辐射的就属这类。现在科学家利用一定手段已能证实它的存在。

并把它命名为“不明大气现象”（VAP），以便与可能存在的“飞碟”（UFO）相区别。

总之，“飞碟”现象是值得探讨的，它是一门值得研究的科学。

当然，科学界的大趋势仍是对UFO实在性的怀疑。

但“观察事实”却传出了“地外宇宙飞船”的假说。美国声望很高的UFO学者J·哈依内克博士曾是一位有力的否定论者，但他接触了大量的目击报告和目击者后改变了态度。他曾担任过从大学天文系主任到天文台台长等一系列科学职务。

1976年他在伊利诺州UFO研究中心对采访记者说：“对这样的资料假装不知，直至否定目击者的人格，这是科学家的良心所不允许的。轻蔑与无视决不是科学方法的一部分。”

看来UFO存在与否的科学争论在未来还会长期地进行下去。但是有一点是确定的，轻易地否定，结果并不能改变轻易的肯定，这样是不科学的。

虽然各国政府对UFO仍持否定态度，表面上漠不关心，但法国国防部实际上以1954年集中发生的事件为开端，就开始了秘密调查。1970年以来，其国家宇宙研究中心继续调查，该中心的科学计划部主任，天文学家克罗德·波埃尔用计算机对国防部收集的3.5万件目击报告与气球、飞机、人造卫星、流星和星星等严密对照，然后分析与已知现象不相等的约1000件事例，得出以下有趣的资料：

①UFO的基本形态为圆盘形、球形和卷叶形；②通常夜间发桔红色光，白昼呈磨光金属的颜色；③轨道无视物理学力学法则；④目击报告数大约是实际发生数的一成；⑤目击事件3成出现在白天，7成在夜晚，与人类户外活动时间成反比；⑥目击事件约有一成是着陆目击，其中半数有搭乘者出现；⑦目击事件与大气透明度成正比；⑧目击者没有职业、学历、年龄偏颇；⑨目击事件与磁场异常有相关性；④是物理现象，不是心理现象。

波埃尔的这一调查去掉了自体意识，给UFO研究带来很大的进步。

在美国，如果发生UFO目击事件，当地警察往往把它当作是谎言或误认而置之不理。即使作些调查，也几乎都是交给民间的UFO团体去进行。这些民间团体是由不要报酬的志愿人员组成的，他们的活动经费极为缺乏。但在法国，情况就完全不同，调查和跟踪未被确认的空中现象是政府的工作。1977年，在法国国家太空研究中心属下，成立了“未确认的大气太空现象研究小组”，专门从事UFO的调查和与此有关的工作。该小组的现任代表杨·杰克·贝拉斯科是这样解释的：“法国公民对UFO的兴趣越来越大，他们想了解事情的真相，因而希望有个政府的调查机构。另一方面，苦于应付不可解现象的军界也希望有一个政府的调查机构。”

这个小组一开始工作，就建立了与警察的密切合作关系。他们调查了11年来发生的1600起UFO目击事件，结果确认只有半数以上可以解释为自然现象或者是误认，但其余38％都不能作出科学的解释。

有这么多UFO事件不可解，使国家太空研究中心感到震惊。他们认真地检查了研究小组的研究结果。为了与国外的UFO研究者交流信息，他们还在巴黎和图卢兹召开了UFO研究会，主题之一是UFO的物证问题。现在的物证，一般总是地面上留下的凹坑、树林被砸的痕迹等等。美国代表、世界UFO学权威阿廉·哈内克博士介绍了他们收到的有关目击人员的眼睛和皮肤受到辐射伤害的报告，引起了各国代表的兴趣。

此外，法国有关在UFO着陆现场发现植物受到异常伤害的报告，也很引人注目。在一个田园地带，一个UFO着陆后又随即急速上升，在空中消失。立即赶到现场的警署官员发现，着陆地点的植物受到异常伤害，他们还采集了一些样品带回去。研究小组把样品交给植物学家去分析，结果确认植物所含的叶绿素减少了一半。其原因尚不能说明。

与会代表希望加强国际合作，在发生UFO事件时及时联系，交换情况。

尽管法国“未确认的大气太空现象研究小组”成立已经多年了，但还没有其它国家仿效法国设立政府的UFO研究机构。这是为什么呢？贝拉斯科认为：“UFO对于一般国家来说，并不构成军事和安全保障上的威胁，所以被置于政府的工作范围之外。”

为了弄清自称曾被飞碟诱拐过的人精神状态是否正常，最近美国3名专家对自称被飞碟诱拐过的人进行了心理学调查。调查费用由设在马里兰州的UFO研究基金会承担。

从事这项调查工作的是住在纽约的UFO研究家特德·布罗查、巴德·霍普金斯和阿弗罗迪特·克拉马。几年来他们专门处理飞碟诱拐事件，其中克拉马还是一位临床心理学家。他们选择了9名自称有过被飞碟诱拐经历的人作为调查对象。这9位都是在社会上有信誉、有稳定生活的市民，他们的职业各种各样，有网球教练、大学教授、音响技师等等。

克拉马等3人是这样考虑的，如果在这9个人中有哪一个或全体都是精神有缺陷、有障碍的人，那么用标准的心理实验是能够查找出来的。他们把这9位受验者送到临床心理学家利萨·斯莱特那儿。由其从公正的立场对受验者进行精神鉴定，所以不会告诉斯莱特这9个人曾与飞碟接触过，而且这9个人自己也会守口如瓶。

一系列实验结束后，斯莱特报告了结果。根据斯莱特的意见，这9个人没有共同的病态特征，仅有一点值得注意，这就是，经过心理学实验确认，全体实验者过去曾受过某种创伤，即受到过可以造成精神后遗症那样强烈的冲击。这些人一被问到涉及个人的问题，其语言和态度马上就变得含糊不清、模棱两可和靠不住，严重时甚至呈妄想病的症状。

而且，当斯莱特得知这些受验者其实就是自称有过被飞碟诱拐经历的人后，断然地说：“从检查的结果看，还没有找到可以否认实际上发生过这样事情的根据。”

美国人是怎样看待E·T（地外生命）和UFO（不明飞行物）呢？最近美国盖洛普民意测验机构就这个问题，以美国成年人为对象进行调查。结果是：认为发生“第三类接触”（这是著名SF电影《和未知的遭遇》的原话，是指不仅目击到UFO，而且接触UFO的搭乘员）的人比过去有所增加，而否定UFO和E·T存在的人，在每三个人中只有一个。

1966年在盖洛普民意测验机构首次提出“您认为在宇宙的其他行星上也存在着与地球人相似的智慧生命吗”这个问题时，34％的人回答“是”，46％的人回答“不是”，剩下的20％的人则回答不知道。但是，在此后的20多年间，相信宇宙中存在其他智慧生命的人数逐渐增加，到1989年已达50％。

为什么会出现这种情况呢？异常现象科学调查中心的马尔西罗·托尔兹说：这与近年来非常热门的SF电影有一定关系。投入了巨额制作费，而又颇受观众青睐的SF电影显然在公众的心理上产出了巨大的影响。马尔西罗·托尔兹进一步指出：“随着美国社会脱离宗教化的发展，美国人不再把《圣经》中关于人类是这个世界唯一的智慧生命的说教视为绝对的经典。另一方面科学家对外生命的探索表现出更大的关心。这些也是造成上述情况的原因。”

对于这次调查，表示曾亲眼目睹过UFO的人占9％，同1973年和1978年的数值差不多，比1966年的5％有所增加。

相信UFO和E·T的人，在未满50岁、大学毕业这个层次特别多。相信存在UFO的男女比例差不多。但在相信E·T的人中男性是60％，女性是40％。住在西部的美国人对于UFO和E·T表现更多的肯定倾向。由此可见，UFO现象在美国及世界各国都令公众所关注。

UFO坠毁之谜

对于在空中遭遇过UFO的人们来说，不明飞行物是一个神奇而可怕的物体。它拥有巨大的光能、动能，在空中灵巧自如，拥有极快的速度。世界上有些天文学家、物理学家、宇航动力学家都认为大多数的UFO，实际上是被不明智能生物控制的，来历和去向不明的超级飞行器。

很多国家和科学团体希望能通过各种手段同不明飞行物和它的乘客进行深入地接触。他们在一些飞碟活动频繁的地区修建降落的场所，并安放明显的标志，想吸引飞碟降落。他们用炮火强迫在空中飞行的UFO迫降，以便了解它的秘密。他们还派遣飞机跟踪或者攻击飞碟，希望能有所收获。可惜，这一切都没有取得任何实际效果。因为如果不明飞行物真的存在的话，它们的发达程度也大大超越了地球目前的科技水平，除非出于自愿，否则人类自己并没有能力挽留它们。

但却有一些偶然性的事件，给从事UFO研究的人们提供了机会。由于飞碟本身的不尽完美以及其他的偶然原因，地球上曾经发生过一些不明飞行物的坠毁事件。它们的残骸与碎片都成了珍贵的调查资料。

1974年7月6日晚上，美国新墨西哥州的沙漠上空突然出现了一个巨大的碟状发光体。几乎同时，在离罗斯威尔地区不远的牧场附近一声巨响，发生了强烈的爆炸。牧民们听到这个可怕的声音后都跑了出来，他们一下子惊呆了。他们看到，在牧场周围莫名其妙地覆盖着一层奇怪的碎片。谁也弄不清究竟发生了什么。

没过几天，附近空军基地的一名军官公然宣称，他们那里有许多遇难“飞碟”的残片。紧接着，美国政府立刻对这则耸人听闻的声明进行了辟谣，并且告诉广大公民那些碎片只是一些气象探测器的残片。但是，当地的居民们断定，那并不是什么气象探测器，而是真正的飞碟，因为他们看见军方当时很快就运走了所有的残片和宇宙飞行员的残骸，并且把那么珍贵的物品都送到了一个秘密的地方，并对它们进行研究。

日本有一位著名的飞碟研究家叫做矢追纯一，他在一本名叫《外星人的秘密》的书中揭露了这样一条可怕的事实：在1947年之后，美国曾多次发生飞碟坠毁事件，而所有的残骸和外星驾驶员的尸体，都被送到美国俄亥俄州第顿的拉特巴达松基地。他还写道，1954年12月20日有一架UFO在爱德华空军基地坠落，当时的美国总统艾森豪威尔得知后，亲自以度假为名来到了这个基地所在的加利福尼亚州。在那里，艾森豪威尔总统看到了UFO的残骸与外星人的尸体；甚至还有人说他看到了活着的外星宇航员。

上述材料是不是真的还很难确定，但有一点是可以相信的，那就是确实有飞行物坠落在事发现场，而这些飞行物，极有可能是来自外星的飞碟。

1981年，在前苏联，也发生过一起典型的UFO坠毁事件。那是5月15日晚上9点多，有一架椭圆形的不明飞行物裹着橙红色的光晕掠过莫斯科上空。当时，有成千上万的人看到了这一景象。16日，西方各国的报纸都报道了这个事件，引起了全世界关心飞碟的人们的注意。在16日晚上，前苏联的天体物理学家齐盖尔却得知了一个令人吃惊的消息，那个椭圆形的不明飞行物在飞过莫斯科上空以后，已经坠毁在莫斯科东北部的奥卡河附近的河谷里。

一位电视记者报告说，他在莫斯科东北方向的斯巴诺伊镇采访时，曾遇到一件惊人的怪事。镇里的一位商人告诉他：15日晚上的9点半左右，他在奥卡河谷夜行，忽然西边的天空亮如白昼，一个明亮而燃烧着的物体向他飞来，然后轰隆一声落入谷底。当时火光冲天，持续了半个多小时，空气炽热得像炉子一样。这位商人吓得动也不敢动，瘫在地上像一团烂泥，过了好几个钟头才爬起来逃回附近的村子里。

16日午夜，伊凡诺沃市日报记者米哈伊洛夫非常着急地拨打着专家齐盖尔家的电话，因为他有重要情况要通报给他。在电话中他通报，在奥卡河附近的山谷里坠落了一架不明飞行物。有一位山民报告说，15日晚上10点左右他正在山里安放捕兽器，忽然天空中有一道亮光从莫斯科的方向朝山谷冲过来。他还没来得及躲进树丛，那团亮光就落入了谷底，并且发出了一声巨响，火光映照着整个峡谷和半个天空。当时，他看到火光中有一个橘红色的桶状物体。第二天上午，他和几个朋友一起来到山谷，远远地看到谷底停着一个红黑色物体。此外，还有很多类似的报告，有人说看见火球飞过，有人则听到了爆炸声。

听到了这个消息，齐盖尔博士立刻产生了兴趣。第二天早上8点，以他为首的考察小组就在伊凡洛夫市找到了那位记者，并在他的带领下来到了奥卡河附近的山谷。

在谷底，他们发现了一个高5.3米、圆周长3.8米的火红色桶状物体。它的底部已在降落时被损坏，上半部的舱门也无法打开。齐盖尔博士用早已准备好的工具启开了顶部的活动板，立刻闻到了一股硫磺的气味。他们小心地爬进这架飞行器，发现里面分隔成上、下两层，上层是驾驶舱，下层未能打开。在驾驶舱里，所有的物品都被烧化并已凝固。最令人吃惊的是有两具已经被烧成枯炭的人形尸体，但无法辨认他们的面部和四肢。考察小组在现场拍了很多照片，并且发现了几枚碎片，把它们带回了莫斯科。在莫斯科工学院的实验室里，专家们测定了这种金属的成分。它是一种铝镁合金，其中镁占53％；而在地球上，任何铝镁合金中镁的含量都超不过5％，可见这种金属并非来自地球。科学家们猜测，这架飞行器是来自外星的飞船，由于不明原因失控，坠毁在奥卡河谷。

类似的事件在美国肯塔基州也发生过。一天晚上，至少有两千人在印第安那州南部、肯塔基州西部和田纳西州北部看到过一个移动着的神秘光团，并且还有人看到它忽然爆炸并坠向地面。

第二天早上，23岁的猎人马逊在肯塔基州西南部山林里捕捉野兔的时候，发现前面的空地上有一大堆烧焦的残骸。当时，他还以为那是一架小飞机。等到走近之后，才发现那是一架圆形的飞行物。在它的附近还躺着四具烧焦了的尸体。马逊后来描述说，那些尸体的外形仍然依稀可辨，他们有一双手和一双脚，有一个十分长且是椭圆形的头，头上还长着像天线一般的触角。他们都有1.2米高，身材又圆又胖，在他们的脸上长着三只眼。马逊发现他们以后，立即跑去找人，可是当他回来时却发现飞行器和尸体都不见了。对于前天夜里的夜空景象，政府方面声称只是场“陨石雨”，没有人知道那到底是什么。

据资料调查，全世界有很多起不明飞行物坠毁的事件，而遗留下来的残骸却大都被政府派军队秘密运走，成为不可告人的机密。美国总统卡特曾在竞选总统时允诺当选后将公开美国的UFO机密，可是在入主白宫后他却对此事只字不提，有关坠毁的不明飞行物，至今还是一个谜。

UFO光临地球的疑团

这个世界上存在着不明飞行物，这个观念早已不是神话和科幻故事了，而且越来越多的人相信这一点。每年在许多国家都有一定数量关于发现“UFO”的报告，人们往往能看到一些奇怪的神秘飞行物在头顶飞行，有很多人还拍摄了照片。当然，通过技术检验，有相当一部分的报告和照片是假的，或是幻觉造成的。有很多人把探测用的气象气球、飞艇和云彩误认为是飞碟，还有一些人为了出名而编造一些看到飞碟的故事。科学家们不相信他们，因为他们没有提供确实的能证明飞碟存在的东西，光是嘴上说“有”，是没有用的。

但是也有一些事实使科学家们不得不相信不明飞行物的存在。那就是在世界的有些地方，人们发现了许多很奇怪的痕迹，这些痕迹不仅形状怪异，而且还有很多不可思议的神奇现象。

1973年，在美国洛杉矶附近，有两位17岁的中学生发现了着陆的飞碟。当时，他们正在穿过一片小树林到一片空地上去玩。那时正是黄昏，太阳已经下山了，树林里光线比较暗，很快就能看到月亮了。突然，他们看到空地上有个东西停在那里，他们用手电照了照，那个灰色的东西立刻发出了一种金属撞击的声音，而且开始发出红色的光。同时，这个怪物垂直上升了一米多，四周闪烁着绿色的光彩，并且越来越快地像陀螺一样旋转了起来。旋转的速度很快，红色的光芒一明一暗地闪动着，然后就很快地飞走了。

美国研究飞碟的一位专家很快就来到了那片空地，向那两个中学生问清情况以后，他又仔细地检查了地面上的痕迹。他发现场地上留下了三个方形的小洞，边长和深度都是15厘米，而且三个洞连在一起是一个等腰三角形。空地上有一圈杂草看上去明显发黄，而且朝着逆时针的方向倒着，地面上的泥土变得又干又硬，地上的洞得是一个很重很重的东西才能压得出来的。

在德国，也有过关于不明飞行物留下神秘痕迹的报告。那是在1974年5月里的一天，一位德国科学家正在中部地区进行考古研究，在他工作的时候，偶然之中却发现草地上有一块圆形的痕迹。当时他感到很惊奇，猜不出那是什么东西留下的。于是他把他的指北针放进圈子里，结果奇怪的事情发生了，指北针没有像正常情况下那样指着北方，而是指向了相反的南方。他试了好几次都是这样。这位科学家觉得这块被烧过的土地很不寻常，就对那里进行了精确的测量，还照了相，取了土样。在取土样的时候，另一件让人想不到的怪事发生了，这块土地不再吸水。经过附近一个研究所后来的鉴定，这块土地曾经承受过高电压的作用，这里很可能是一个飞碟着陆点。

在意大利，也发现了一个不明飞行物的着陆痕迹。这是在1977年的7月5日，在一块200米左右高度的丘陵地上，人们发现在一条小路上有一些奇怪的痕迹。这些痕迹一共是8个，内圈有4个，连起来形成了一个不规则的梯形；外圈也有4个，连起来也是一个不规则的梯形；这片土地看上去被一个非常沉重的东西压过。在这架不明飞行物着陆的时候，它没有碰倒或者压坏附近的每一棵树木。而且，它降落的场地选择得也很巧妙，在这块地方有电线、电话线和高压线从空中穿过，这使得空中飞行物在这里降落变得很困难。但是这个飞行物偏偏成功地着陆了，这说明它的动作相当准确，技术相当熟练。

不明飞行物留下的痕迹往往是圆形的，周围的草地有烧焦的迹象。这是不是真的飞碟的痕迹呢？似乎还不能确定。可是，这些痕迹中的一些奇异现象是确实存在的，于是，俄罗斯的科学家们组成了一个考察团，专门去调查和研究UFO的着陆地点。

他们来到一片古老而荒僻的山区，经过几年的详细调查，他们认为这是最有可能发现神秘痕迹的地区。在一条林中大道旁边50米的一片草地上，他们发现了一处8米长的圆形痕迹。科学家们立刻用仪器进行探测，结果发现圆形圈内有一种很强的磁场，并且发现圈内还含有一种对人体有害的放射性能量。在圈内进行的实验结果更令人震惊：在圆形内部，时间非常缓慢；而在圈外则明显加快，在离开痕迹20米以外的地方，时间完全正常。后来，他们又发现了9个这样的降落点，结果都跟第一个降落点一样。

这些科学家的考察并没有结束，两个小时以后，根据当地人的指引，他们在山顶上又发现了一些痕迹。这些痕迹是八角形的，八角形以外的草高100厘米，可是八角形以内的草只有20厘米高。所有的这些降落点，‘都在连直升机也很难降落的山坡或山顶，显然不明飞行物不想被别人发现。翻过另一道山冈，在一片广阔的田野中，科学家们又找到了一块三角形的神秘痕迹。在这块痕迹上，有很多小小的支撑点，每一个长度和宽度分别是90和80厘米，据测量，每一个支撑点上承受的压力均不小于几十吨。’在这次考察的最后，科学家们发现了一架圆形发光的不明飞行物，它在低低地盘旋着，并向下方射出一股强大的光柱，大约一秒钟之后，它就消失了。

在俄罗斯的发现并不是不明飞行物着陆点的最大发现，在英国，20世纪80年代末期曾多次发现一种难以解释的现象，这种现象曾先后出现了两百次以上。

英国的农业蓬勃发展，可是在一些长势喜人的农作物中，特别是沉甸甸的麦穗丛中，人们常会发现一个圆形的痕迹，是螺旋的形状，可以明显地看出是被什么卷起来的。在一片水稻田里，有时会无缘无故出现一个圆形的“水池”，“水池”外面还有两圈凹进去的圆圈，就好像是有一只巨大的轮子在地上重重地压了一下。在苏格兰，有一位牧羊人的羊全部奇怪地死亡了，看上去就好像是一个巨大的铁盘落下来把它们砸死的。

除了上面记述的一些神秘痕迹以外，全世界还有很多关于不明飞行物着陆点的报告。所有的报告都有一定的相似之处，即它们通常是圆形的，圈内的土地受到过重压，圈内的磁场和时间明显异常，而圈外则很正常。有的痕迹像是一个巨大的铁饼，而有的痕迹中则有很多支撑架的迹象。从已知的情况中分析，科学家们认为那极有可能是外星人的飞行器的痕迹，但这种说法目前还无法证实。这些神秘的痕迹究竟是什么呢，现在谁也说不清楚。

UFO大战之谜

1952，年7月9日午夜，美国华盛顿机场的值班军官科克林，突然发现荧光屏上出现了一个奇异的亮点，而且越来越大，他立即向控制中心发出警报。指挥员把电话直拨到空军司令部：“飞碟出现在华盛顿上空，绝对可靠！”两分钟后，两架歼击机腾空而起，冲向夜幕。在空中，飞行员看到许多飞碟，排成一行一行的，其中有3只飞碟编成一列，在美国国会大厦的上空盘旋。飞行员如临大敌，拼命加速逼近这群飞碟。当飞碟进入飞机射程之内时，飞碟却突然来了个180度的大转弯，并以令人难以置信的高速度，垂直腾升到高空。两架歼击机终因油料耗尽，被迫返航。

1976年9月，一份来自伊朗对“五角大楼”的秘密报告说：两架F—4型歼击机无意中和一群飞碟相遇，其中一只飞碟脱离“母群”，直向飞机袭来，恣意妄为地追逐飞机。驾驶员担心它心怀恶意，只好硬着头皮一面与它周旋，一面把空对空导弹悄悄瞄准了它，准备将其击落。当导弹即将发射时，发射系统的电子装置突然出了毛病。4名驾驶员只好掉转机头仓皇逃走。幸好那只飞碟放弃了追逐，转瞬间也消失了。事后，两名驾驶员一致证明，瞄准飞碟时，导弹发射装置完全处于正常状态。

阿卡迪夫·伊凡诺维奇·阿布拉克辛是一位功勋卓著的前苏联空军飞行员，曾获得过红星勋章、红旗勋章和卫国战争一级勋章。1948年6月16日，阿布拉克辛试飞一架最新式的苏联喷气机。当他升上天空不久，突然发现一个呈“黄瓜”形的不明飞行物正向他横冲过来，这个古怪的飞行物放射出锥状光束，并不断下降。他当即向设在巴桑切克的卡普斯汀空军基地报告，基地也发现了这个飞行物，进行了雷达跟踪，并且命令阿布拉克辛强迫这飞行物着陆，如果它拒绝着陆就向它开火。阿布拉克辛受命后迅速向飞行物靠去，当他距飞行物大约10公里时，飞行物突然发出扇状光束直射飞机，阿布拉克辛在这束光的强烈照耀下，觉得目眩，同时惊愕地发现整个电子控制系统以及发动机均失去控制，阿布拉克辛大惊失色，他不但失去了进攻那个飞行物的能力，相反自己却处在危险的边缘，他只好紧急滑翔着陆。

1951年12月20日，3架佩刀式飞机从美国太平洋海岸的俄勒冈州的一个空军基地起飞，进行例行训练。上尉斯科特指挥这次飞行，鲍威尔和哈德利是他的僚机。当飞机飞到6000米高空时，无线电联系的讯号灯亮了，距飞机200公里以外的一个雷达站发来讯号：空中一不明飞行物刚刚飞经波特兰基地上空，从东南飞往西北，命令在本区域飞行的所有战斗机进行截击。斯科特命令3架佩刀式战斗机编成战斗队形，上升到33000英尺进行搜索。不一会儿僚机鲍威尔嚷道：“在50度方向发现了它！”

此刻，在3架飞机稍低的空中，出现了一个黑点，它迅速变大，眼看就要从飞机前方飞过。

“小伙子们，朝我靠拢！”斯科特喊道，他好像异常激动。3架佩刀式飞机加大速度，向那个飞行物与飞机航道的交叉点冲去。那个飞行物距交叉不到1000米时，地面导航人员听到了哈德利的声音：“真令人难以置信！”接下来是斯科特的喊叫声：“摄影机！……”

以后，便什么也听不到了。

两分钟后，3架被烧焦了的截击机残骸，散落在方圆5公里的范围内。地面雷达操纵人员曾看到那3个掠过战斗机的黑点不明飞行物，而后却蓦然消失了，那个不明飞行物加快速度飞走了。

50年代类似这样的报告层出不穷，有的向UFO发射奈基式导弹，非但没有损害UFO一根毫毛，反而被它一口吞了。有的追击UFO，UFO射出一股光线，如同威力强大的“曳光弹”，战斗机在高空奇异地爆炸了，等等。

人们目瞪口呆，不得不正视UFO对地球的进攻。1955年前苏联国防部秘密成立了研究组织，与此同时，美国、英国、法国的情报部门的首脑在日内瓦聚会，秘密研究对付UFO的对策。然而，面对神秘而威力巨大的UFO，地球人类好像毫无办法，一下失去了抵御的能力。但是在这场力量悬殊的战斗中，人类并不甘心自己的失败，他们不再把不明飞行物误当为敌人的秘密武器，也不再闭目无视它的存在，而是当做实实在在的对手，进行英勇而又悲壮的反击。

1967年3月间，据古巴防空雷达控制站报告，古巴西北部空域出现了一个“来历不明的飞行物——UFO，它的飞行高度约1万米，时速为1045公里”。

两架米格—21喷气式截击机接到古巴防空司令部的命令，带着4枚K—13A式空对空导弹紧急起飞，截击该物，长机飞行员在无线电里报告了这个飞行物的情况：它是一个发光的球形金属飞行器。在8公里范围内没有发现它涂有任何国徽和其他标志。古巴防空司令部当即对长机飞行员下达了命令：“击落目标！”

几秒钟后，按理这段时间长机足可以将导弹发射出去，击落目标，但事情却相反，僚机飞行员对地面指挥塔大喊大叫，说长机已经爆炸！进一步的报告表明，那架飞机已完全解体，却未见到烟柱和火焰。而那个UFO却升到了3万米高空，逍遥自在地朝东南方向的南美大陆飞去了。

被UFO追击之谜

日本《周刊时事》记者岩田郁弘曾以《母子四个奇遇UFO》为题，报道了发生于悉尼的UFO追击汽车事件。

遇到UFO的是居住在西部的费伊·诺尔兹女士和她的三个儿子。

一天，费伊一家为了休假和找工作驱车去帕恩，汽车风驰电掣般地奔驰在纳拉博平原的公路上。

清晨，5点30分左右，汽车行驶到南澳洲门德腊比腊时，车内的四个人注意到高速公路前方出现了一个闪光明亮的物体。开车的费伊女士谨慎地避开它，快速开过去。但是，肖恩说：“总觉得那是个奇怪的东西，为了搞清楚，我们一定得再返回去看个究竟。”于是他们开车返回，开始了与UFO的接触，长约90分钟。

UFO呈一米左右直立着如鸡蛋形状，中心部分为黄色，周围发出白色的光。它不仅颜色和形状奇特，而且还发出令人恐惧的轰鸣声。母子四人都十分害怕，没等到UFO近旁就慌忙开车逃走。

不料，UFO竟追了上来。费伊拼命踩油门，汽车以100公里的时速飞驶在高速公路上。但UFO一会就赶了上来，并且沉甸甸地落在了四人的汽车顶篷上，不久，整个车子便升到了空中！

“哎呀”，费伊紧张得不由自主地大叫起来。三个儿子也惊恐万状，叫喊不迭，但他们听到的却是有点异样的回声。

尽管如此，费伊还是鼓足勇气把手伸到了车顶上。“车顶微暖，像海绵一样柔软，我感到非常奇怪。于是便把手缩回来”。

这时，UFO突然把汽车扔到地上，四人争先恐后地跑出车，躲藏到道路旁边的丛林里。他们从树叶缝隙里窥视，UFO好像在搜寻他们。大约15分钟后它不知飞到什么地方去了。

四个人提心吊胆地回到车里，车内和车顶布满了灰黑色的灰尘。一个后轮已破裂。他们迅速地换上备用的轮胎。在极度恐惧中他们开动了车，没想到UFO又追了上来。四个人拼命向迎面来的车发信号，但所有的车都像什么也没有发现似地飞快开过去了。

他们一口气跑了600公里，在南澳洲塞杜纳停下来。这时才发现车顶上的四个角都已凹下去了一大块。在他们四人与UFO遭遇的那段时间里，在附近海域航行的船员们，也看到了空中有一闪光的物体，听到了同样异常的声音。另外，还有一名叫卡萨根罗的卡车司机在“事件”前一小时，也看到了他们所说的不明飞行物。

与这母子四人的遭遇相比较，麦克默多和鲍勃在非洲的奇特经历，更使许多人感到吃惊和不可思议，一时间UFO很少光临的非洲大陆，也蒙上了神秘的色彩。

一天中午，两人乘车进入丛林。他们的任务是进行野外作业。下午2时，两人正沿一条不大的河流逆流步行而上，麦克默多突然发现正前方有一闪光的庞大物体。鲍勃也发现了这一情况。两人不知是何物，躲在树丛后观看。

“那个玩意儿乍一看很像一只大圆球，但事实上却有棱有角，它发着光芒不是反射的太阳光。光的颜色先是白色的。温度很高，我只觉嗓子跟被刺激得直想咳，却又咳不出来……”

“……是的，它整个儿密封着，至少在我们这一面没有任何窗门之类的，开口，只是在底部好像有几个支架伸出。我和麦克默多正惊惧地望着，只见从那怪物体的底部探出一支软管，闪着与那物体不同的淡蓝色的光。它插入河水中并微微颤动着。当时我们的右脚正插在水中，突然感到一阵火烧火燎的剧痛。我跳了起来，右脚已成奇怪的黑紫色。我的同伴吓得叫了声，他说他从来没见过这么可怕的颜色和伤势。”

“我又望了一眼那飞行物，软管周围的水竟冒出气泡。我怕极了，背上鲍勃就想跑，可双腿却迈不动，一使劲就瘫倒在地上。可怜的鲍勃疼得直叫。我好像被轻微过电一样身体发抖，直抖得恶心死了！我又试着站起来，这回没事，我背上鲍勃就往回跑，直跑到我们的汽车前，竟跑了100多米！”

在记者的询问下，两人谈起接下去发生的更奇特的事，他们驱车返回的途中，两人惊魂未定，鲍勃大声呻吟，麦克默多则不知所措。这时UFO第二次出现了，一个直径达4米的圆球体悬浮在两人的视野之内，它发着蓝光。二人动也不敢动，紧盯着那静止的发光体。此时鲍勃感觉右脚不怎么疼了，但他仍盯着那东西。

“车子不知什么时候在接受检查。我没有不舒服的地方，相反却有种飘的感觉。我的手仍在方向盘上，但并没有感觉到它的存在。我也不知道过了多长时间……”麦克默多显得很费劲地想着，回忆出当时的情景，“后来，我们第一次见到的怪物出现了，这一次是两个，一大一小。它们似乎是从我们后面过来的。那小的斜着飞到大的背后，大个的好像是旋转起来，白光闪闪地一拐弯飞上了高空。再没看到那个小的，它似乎是藏到大怪物肚子里面去了。车子又开动起来，我直接开车回到了基地。一路上，我那可怜的同伴却没再哼哼……”

1959年9月的一天晚上，阿根廷的一名青年司机开着汽车从首都布宜诺斯艾利斯出发，在行驶到布兰卡港公路上时，已是午夜23点。突然，一道强烈的光闪射过来，晃得人睁不开眼睛。他不知何缘故，急忙将车停在路边。此时，他感到不知为什么非常困，于是就迷迷糊糊睡着了，半个小时后，他突然从沉睡中惊醒，发现自己躺在草地上，仔细再看看身边的路标，他吃惊不小，因为自己是在13000公里之外的萨尔塔，而他的汽车却不见了。

这个年轻司机失魂落魄地来到萨尔塔警察局，前言不搭后语地向值班警察讲述了所发生的这一切。警察们感到很好笑，以为站在面前的是一个神经病患者，根本不予理睬。年轻的司机苦苦哀求，一定要警察查个水落石出。值班警察无奈，只好给相距13000公里之外的布兰卡港警察局联系。谁知，对方回答说他们的确在一条公路旁发现了一辆车，车的型号同那个年轻的司机讲的一模一样，原先不以为然，只想敷衍了事的值班警察一听不禁大吃一惊。

有关汽车被UFO跟踪的报告层出不穷，其中有若干个案是汽车内的人被UFO绑架，下落不明。

例如1974年11月20日晚上，巴西圣保罗郊外就曾发生一件非常可怕的事件，一家三口当着警官的面被UFO“吸走”。

当晚11时，一辆载着3名警官的圣保罗警官巡逻车接获“有一部轿车在公路上燃烧”的通知。警官赶抵现场，走下巡逻车，附近的草丛有一对夫妇带着一名男孩出现，向他们求救。就在这个时候，有个直径大约10米的碟形黑色物体突然出现在他们的头顶上。三名警官吓得愣在原地，飞碟底部放出一道苍白的光筒，笼罩着那对夫妇和孩子。三个人的身体便顺着光筒被吸进飞碟后飞走了。

经过事后的调查，被飞碟即UFO劫走的被害人是在圣保罗经营餐厅的达贝拉先生及其家人，当晚他们开车到亲戚家玩，在回家途中被飞碟劫走。

一天傍晚，住在德州休斯顿郊外的贝蒂与比琪开车载着比琪的孙儿柯比到附近新盖尼镇玩。

到了镇上才知道由于圣诞假期的关系，他们想玩的游戏玩不成了。三个人只好到新盖尼镇的汽车餐馆吃晚餐，然后回家。

晚上8时30分左右，三个人离开汽车餐馆。一直下着的毛毛雨停了，雨过云散，冬天的天空有星星在闪烁。

“好冷！”贝蒂坐在驾驶座说道。

柯比坐在贝蒂旁边，比琪钻进车内，用力关上车门，说：“开暖气，贝蒂，别让柯比着凉。”

贝蒂开着车，朝狄顿的方向行驶，一路上几乎没有遇到其他车子。

车子在松林间的道路上行驶一会，前方森林的上空出现一大片光芒，明亮异常，他们以为是开往休斯顿机场的飞机，也就未放在心上，他们的车子仍旧朝着狄顿的方向行驶。

但转过弯道驶进笔直的国道时，前方突然大为明亮，光源便是刚才松林上方那种异样的亮光，现在就浮在数百米前方的国道上空。

“看来蛮恐怖的，快停车。”比琪声音颤抖着说。但贝蒂不想在悄无人迹而且又是夜晚的国道停车，只是略微降低车速。随着越来越接近，逐渐看得出那是一个发光的巨大物体。当车子来到物体前40—50米处，物体下部还喷出熊熊的火焰。

贝蒂握着方向盘，吓得直发抖。但比琪经过短暂的恐惧之后，竟涌起一股强烈的感动。笃信宗教的她，认为她亲眼目睹了世界末日与基督出现。她搂着孙儿柯比，说：

“乖宝贝，别害怕，耶稣基督从天而降，他不会伤害我们。”

面对这样的景象，贝蒂的安慰似嫌牵强，柯比用畏惧的眼光望着那个依然在喷火的物体。

飞碟所发出的亮光把附近照得一片通明。贝蒂打开车门，随即有一股热风吹进车内。贝蒂走到外面，绕到车前，面对飞碟，比琪也跟到外面，但柯比哭起来，比琪连忙回到车内。飞碟大小如同狄顿市的给水塔，颜色属于没有光泽的银色。飞碟的形状恰如去掉上下两端的菱形，中心有若干蓝光环绕。从菱形的下部喷出的火焰形成倒圆锥形。

随同火焰一起散发的热气，使得附近的温度急剧升高。贝蒂所站的地面热得像火在烤，贝蒂及车内的比琪、柯比的脸、手都因高温而产生灼热感。

到了这个时候，比琪也发觉眼前的物体跟宗教体验无关，她为了从前窗玻璃看外面的情景而把身子伏低，双手则按在仪表板上面，霎时感觉双手像被烧到一般，还有金属被高温烧得软绵绵的感觉，她叫了一声，把手移开。仪表板上面清清楚楚的烙印着她的手掌印。车体的金属部分已经热得碰不得了。

飞碟下部的火焰时喷时停，喷出火焰便上升数米，不喷却又下降。

大约贝蒂停车的10分钟后，飞碟最后一次喷出火焰，而且升高一大截，火焰消失之后，飞碟继续缓缓上升，越过松树林。就在这个时候，随着一阵机械轰鸣的声音，四面八方都有直升机飞来，就像大规模的军事演习一般包围了飞碟。

当飞碟与直升机消失在松林对面，附近又恢复一片漆黑。贝蒂立刻开动车子，大约行驶5分钟到达一处十字路口，贝蒂转弯，看到20多架飞机围着飞碟飞行。飞碟发出的光线把每架直升机都照得清清楚楚。

直升机大多属于前后有螺旋桨的“双旋转翼型”。

贝蒂再度开动车子，紧跟在这一群不可思议的飞行物体后面，一直跟踪到车子抵达通往狄顿的道路。接着，车子背向飞碟，但仍可从后视镜上看见飞碟达五六分钟之久。

从发现国道上空的飞碟到飞碟从他们的视野消失，处在紧张与恐惧中的三个人，感觉时间过得相当长，实际上大约只有20分钟而已。

午后9时50分，贝蒂在比琪家前面让他们下车，然后开车回家，她的朋友维尔玛就在她家等她。

她好不容易回到家，对着出来接她的维尔玛说：“看见飞碟，觉得很不舒服”，然后就倒在寝室的床上。

贝蒂表示头痛欲裂，而且想呕吐，不久她的脖子开始长出若干不小的疮，头、脸等处的皮肤红肿起来，随后，她的双眼也红肿到无法睁开，脖子的疮则恶化成烫伤，接着上吐下泻。

比琪与柯比也发生胃痉挛、呕吐、下泻等症状。也许她们待在车内的时间较长，所以症状较轻。

贝蒂的情况则持续恶化，连意识也不清醒了，无论食物或饮料，一入口即呕吐，一天比一天衰弱。

隔一年的1981年1月3日，贝蒂到巴克维医院入院治疗。她有多处皮肤红肿、脱落，头发则一撮一撮地脱落，身体衰弱到无法步行的地步。以后一度出院，但后来又恶化，再度住院又出院。

比琪与柯比经过两三周后，胃痉挛与下泻的症状便好转，但比琪掉了许多头发，双眼均患严重的白内障，视力大减。在与飞碟的遭遇中一直留在车内的柯比，症状最轻，但因精神上遭受极度的震撼，夜夜做噩梦。

他们的病因是什么呢？MUFON的辐射线学顾问仔细检查过这三个人的状态，做出以下的结论。

“这些症状可能是电离放射线引起的辐射障碍，除此之外，可能受到红外线、紫外线的伤害。”

出现在他们眼前的菱形飞碟，除了发光，喷出火焰之外，也发出对人体有害的电离辐射线、过量的红外线、紫外线。

巴普岛上的UFO事件之谜

“那里真的有4个人呀！我向他们挥手，他们也向我招手！”

新几内亚岛的威廉·布斯·吉尔神父如是写道。这里所说的“人”，是在空中飞行的UFO甲板上出现的。

这件事发生在1957年6月27日，地点是新几内亚岛东端附近，面向古特伊那福湾的一个小村庄波亚那。时间大约是傍晚6点左右，太阳沉到山的那边，但整个天空仍是明亮如昼。

一个巴普人护士亚妮洛莉·波娃，在传道本部前的空中，看见一架大型UFO。波娃马上叫神父吉尔过来看，和神父住得很近的老师亚那尼斯也出来观看，只见一架大型的UFO，附近还有两架小型的UFO。这个圆盘形的大型UFO的顶端有人影，而且是4个。因为它停在150米处静止不动，所以在地上可以清楚看见他们的动静。

吉尔神父试着向他们招手。于是有一个透过扶手的栏杆往下看的人，也同样向他们招手回应。亚那尼斯老师也试着挥舞双手向他们打招呼，结果，有两个人有同样的回应。吉尔神父和亚那尼斯一起挥手，这次他们4个人一起挥手。几分钟后，UFO上青色的前灯亮了两次，三架UFO一起消失了。晚上10点40分，村子进入了静静的睡眠状态中。吉尔神父因飞碟事件和傍晚做礼拜疲累不堪，也躺在床上睡了。这时，砰一声，很近的爆炸声，神父马上从床上跳起来，他想该不会是UFO着陆了吧！于是马上到外面去察看。可是外面似乎一点动静都没有。本部的职员们都出来看这大声响是怎么回事，可是睡得很熟的巴普人，没有一个人探出头来。

事实上，UFO的出现是从6天前就开始的。6月21日，巴普人牧师史蒂夫·吉尔摩伊，在传道本部附近的家里，看到一个“像倒扣的咖啡杯碟”的飞行物体接近传道本部。

而且，在6月26日，在同样的地方又出现了数架飞碟，晚上6点52分开始，一直到11点4分下雨为止，它们共在空中飞了4小时，而且在隔日，27日也出现过。这次有吉尔神父等38人亲眼目睹。以下是目击者描述UFO的样子。

其中一架飞碟是大型的，白色还发着淡黄的光，从底座下伸出一块甲板，甲板上，有4个像是人的身影，好像正在工作，不停地进进出出。

如果他们是人类的话，大概就是白人了。若穿着衣服，那必定是非常紧身的。

“假设他们的身高为180厘米的话，那么飞碟基部的直径为11米，甲板的直径约6米左右。”吉尔神父说。

整个飞碟和乘员，都被灯的光芒所笼罩，从甲板以45度角的方向对着天空射出一道青色的光线。也有人看到UFO有4个窗户。

可是这些描述，却未给人一种神秘恐怖之感，这真是UFO吗？

6月26日，在波亚那村，数架UFO于空中狂舞的同时，在对岸基窟的海上，亦有人看见UFO。此人就是贸易商阿涅斯特伊布涅。他在自己船的甲板上，发现了一个往东北方向飞的绿色光体。在离地面150米高的地方停下来，同时光芒也消失了，一个像橄榄球样子的物体浮现出来。可以看到有四五个半圆形的窗户。机身的长度大约是18至24米吧！大约静止了4分钟，然后发出“嗯——噗！嗯——噗”的声音，飞往波亚那西方的山脉中消失了。

这类UFO的目击报告于6月、7月、8月，在吉特伊那福海湾沿岸各地相继获报，至少有40件以上。有人看到在光体的后面悬着一个青铜色的飞碟，有的人是看到以逆时针方向在翻筋斗的飞碟，有的人是看到黑色的和银色的皿状飞碟，有的人看到的则是雪茄型的UFO。

虽然各有不同的样式和不同的飞法，但这些都有共同点。那就是飞行技术很高超，能够不发出任何声音静止不动，也能以各种速度前进、后退，重力和空气阻力都对它发生不了作用，简直像没有重量的幽灵似的。

这些是同一架飞碟呢？还是规模飞行部队的其中一部分呢？不管是什么，都和地球上已知的飞行物体相去甚远。飞碟甲板上挥手的人，这样奇特的动作真是意味着外星人友好的态度吗？

麦田怪圈之谜

20世纪70年代末，英国威尔特郡的农民在成熟的玉米和小麦地里收割庄稼的时候，发现许多庄稼遭到了破坏。从高处看，很多庄稼倒伏，并呈现出有规则的和对称的圆圈现象。

经新闻媒体报道后，英国麦田的怪圈引起了很多人的兴趣，到威尔特郡考察观光的游人络绎不绝。但是，因为这种奇观仅仅在收获季节前的几周内出现，而且是在尚未收获的田地里，所以并不是每一个到威尔特郡的人都能看到这种奇观。

科学家根据观察到的现象猜测，可能是一股小的台风导致了这一奇观。但后来却出现了包括三角形在内的其他几何图案，而小旋风的涡旋只能形成圆圈，因此，这个谜团又笼罩上了一层迷雾。这个据说容易出现外星人削平庄稼的地方竟然成了旅游热点，农田主也趁机向来参观的游客收取费用，发了一笔小财。但是这种奇异的现象到底是怎么发生的呢？热衷于此的人对此仍然好奇不已。此后不久，在英国汉普郡的Chilbolton天文台附近的麦田里，人们再次发现了两个图案。其中之一是一个如同电影里常常虚拟的外星人形象的脸形，另一个是人类1974年11月向M13球状星云发射的信息修改后的图案。

自此以后，每年都有麦田怪圈在世界各地被发现，并且地域逐年扩大，形状逐年复杂，数量也逐年增多。

2000年6月24日，一家名为“公众”的俄罗斯电视台插放了一组画面，显示发生在俄罗斯南部斯塔夫洛波尔地区的一块成熟的大麦田里的四个有规则的对称的圆圈，似乎有人以顺时针的方向把圆圈中的庄稼削平。这块农田的主人在发现这些圆圈之后，把情况向斯塔夫洛波尔地区安全部门报告，并请他们来调查是哪个“流氓”破坏了他的庄稼。这4个圆圈中最大的直径长达20米，其余3个的直径分别为3米～5米。另外，人们发现一个深20厘米的土洞，位于最大的圆圈的中心处，洞面光滑。

安全官员排除了是人力所为的可能，但是在现场也没有发现任何化学物质和辐射现象。这样，他们就猜测这个麦田怪圈是外星人造成的，而且推测“他们可能使用了与人类不同的起飞和着陆原理”。而当地的一些居民也声称，他们曾经看见了所谓的外星人降落。据说这些外星人从降落到重新起飞离去只用了几秒钟时间，那么，外星人制造的那个深20厘米的土洞又是干什么用的呢？“公众”电视台将此解释为这是外星人用来“土壤取样”的。可是那个农田主对这种解释没有兴趣，他不明白外星人为什么偏偏对他的这块田地的土壤感兴趣，在这里取样，使他白白损失了好多庄稼。

这些麦田怪圈究竟是怎样形成的呢？这成了世界各国科学家和相关媒体关注的话题，并提出了各种推断和假说。大致可以分为两类：一种认为是大自然的杰作，一种则说是外星人所为。

支持前种说法的大都是考古学家、气象学家、物理学家、地质学家、动物学家和农学家等等。

一些考古学家认为：可能在怪圈生成的地下埋藏有石器时代的圆形巨石建筑，或是青铜器代的埋葬品呈圆形分布。这些地下的埋葬品和建筑可能影响到土壤结构，因而农作物也作出特定的反应。气象学家则提出：大量尘埃包含在陆地上生成的小型龙卷风中，在风的作用下，尘埃与空气剧烈摩擦产生静电荷。神秘的怪圈就是在带有静电荷的小型龙卷风的作用下产生的。一些地质学家提出了“球形闪电说”：球形闪电和其他因素即“等离子体旋流”共同形成了怪圈，此外，太阳表面黑子活动增强亦与怪圈有一定关系。日本科学家声称，根据“球形闪电说”，他们在实验室里利用球形闪电设备已成功地模拟了怪圈现象。还有一些地质学家认为由地球核心发出的大地射线导致了怪圈这一奇怪现象。植物会因这种射线发生有规则的倒伏，动物和人也会因此而得病。动物学家则提出：动物发情求偶的季节一般在5～7月，雄性动物围绕雌性动物打圈，从而制造出怪圈。那些有在田间做窝习性的动物如刺猬和一些鸟类也可能有类似的创作。农学家则称：之所以出现怪圈的田地，是因为其土壤成分不一。霉菌病变及施肥分布的不均都有可能使农作物发生呈某种形状的倒伏，让人们误以为是一种奇异的现象。

除以上说法外，仍有许多人坚持认为：这些出现在各地的麦田怪圈是天外来客——外星人留下的。当他们乘坐飞碟光临地球时，飞碟刚好降落在麦田，旋转的强烈气流造成了一个个怪圈。

正当持这两种不同论调的人们争论不休时，1990年8个法国青年向世界宣布：所谓的怪圈不是什么大自然的创作，而纯属某些人的恶作剧行为。

这一年的夏天，8名法国青年出于对自然的热爱慕名来到英国，对麦田怪圈进行科学考察。在多次出现怪圈的麦田附近的山丘上，他们架设了高清晰度的夜视仪及敏感度很高的红外摄像机。7月24日，在发现麦田里出现了10个怪圈、3条直线之后，他们随即观看录像带，结果发现其中有一些模糊的影像。经分析，确认这些模糊的痕迹是人体物质的热辐射留下的。第二天夜里，摄像机里又出现了6个不太清晰的影像。

1991年9月，英国名叫多格·鲍尔和戴维·柯莱的两名男子向公众宣布，是他们制造了麦田怪圈。利用一根弹簧、两块木板以及一个将其固定在棒球罩上的古怪器具，就可以制造这样的怪圈。研究怪圈的英国专家德尔加多闻讯后承认自己上当受骗，并指责这是十分肮脏的把戏。

麦田怪圈真的是某些人的恶作剧吗？但为什么所有怪圈的周围都没有留下任何人的足迹？一些人也曾守候在麦田边，希望当场捉住这些恶作剧者，但至今却什么也没有发现，而怪圈却不断地出现。由此看来，这个问题似乎并没有我们想像的那么简单。怪圈的神秘恶作剧者到底是谁呢？

沙漠和海洋会成为UFO基地吗

许多飞碟研究者认为，如果外星人在地球上有飞碟基地的话，那么，除去海洋之外，戈壁沙漠是外星人飞碟的理想基地。

事实也确实如此，在中国内蒙古和新疆的茫茫戈壁上空，经常有飞碟出没，当地人习以为常。

1979年9月20日前后凌晨1时许，新疆某农场技术员在外乘凉，偶然发现天空有一个状如满月的桔红色飞行物，比月亮稍小，边缘十分整齐，飞速极快，两三分钟后消失在西方地平线。它不是飞机，飞机不会无声无息，形状也相差太多；也不可能是气球，气球不可能有超过音速若干倍的速度。且当晚刮西南微风，气球也不会逆风飞行。这个农场离“死亡之海”的塔克拉玛干大沙漠仅几十公里。

人们在戈壁周围的奇台、阿勒泰地区都曾多次发现不明飞行物，这证明，在中国的西北沙漠地区，确实常有UFO出没。

UFO也常光顾非洲的撒哈拉大沙漠。已故著名女作家三毛，在撒哈拉沙漠就曾两次目击UFO。

从大量的飞碟目击案可以看出，外星人降临地球的主要目的是对地球的一切进行全面考察和采集各种标本。他们对地球人常常是主动回避的，还不想与地球人公开交往。鉴于此，如果他们真要在地球上建立永久性基地的话，占地球表面70％的广袤水域正是最理想不过的地方。

在不少的飞碟案中，人们都曾看见过飞碟从海洋中飞出或从高空直接钻入海中。

在世界的各个海域都有飞碟出没，其中飞碟出现最为频繁的当数百慕大三角区，这已是世人悉知的常识。许多军用和民航机的驾驶员、海军和民船的水手、渔民、记者、研究人员都在这里的海域或空中目击过各种各样的飞碟。在百慕大地区，不仅已有数以百计的各种飞机、船舰，在状态极为良好的情况下，眨眼之间不留痕迹地消失得无影无踪。而且美国肯尼迪角发射的3枚带弹头的火箭也莫名其妙地掉进了百慕大三角海区，可是谁也测不出火箭坠落的精确位置，自然也就无法打捞。

在百慕大三角区水下，人们已经发现了不少的人工建筑和两座巨大的金字塔，显然不是生活在地球陆地上的人们所为。在这个水域，除了有所谓的“幽灵潜艇”出没之外，人们还发现过一些无法解释的现象。

如1996年9月，一个名叫马丁·梅拉克的探宝者在离佛罗里达海岸数公里的12米深的海水中看见了停着一个形如火箭的东西。梅拉克立即向军队作了报告。9月27日，梅拉克陪同两名海军潜水员再次来到那里，并成功地找到了那个物体，把它送到美国海军部。可是，就连美国最优秀的专家们也不知道那是什么东西，显然不是地球人建造的。

百慕大三角区出现的飞碟实在太频繁，以致生活在其周围广大地区的居民都见怪不怪、习以为常了。而这里又常有飞机、船只莫名其妙地失踪，人们自然将这一系列的失踪事件与飞碟联系了起来。

一些飞碟专家经过长期的分析研究后终于得出了这样的结论：如果说广阔的海洋是外星人在地球上理想的基地的话，那百慕大三角区就是基地的总部。

UFO的身世之谜

弗朗西斯·克里克在他的《生命自身》一书中充分论证了自己的观点。他阐述说，早在宇宙膨胀初期的20亿年中，最大的恒星在耗尽了它们的核能之后，便自行炸裂，变成一系列的超新星。宇宙大爆炸中留下的碎块又渐渐聚合成目前计有90亿年寿命的那些星球，它们的寿命比我们的地球长一倍。在我们银河系里，这样的太阳估计不下100万个，它们都有自己的行星，那里的物理条件适合生命的形成。如果这些生命与地球上的生命同速演进的话，那么在我们的地球开始形成时，他们就已经具有了十分先进的技术。

意大利物理学家恩里科·费尔米对这种设想表示怀疑：要是掌握无比强大技术的外星生命早在地球人出现前40亿年就存在的话，他们早该殖民于银河系了。他讽刺道：“他们应该呆在我们这里，可是他们来了吗？”对此，弗朗西斯·克里克反驳说：制造庞大的宇宙飞船飞越以光年计算的距离，此非区区小事。遥远的文明可能放弃了可以无止境地发展下去的先进技术，转而对另一种生活方式发生了兴趣，即他们的注意力更多地用在了创造精神价值和更加愉快的生活方面。有可能他们已经自我毁灭，正像我们地球人一旦动用核武器将会自我灭亡一样。

然而，克里克认为，这些假想中的文明兴许会想到，应当用宇宙飞船将微生物播种到其它星球上去。这样，生命就有可能在各个适宜于它进化的星球上生存繁衍起来。

这种理论意味着，包括地球在内的其它星球早在40亿年之前就已经“受胎”，从而使生命在某些星球上得到了发展。由于各个星球环绕着银河系中心旋转，所以各个星球之间的距离拉大了。当然，克里克认为，目前尚无法证明地球上的生命就是来自宇宙，他只是认为，这种假设同现代科学掌握的材料没有什么矛盾罢了。

弗雷德·霍伊尔则比弗朗西斯·克里克更为肯定些。他曾说过，今天人们能够从宇宙中发现的有机分子，在适宜的条件下，能够凝集在石默尘埃上（石默尘埃是碳的一种形式），从而产生氨基酸，这是生命的基本物质。在彗星的运载下，氨基酸得到了良好的环境，形成了更为复杂的分子，它们甚至会产生微生物，随时准备飞向迎接它们的任何星球。这些微生物只要落到某个天体上，它们就必然遵循进化法则发展下去。在宇宙基因的偶然作用下，上述进化的步伐是会大大加快的。这种“宇宙生命”的学说是弗雷德·霍伊尔同他的学生、数学家钱德拉·威克拉马辛格于1962年提出的。当时，科学家们认为，宇宙中存在着一种宇宙尘埃，它们主要是由冰粒组成的。但是，这种假设不能说明人们观察到的另一个事实：从星球上射来的光的某些波长中有吸收现象。霍伊尔同他的助手指出，在0.3微米以上的波长里出现的这种吸收现象，是由直径小于0.5微米的石墨微粒造成的。这个论断得到了多次光谱观测的证实。然而，这个理论尚不足以解释星体射来的光线所以变弱的全部原因。

霍伊尔认为，银河系中存在的大部分碳、氮、氧都受到宇宙尘埃的包围。1975年，他提出假设说：“宇宙中有甲醛聚合体。后来，射电天文学家果真发现了这种有机分子。事实上，最近15年来，科学家们在宇宙中找到了50多种复杂的有机分子，其中有甲酸、甲烷和乙醇等。”

十九世纪，人们将碳化物称之为“有机”物，它们是生命物质的基础。当时的人们认为它们只能存在于不受过多的红外线和紫外线影响的地球大气或其它星球的大气中。射电天文学家们发现，这样的分子在宇宙中比比皆是，而且不断有新的发现。在地球以外，甚至还存在着一种“生命前的化学”，即直接产生生命的分子化学。

霍伊尔没有半途而废，他锲而不舍，将自己的研究推向了深入。他写道：“产生分子结构的生物化学物质的最简单的方式是生物繁殖。在实验室的合适条件下，细菌分子在两小时内可以一分为二。两个分子又分裂为4个，4个变8个……依次类推，直到营养物质耗尽为止。”

“宇宙中大部分碳、氮和氧发生上述变化，需要数亿年的时间，较快的生物演变只有在形成新星的区域才有可能。在稠密的宇宙云以外的区域，液态水和有机营养物有可能在彗星等实体上保持数百万年。这期间，碳、氮和氧就会变成微生物，其中一部分微生物会像蒲公英似地扩散到宇宙物质中去。”

到了这个阶段，彗星就起了作用。根据霍伊尔和威克拉马辛格的观点，彗星具备产生生命的有利条件。当彗星运行到太阳附近时，即处在近日点时，它们核心部位的挥发性物质，特别是水就有可能跟宇宙尘埃和有机物质混合起来。这时，核心部位的温度可达300°K（°K是绝对温度），而当它们运行到远日点时，温度又会下降到100°K。这种周期性的温差可以将难以适应的分子结构淘汰掉。太阳（和其它星球）的照射促进了聚合物和更加复杂的分子的出现，它们能适应气温的变化。

这样，就出现了第一批有生命的生物，当然那都是单细胞的。在宇宙范围内，这个过程显然比在星球上来得长久。大约40亿年前，当一颗彗星路经地球时，生命的种子就被播种到了我们这个星球上。

如果事情确是如此，那么，地球人类的祖先很可能就是来自外星，或者说，地球人类至少和外星人是同一个祖先。

美国总统与UFO之谜

吉米·卡特是美国很有声望的一位总统。他在总统竞选之时，当他与美国国民谈及UFO案例的时候，卡特就曾说过，他也是UFO目击者。并向国民表示对探索外星人问题上，他也有极大的兴趣。当吉米·卡特上任总统后，拨出大量资金进行宇宙开发和探索工作。其中最引人瞩目的就是“旅行者号”宇宙飞船，它的设计宗旨是对木星、土星、天王星、海王星进行“一箭四雕”的探测飞行。

出于探索外星文明的强烈愿望，在卡特任职期间于1977年7月美先后发射了“旅行者”1号和2号两艘宇宙飞船，它以17.2公里／秒的速度向外空飞去。1979年飞经木星，1981年飞经土星，1986年飞经天王星，1988年飞经海王星，1989年飞经冥王星，随后将飞离太阳系，向更深的宇宙太空飞去，并预计在14.7万年和55.5万年后将飞抵太阳系外的另一个恒星星系。计算表明2000年时该宇宙飞船将飞出太阳系外沿。该宇宙飞船的设计寿命（正常发送信息回地球）为25年。“旅行者号”上带有录制着我们地球人特征、地球风貌及美国前总统卡特向外星文明致意信息的铜制镀金唱片。这位美国前总统在文中这样写道：

这艘“旅行者号”宇宙飞船是美利坚合众国建造的。我们是一个具有2.4亿人类生命的集体，我们与居住在地球上的40亿人类共同生存着。我们人类现在仍以国家划分，但是这些国家正在迅速地成为一个单一而又综合的文明世界。

我们向外星致文。此文可能在未来的10年中长存，后时我们的文明世界将会发生深刻的变化，地球的面貌也大为改观时，这一信息可能依然存在。在银河系2千亿颗恒星中，一些（也许很多）恒星的行星上有人居住，并存在着遥远的宇宙文明。如果一个文明世界截获了“旅行者号”，并能理解它所携带的录制内容，就请接受我们如下的致文。

这是来自一个遥远的小型世界的礼物，它是我们的声音、我们的科学、科学的意念、我们的音乐、我们的思考和我们的情感的象征。我们正努力延续时光，以期能与你们的时光共融。我们希望有朝一日在解决了所面临的困难之后，能置身于银河文明世界的共同体中。这份信息将把我们的希望、我们的决心、我们的亲善传遍广袤而又令人敬畏的宇宙。

美利坚合众国总统

吉米·卡特

1977年6月16日于白宫

1960年美国射电天文学家达莱克首先开始地外文明探测工作。他在美国国家射电天文台利用直径为26米的射电望远镜探测离我们最近的两个太阳系星球。探测波长为21厘米。

随后，一些国家曾采用天文望远镜探寻外星人的踪迹，但收效甚微。目前，美国宇航员正在贯彻一项探索外星智慧生命的大规模计划。科学家用带有巨型天线的射电望远镜接收下大量无线电讯号，然后通过电脑控制的新型信息处理装置，同时在13.1万个频道上进行迅速的分析和处理，将传递信息的信号与杂音立即区分开来，使观测效率大大提高。1988年6月，一座精度更高的射电望远镜又在波士顿投入工作，它的天线直径28米，可以同时在20多万个频道上进行观测。据乐观人士估计，借助先进的空间科学技术，在未来50年内，将可望接收到外星人的信号。

美国科学家还打算派遣由宇航员或机器入驾驶的高速宇宙飞船前往宇宙深处拜访外星人。事实上，1983年6月飞离太阳系的“先驱者10号”无人驾驶宇宙飞船，就已作为人类派出的第一位友好使者，携带着地球和太阳系的方位图，以及特制的裸体男女图像，向茫茫宇宙进军。为了加快未来星际飞行的速度，科学家们正在研究新的动力装置。据认为，利用热核反应可使飞船速度达到光速的10—20％，即到达最近的恒星只需20年左右。被人誉为“第二代航天器”的“光帆”又叫“太阳帆”，是在飞船上挂起一张厚度只有大约百万分之一米超薄铝箔制成的巨帆，借助太阳和其他恒星的光压飞行，而无需消耗任何燃料。光帆通过加速度，可以在较短时间内达到可观的速度。如与激光器配合使用，还可双倍加快飞行速度，据认为，若在绕太阳的轨道上安置一台大型激光器，就能使光帆的速度接近光速，这将大大缩短星际航行的时间。有了成本低廉而高速的光帆，银河系就不再像原来那样高不可攀了。可以相信，人类与外星人建立起联系，为期不会太远了。

UFO的乐园之谜

近百年来，发生在百慕大地区的飞机失踪、轮船下沉事件频繁出现，引起了无数科学工作者的重视与兴趣，他们对神秘的百慕大三角区投入了极大的耐心和热情，他们通过最现代化的设备和最先进的技术对它进行考察和探索，提出了各种可供参考的假设：

海龙卷说。发生在海上的龙卷风叫“海龙卷”，它的破坏力特别巨大，如果船只和飞机遇到海龙卷，很快就被卷得无影无踪。只不过海龙卷毕竟是短暂的和局部的，而且不可能经常发生。

反旋风说。有科学家认为百慕大海区存在一种反旋风和下沉的涡旋。反旋风的顶部在海面上是看不见的，它在水下的部分会形成一个强有力的旋涡，船只如果进入旋涡的中心，很容易被卷进海底，飞机在空中碰到反旋风，飞行员就会偏离航线，迷失方向，最后机毁人亡。

激光说。激光跟普通光不一样的地方是，激光可以在时间和空间上把光能高度集中起来，这样就可以产生几万度的高温，能使任何东西在一瞬间就化成一道烟似地消失掉。太阳是激光的强大辐射源，海面和大气就好像是两面特别巨大的反光镜，移动的气流，也就是高空的强风，起着有效的操纵机构的作用。只要这束激光一起作用，辐射流就会引起一场暂时的大雾。如果它的功率特别大，是可以一瞬间把船只和飞机烧成灰烬的。

磁场说。飞机和船员在魔鬼三角遇难的日子，正好是新月和满月。这时，月亮、地球和太阳处在同一直线上，引潮力最大，引起地球磁场干扰振动，构成一个强大的磁场。美国和法国曾组成一个联合考察组，在百慕大三角海底发现了一个巨大的金字塔！建造金字塔的石头可能含有氧化铁，由于受海浪的长期冲击和地磁作用，表面的氧化铁就磁化到了饱和状态，以后又一点一点地往里边深入，使得整个金字塔成了一块巨大的磁铁，这种磁铁不但严重影响了干扰了船只和飞机上的罗盘以及无线电，还会把船只和飞机吸进海底。

超时空说。1991年，一架波音727客机从东北方接近迈阿密机场。机场塔台正以雷达跟踪飞机，飞机突然从屏幕上消失，10分钟后又安全降落。塔台人员登机检查，发现机上人员的手表与仪器上的计时器，都比正确的时刻晚了10分钟！科学家认为：在磁气涡动中，多维空间与我们存在的时空间出现交集。有的交集比较大，所以船舰进入多维空间便告消失，有的交集小，在短暂的消失后，又回到我们的时空里来。

UFO说。有猜测说，来自外星球的UFO，习惯于在百慕大三角区抓捕地球上的飞机船舰去做实验，就像渔民习惯到某一个固定地方去抓鱼。

每一种假说都只考虑了一种情况，事实上，从前边的列举中可以清楚地知道：百慕大海域不仅能使船只、飞机方向失控，罗盘磁场偏离，无线电系统失效，还能使神秘失踪的飞机、轮船又神秘地显形，它能无缘无故，不露声色地吞噬人的性命，却又让一些生命体游离于灾难以外。意思是说，它只想与人类过不去。

1963年时，美国海军在波多黎各东南部的海面下边发现了一个怪物，立刻派出一艘驱逐舰和一艘潜艇前去追踪，追了4天也没近前，因为这个怪物能一下子钻到8000米的海底，而人类各种笨拙的潜水器根本不可能达到那么深的海底，唯一的收获是看到那个怪物有一个螺旋桨。在西班牙，工人们曾在海底发现过一个体积特别大，圆顶透明的东西，正是这个也曾在百慕大海域内出现过的东西支撑了科学家们的判断：百慕大三角海区可能是外星人的一个海底发射场，那个怪物也许就是外星人的飞碟，那些失踪了的船只和飞机，也许就是被外星人弄走了！

百慕大三角区处于地球北纬30°线上，更令人迷惑不解的是，在地球南北30度线上，常常都是飞机、轮船失事的地方，人们把这些地方叫“死亡旋涡区”。在北纬30°线上，有百慕大、日本本州西部、夏威夷到美国大陆之间的海域、地中海及葡萄牙海岸、阿富汗五个异常区，加上南半球的五个异常区，等距离分布于地球上，如果把这些区域间用线连起来，整个地球就会被分割成20多个等边三角形，这些区域的海流、涡旋、气旋、风暴及海气相互作用，加上磁场，都远较其他地区剧烈和频繁。这些在地球上排列整齐、分布均匀的死亡涡旋区，给人类带来了不少灾难，也为人类增添了探寻其奥秘的兴趣。

1973年，北大西洋公约组织在大西洋上举行联合军事演习时，一艘主力舰发现了不明潜水物。当时，这个半浮于海面的巨大物体被当成不明国籍的间谍潜艇，于是，一声令下，炮弹、鱼雷纷纷向它飞来，但不明潜水物毫无损伤，而且当它悄悄下潜时，整个舰队的无线电通讯设备统统失灵，直到10分钟后潜水物完全消失后，舰队的无线电通讯才恢复正常。

同年4月，一个名叫丹·德尔莫尼奥的船长，指挥船只到达百慕大三角区附近的斯特里姆湾的明澈的海面时，一个形如两个圆粗的大雪茄烟似的怪物浮出水面，它长约40～60米，时速达60～70海里，两次都是在下午4点左右出现，地点一直在比未尼岛北部和迈阿密之间，而且都是在风平浪静的时候。这位船长不知该怎样应对，下令水手小心翼翼地躲开，可是这个神秘的怪物却总是先主动地消失在船体的龙骨之下，显得极其友好。

有科学家据此猜测，在神秘的百慕大三角区海域里，一定隐匿着外来文明！因为那种超有潜水物所显示的异乎寻常的能力，实在是地球人不可企及的。海洋是地球的命脉，因此倘有地球本土之外的文明存在，那么它对地球海洋的关注是必然的。这些超级潜水物也许已拥有它们的海底基地。海洋是地球上最险恶的环境，同时它能够提供生态情报，这对外来文明就可构成足够的吸引力了。

1968年1月，美国TG石油公司在土耳其西部一处270米的地下，发现了一条深邃的穴道。穴道高约4～5米，洞壁光滑异常，如人工打磨一般。穴道向前不知延伸到何处，左右又连接着无数的穴道，宛如一个地下迷宫，工人在万分惊恐的情状下突然发现一个白色巨人，身高足有4米，无声无息就来到了工人面前，巨人在手电光下闪闪发亮，伴随着雷鸣般的吼声，所有的工人都被声浪掀翻在地，很显然，巨人对一群偶然闯进自己家门的不速之客发怒了！

如果这事确凿，那么巨人当是生活在地下的高级智能生物无疑。发现巨人的地点在地图上与百慕大正处在同一纬度！这是一个令人兴奋无比的发现！此后，一些学者一直坚持，在百慕大魔鬼三角海域下面有个大洞，海水就是从这里流进去，穿过美洲大陆，然后在太平洋的东南部的圣大杜岛海面重新冒出来。

UFO真的与直升机相遇了吗

这是一次很特殊的UFO目击事件。目击者是四个军方认为很可靠的军人：陆军直升机驾驶员柯尼少校、副驾驶员杰西中尉、空军卫生兵海利上士和士官长扬纳西克。

1973年末，某天晚上十点半，他们四人从哥伦布空军机场搭直升机起飞，这件事就发生在他们从哥伦布到克利富兰的半途中。飞机爬升到大约750米的高度，平稳地向前飞去。

第一个发现UFO的是扬纳西克。他注意到在水平方向上有个小红光点。三四十秒钟后，柯尼少校看到这光点笔直地向他们的飞机飞来。飞机上的无线电识别仪发现它的时速在600公里以上。这个物体继续朝直升机飞来，好像要和直升机相撞。

柯尼少校担心发生空中相撞事件，为了应变，他从杰西手中抢过控制杆，紧紧地抓住，快速地摇动了一下，直升机一阵摇摆。接着，他又把操纵杆往下推，直升机开始下降，一直降到500米。

这时，柯尼少校发现那个物体飞到了他们的头顶上，海利、杰西和扬纳西克也都看到了。他们发现，这个物体上面有一道红光、一道绿光和一道白光。它以很高的速度突然停了下来，接着又在直升机的上方慢慢地移动。它是雪茄形的，“鼻子”上一直亮着红光，顶上有绿光和闪亮。

看了一下高度表。他大吃一惊，本来是要下降的飞机，现在竟然在一分钟内爬升了300米，达到了1000多米的高度。显然，直升机的自动控制系统发生了故障。他发现，那个物体越来越近了，可以相当清楚地看到它。在这个距离上，他们看到红光消失了，整个物体呈现灰色金属结构；有一些红光从灰色金属结构上折射出来。在它的中心部分是灰色的金属。

柯尼少校他们立即和纳西雅尔机场联系，报告他们在1000米的高度差一点和一架“飞机”相撞。但机场却根本没有收到他们的报告。他们试着和克利富兰通话，但无法接通；又不得不和柯克龙机场联系，也无结果。显然，无线电通讯设备也出了故障。柯克少校他们很惊恐，预感到大祸将要来临；他们没命地把直升机往下降，试图紧急降落。幸而这时，那个物体开始往上飞，瞬间不见了。奇怪的是，无线电通讯也在这时莫名其妙地恢复了。

了解柯尼少校等人的人都说，他们是四个“成熟、正直、诚实的人”，“简直无法想象他们会虚构出这样的故事。”1897年4月11日，在离芝加哥不远的一个公园里，有个叫麦肯的人拍到了一帧飞船照片。这艘飞船形状像有翼的雪茄，放出一道亮光，当时许多人都看见了这个“大雪茄”。70多年后柯尼少校等所见到的，看来是同一类型的UFO。

民航机遭遇UFO之谜

1959年2月的一天，美国宾夕法尼亚州和俄亥俄州的6架民航飞机的机组人员，在飞行途中目击了3个不明飞行物，其中一个UFO两度离开编队，降低高度，向飞机靠拢。美国航空公司713班机的机长彼得·W·基利安看到该不明物体向他飞来时，迅速调头返航。可是，就在此时，只见那飞行物骤然停止下降，悬浮在离飞机一定的距离之处，仿佛它的目的仅仅在于监视或观察飞机似的。过了片刻，该不明物体如闪电般地回到了编队之中。可是，过不多久，它又突然向飞机冲来。这一次，机长基利安没有改变航向，镇定沉着地驾驶着飞机，同时注意着“来犯者”的动向。从那个物体的轮廓来看，它比基利安的飞机还要大，闪着白光。他立即通过机内话机通报机上乘客，当时只有一个乘客流露出恐慌的情绪。基利安知道，要是那个奇怪的物体再向飞机靠拢一点的话，恐怕全体旅客都会惊恐起来。因此，他决定拐弯避开UFO。说也奇怪，此刻这个不明物体又迅速升高，回到了自己的队伍里。

基利安向另外两个机长通报情况，后者回话说，他们也看到了这3个不明飞行物。基利安机上一位名叫庞卡斯的乘客，是一位航空专家，当飞机在底特律机场着陆后，他向新闻记者发表谈话说：

“当时天空晴朗，我看见了那个不明飞行物，它们呈圆形，飞行时有严格的队形，我从未见过这种现象。”

另一架飞机的机长和他的机械师亦向报界证实了此事，937和321班机的全体乘客也都证明，基利安的目击经过完全属实。他们认为，那3个飞行物是从未见过的。

1967年2月2日，一架秘鲁航空公司的DC-4式客机曾被不明飞行物紧紧跟踪了300公里。这架飞机的机长叫奥斯瓦尔多·桑比蒂。他当年40岁，在记者采访他时，他详细地讲述了这次不寻常的空中经历：

“2月2日18点正，我们从皮乌拉起飞，飞往首都利马。半小时后，我们飞行到奇克拉约上空，当时飞机的高度是2000米。忽然，我们在飞机的右侧发现了一个发光的物体。当时，天色开始渐渐地暗了下来。我看到那个物体放射出极其强烈的光芒，它的外形是个倒置过来的锥体。当时它离飞机有几公里远，它处在与飞机同样的高度，而且航速航向都一样，就像在附近监视我们似的，与飞机并列飞行。但不久，我看到它以神奇的速度，做着许多奇怪的动作。有几次，它垂直地升入天空，然后又下降到了先前所在的位置。我让机组人员密切注意该物，并把这件事报告了全体乘客。当时飞机上共有乘客52人，机组人员7人。我对他们说，看来这个东西在监视着我们。

“它在飞机右侧飞行，时不时地上升或下降，一直与我们的飞机并列飞行了一段时间，突然，它调头朝我们飞来，它像离弦的箭一样从飞机头上掠过。我注意到，在它飞近飞机时，一直发着色彩鲜艳的光芒，它的上部是淡蓝色光，而下部是红光，当它稍稍升高，蓝光从飞机上方掠过时，就变成了红光，而红光则变成了橙光。我发现它底部的形状像漏斗一样。我估计，它上部最宽部位的直径有70米。它从我们上头掠过后，便在飞机左侧飞行，我们之间相距3公里。

“当时，我试图同利马机场的塔台取得联系，但无线电已经失灵。我看到，机舱内的灯光也变得十分微弱，我一个劲地拨弄着无线电收发机，但还是一点声音也没有，那个不明飞行物就这样一直跟踪了一小时之久。夜幕降临时，它突然离去。

“我走到客舱时，看到不少乘客都吓得面如土色。有几个女人简直快吓疯了，还有几个号啕大哭起来。当那个不明飞行物消失后，我又一次开启无线电收发机，与利马联系，这一次很快就联系上了。这时，无线电收发机重新正常起来，灯光也恢复到了以前正常的亮度，但我刚刚与塔台联系上，向地面导航人员报告这件事时，那个飞行物又飞了回来。这一回，还有一个不明飞行物在它旁边飞行，它们一同朝我们方向飞来。它们的体积和外形都一样。当我向地面塔台报告说有两个不明飞行物出现在我们附近时，它们都在转瞬之间飞离而去。以后，我就再也没有看到它们。”

中国境内UFO之谜

四川省甘孜州科委在1981年7月27日上报国家科委的第十期工作简报中说：“7·24不明飞行物出现前，该州蒙县电厂无故停电，变压器、地震前兆仪无故损坏。四川省茂汶县杨钒说，螺旋UFO出现时，全县电灯突然变暗、熄灭，UFO过后即恢复。还有不少地方报告，“7·24”UFO出现或前或后，当地突然暴雨、大风等等。UFO犹如一个闪烁着蓝、白相间的光环，光环的中心呈现鲜明的蓝白色。使用望远镜的目击者说：UFO核部“呈蝶状”、“吴龙状”，UFO上有一排窗口；还有约二十份报告说：“7·24”UFO在运行过程中曾有过悬停或转向、变速的运动。

“7·24”UFO是唯一被我国作为UFO、“飞碟”正式予以报道的国内事件。美国加利福尼亚州某UFO研究机构负责人提醒人们：“在地球两侧，中国的西藏和美国加利福尼亚同一天观察到特征相同的‘飞碟’，这显示了值得注意的相互关系。”

CURO会员成都地质学院的龚如义撰文指出：我们不能孤立地只着眼于“7·24”UFO这一事件，也不能孤立地考察螺旋UFO这一类事件。

1982年6月18日晚10时左右，我国内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁、河北、山东、江苏、安徽等省城成千上万的人目击到北方天空一个巨大的不明发光圆环。黑龙江北部不少人看到“圆球”呈螺旋形结构。黑龙江省杜尔伯特蒙古族自治县（东经124°42′北纬46°52′）的郑德春成功地拍摄了照片，据同时。目击者王万友、陈正官、周淑云描述，发光体类似圆月，正中有一光点格外明亮，肉眼观察到发光体似乎始终在旋转，光圈由核心向外扩散，逐渐增大，光圈始终是圆形。

1984年4月7目、9日、11日、13日，东北许多地区在晚上9点45分左右又连续几次观察到与“6·18”事件几乎完全一样的不明发光飞行物。据首都机场赵雪正调查，1984年4月13日在从旧金山—上海—北京班机的飞行中，看到不明发光物的中国民航982航班报务员说：“（发光物）中间有亮点，旁边呈雾状，而且一圈圈扩大，扩大时简直像原子弹爆炸一样。机长钱英明形容发光体就像电影中摄影镜头掠过太阳时产生的光环一样。”

丘吉尔与UFO之谜

1949年12月13日，联军驻欧洲最高司令长官艾森豪威尔将军和英国首相丘吉尔曾共同发表过一项联合声明，其中有这样一句话：

“我们必须向第三支不明敌军宣战……”

这里的“第三支敌军”显然不是指德、意、日军，而是指地球之外的“第三支不明敌军”。

以上艾森豪威尔和丘吉尔的联合声明是由一件骇人听闻的事件诱发的。

1942年2月25日，美国洛杉矶等西海岸城市上空突然出现了两个谜一般的不明飞行物。这可吓坏了美国陆、海、空军的指挥官们。

“喂……日本侦察机来犯啦！”

这一来立即引起了骚动。在骚动的同时，美国西海岸各陆、海、空军基地的高射炮一齐开火，一时之间发射了1430发炮弹。

按常理，这两个不明飞行物是应该被击中的，可是事实却大违常理，这些炮弹在尚未击中目标之前就纷纷自行爆炸了！简直不可思议！而那两个不明飞行物在自身美丽的橙黄色光环的环绕之下，在探照灯光束和高射炮弹编织成的“光”林弹雨中，悠然自得地飞行着，渐渐离去，就像是和美国兵开玩笑一样。事后，美国各大报纸都以大字标题报道此事，报道中将不明飞行物描述成“幽灵战斗机”、“空中银碟”等等。此后，在欧洲战场和远东地区上空也频繁出现不明飞行物，终于引发了艾森豪威尔和丘吉尔的联合声明。

据说，当时任美军总参谋长，后提升为国务卿的乔治·马歇尔将军，曾以“为对抗来自银河部队的威胁”为由，发布了向“第三支军队”宣战的命令。他还曾向美国中央情报局紧急下令：不管是生擒还是击落，一定要逮住UFO！

奇妙的日食与月食现象目录

前言

日、地、月轨道运动关系

月相的变化

日食发生的原因

日食原理与三种日食

日食过程

日食发生的规律

日食发生的规律——沙罗周期

日食的目视观测

眼睛的性质和适应

日全食目视观测方法

日全食的摄影观测

日食的科学研究观潮

中国日食季

什么是月食

月食的形成

月食的种类

月相变化及月食阶段周期

月食与历法

月食的传说及观测史

古代对月食的观测与预报

日食的传说

我国古代的日食记载

日全食的观测发现与争论

“太阳元素”——氦的发现

爱因斯坦相对论效应的验证

历史上有趣的日食记录

太阳光球

太阳活动

日冕

我们的家园——地球

地球的伴侣——月球

日食效应

中国的月亮文化

《天问》中有关月亮的故事

月亮文的传承

月亮诗篇

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宇宙瞭望书坊

奇妙的日食与月食现象

李宏　主编

出版社：辽海出版社

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前言

人类是宇宙演化的杰作，宇宙是神秘莫测的存在。当宇宙的精灵与莫测的神秘结合在一起时，便碰撞出无数精彩的篇章。人类对宇宙的解读和探秘跨越了千年，宇宙的面貌也越来越清晰地展现在人类面前。千百年来，人类的“触角”不断伸长，从伴我们昼夜运行的太阳、月亮到布满夜空的繁星，从对于我们来说浩瀚无比的太阳系到巨大的银河系乃至河外星系，甚至试图触及宇宙的边缘。如果把宇宙当做一个生命体的话，她的诞生自大爆炸始，从那一刻起她便开始了不息演变。她体内生活着众多的“物种”，从随处可见的行星到炙热的恒星，从瑰丽的星云到多姿的星系，还有超越光速的类星体和让人望而生畏的黑洞等等，他们一起构成了浩瀚而充满生机的宇宙。人类已不满足于地球上不同人种间的交流，人类对地外的文明充满了渴望，甚至已然接收到了来自外星的神秘信号。人类甚至不满足于现有的宇宙，我们还猜想宇宙之外还有宇宙。让我们通过本丛书详细为你解开宇宙之谜，让你尽览宇宙的神奇。

日、地、月轨道运动关系

1　地球的公转轨道

在太阳系里，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星以及海王星，都在各自的椭圆轨道上绕太阳转动（公转）。其中地球到太阳的平均距离约为1.5亿千米，这个长度在天文学中被称为1个天文单位。地球绕太阳公转一周所用的时间为365.2422天，就是我们通常所说的一年。地球绕太阳公转的轨道是一个接近正圆的椭圆。太阳位于椭圆的一个焦点上。椭圆有半长轴、半短轴和半焦距等要素，分别用a、b、c表示，半焦距与半长轴和半短轴之间存在着这样的关系：即c2=a2-b2

半焦距c与半长轴a的比值c／a，是椭圆的偏心率，用e表示，即e=c／a。

偏心率是椭圆形状的一种定量表示，e的数值大于0而小于1。e越接近0，椭圆越接近圆形；反之，e的数值越大，椭圆就越扁。经过测定，地球轨道的半长轴a为14960万千米，半短轴b为14958万千米。根据这个数据计算出地球轨道的偏心率约为0.016。

可见，地球轨道是一个非常接近于圆形的椭圆。

由于地球轨道是椭圆形的，随着地球的绕日公转，日地之间的距离也会不断发生变化。地球距离太阳最近的一点，即椭圆轨道的长轴距太阳较近的一端，称为近日点。在近代，地球过近日点的日期大约在每年1月初，此时地球距太阳约为14710万千米，通常称为近日距。地球距离太阳最远的一点，即椭圆轨道的长轴距太阳较远的一端，称为远日点。在近代，地球过远日点的日期大约在每年的7月初。此时地球距太阳约为15210万千米，通常称为远日距。近日距和远日距二者的平均值为14960万千米，这就是日地平均距离，即1个天文单位。根据椭圆周长的计算公式：

L=2πα（1-0.25×e2）

我们可以计算出地球轨道的全长是9.4亿千米。也就是说，我们的地球在以30千米／秒的速度绕太阳公转。不识庐山真面目，只缘身在此山中，处于地球上的观测者，是无法感受到自身如此的快速运动。人们能观察到的，仅仅是太阳每年相对于恒星背景运动一周，划出一个大圆。这个大圆，就是地球绕太阳公转的轨道，在天文学中我们习惯把它称之为太阳周年视运动轨迹，简称黄道。

2　太阳周年视运动是怎么回事

为了说明太阳的周年视运动，我们用一个动点与一个定点的关系来进行分析。

假如，动点A在绕定点B做逆时针的圆周运动，则在定点B看上去，A点的轨迹是一个圆形。若以动点A为参照系，则定点B的运动特征与A是完全相同的，即B点的运动轨迹也是圆形的，运动方向也是逆时针的。但是，A绕B的运动是一种真运动，而B绕A的运动则是一种视运动，它是A绕B运动的一种直观反映。

上面提到的动点A就像我们的地球，定点B则像太阳。地球绕太阳做椭圆转动，但是作为地球上的观测者，感受到的只是太阳在绕地球做椭圆运动，这种运动就称为太阳周年视运动。我们引入天球，这个以地球为球心任意半径的假想球体来研究天体运动，那么太阳周年视运动实际上就是地球公转“真实运动”在天球上的反映。

3　地球的自转

太阳系中的行星，除了周而复始地绕日公转外，自转也是一种非常普遍的运动形式，我们的地球也不例外。从北极点向下看，地球是在以穿越南北极的假想直线为轴逆时针自转，这条轴线也被称为地球自转轴。自转的平均角速度为7.292×10度／秒，在地球赤道上的自转线速度达到465米／秒。人们对地球自转最直观的感受，就要数日月星辰的东升西落了。天空中的一颗恒星，连续2次出现在同一位置的时间间隔为23小时56分4秒，这就是地球自转的周期。恒星东升西落的速度约为15°／时，就是说，我们在1个小时内看到天上的星星由东向西移动15°。

4　月球的公转

与地球的公转相比，月球绕地球公转可以直接被我们观测到，它相对恒星背景每天都自西向东移动13。左右，所划出的轨迹就是它的公转轨道，也就是我们通常所说的白道。公转的周期为27.32166天。和地球绕太阳的运动类似，月球在绕地球公转时二者的距离也并不固定。最近时月球距离我们差不多是36万千米，最远时能超过40万千米，平均距离约为38万千米。月球的质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/81。如此大质量而又距离较近的两个天体，它们之间的引力作用一定是巨大而又复杂的。由于月球绕地球公转的轨道由多种因素决定，因此白道既不重合于天赤道（地球赤道在天球上投影出的大圆），也不平行于黄道面。通过长期对月球位置的观测，人们发现白道与黄道有一个5°09′的夹角。

5　月球也在自转

月球在绕地球公转的同时也在自转，自转周期为27.32166日，正好与公转周期相同，所以我们看不见月球背面。这种现象称为“同步自转”，这几乎是卫星世界的普遍规律。

但由于月球自转的“赤道面”与公转轨道平面有一个6°41′的夹角，就会导致在月球运动过程中，地面上某一点的观测者多少还能看出月面边沿有前后的摆动。这一现象被称为月球天平动，因此我们能看到大约60％的月球表面，而非正好50％。

月相的变化

大家知道，月球本身是不发光的，我们看到的皎洁月光，实际是它对太阳光的反射。由于月球、地球、太阳三者相对位置的不同，在地球上的我们便会看到月球呈现出的各种形状，这就是月球的相位，简称月相。要了解月相变化的规律，需要先来了解一下以黄道为基础所建立的坐标系统。与地球上的地理经纬度类似，黄道在两个方向上的度量坐标就是黄经和黄纬，黄经就是平行于黄道大圆上各位置的坐标，黄纬就是垂直于黄道面的坐标，每个天体在某一时刻的位置也都可以用黄经和黄纬来表示。下面我们就跟随着月球公转中运行到不同黄经位置时的情况，来看看其相位是如何变化的。

在位置1，太阳和月亮的黄经差为0°，即称朔或新月，这时月球以黑暗面对向地球，且与太阳几乎同时出没，故地面上无法见到；在位置3，太阳和月亮的黄经差是90°，此时的月相被称为上弦，半月形出现在上半夜的西边夜空中；在位置5，太阳和月球的黄经差为180°，月球和太阳方向相反，一轮明月整夜可见，月相为望或称满月；在位置7的月相是下弦，黄经差270°，这时的月亮只在下半夜出现于东半天空中。相邻两次朔或望之间的间隔被称朔望月，长约29.53059日。

如何识别月相呢？假设满月是一个圆形，那么无论月相如何变化，它的上下两个顶点的连线都一定是这个圆形的直径。当我们看到的月相外边缘是接近C字母形状时，那么这时的月相则是望以前的月相，它的圆面一定是朝西边的，只有前半夜才能看到；相反，当我们看到的月相外边缘是接近反C字母形状时，那么这时的月相则是望以后的月相，它的圆面一定是朝东边的，只有后半夜才能看到。如果你的观测地点是在南半球，情况刚好与上面描述的相反。

值得一提的是，我国传统历法农历，就汲取了月球运动规律，即月相变化的精髓。每个农历的月，都对应着一个月相变化的周期。初一时月相为新月，上弦则对应着初七、初八左右，满月一般发生在十五或十六。而现行公历中的“月”，完全是人为规定的时间单位，和天上这轮明月毫无关系。

日食发生的原因

日食发生的原因说起来很简单——月球运行到太阳与地球之间而遮住太阳之故，但要较透彻地阐明日食的发生规律却是相当复杂和棘手的。我们现在的日食知识是从古以来长久观测研究逐渐积累下来的，至今仍有需要深入探索的问题。这里按历史发展来介绍有关知识，“温故而知新”，可以得到某些启迪。古代人仰望星空，直观感觉好像大多数星辰嵌在一个巨大的天穹或天球上，绕地球旋转，因而称它们为恒星；但有5颗星（水星、金星、火星、木星、土星）却常在恒星之间游动，称为行星；而月球和太阳在星空的“视运动”有规律地循环。用三角测量法测出了太阳比月球远……公元2世纪，集古代天文学成就，托勒密在其名著《天文学大成》中阐述了宇宙地心体系（即地心说），认为地球静止于宇宙中心，各行星在其特定，的本轮和均轮上绕地球转动，且跟恒星一起每天绕地球转一圈，试给天象规律作了一种数学理论描述，有其历史功绩。因他否认上帝，直到1215年教会还禁止讲授他的理论。直到后来，教会才把地心说作为统治工具，禁锢人们的思想。

1543年，哥白尼在名著《天体运行论》中提出宇宙日心体系（即日心说），形成太阳系概念。他论证了地球和行星依次在各自轨道上绕太阳公转；月球是绕地球转动的卫星，同时随地球绕太阳公转；日月星辰每天东升西落现象是地球自转的反映；恒星比太阳远得多。正如书名中“revolution”一词有“运行”（绕转或公转）和“革命”双关意思，从此自然科学便开始从神学中解放出来。

18世纪初，开普勒分析第谷留下的行星观测资料，发现“行星运动三定律”：

（1）行星绕太阳运动的轨道是椭圆　太阳位于椭圆的一个焦点上；

（2）连接太阳到行星的直线（向径）在相等的时间扫过的面积相等；

（3）行星公转周期P的平方与轨道半长径n的立方成正比，即对下标i=1，2，3，……表示的各行星，有等量公式表述为：

P1^2/a1^3=P2^2/a2^3=P3^2/a3^3=K（常数）

继而，牛顿总结当时的天文学和力学，进行科学抽象和数理推演，写出名著《自然哲学的数学原理》，由开普勒定律导出万有引力定律：两个物体之间的引力F跟它们质量（M1和M2）的乘积成正比，跟它们距离（r）的平方成反比，即

F=GM1M2/r^2

式中，G（=6.672×10-11牛顿·米^2／千克^2）为引力常数。他奠立了天体力学基础，可用来从观测某颗行星在不同时间的视位置来推算出行星的轨道根数，再推算而预报出该行星在未来某时刻的视位置。这种方法同样适用于月球绕地球的轨道运动。

运动是相对的。地球上的人们看到太阳、月球、星辰每天在进行东升西落的周日“视运动”，实际上，这是地球自转的反映；在其他星球上的“外星人”，甚至到月球上的宇航员，就会观测到地球在自转。地球上的人们看到的月球每个月绕地球“视运动”转一圈的现象、太阳每年绕地球转一大圈的周年视运动现象——实际上是地球每年绕太阳转一圈。古代人虽然不可能知道有天体力学，但是却不乏聪明智慧，“观乎天文，以察时变”，应当说，我们刚才这几句“习以为常”的话是“本末倒置”了。事实上，应当是从观测太阳、月球、星辰的“视运动”周期性规律来确定时间的——以地球相对于太阳的自转运动平均周期来确定一天（昼夜）或“平太阳日”，以月球的圆缺变化周期来确定阴历“朔望月”，以太阳相对于遥远恒星的视运动周期来确定“回归年”。古代天文学家虽然不知道太阳—地球和地球—月球的准确距离，却能够从太阳和月球的视运动观测来推算和预报日食和月食，真令我们钦佩！这里的简述虽然是“形而上学”的，但至今仍使用“球面天文学”知识来论述天体视运动。

自古以来，人们直觉以为恒星仿佛嵌在“天穹”或“天球”上，实际上，并不存在真实的“天”或“天球”，只是借助假想的、半径非常大（常用一定半径代替）的天球，建立天球坐标系，来观测研究天体的“方位”和“视运动”。

根据方便和需要，选取天球上的基本点（原点）和基本圈（经过球心的平面与天球相交的大圆），约定计量的方向和范围，建立天球坐标系，进而观测计量天体的视方位（以2个角度为坐标来表示）。最常用的是地心天球“赤道坐标系”：地球自转轴延长就是天轴、交于天球的南天极P′和北天极p，跟天轴垂直的天赤道面交于天球的大圆则称为天赤道。相对于遥远的恒星来说，地球半径、甚至公转轨道半径都显得微小而可忽略，因而地球表面观测的星空就如同在地心观测一样（但自转仍存在，因而仍观测到同样的天体视运动）。从地球上看，太阳一年中在天球上视运动轨迹的大圆称为黄道，实际上黄道就是地球绕太阳公转轨道面（黄道面）和天球相交的大圆。垂直于黄道的天球直径两端称为北黄极K和南黄极K′。黄道和赤道有两个交点，太阳视运动从赤道南到北经过的交点（升交点）γ称为春分点，另一交点（降交点）Ω称为秋分点。

最常用的是赤道坐标系，以春分点γ为原点，天赤道和过春分点的赤经圈（即，经过南、北天极的大圆）为基本圈，两个坐标是赤经和赤纬。经过天体（投影点）X的赤经圈交天赤道于一点，那么圆弧LLTOL的角度称为赤经，从西向东计量，范围为0°到360°（常以“对应”时间范围。0小时到24小时以及时分、时秒表示），符号为α；圆弧L∠LOX的角度就是赤纬，符号为δ，从天赤道向北、向南计量分别为0°到90°和-90°。

黄道坐标系的基本圈为黄道，垂直于它的天球直径交于天球的两点为北黄极K和南黄极K。通过两黄极的大圆为黄经圈。仍取春分点甲为原点。经天体X和黄极的黄经圈KXK′交黄道于L。圆弧讧∠γOL的角度是黄经，符号为λ，而圆弧XL∠LOX的角度是黄纬，符号为β。

这两种坐标都是固定在天球上的，它们可以相互换算。在使用望远镜观测天体时，用赤道坐标很方便。在讨论日食发生时，用黄道坐标更方便。

日食原理与三种日食

苏东坡脍炙人口的词句“月有阴晴圆缺，此事古难全”，表述的就是月相不以人的意愿而客观地周期变化。月相周期变化的原因有2个：①月球、地球和太阳的周期性“会合运动”；②月球本身不发射可见光，而我们看到的只是月球被太阳光照亮的部分。

月球绕地球转动的同时，还和地球一起绕太阳公转，因而月球在天球上相对于太阳的视运动是一种会合运动。当月球运行到地球与太阳之间、月球与太阳的地心黄经相同之时（定为农历月的初一），月球未被太阳光照的暗半球对向地球，“视而不见”，这称为朔或新月。随后，月球与太阳的黄经之差逐渐增大，向东偏离太阳，日落后在西方看到月球被太阳照亮的小部分呈弯向太阳的镰刀形“娥眉月”。当月球与太阳的黄经之差达90°时，我们看到月球被太阳照亮半球的一半而呈半圆形，称为上弦月。其后，我们看到月球被太阳照亮的部分更多。到月球与太阳的黄经之差达180°（农历每月十五或十六）时，可以看到月球被太阳照亮的全部半球呈圆形，称为满月或望。望之后，我们看到月球被太阳照亮的部分逐渐减少，当月球与太阳的黄经之差达270°时，我们看到被太阳照亮的月球另半球而呈半圆形，称为下弦月，而后在黎明前看到呈弯向太阳的镰刀形“残月”。

经过1个朔望月，又开始下次新月和重复的月相变化。虽然在月相变化中，我们看到的只是月球被太阳照亮的部分，月球没有被太阳照亮的其余部分也不是完全黑暗的，仍依稀有“灰光”，尤其用强光力望远镜可以观测到月球的灰光部分。月球的灰光是由于地球反射少量太阳光照到了月球的背太阳部分。

在中学和小学，常用太阳、地球、月球三体运行仪来演示它们的会合运动及日食和月食的原理，而实际情况还要复杂得多，也很难按比例来准确图示，而用近似的示意图还是可以说明一些情况的。这是设想自己从“外星人”角度来观察的情况。

月球绕地球转动的轨道面称为“白道面”，它与地球绕太阳公转轨道面（“黄道面”）的平均交角为5°8′4342″，白道面与黄道面的交角以173天周期变化±9′。白道面与天球相交的大圆称为“白道”，从地球上观测，月球每个“恒星月”沿白道视运动一圈。白道与黄道有2个交点：月球从南到北穿过黄道的“升交点”和从北向南穿过的“降交点”。月球轨道的近地点与远地点连线——拱线也不断地自西向东进动，进动周期为8.849年。按不同的基准来计量，月球的轨道运动周期有4种表述：①恒星月是以恒星为基准，月球在星空天球视运动一圈的周期，实际上是月球绕地球转动一圈的时间间隔，1恒星月为27.32166天（“天”就是“平太阳日”）；②近点月是月球连续两次经过近地点的时间间隔，1近点月为27.55455天；③交点月是月球连续两次经过升交点的时间间隔，1交点月为27.21222天；④朔望月是月相变化的周期，它是以太阳为基准的会合运动周期，月球与太阳的地心黄经连续两次相同（朔）的时间间隔，1朔望月为29.53059天。

只有月球在“朔”且恰好经过白道面一黄道面的“交线”很近时，才可能发生日食。别的“朔”时因月球离黄道面远，就不会发生日食。

月球绕地球转动的轨道和地（球）—月（球）系绕太阳公转轨道都是椭圆，太阳一地球距离变化于0.9832603～1.0167056天文单位（1天文单位=1.4959787亿千米），地球—月球距离变化于约356400～406700千米，相应地，太阳视圆面（简称“日轮”）的角直径变化于31′28″～32′32″，月球视面的角直径变化于29′22″～33′26″。

由于月球不发射可见光，在太阳（日轮）光照射下，月球后面形成日轮光完全照射不到的“本影”和有部分日轮光照到的“半影”。月球本影呈圆锥形，长度变化于366900～379700千米。把这些数值进行比较，就可以得出：月球本影锥的顶点有时可达到或超过地球表面，有时达不到地球表面。于是，按照地球表面与月球本影锥相交情况的不同而发生3类日食：

（1）日全食。月球本影锥超过地球表面，在本影锥内的地面区完全看不到日轮，即月球完全遮住了日轮，这是观测暗淡的太阳大气——色球和日冕奇观的最好机会。

（2）日环食。月球本影锥顶点达不到地球表面，但在其延长的“伪本影”内地面区可看到日轮外部的环形部分，即月球遮住了日轮中央大部分而外缘仍显露。若露出的环很细，也可以看到“贝利珠”。

（3）日偏食。在月球半影内的地面区只看到部分日轮，即月球只遮住部分日轮。一种情况是月球本影锥完全偏过地球，仅半影跟地球表面相交，整个地球都看不到日全食或日环食。另些情况是日全食或日环食时，在月球半影区内看到日偏食。

此外，就整个地球而言，还有“全环食”，这是由于在整个地球的日食全过程中，月球本影锥顶点在小段时间达不到地面某区、而另段时间超过地面某区。实际上，由于月球的视运动很快，月球的本影和半影都扫过地球表面局部地带——本影带和半影带。本影带的宽度可达约270千米，半影带宽度可达约7000千米。

日食过程

实际上，一般来说，我们是从地球上来观测太阳和月球相对于假想天球的视运动的。因为月球自西向东的视运动比太阳快，日食总是先从太阳西边缘开始向东进行。由于月影在地球处自西向东扫过的速度（约1千米／秒）比地球表面自转速度（赤道上也不到0.5千米／秒）快，月影在地面上大致从西向东移动，因而地面的日食带上不同地点看到日食发生的时间就不同，西部比东部先见到日食。由于月球本影锥在地面的截面较小，全食带的宽度仅两三百千米，就一个地方而言，日全食持续时间——“食延”很短，最长也只有7分多钟，而短的仅20秒。为了尽量延长观测日全食的观测时间，人们乘飞机追随疾驶的月影，例如，1973年6月30日，法国科学家乘协和飞机进行了前所未有的74分钟之久的日全食观测。月球半影扫过的地区只能看到日偏食，显然日偏食的可观测时间要长得多。就一个地方来说，3类日食的过程概述如下。

（1）日全食的整个过程可分为5个阶段：

①初亏。月球东边缘与日轮西边缘外切（第一次接触）称为初亏，日食开始，而后被食部分逐渐增大。

②食既。月球东边缘与日轮东边缘内切（第二次接触）称为食既，日全食开始。

③食甚。月球中心离日轮中心最近时称为食甚。

④生光。月球西边缘与日轮的西边缘内切（第三次接触）称为生光，日全食结束，而后被食部分逐渐减小。

⑤复圆。月球西边缘与日轮东边缘外切（第四次接触）称为复圆，日食过程全部结束。

日全食的景观非常壮丽。从初亏起，日轮逐渐变为弯月状，天色变暗，仿佛夜晚来临，飞鸟归巢。从食既始，黑暗突然降临，月球遮住的日轮周围显现出淡红色光圈——这是太阳大气色球层，常有几处火舌状的日珥，再仔细看，日轮外呈现银灰色的光辉，这是太阳的外层大气——日冕。临近生光，日轮边缘突然显现像珠宝般耀眼的“贝利珠”，这是明亮的日轮光辉从月轮边缘的出口穿出的缘故，令人惊呼。日全食不仅时间短促，而且罕见。典型的日全食带的宽度约160千米，长约9700千米，因而可以看到日全食的地区仅为155万平方千米，这只是地球表面总面积（约5.1亿平方千米）的1/305；就全地球而言，平均1.5年发生一次日全食，所以不离一地的人约450年才有机会看见一次日全食，就是说，很多人甚至一生中可能连一次日全食也看不到。百闻不如一见，为了亲自目睹日全食奇观，人们就只好不辞辛苦、远道奔赴发生日全食的地方。

（2）日环食的整个过程也可分为5个阶段：

①初亏。月球东边缘与日轮西边缘外切称为初亏，日食开始，而后被食部分逐渐增大。

②环食始。月球西边缘与日轮西边缘内切称为环食始，日环食开始。

③食甚。月球中心离日轮中心最近称为食甚。

④环食终。月球东边缘与日轮的东边缘内切称为环食终，日环食结束，而后被食部分逐渐减小。

⑤复圆。月球西边缘与日轮东边缘外切称为复圆，日食过程全部结束。

（3）日偏食的整个过程可分为3个阶段：

①初亏。月球东边缘与日轮西边缘外切为初亏，日偏食开始，而后被食部分逐渐增大。

②食甚。月球中心离日轮中心最近时称为食甚。

③复圆。月球西边缘与日轮东边缘外切称为复圆，日食过程全部结束。

日食的程度以“食分”表示，定义为食甚时日轮被遮部分与日轮直径之比。日全食的食分略大于1，而日环食的食分略小于1，日偏食的食分小于1。

日食发生的规律

日食是由于地球和月球相对于太阳的会合运动而发生的遮掩现象。地球和月球的运动都是有规律可循的，因而日食的发生时间和情况是可以推算和预报的。当然，推算日食是很复杂的，这里仅简介一些基本知识和有趣结果。

食限

发生日食的条件是什么？这种前面已讲到过，即，月球运行到太阳与地球之间（朔，阴历初一），又太阳—月球—地球恰好或几乎在一条直线上。由于日轮、月球和地球都是相当大的，只要月影扫到地球表面，处于月影内的地区就会看到日食。这是设想从太阳系之外来观察的情况。我们从地球上观测，上述发生日食的条件就是太阳周年（沿黄道）视运动和月球周月（沿白道）视运动同时到黄（道）—白（道）交点近旁的小范围——“食限”内，由于日轮和月球都有一定的视角径而发生遮掩。在沿黄道作周年视运动较慢的太阳到达交点之前，沿白道作周月视运动较快的月球追过来，在太阳离交点一定角距离处刚好月球和日轮可以外切；类似地，在交点另侧同样角距离处也会月球和日轮刚好外切；而在这两段角距离范围内，月球和日轮必然重叠而发生日食。因此，交点前后这两段的总角距离就是日食的“食限”。由于黄—白交角变化（最大5°19′，最小4°57′）和我们看到月球和日轮的视大小（角直径）在变化，日食的食限也在变化，最大18°31′，最小15°21′。

食季

在太阳沿黄道周年视运动中，每次经过一个交点前后，在“食限”范围运行的时间称为“食季”。因为太阳周年视运动不均匀（这是地球在椭圆轨道上运动不均匀的反映）和食限变化，日食的食季最长可达37天，最短31天，这比“朔望月（29.53059天）”长，必定有1次朔，也可能有2次朔（在食季初和末），因此，在1个食季内，至少发生1次日食，最多发生2次日食，因为黄—白交点有2个（升交点和降交点），所以，一年至少有2个“食季”。太阳从一次到下次经过升交点的时段称为“食年”或“交点年”，因黄白交点以（角）速度每年19.344°西移，因此，“食年”只有346.62003天比“回归年（365.2422天）”短。

一年发生可能多少次日食

1个“食年”至少有2个“食季”，对于全地球而言，最少发生2次日食。1回归年比“食年”长18天多，这比“食季”短。在普通（回归）年内，太阳至少经过交点2次，也可能经过交点3次（年初、年中、年末），因而最少发生2次日食，最多可能发生5次日食。例如，1980年只发生2次日食（2月16日的日全食，8月10日的日环食），1935年发生5次日食（1月5日、2月3日、6月30日、7月30日的4次日偏食，12月25日的日环食）。

日食重复发生的循环周期

古代巴比伦人就发现日食和月食重复发生的周期，称为“沙罗周期”（“沙罗”是重复的意思），即在此周期后会发生另一次类似的日食或月食。日食重复发生的循环周期实际上就是朔望月、交点月和食年的最小公倍数，但这三种“月”的时间长度都是差别相当大的小数，只能够进行某种近似的公倍数搭配。

“沙罗周期”是223个朔望月，等于6585.32157天，刚好跟242个“交点月”和19个“食年”差不多：

223×29.53059=6585.32157天，

242×27.21222=6585.35724天，

19×346.62003=6585.78057天。

我国古代也提出过类似的日月食规律，如汉代的《三统历》（公元前104年）的周期为135个朔望月，相当于146.5个“交点月”和11.5个“食年”：

135×29.53059=3986.62965天，

146.5×27.2122=3986.59023天，

11.5×346.62003=3985.13045天。

这虽然不如“沙罗周期”准确，不过，后来在日食预报中又作了不少改进。就是“沙罗周期”也不是完美无瑕的：①19个“食年”仍比223个“朔望月”长0.459天。这就是说，若某次日全食时太阳恰在升交点，经1个沙罗周期（223个朔望月）后，太阳在黄道上还没运行到升交点（约差28′），发生“类似”日食时月球也没运行到升交点——还在黄道之南些许，月影就偏南而日食带南移，再经1个沙罗周期又增加南移……直到朔时太阳达不到“食限”而月影偏出地球之南；同理，若某次日全食时太阳恰在降交点，则经多个沙罗周期，月影北移……直到朔时月影偏出地球之北。②日食发生地西移，若某次在甲地发生日食，经过1个沙罗周期发生“类似日食”时，地球自转了6585.32157圈，日食发生地从甲地约西移到地理经度少8小时的地方。这相当于需要3个沙罗周期才又可能在甲地发生日食。因此，在地球甲地需要300～400年才会见到同样的日食现象。

近代，美国天文学家纽康从天体力学推算的日月食重复循环的“纽康周期”为358个朔望月（10571.95122天），这相当于“沙罗周期（223个朔望月）”与“三统历周期（135个朔望月）”之和。

总之，可以说，日食重复发生是有循环周期的，但又不是非常严格和长久准确的。因为地球和月球的实际运动是复杂的，而现代科学技术可以很准确地推算和预报发生的时间、地点和见食情况。

一般的公众甚至天文学家主要兴趣是观测日食现象，他们希望日食推算和预报专家提供未来日食的发生时间、地点、见食情况，当然也要有一定的知识基础来运用这些资料。

经过20多年的资料收集和专家朋友帮助推算，德国的奥波尔策在1887年出版《日月食典》，包括公元前1207年到公元2161年的全球8000次日食和公元前1206年到公元2163年的全球5200次月食，除文字说明，分为日食参数表、月食参数表和日食图三部分。他所绘制的食图，地理北极在中心，很紧凑、直观、易懂，但大部分区域变形严重，在复制图上很难看清细节。这本书是最著名的日月食经典著作，1962年了出版它的英文译本。

1934年，我国的朱文鑫出版了《历代日食考》，包括到公元1795年之前的921次日食，用奥波尔策的《日月食典》作了验证。1990年，我国的张培瑜出版了《三千五百年历日天象》，其中列出1653次日食。

1983年，比利时的穆克和奥地利的梅乌斯发表《日食典-2003到+2526》，包括公元前2003年到公元2526年共10770次日食，给出各次日食的参数和可见地区的略图。

1987年，美国宇航局的埃斯帕纳克发表《50年日食典：1986～2035》，包括这50年发生的日全食和日环食的详细资料和每次的日食地图。

2006年，我国的刘宝琳和刘婷婷出版了《一百六十年历表附日月食典》，给出公元2001年到2060年共133次日月食典，包括日食的类型、各地见食情况（食甚时刻和食分）及中国和世界的日全（环）食地图，它们将呈现日食的所有相关资料。

2006年，我国的刘次沅和马莉萍出版了《中国历史日食典》，给出公元前2300年到公元2100年共2270次的日食表，包括日食的类型、各地见食情况（食甚时刻和食分）、日食（地）图的例子。

当代最权威的要数美国航空航天局的网页“NASA——Eclipse HomePage上的”日食资料了，可以在它上面查找汇总的日食资料的索引，例如，《五十个世纪的日食表》，一共包括11898次日食，可以查找每次日食的图。

随着计算机技术的发展和普及，日食计算也不再是难事了。在刘次沅和马莉萍的书中介绍了“天图”软件和“Sun Tracker日食软件”，极大地方便了有兴趣的爱好者去查阅。

日食发生的规律——沙罗周期

1.每年在全球范围内大多会发生2次日食。有时是3次或4次，甚至更多，那么日食的发生究竟有什么规律呢？

日月食的发生，必须是新月和满月出现在白道和黄道交点附近的一定界限内，这个界限就是食限。计算表明，如果新月出现在交点附近18°，就可能发生日食，当距离小于15°时，就必定有日食发生；如果满月出现在交点附近12°，就可能发生月食，在10°以内，就一定发生月食。黄道和白道的升交点和降交点相距180°，我们把太阳连续2次通过升交点（或降交点）的时间间隔，称为1个食年。顾名思义，日食发生的规律，就与食年有着密切的关系。当太阳通过交点时，就有可能发生日月食，这段时间叫做食季。1个食年内，太阳一共通过2次交点，就有2个食季。太阳每天大约在恒星背景上移动1°。根据上面的数据，我们大概算出日食的食季有36天（交点前后18天），月食的食季只有24天（交点前后12天）。我们知道一个朔望月大约是29天半，在日食的食季中必定有1个朔望月，所以必定有1次日食发生，因此每个食年内至少发生2次日食。而月食的食季比朔望月短，所以在一个食年内很可能没有月食发生。

我们通常所说的回归年是指地球绕太阳公转的周期，而食年除了公转影响外，月球的运动也要考虑进去。经过计算我们发现，食年大约是346.62天，比回归年短19天。由此就可能产生2种特殊情况：①某个回归年内包含2个完整食季和1个不完整食季。这样最多可以产生5次日食和2次月食，1935年就发生了这样的情况。②回归年内有2个不完整食季（年初、年末各1个）和1个完整食季，这样会最多产生4次日食和3次月食，例如1917年。但通常情况下每年还是只有2次日食和2次月食。

2　月食常见还是日食常见？

通过过往的统计记录我们发现，日食和月食发生的比例大约为4：3。对于整个地球而言，日食的次数确实比月食多，但对于地球上某个地方来说，看到月食的次数却要远远多于日食。

太阳照射地球投在月球那个距离上的阴影区域，直径大约是月球的2.5倍。每次月食，地球上可以看到月亮的半球都可以观测到。而日食发生时月球的本影投射到地球表面形成的全食带最宽不过270千米。所以每次能看到日食，特别是日全食的范围是很小的。

日食，都是发生在朔，而发生日食的朔之后紧跟着的望，却并不是一定会发生月食。之所以月食比日食发生的次数少，是和它们的食限有关。发生日、月食的条件除了要在朔、望之外，还有就是月球要在黄白交点附近。当月球出现在黄白焦点两边各18°的范围内时，就可能会发生日食，而只有月球出现在两边各12°左右时，才有可能发生月食。我们可以简单计算一下，日食的食限是36°，太阳在黄道上运行过这一段差不多需要36天，而36天内必然会有1个朔，就至少会发生1次日食。而1年内至少有2次月球出现在黄白焦点附近，日食食限内又赶上朔的机会，因此1年至少发生2次日食。与之相比，月食的食限是24°，一个朔望月大约是29.5天，那么24天内就有可能没有望，因此不是每次日食都有与之相对应的一次月食发生。

3　前面讲了日食发生的规律，那么我们如何知道具体是何时何地会发生日食呢？

在日月食的成因中，有2个必要条件。①时间，就是指朔日和望日，②空间位置，就是指黄白交点附近。前者我们可以和月球绕地公转的周期朔望月联系起来，后者我们也可以和月球连续2次通过升交点（或降交点）的时间间隔——交点月关联上。由此我们可以想到日月食发生的周期也和朔望月、交点月一样有规律性。

交点月=27.212220日

朔望月=29.530588日

我们要想找到日月食发生规律的循环周期，就要求出这两个数的最小公倍数。通过计算我们得到：

242交点月=6585.3572日

223朔望月=6585.3211日

这两个时间只相差0.0361日，因此我们可以把6585.3211日近似看作朔望月和交点月的最小公倍数。从我们地球上任意一点观测，太阳和月亮经过223个朔望月，都会运行到原来的位置，这也是日月食发生的一个循环周期。这个时间可以近似为18年零11天，最早发现这一规律的古巴比伦人，把它称为沙罗周期，其中“沙罗”就有“重复”的意思。

读到这里，您可能会发现，如果今天发生了一次日食或月食的话，18年零11天之后就一定会发生一次情况类似的日食或月食。但在地球上发生的相邻两次日食的间隔，却不是这个时间。在奥博尔于1878年发表的《食典》中，记录了从公元前1207年到公元2161年间的8000次日食和5200次月食的计算日期及全食带等相关信息。看过此书我们发现，平均在18年零11天的沙罗周期内有42次日食发生。这就意味着，沙罗周期内有42个独立的日食系统在进行着，而它们彼此间并没有关系。我们把这些不同的日食系统称为沙罗食系。

4　同一沙罗食系中日食的变化规律

由于沙罗周期只是交点月和朔望月的近似公倍数，所以前后两个沙罗周期中，日月食出现的情况不完全相同。这是因为交食情况还需要考虑另外2个因素：①太阳周年视运动过黄白交点的周期——食年；②连续两次过近地点的周期——近点月。这两个周期的长度如下：

19食年=19×346.62003=6585.7806日

239近点月=239×27.554550=6585.5376日

由此看出242交点月，239近点月，19食年和沙罗周期（223朔望月）有细微的差别，这种差别就使得沙罗周期同一食系的日食会有规律地变化。

首先，223朔望月有6585.3211日，它不是日的整数，还有0.3211小数。譬如，在这一次沙罗周期中某次日食恰好发生在某地的正午，一个沙罗周期后，地球自西向东旋转了6585.3211圈。0.3211圈相当于地球经度115°，所以第二次发生的日食，比上次见食地方经度向西大约移动了115°，相当于时间推迟了7小时42分。

再有，223朔望月比19食年短0.4595日，太阳每天沿黄道东行大约1°，短0.4595日就等于短了28′。所以每隔1个沙罗周期，太阳就会少移28′，或者说它的位置比上次偏西28′。就月球位置而言，223朔望月比242交点月短0.0361日。月亮每天在白道上运动的平均速度为13°23′，0.0361日就等于少移28.5′，也就是说每隔1个沙罗周期后，月球位置也比上次偏西28.5′。这样一来，每隔1个沙罗周期，日月相合的位置约西移28′。如果前一次日食发生在降交点附近，那么日月相合位置西移，就意味着下一次日食发生时，月球位置向北移动了一些，月影在地球上的位置也比上次偏北。同理，如果日食发生在升交点附近，那么下一次的日食位置就要比上次偏南。

最后，223个朔望月比239个近点月短0.2165日，在这段时间内，月球大约运动了2°～3°，使得月球的视直径发生3″左右的变化。此外，由于沙罗周期为18年零11天左右，并非整数年，使得太阳的视直径可能有5″的变化，这样同沙罗食系的日食，每过1个周期后，全食的持续时间也就有了变化。

综上所述，如果日食发生在升交点附近，这一沙罗食系中的第一次日食开始于北半球纬度很高的北极区，而且是食分最小的偏食。每隔1个沙罗周期后，纬度逐渐南移，而经度西移，食分逐渐增大。经过9～16个沙罗周期后，会形成中心食。在经过42～48个沙罗周期后，经过赤道向南移，再次进入偏食阶段，食分逐渐减小。再经过9～16个沙罗周期，靠近南极，从而结束这一系统。同样，如果日食发生在降交点附近，则移动方向相反，由南极北移经赤道，至北极结束。这个系统前后共经过了68～75个沙罗周期，也就是1152～1440年。

日食的目视观测

虽然很多人知道“强光伤害眼睛”，但人们常在早晨或傍晚瞥一下太阳来估计时间，好在这时由于太阳光斜穿地球大气路径长而被减弱了很多倍，还不至于伤害眼睛，但晴天的中午前后就得注意直视太阳的危害了，看一眼都会使眼睛昏花，所以人们为保护眼镜而在夏日戴减光的太阳镜。特别要指出的是，就是在小的放大镜后面放张白纸看太阳像时，也会很快燃烧！由于望远镜的物镜把太阳光汇聚到很强了，切记不能直接对着望远镜看太阳！尤其是家长和老师要照顾好孩子，千万不能让他们因好奇而直接对着望远镜看大屏上观察所呈出大而暗的日轮像，寻找黑子和光斑。在日全食之前和之后的日偏食期间，日轮也还是很亮的，同样需要减光才可以观测！

正确的办法是在物镜前加上减光片、在投影如何安全而更有成效地观测日全食，新闻媒体总是火热地炒作，当然更少不了商家。不幸的是，它们往往提供不恰当的信息，尤其是太阳减光镜的问题。常用的户外黑色太阳镜、感过光的照相胶片、镀铝的多层胶片、铝箔、致密的光盘、烟熏黑的玻璃片……可谓五花八门。实际上，它们大多没有经过科学的检验和测量，只不过价钱便宜，而减光和保护效果大不一样，会贻误观测日全食的大好机会，乃至造成视网膜的损伤。

据专家测量，虽然经过地球大气的吸收减弱，到达地球表面的太阳辐射波段仍很宽——从波长0.29微米的紫外线到几米的射电波。高强度的太阳紫外线会使眼睛和皮肤的外层老化，变为白内障。不采取合理保护眼睛的措施，直接观看太阳会造成“日食失明”或视网膜烧伤。就是视网膜长时间暴露于很强的可见光，也会触发视神经内的一系列化学反应，其产物伤害神经细胞，光反应能力——视力衰退，乃至严重破坏神经细胞，短时间或长时间丧失目视功能。视网膜的这些光化学损伤主要是太阳紫外线和蓝绿光造成的。长波可见光和近红外光会被视网膜下面的暗色膜吸收，转化为热再烧伤组织，强的蓝紫光也造成这种热伤害。

眼睛对各波长的光有一定的敏度上限，实际光照度超过它就造成伤害，较短波长光的伤害力更大。最糟糕的是，如果不适当保护地观看太阳，虽然当时没有任何痛觉等反应，但留下的隐患在几小时后就会发作，则悔之莫及。另一方面，眼睛还有敏度下限，实际光照度低于它，就感觉不出来。

各波长的太阳光辐射已测定了，眼睛的敏度限也测定了，就可以科学合理地研制观测日全食的减光片产品。理想的太阳减光片最大透射率为0.0032％（十万分之三），更舒适些是0.0003％（即百万分之三），且紫外和近红外的透射率应更小。根据实际测量，得到下面的结果和评论。

烟熏黑的玻璃片不宜作为太阳减光镜。虽然它们可以在可见光和红外光透射率小而得到较好的减光，但是，由于很难熏到均匀黑和容易碰掉，达不到安全好用的效果。不安全的减光片还有感过光的照相乳胶、泛色（无银）黑白软片、处理的彩色软片，虽然它们可以足够减光，但透过的近红外光过强。

致密的光盘有多种，因制造工艺的不同而减光效果有很大差异。有些光盘镀铝层很薄而在灯光下是半透明的，不宜作为太阳减光镜。镀足够厚高质量铝膜几乎透不过白炽灯光的，可以用作太阳减光镜。软盘减红外光尚可，但是，看日轮像的质量不好；磁介质散射可见光而看到红色晕，也不宜作太阳减光镜。

聚合物的和玻璃的减光片性能最好，但要求达到足够减光率，一般的太阳镜的减光率还不够小而需再加减光片才可以直接观测太阳。镀铝聚合物膜可能是光学质量不够好。

北美和欧洲已有直接看太阳的减光片标准和专制产品。我国将有众多人观看日食，有关部门应当作出规定，不让那些不安全的太阳减光片在市场上销售，以免伤害人们、尤其是青少年的眼睛！

总之，制作直接观察太阳的减光片的材料有多种：黑玻璃、聚碳酸酯、聚酯纤维软片或其他材料，以及镀金属膜。太阳减光片的透射率应小于0.0032％，紫外（波长0.28～0.38微米）透射率小于0.003％，近红外（波长0.78～1.4微米）透射率小于0.027％。虽然减光片可以直接手持，但最好是像风镜那样由橡皮带套在头上，且尽量遮挡掉侧面来的强光。

眼睛的性质和适应

眼睛的结构和性质跟照相机相似，眼睛的晶状体如同照相机的物镜，眼睛的视网膜如同照相机的底片。照相机的物镜把物体的像呈在底片上而感光存储像；眼睛的晶状体把物体的像呈在视网膜上而由感光细胞神经传给大脑存储。眼睛晶状体边缘的肌肉调节晶状体成像，如同于照相机调焦距。眼睛晶状体前面的虹膜可以改变它中央的瞳孔大小，其作用如同照相机的光圈控制进入光流量。

照相机的分辨能力——分辨角θ主要取决于物镜的通光口径（直径D），θ（角秒）≈140／D（毫米）；当然还需要底片颗粒很细才足以分辨。眼睛瞳孔在白天强光下可收缩到2毫米，分辨角约70角秒；瞳孔在夜间可放大到8毫米，分辨角约18角秒，但视网膜的颗粒状结构仅可分辨0.01毫米，因而限定眼睛的实际分辨角为1～2角分，各人的情况还有差别。所以，就是眼睛戴上减光镜去直接看太阳也只可能辨别出特大的黑子，而分辨不清较小的黑子。虽然在日全食开始和终了时刻的“贝利珠”（或许还有日珥）强光也会被肉眼看见，但分辨不清。顺便地说，眼睛以及照片上见到“贝利珠”光芒四射很壮观，但那却不是真像，而是眼睛或照相机的缺陷造成的。读者可以在平时检验一下自己的“视力”，比如观察金星时可否看出是“月牙”形的。眼睛对不同波段光的敏感程度是有选择性的，而且白昼与夜晚又不同。眼睛可感受波长400—700纳米的可见光，对黄绿光最敏感，对红光和紫光的敏感度较低。在白昼，最敏感的是波长555纳米的光；在夜晚，最敏感的是波长510纳米的光。实际上，眼睛在黑暗环境下比白昼还敏感，甚至可觉察几个光子作用。

眼睛从黑暗到光亮环境适应较快，但从光亮环境到黑暗需有15分钟以上时间才能适应，在黑暗环境下观测中应避免强光照射眼睛。所以需要在日全食前半小时就戴上减光太阳镜，以适应黑暗，到日全食时再取下太阳镜，就可以得到观测暗淡的太阳色球和日冕的好效果。目视观测的时间分辨率较高，可以观测到天体的变化现象，但视觉反应要慢0.1—0.25秒，而且光作用停止后还有“视觉停留”，不能辨别快于25次／秒的闪现现象。

在准备观测日全食的时期，可以从以下方面考虑观测地点的选择。

（1）在日全食带中心线附近，日全食的“食延”长，可以较从容地进行更多的观测。宜选择日全食时太阳的地平高度角较大（离天顶更近）的地点，地球大气更透明和稳定，从而看到的日冕更亮、范围更大。

（2）根据气象资料，观测日全食时应选择天气晴朗概率大、风沙少的地方。局部小气候更重要，比如，湖中的岛或半岛、植被多的地方一般是大气宁静度很好的地方。

（3）交通与生活条件应比较方便。

显然，乘飞机或气球可以保证天气晴好，还可以追踪一些月影的移动而增长观测时间。1968年9月22日那次日全食仅经过新疆自治区的国界附近，日全食时太阳的地平高度角仅约7度，“食延”仅20秒钟，有三个小组就是乘飞机到万米高空观测日全食的，天空真是又暗又清澈，观测条件改善多了；但也有高空气流不够稳定，飞机颠簸而感光1秒以上的日冕像抖动了。美国也乘飞机观测2008年8月1日的日全食。国外还有日全食旅游到峨眉山“金顶”观测日全食，由于海拔3099米已在云层之上，不必像山下的观测者那样为有云天气担心了。

对于2008年8月1日的日全食，已有人考察了新疆的伊吾和甘肃的酒泉等地，好天气机会较大，那里地广人稀，届时观测者蜂拥而至，在交通和生活上可能有困难，“丝绸之路”可能拥堵。不过，这次日全食恰逢夏季，交通和旅游较简便，相关部门也会考虑解决的（例如，1997年3月的黑龙江省漠河的日全食，就加开了专列火车），但也需日全食观测者事先及早联系落实好！当地也会给居住民宅或野营的便利。笔者在1958年元旦的寒冬到甘肃和新疆交界的地质队出差，当地连火车站也没有建好，由于当地人的热情帮助，在帐篷里共度新年。如今，由于大西北的开发，各方面条件会好多了。

2009年7月22日的日全食发生在繁华的长江流域，旅游很方便，只是天气条件未必理想，可以先根据前面已给的区域平均气象条件以及实地情况，准备几个候选观测地，届时可以根据当时气象预报来及时变更。前面谈到国外日食旅游选择峨眉山金顶，的确是最为理想的。可以调查一下，日全食带可能还有类似高于云层的“仙境”，当然，如果自己有专门的旅行汽车就更方便了。

日全食目视观测方法

前面讲过，太阳光非常强烈，肉眼偶尔一瞥太阳都感到昏花，若久盯着看太阳则会伤害眼睛，因此，切记不要肉眼直接观看太阳！古代人就间接地观看盆中混有墨水的平静表面的太阳倒像，用涂黑或烟熏的减光玻璃片来观看太阳。

俗话说“眼观六路”，肉眼可以观测日食时很多有趣现象。当然，最重要的是观赏日轮被月球遮住而发生日全食的过程，届时日轮西边缘开始出现缺口，缺口逐渐增大——这是偏食阶段。本书反复强调：日偏食时，日轮也很亮，不可肉眼直接观看，以免伤害眼睛；应戴上合格的太阳减光镜来安全地看，而且这也使眼睛完成黑暗适应过程，更好地看到日全食奇观。当月球快要完全遮住了整个日轮而剩下极细圆弧时，突然瞬间天昏地暗，视觉仿佛突然迷茫迟疑之际，日全食就开始了，摘掉减光镜，直接看日轮周围的奇观：显露出玫瑰色的太阳色球层和延展的银灰色日冕。特别令观看者惊奇的是在日全食刚开始，尤其是将结束瞬间的眩目“贝利珠”，这是因月球边缘山口透出了日轮（光球）的强光，试想在黑暗中突然闪现特别强的一束珠光，那是多么难以形容的刺激啊！当日全食刚一结束，就应当马上再戴上太阳减光镜，观赏日轮逐渐露出的偏食过程。

其实，就是日全食阶段，周围也不是完全黑的，尤其离全食带中心线较远的地方，周围如同黄昏，适应了黑暗的眼睛可以看到房屋、树木、动物、人群活动。整个日食过程，尤其日偏食的时间较长，各人可以根据爱好制定观测方案和观测项目。当然，首先是观测日食的全过程，目睹日轮如何逐渐被月球遮挡“圆缺”变化，尤其重要的是日全食的短短几分钟内显现的色球、日珥、延展的日冕特征——冕旒、冕洞、物质抛射及夺目的“贝利珠”奇观。如果特别幸运的话，或许巧遇“掠日彗星”闯入日冕的奇特现象。此外，还可以加某些别的项目，比如扫视星空是否显露出太阳所在天区的某些亮的恒星和行星。如果日全食的食延较长，尤其是在全食带中心线附近地区，天空很暗，可能看到天狼等亮星。

还可以查验一下是否如某些书刊描写的“鸟归巢，鸡回窝，动物安宁”现象，有些人看到从树叶间隙投射下来的多个偏食日轮像。有些人在食既来临前和生光刚过时观测地面上“影带”漂移。

日食针孔照相机

安全观测太阳的一种简单方法是自制“日食针孔照相机”。在内部涂黑的方箱一端开个大洞，贴上不透光的铝箔，铝箔上刺个针孔，当太阳光从针孔射进来时，就会在方箱的另端白纸上呈出日轮像。针孔与白纸的距离约1米，日轮像就相当大而清晰，也可以看到大的太阳黑子，看日偏食时效果很好。

当然，手持纸箱对向太阳很不方便，可以把方箱装个可以调整的支架上，如同后面的地平望远镜。箱子顶上还可以装个“瞄准器”，前端支个小圆片，后端架个小屏，不需眼睛直接看太阳，只要拿个纸片从圆片后逐渐移远，一边看太阳照射圆片影子，一边调整箱子方向，到圆片影子在屏中央，就达到了瞄准太阳的目的，就可以仔细看箱内白纸上的日轮像了。若为小巧些，箱子可以短一半，在白纸处放个略倾斜的平面反光镜，把太阳光反射到针孔端箱内壁的白纸上，观察日轮像。也可以用暗的房间替代箱子，把更大的日轮像投到墙上；当然，太阳像大了，也会暗淡了。实际效果取决于自己的试验。还可以在白纸处装上暗盒和底片（或照相纸），进行拍摄。根据理论和实验研究，对于直径d毫米的针孔，成像屏与孔的最佳距离L（毫米）应为，L=745×d2。例如，当针孔直径为d=1毫米时，屏-孔距离L=0.745米，太阳像直径为6.9毫米；针孔直径为d=3毫米时，屏-孔距离L=6.2米，太阳像直径为62毫米。当针孔直径、屏-孔距离增大，分辨能力也会大为提高，可以分辨出较大的太阳黑子。

用双筒望远镜的日食目视观测

光学望远镜的主件是物镜和目镜。跟照相机镜头（它也可作小物镜）的作用一样，物镜收集景物来的很多光并聚焦成出像。目镜好比放大镜，观看物镜焦面上的像。物镜及目镜的光轴应重合，装在一个镜筒内。双筒望远镜由两个同样的望远镜平行地并装在一起，便于双眼观测。上部是外貌，下部是剖面，包括调焦机构和减少杂散光的光栏，物镜和目镜都是多透镜组合的消像差镜。

双筒望远镜都标有放大倍率×物镜口径（毫米单位）的数字。例如，6×30表示放大倍率为6倍、物镜口径为30毫米；10×50表示放大倍率为10倍、物镜口径为50毫米。

望远镜主要有2个作用：①增加聚光。人眼瞳孔小（最大直径仅8毫米），因而看不见暗物体，由于物镜聚光而可以看见很暗的物体。②提高分辨能力。譬如，人眼直接分辨不出小于1角分的物体细节，而6倍（10倍）的望远镜则可分辨10角秒（6角秒）的细节。对于日食观测来说，就是在偏食阶段，眼睛都必须戴太阳减光镜才能安全地看日轮，而由于望远镜物镜聚光的日轮像亮得多，就更不能用眼睛直接去看！必须在物镜前面加上减光“密度”更大（即透射率更小）的减光片，为了安全保护眼睛，可以再在目镜后方装个屏，眼睛观看目镜呈出的日轮放大像。只有日全食阶段，才可以自由地用望远镜直接目视观测暗淡的日冕形态细节。小型双筒望远镜用手持巡视风景当然方便，但观测日食最好用可调节的三脚架，作小型天文望远镜用。

用天文望远镜的日食目视观测

就光学系统来说，天文望远镜也是双筒望远镜，只是一大、一小的两个用途不同的望远镜光轴平行地并装在一起。小望远镜是“寻星镜”，它的放大倍率低、但可见到的范围——“视场”大，容易寻找到观测对象。大望远镜的物镜大，聚光能力强，可以呈出很亮的天体像；分辨本领高，可以分辨出细节（很近的双星，日轮及月球表面的细节）；有焦距不同的几个目镜可供选用。

为了更好地配备和使用天文望远镜，应熟知其几个主要光学性能。

物镜是望远镜的最主要部件，一般说，物镜总是因某些条件限制而有缺陷或像差的，在尽量做到较理想的光学成像质量条件下，物镜的性能就由其“口径”（直径）D和焦距F决定；聚光能力跟物镜面积（πD2/4）成正比；目视观测分辨角为θ（角秒）=140／D（毫米）。因此，要想看清楚1角秒的太阳小黑子或日全食时的日珥或日冕射线，就需要物镜口径14厘米以上的望远镜。实际上，地球大气扰动常使分辨角达2角秒以上，日食观测用物镜8厘米的小型望远镜也还是相当好的。

用望远镜进行目视观测的放大倍率等于物镜焦距与目镜焦距之比。应指出，在天文观测或光学中，一般用角度，确切地说，放大倍率是指“角放大倍数”。望远镜目视观测的有效放大倍率就是眼睛分辨角与看到天体像细节的角大小之比。例如，取眼睛分辨角为2角分，看到天体像细节的角直径为1角秒，那么，放大倍率就是120倍。实际上，天文观测很少用到放大倍率200倍以上的，有些销售望远镜的广告上说什么500倍、1000倍，那是虚假说辞！用很高的放大倍率并不能看到更小的细节，反而天体像是模糊和抖动的，而且，还有视场太小及像的视亮度不足之弊。

由于物镜及目镜总有像差等缺点，仅其光轴附近区域成像良好，此区域对应的星空角径称为“工作视场”。目视望远镜仅观测到星空的小部分区域，若目镜的工作视场角半径为ω′，放大倍率为G时，实际视场2ω可用tanω=tanω′／G计算。显然，放大倍率越大，视场越小，二者难以完全兼顾。

望远镜常按照物镜类型分为3类：①折射望远镜。物镜由2块或多块不同型号玻璃透镜组成，一般焦距较长、相对口径较小的，工作视场大。②反射望远镜。物镜是凹面（常为抛物面，且表面镀铝或银）反光镜，还常加较小的副镜来改变光路，一般口径可以很大，但视场小。③折反射望远镜。物镜由改正透镜和球面反射镜组合，相对口径和视场都很大。日食观测用马克苏托夫-卡塞格林式的折反射望远镜较好，折射望远镜也好，反射望远镜虽然良好视场不够大，但也可用。

为了便于望远镜灵活地对向天体，望远镜安装在机械装置上。机械装置包括基座（如基墩、稳定的三脚支架）及其上面两个相互垂直的转轴、刻度盘与指标、止动和微动旋钮。机械装置按转轴方向的不同常用地平式和赤道式两类。

地平装置的两个轴是垂直轴和水平轴。望远镜随垂直轴转动可对向天体的地平经度（方位角），随水平轴转动可对向天体的地平高度角或天顶距。因为天体周日运动，其地平坐标（方位角和高度角）随时间变化，为跟踪观测天体则需望远镜同时且不均匀地绕两轴转动，虽然可以由电脑程序控制两种转动，但地平式装置有一个缺点——星像会绕望远镜光轴旋转，尤其是对有视面天体（如太阳、月球、行星、星云等）长时间照相观测不利，因此，一般普及型望远镜不采用地平装置，而用赤道式装置。

赤道装置的两个轴是极轴和赤纬轴。极轴平行于地球自转轴，而赤纬轴平行于赤道面。望远镜随赤纬轴转动可对向天体的赤纬。望远镜随极轴转动可对向天体的赤经。多数望远镜采用赤道式机械装置，常称为赤道仪，只需一个直流微电机驱动就可以自动跟踪天体的周日运动。赤道仪的具体机械装置又有几种，叉式装置是较便捷的。关于望远镜的安置使用技术，可参阅《星空观测指南》（南京大学出版社，2003）的有关章节。

在日全食观测中，可用低倍率看全貌，再换高倍率看细节。然而，日全食的食延很短暂，应事先筹划并熟练操作。需指出，一般望远镜换目镜后，常需要重新调焦，应当事先弄好设备，以免临时慌张出错，耽误时间，影响观测效果。或者采取折中办法，只用适中倍率的一个目镜。

物镜所成日轮像的视亮度与物镜口径D的平方成正比，与其焦距F的平方成反正比，或者说，与相对口径——“光力”（D／F）的平方成正比；而F／D称为“焦比”。照相机常用“光圈”控制物镜旁的光栏大小来改变通光口径，光圈数（N）实际就是焦比，但又惯用F／N表示，称N值小的为强光力。人眼通过目镜观测该像的视亮度与放大倍率的平方成反比，如果放大倍率过大，像的视亮度就很暗淡了，若低于眼睛的敏度下限则就看不见了。

虽然日全食的机会难得，无法进行实际观测试验；但也可以根据以往的日全食资料，用月球或实验室灯箱做模拟试验，总结出几套好的方案备用。熟能生巧，在试验探索中，可能有很好的发现和体会，提高能力，得到启迪和乐趣！而在实际日食观测中取得丰硕成果。眼睛对某些特征还是很敏锐的，可以把观测到的奇观素描和记载下来。

日全食的摄影观测

社会的发展与进步真是令人感叹。就在十几年或更早以前，看摄影还是很稀奇的事情，经历黑白片摄影、彩色摄影到如今普及数码摄影和电脑图像处理，留下无数精彩的客观实时纪念，心旷神怡，意境升腾。现今，人们的志趣又从大自然风物转向天象奇观。当看到很多爱好者甚至初学的小朋友都成功地拍摄日食的精彩照片，都不令精彩，其中一些不仅可长久观赏，而且有一定研究意义。当然，还会有更多人希望多了解和掌握一些日食摄影的技巧，以便有成效地抓住难得的日全食机遇，获得好而多的日食奇观照片。这方面的内容和资料实在丰富，举不胜举，这里只能提纲挈领地谈些要点。总地说来，入门不难，只要多练习思考。可以很快地掌握技巧，达到较高水平。

首先，日食摄影与一般摄影的原理和技巧是类似的，但日食摄影还有一些特殊之处。这些特点在前面目视观测也谈及。在日全食过程中，日偏食阶段的日轮是极其亮的，直接用照相机拍摄是不安全的，会烧毁底片或数码照相机的电荷耦合器件（CCD），需要减光才可拍摄，而且还要针对偏食大小而定感光时间；在日全食阶段，色球尤其是日冕却是极其暗淡的，这就需要照相机的“光力（物镜口径／焦距）”大，底片感光度或CCD灵敏度足够高，感光时间较长（又涉及跟踪太阳的视运动）。

第二，根据意愿和条件来选择拍摄方案。对于一个日食观测小组，可以分工进行几项观测。

（1）拍摄日食全景和过程于一幅底片上。2008年8月1日的日食时，日轮的地平高度角较小，一般照相机可以同时拍到偏食的日轮和地面景物。采用三脚架固定照相机的方式，按照日食全过程估计日轮的高度角和方位角范围及地面景物，把照相机固定于日轮在日全食时的方向。在物镜前加减光片（透射“密度”大于4，即透射率小于万分之一），从偏食开始每隔一定时间（如10分钟）感光一次。从日全食开始（食既）到结束（生光）期间，拿掉减光片，拍摄色球和日冕。生光时，再加上减光片，间隔拍摄日偏食到日食全部结束，得到类似的效果。

需要指出，底片上日轮像的直径大约是物镜焦距的0.0093倍，例如，物镜焦距60毫米时，日轮像直径仅约0.56毫米，由于底片感光的颗粒大小约20微米，像的分辨解析度尚可。如果物镜焦距太短，就难看出日轮在偏食时的形状了。但焦距过大，偏食日轮像会大，而视场却可能不够了。

对于2009年7月22日的日全食，由于全食时日轮的地平高度角很大，甚至广角照相机也难以把地面景物与偏食的日轮同时拍摄到同幅内，那就只好放弃地面景色，而保证拍摄类似的日食过程。

这种在一张底片上拍摄日食全过程是很美妙的科学艺术欣赏品，尤其是彩色的。但也有缺点：①太阳像很小，“解析度”差，很难分辨细节特征（如，日轮上的黑子）。②仅摄一次日冕（若日全食期间多次感光，日冕像就重叠了）。具体的拍摄感光时间要根据底片的大小和感光度来估计。例如，用一般感光度21DIN（=ISO100/21°=ASA100）的“120”底片的8幅之一，加透射率1/10000减光，用光圈（数）16（即物镜有效通光口径与焦距之比为1/16），拍摄日偏食开始到食分1/2可感光1/500秒，食分1/2到1/4可感光1/250秒，食分1/4到食既可感光1/125秒；日全食阶段取掉减光片，拍摄日冕感光1/30或1/15秒或更长。其他条件下，可以用这样规则来换算感光时间：感光时间与减光片透射率成反比、与光圈（数）平方成反比、与底片感光度（ISO）成反比。

应当指出，拍摄感光时，应当用快门线按钮，而直接用照相机上的按钮容易造成抖动！

（2）每次感光拍一幅较大的像。因日轮像的直径d与物镜焦距F成正比（d=0.0093F），需要用长焦物镜才会得到较大范围的日冕像。例如，用焦距250毫米的长焦照相机，在底片上拍摄的日轮像直径也仅2.325毫米，这比“135”底片的短边（24毫米）小得多，底片上足以拍摄到10倍日轮半径的特长冕旒或物质抛射。采用照相机固定指向就不合适了（偏食的日轮进不了视场），需要在拍摄日食过程中及时调整指向。偏食和全食的拍摄感光时间可以按上面的规则来换算。由于太阳在视运动，感光时间应尽量短，所以采用感光度大的底片。可以充分利用日全食的食延期间，分别用不同感光时间多拍几幅日冕。观测之后，可以用暗室复制技术有序地把多幅像（截取主要部分）组合到一起，其效果用计算机扫描与图像处理的巧妙技术会得到更美妙的图像。

由于日轮和日冕的亮度相差太悬殊，可以使用两个照相机，一个照相机装感光度低的底片，物镜前面加减光片，专摄偏食的日轮。另一个照相机装感光度高的底片，不加减光片，专摄全食时的色球和日冕。

（3）用望远镜拍摄高分辨的日食像。因为日轮的角直径仅半度多，即使长焦照相机所成的像也不大，不能分辨出黑子、日珥、日冕射线等细节特征。例如，用“135”（长边35毫米）软片拍摄到5倍日轮直径范围的日冕特征，即日轮像直径6毫米，相应地选用F=6/0.0093毫米=645毫米≈0.6米的物镜，这是一般长焦照相机的物镜达不到的。而且，由于太阳在视运动，尤其是感光时间较长（1/10秒以上）时，需要跟踪太阳拍摄，才能得到高清晰像。因此，应当使用有跟踪驱动的望远镜作为照相仪。一种简单方法是把底片直接放在望远镜物镜的焦平面上拍摄。可以取下照相机的物镜，使用它的暗箱和快门以及取景器。按上面规则制定拍摄程序，一幅一幅依次拍摄。但是，望远镜物镜的焦距是固定的，如果过长，甚至日轮像也会超出底片范围，只是拍摄日轮边缘附近的日珥和日冕弧或极射线是很好的。而欲兼顾拍摄日冕全貌和局部，则可以采用照相机二次成像方法，把望远镜的物镜和照相机物镜组合为等效的“变焦”物镜。拿掉望远镜的目镜，把照相机（物镜的前焦点）装在望远镜物镜焦面之后距离d，则望远镜物镜（焦距Fe）与照相机物镜（焦距Fe）组合的等效焦距为Fe—Ff／d。照相机物镜把望远镜物镜焦面的像二次成像在底片上，底片离照相机物镜的距离为L=f（1+d）／d，像放大f／d倍。由此可见，若f／d＞1，则像放大，Fe／F＞1——相当于望远镜增焦；若f／d＜1，则像缩小，Fe／F＜1——相当于望远镜缩焦。因为Fe与f是一定的，改变距离d就相当于变焦。可以按照拍摄目的，估算出所需Fe，再估算出d后，实际操作时微调d来最后选定。用望远镜物镜的口径和等效焦距及底片来拟定观测计划方案，可以拍摄月球来练习技巧。由于照相机加在望远镜的目镜端可能过重和过长，需考虑望远镜的平衡。显然，用轻的短焦照相机为宜。

黑白、彩色与数码摄影观测

用黑白干板大底片拍摄日食是传统的办法，经济方便、相当有效，已有一套黑白底片日食像的专业处理分析方法，尤其可以用很大的天文底片。就是爱好者也容易搞一个简易暗室，自己可以按意愿冲洗、翻印底片和放大照片，而照相馆的通用流程难以满足冲洗日食底片的特殊需要。前面已谈过，日冕亮度随远离日轮边缘的变化是非常大的，用一般显影方法洗出来的像甚至如同一块不大的无趣味白斑。如果使用微粒显影液并稀释，加长息影时间，就可以得到范围大、细节清晰的妙趣横生像，或者再在暗室用“硬度（反差）”小的底片复制（乃至二次、三次复制）、用反差小的显影液“冲洗”等方法实验，可以把辛苦拍到的日冕信息较充分显示出来。如果有兴致，还可以用扫描仪和计算机技巧处理为令人瞩目的伪彩像。

用彩色底片拍摄的日食像便于科学艺术欣赏。但是，除了研究形态，很难进行亮度测量分析。由于自己没有彩色冲洗设备，只能送照相馆按通用程序洗印底片和照片，往往丢失不少辛苦拍摄到的细节和信息。

许多年前，电荷耦合器件（CCD）还是稀奇昂贵的。近年来，CCD数码照相机和摄像机发展很快，甚至高性能的也开始普及使用。拍摄后马上在屏上显示出来，打印照片也方便。如今400万、800万像素的数码照相机相当多了。CCD取代底片已是大势所趋。照相底片的严重缺点在于其感光范围——“宽容度”小，只能拍摄到亮度范围100倍以内，亮的部分感光过度、暗的部分感光不足，底片上都显露不出来，而且感光效果（“黑度”响应）跟像亮度不是成正比的，或者说“非线性的”，需要用拍“光度标”做“特性曲线”来归算。CCD没有这些缺点，在亮度范围10000倍也是“线性的”，马上在储存卡录下数据，而不需要底片那样麻烦的测黑度及特性曲线归算。CCD感光度也很高（ISO200，ISO400，ISO800）。

上面所述的日食感光估算方法同样适用于数码照相机拍摄，勿需赘述。这里引述一个日食摄影感光指导。计算感光时间的公式为t（秒钟）=N2／（I×2Q），其中，N是光圈数（即照相机物镜的焦比，N=焦距／通光口径），I是底片感光度（ISO数），Q是亮度指数。

日食摄影感光指导

使用感光技术先选定底片感光度ISO（值）；然后再选定光圈数；最后感光时间。例如，选定ISO 100和光圈数11，拍摄对象日珥应当用感光时间1/500秒。或者用公式计算，t=N2／（I×2Q）=112／（100×29）≈1/423秒。

概括了一些日食拍摄感光时间的实例。可以说，感光时间的选取很重要，有一定选取规则，但又不是太严格的，只要控制在合理范围就可以了。因为实际情况涉及较多的因素，例如，太阳的高度角大、地球大气透明度大、当时的日冕较亮，就可以适当减少感光时间。

色球的亮度仅为光球的千分之几，拍摄色球、日珥等则用更短的感光时间，但贝利珠往往是感光太过而没有肉眼所见精彩。日冕亮度只有光球的百万分之几，大致跟月球上弦或下弦的亮度相当，因此拍摄日冕的条件也跟拍摄月球类似。但外日冕比内日冕暗几百乃至千余倍，一次拍摄不可能兼顾内日冕和外日冕，而需不同感光时间的底片综合起来才能了解日冕的全貌。拍摄日冕特别重要的是尽量减少仪器内的杂散光问题，只要1％的色球光杂散到中外冕，就超过了那里的日冕亮度，因而严重破坏日冕的像质。减少杂散光的方法是物镜前加遮光筒（但其直径要足够大而不遮挡有效视场）、望远镜筒内加光栏（但应不减少有效视场）。很多望远镜的镜筒内是涂无光漆的，但仍有杂散光，我们的一个简便检查方法是：在黑暗中，把望远镜对向一颗亮星或远方光源，取下目镜，直接用眼镜扫视各部位，较亮的部位就是杂散光的源、在那里贴黑绒布就可消除杂散光。前面谈过，照相底片的感光宽容度不足，拍摄不到很亮和很暗的像特征，CCD数码照相机虽然宽容度很大，但冲洗出来的照片仍然是宽容度不足。人眼的灵敏度是很高的，适应性相当强的，或者说宽容度很大；眼睛用望远镜看到的日冕微弱特征，往往在限定时间的摄影拍不出来。所以，洗印的好照片也不如目睹看到的精彩，因此，有志趣者辛苦地奔赴日全食地区——干热的沙漠、严寒的极区或颠簸的海洋去观测日全食。

内冕与外冕的亮度相差悬殊，一般照片上不能同时显示诸如长冕旒等特征，为了同时显示，可在底片上日冕亮部分前面加减光片拍摄，或者把显示内、外部分的两幅像用洗印技术合成为一幅。

现在，用计算机图像处理技术，可以用程序更好地实现减弱CCD图像的超强部分、增强暗弱部分，达到显示冕旒等特征；也可以制作伪彩图像。于是，把摄影得到的信息过滤而突出地展现出来，真是妙趣横生。刚在食既后和生光前，色球闪现为细的亮圆弧，拍摄的光谱称为“闪光谱”，显示出一些发射线，不仅观赏有趣，也有一定的研究意义。前面谈过早期这种观测的重大发现。现在，天文学家用大型光谱仪拍摄更精细的色球光谱，一般日食观测者没有这样条件，但仍可以用较简易设备作些尝试，取得一定的成果。

实际上，在小型望远镜的物镜前面加一个小顶角（例如，7度左右）三棱镜（或透射光栅）就构成棱镜照相机，对准色球，在物镜的焦面上就可呈出色球光谱。这样的光谱展开的范围与物镜焦距成正比，需要物镜焦距很长（如1米以上）才有可观的展开（约几毫米）。还可以采用上述的物镜与数码照相机组合来增焦，但还需考虑有足够的有效光力（D／Fe）才可以在较短感光就拍到光谱，显然，用感光度高的彩色底片可以拍到很美的彩色光谱。需要指出的是，由于棱镜色散而偏移了光束，望远镜光轴指向应偏离太阳一定角度，可以改变寻星望远镜与棱镜照相机成这样的角度，以便用寻星望远镜对准太阳时，正好拍摄到光谱。

要想拍摄色球局部或日珥的更好光谱，则需要用有入射狭缝的摄谱仪。取下望远镜的目镜，把小型摄谱仪安装在终端，使入射狭缝在望远镜物镜的焦面上。让望远镜所呈色球或日珥所选择部分的像成在入射狭缝上，由摄谱仪拍摄其光谱。为了充分利用望远镜所聚集的日珥光，摄谱仪入射狭缝后的准直透镜的焦比应跟望远镜物镜的焦比相等。

日食的科学研究观潮

除了感受壮观和震撼以外，对于日食的观测也是有非常重大的科学意义的，尤其是对日全食的观测。

太阳的灿烂光辉，使它周围的天空变得非常明亮，以至于掩没了其他所有的天体。在这种背景下，对太阳自身以及它周围的空间进行观测和分析，显然都是非常困难的。日全食发生时则使人们有机会比较容易地进行这类工作。

首先，日全食时，平时难得一见的太阳色球层和日冕层直接展现在了我们面前，给天文学家提供了绝佳的研究它们的机会。通过对它们的研究，可以获得许多有关太阳的宝贵资料，了解太阳大气的组成、温度、结构以及太阳的活动等情况。

比如，早在1605年，开普勒就发现日全食时在太阳周围会出现淡淡的光芒。而1706年，巴黎天文台台长卡西尼就将这光芒称之为“冕”。可从那以后的180年里，人们都怀疑那光芒不是真实的太阳结构，而是由于阳光在太阳边缘散射，或者因为月球边缘大气受热不均（现在知道，月球根本没有大气），或者因为地球大气散射而引起的光学现象。直到后来光谱观测技术的兴起，通过某种方法拍摄天体的光谱，再分析光谱中的谱线，可以知道光源的化学组成——因为每种化学元素都有固定的一些谱线。科学家们利用日全食的短暂时间拍摄日冕的光谱，分析其谱线特征。通过多次日食的观测，终于证明日冕是太阳大气的真实组成部分。另外，当时人们还发现日冕光谱中有许多谜一般的无法证认的谱线，一开始以为是一种地球上没有的新元素并将其命名为“氪”，后来发现原来那只不过是已知元素的原子在高温稀薄的特殊状态下发出的谱线。

再比如，1868年，通过印度日全食时对色球和日珥的观测，科学家们发现了一条很亮的黄色谱线，这谱线和地球上当时已知的任何元素都不同，并且无法在实验室再现，因此有的科学家认为这是一种只有太阳上才有的元素，并将其命名为“氦”（源自希腊语helios，原意为“太阳”），但很多科学家并不认同。直到30年之后，另一位科学家在从钇铀矿得到一种气体样品之后，才在实验室再现了这条谱线，至此“氦”作为一种新元素的地位才得以巩固，并且也证明太阳并不神秘，并没有什么特别的元素是地球上没有的。

以上两个事例说明，对日全食的科学观测可以极大地加深我们对于这个世界的认识，同时可以大力推动其他相关学科的发展。

再有，日食可以为研究太阳和地球的关系提供良好的机会。太阳和地球有着极为密切的关系。当太阳上产生强烈的活动时，它所发出的远紫外线、X射线、微粒辐射等都会增强，能使地球的磁场、电离层发生扰动，并产生一系列的地球物理效应，如极光扰动、短波通讯中断等。在日全食时，由于月亮逐渐遮掩日面上的各种辐射源，从而引起各种地球物理现象发生变化，因此在日全食时进行各种有关的地球物理效应的观测和研究具有一定的实际意义，并且已成为日全食观察研究中的重要内容之一。

观测和研究日全食，还有助于研究有关天文、物理方面的许多课题。利用日全食的机会，可以寻找近日星和水星轨道以内的行星；可以测定星光从太阳附近通过时的弯曲，从而检验广义相对论，研究引力的性质；可以研究黄道附近的行星际尘埃的性质；可以研究地球大气的光学、结构、化学性质；可以研究生物钟对生物的影响；等等。

日全食发生时，科学家通常在以下几个方面开展科学研究工作。

（1）对太阳色球和日冕的光学及射电观测通过专业的观测设备测定色球和日冕的高分辨率光谱，以更好的了解色球和日冕的精细结构和化学成分，探索日冕加热机制等未解之谜。

（2）日全食时地球电离层的变化。

（3）日全食期间地球磁场及重力的变化。

作为一名天文爱好者，在观测日全食的时候，我们能做哪些工作呢？

日全食是非常壮观的天象，通常情况下，一个人一生中能看到一次都是不容易的，因此，作者认为如果你是第一次观看日全食，那么你首要的任务应该是欣赏日全食的美景及它带给我们的那种震撼。初亏开始的期待、全食开始时的激动、食甚过去后的回味是平时很难体验到的心情；美丽的贝利珠、玫瑰色的色球、银白色的日冕以及全食阶段周围环境的变化等都是需要我们关注的、欣赏的美丽景色。当然，如果你还能腾出时间，可以顺便拍摄一些日全食的照片，检验一下你的摄影水平，也为以后留作纪念。如果你是第二次或者第三次观看，而且在观测前已经设计了观测的项目，那么就按照前面我们介绍的观测方法来做。如果你想做些工作，又不知道该从哪儿着手，那我们可以给你一些建议，供你参考。

（1）观测地球磁场的变化情况。因为太阳对地球磁场有很大的影响，日全食发生时月球挡住了太阳，这时地球磁场应该会发生一些变化。

（2）观察日冕形状的变化。日冕的形状和太阳活动有很大的关系，通过观测日冕的形状并和以前的观测结果比较，可以了解太阳的活动情况。

（3）搜寻太阳附近的天体，如彗星、水内行星等，这可能有点难度，也许会没有收获，但作为一个观测项目还是值得尝试。

（4）观察动物的反应。每个动物都有自己的生物钟，选择几种有代表性的动物，观察日全食发生时它们的反应。

（5）影带的观测。在日面被全部遮住的先后几分钟，月牙状的日面会在地面产生一种明暗交替的影子，观察影带的宽度、移动速度等，进行分析。

（6）按照前面我们给出的观测方法，选定拍摄目标，可以拍摄出日全食不同阶段的照片，也可以拍摄周围环境的变化情况。例如，日食过程的放大摄影、内外日冕摄影、日珥放大摄影、食甚时全天景观摄影、风景摄影等等。但不论拍摄什么，都需要提前做好充分的准备。各次演练，否则到时候手忙脚乱的。很难得到满意的结果。

（7）通过准确记录全食的时间，确定观测位置后可推算月球和太阳的距离。以上列出的几个项目只是比较简单的容易操作的小课题，但是有助于我们对日全食的观测和理解，读者也可以根据自己的理解设计一些观测项目。总之，对于日食的观测和研究对于许多学科都有着重要的意义。

中国日食季

日食，尤其是日全食是非常罕见的天文现象，我国史书中虽然有关于日食的记载千余次，但由于近代综合国力的落后，直到新中国成立前，我国日食的科研观测基本上是一片空白。建国以来发生在我国境内的日全食却非常稀少，第一次是在1968年9月22日的新疆西部地区，我国的相关天文科研机构在相当艰苦的情况下，克服了重重困难，进行了重要的日食科学观测，获得了宝贵的资料和经验。大约11年以后的1980年2月16日，在我国的云南地区又发生了日全食天象。但当日该地区天气条件不太理想，因此不少人错过了欣赏日全食的机会。我国最大规模的一次有组织的日全食观测是在1997年3月9日，那次的全食带擦过我国最北端的漠河。

然而，日全食不偏爱中国的情况在近两年得到了改应变。2008年8月1日和2009年7月22日连续有日全食天象发生，第一次是在我国西北地区，第二次是在人口稠密的长江流域。对于有兴趣欣赏日全食的朋友来说，这绝对是一饱眼福的好机会。如果你不幸错过了这两次日全食，接下来发生在中国境内的日全食就要到2034年了。

2009年7月22日的日全食备受瞩目，其掩食带之宽，时间之长，经过人口之多，实属罕见。唯一不太理想的就是全食带内的天气，欣赏日全食的朋友要随时关注天气预报来选择观测地点，不要错过时机。

本次日全食基本发生在地广人稀的东半球，从印度开始，经过尼泊尔、孟加拉国、不丹、缅甸之后进入我国。全食带先后穿过西藏自治区东南部、云南省西北部、四川省、重庆市、湖北省、湖南省北部、安徽省、江西省北部、江苏省南部和浙江省北部，在我国最大的城市上海入海。此后全食带还会经过日本九州南部和太平洋上的一些岛屿，最后在东南太平洋上结束。在5个多小时的时间里，日食带横扫东半球，其中全食时间最长的位置在太平洋中，可达6分39秒，我国全食带内大部分地区都能看到4分钟以上的全食。与2008年的日全食相比，2009年全食地区的接待观测能力无需担心。粗略统计，全食带经过的区域在我国就有3亿人口，印度境内的人口也不少，但那里全食时的太阳地平高度较低，观测条件没有我国好。成都、重庆、武汉、杭州和上海等大城市都在全食带中，各档次酒店及旅游资源丰富，是连观测带旅游的理想选择。我国各地发生全食的时间大约从上午9时至9时37分不等。日食发生在暑期，这对学生爱好者的观测是很好的机会。假如你实在没有条件去全食带中观测也不要紧，我国全境都可以看到日偏食。

2034年3月20日。我国西部新疆和西藏部分地区将发生日全食天象，这也标志着下一个中国日食季的开始。2035年9月2日，日全食全食带将横贯我国北方地区，到那时在北京的观测者也将有机会欣赏日全食天象。

因为太阳和月球的运动轨道都是椭圆，所以每次日食发生时它们的视直径均不相同。且由于月球在近地点附近比远地点附近运动更快，这些变化作用在一起，就使得每次日食的最长见食时间会有区别。而对于同一次日全食来说，全食带内不同地点的观测者可见全食时间也不同。但可以肯定的是，最长见食时间的地点一定是在全食带中心线上，而距离其越远的地方见食时间就越短。

太阳和月球最大的视直径差为2′38″，对一个赤道观测者来说最长的见食时间为7分40秒。1973年西非日全食的最大见食时间就接近这一理论值。一般情况下，日全食仅仅持续2～3分钟，甚至更短，但一次日食从初亏到复圆总共可以持续4个小时之久。

什么是月食

月球进入地球阴影，月面变暗的现象叫月食。地球在背着太阳的方向有一条阴影，叫地影。地影分为本影和半影两部分。本影没有受到太阳直接射来的光，半影受到一部分太阳射来的光。月球在绕地球运行过程中进入地影后就发生月食。月球整个都进入本影发生月全食；部分进入本影发生月偏食。月全食和月偏食叫本影月食。有时月球只进入半影而不进入本影，发生半影月食。当地球处在太阳与月球之间时，月球朝向地球的一面照满太阳光，从地球上看月球，月球呈光亮的圆形，这叫望。望的周期与朔相同，月食只能发生在望的时候。但由于地球与月球运行轨道不在同一平面，而有一个5°9的夹角，不是所有望的时候都发生月食。只有当月球运行到两个轨道平面的交点附近时，月食才可能发生。

月食是一种特殊的天文现象，指当月球运行至地球的阴影部分时，在月球和地球之间的地区会因为太阳光被地球所遮蔽，就看到月球缺了一块。

也就是说，此时的太阳、地球、月球恰好（或几乎）在同一条直线，因此从太阳照射到月球的光线，会被地球所掩盖。

以地球而言，当月食发生的时候，太阳和月球的方向会相差180度，所以月食必定发生在“望”（即农历15日前后）。要注意的是，由于太阳和月球在天空的轨道并不在同一个平面上，而是有约5度的交角，所以只有太阳和月球分别位于黄道和白道的两个交点附近，才有机会连成一条直线，产生月食。

月食的形成

地球绕地轴的转动。地轴是通过地心和地球的南极与北极的假想轴，它与地球的赤道面相垂直。地球自转的方向是自西向东的。因此，人们在地球上看到太阳东升西落，这是相对运动的结果。观察者从天北极俯看地球的自转，是逆时针方向；从天南极俯看地球自转，则是顺时针方向。按规定：从天北极去看，凡按逆时针方向自转的天体，都是自西向东的转动，称为顺向自转；凡是按顺时针方向自转的天体，都是自东向西转动，称为逆向自转。地球是顺向自转，金星和天王星是逆向自转。地球自转1周所需的时间为自转周期。为了确定地球自转一周，就需要在地球之外选一参考点，作为计量地球自转一周的开始和终止标记。如果所选参考点为某一恒星，这一恒星连续2次通过地球上某一确定子午线的时间间隔，称为1恒星日，其长度为23小时56分4秒。如果所选参考点为太阳，太阳中心连续2次通过同一子午线的时间间隔，称为太阳日，其平均长度为24小时。可见太阳日比恒星日长3分56秒。其原因是：①地球在自转的同时还进行着公转，②参考点太阳与恒星离地球的远近不同。如果地球只自转不公转，它对任何参考点来说，自转周期都是相等的，但实际上地球在自转的同时还自西向东公转了一个角度。地球在自转1周的同时，还在其公转的轨道上向东移动了约1°的太阳和恒星日示意图角度。这对遥远的参考点恒星来说，地球在公转轨道上的位置变化可以忽略不计，对恒星的方向线都可以看作是平行线，即地球上的某点2次通过恒星，转动了360°，完成1个恒星日来说，距离近多了，地球在公转轨道上的位置变化不能忽略，即地球在自转1周到达A点时还必须再转动1°，到那点才能对准太阳中心，完成1个太阳日。所以太阳日比恒星日长。因为地球绕太阳公转约360°为1年，1天公转的角度约为1°，故太阳日比恒星日多转的角度约为1°。所以恒星日才是地球真正自转1周的时间间隔，而太阳日是地球自转了1圈多1°的时间间隔。可是为了对人们生活方便起见，常用太阳日而不用恒星日。地球表面上每一个质点绕地轴转动的速度叫地球的自转速度。每一个质点在单位时间内绕地轴所转过的距离称为线速度，线速度与转动半径有关，半径越长线速度越大，所以赤道上线速度最大，而极点线速度为零。赤道上的自转线速度为：Vo=2πR／24小时=1670千米／小时=464米／秒。式中R为赤道半径。地球表面上任一点的自转线速度与所在地纬度的余弦成正比，即在纬度ψ处的自转线速度Vψ=VoCOSψ式中Vo为赤道上的自转线速度。依上式可求出任何纬度上的自转线速度，纬度30°处的线速度为402米／秒，60°处为233米／秒，两极为零。地球上每一个质点在单位时间内绕地轴转过的角度为角速度。角速度与转动半径长短无关，除两极外全球各地自转角速度都相等，大约1天（24小时）自转360°，每小时15°，每分钟15′，每秒钟15″，两极角速度为零。地球按一定方向、周期和速度不停地自转着，使地球上的各种自然现象和人类活动无不受其影响。地球自转运动直接或间接地制约着各自然地理要素的空间分布和时间变化，对地理环境的形成具有重要意义。

月食的种类

月食可分为月偏食、月全食及半影月食3种。当月球只有部分进入地球的本影时，就会出现月偏食；而当整个月球进入地球的本影之时，就会出现月全食。至于半影月食，是指月球只是掠过地球的半影区，造成月面亮度极轻微的减弱，很难用肉眼看出差别，因此不为人们所注意。

地球的直径大约是月球的4倍，在月球轨道处地球的本影的直径仍相当于月球的2.5倍。所以当地球和月亮的中心大致在同一条直线上，月亮就会完全进入地球的本影，而产生月全食。而如果月球始终只有部分为地球本影遮住时，即只有部分月亮进入地球的本影，就发生月偏食。

太阳的直径比地球的直径大得多，地球的影子可以分为本影和半影。如果月球进入半影区域，太阳的光也可以被遮掩掉一些，这种现象在天文上称为半影月食。由于在半影区阳光仍十分强烈，月面的光度只是极轻微减弱，多数情况下半影月食不容易用肉眼分辨。一般情况下，由于较不易为人发现，故不称为月食，所以月食只有月全食和月偏食2种。

另外由于地球的本影比月球大得多，这也意味着在发生月全食时，月球会完全进入地球的本影区内，所以不会出现月环蚀这种现象。

每年发生月食数一般为2次，最多发生3次，有时一次也不发生。因为在一般情况下，月亮不是从地球本影的上方通过，就是在下方离去，很少穿过或部分通过地球本影，所以一般情况下就不会发生月食。

据观测资料统计，每世纪中半影月食，月偏食、月全食所发生的百分比分别约为36.60％，34.46％和28.94％。

月全食

月全食是月食的一种，当整个月球完全进入地球的本影之时，就会出现月全食。月食的时候，对地球来说，太阳和月球的方向相差180°，由于太阳和月球在天空的轨道（分别称为黄道和白道）。并不在同一个平面上，而是约有5°的交角，因此只有太阳和月球分别位于黄道和白道的2个交点附近，才有机会形成一条直线，产生月食。

月食（又称月蚀），是当月球运行进入地球的阴影（本影部分）时，原本可被太阳光照亮的部分，有部分或全部不能被直射阳光照亮，使得位于地球的观测者无法看到普通的月相的天文现象。月食发生时，太阳、地球、月球恰好或几乎在同一条直线上，因此月食必定发生在满月的晚上（农历十五、十六、或十七）。地球阴影位于地球公转轨道面内，此平面与月球轨道面（白道面）并不重合，黄白道面交角约5°；大多数满月时，月球不在黄道面内，而是或偏北或偏南，不在地球阴影内，因此并不是每个满月时，都发生月食。每年全球至少发生2次月食。最近有一次月食发生于2009年7月7日（半影月食），其下一次月食发生于2009年8月6日（半影月食）。月食是自然界的一种现象，当太阳、地球、月球三者恰好或几乎运行在同一条直线上时（地球在太阳和月球之间），太阳到月球的光线便会部分或完全地被地球掩盖，产生月食。

2007年8月28日，在哥斯达黎加拍摄的月全食月食的时候，对地球来说，太阳和月球的方向相差180°，所以月食必定发生在“望”（即农历十五前后）。要注意的是，由于太阳和月球在天空的轨道（分别称为黄道和白道）并不在同一个平面上，而是约有51的交角，因此只有太阳和月球分别位于黄道和白道的两个交点附近，才有机会形成一条直线，产生月食。

由于地球的本影比月球大得多，这也意味着在发生月全食时，月球会完全进入地球的本影区内，所以不会出现月环食这种现象。

在农历十五、十六，月亮运行到和太阳相对的方向。这时如果地球和月亮的中心大致在同一条直线上，月亮就会进入地球的本影，而产生月全食。如果只有部分月亮进入地球的本影，就产生月偏食。当月球进入地球的半影时，应该是半影食，但由于它的亮度减弱得很少，不易察觉，故不称为月食，所以月食只有月全食和月偏食两种。

月全食的历史研究

公元前4世纪，亚里士多德从月食时看到的地球影子是圆的，而推断地球是球形的。公元前3世纪的古希腊天文学家阿利斯塔克和公元前2世纪的伊巴谷都提出通过月食测定太阳—地球—月球系统的相对大小。伊巴谷还提出在相距遥远的两个地方同时观测月食，来测量地理经度。2世纪，托勒密利用古代月食记录来研究月球运动，这种方法一直延用到今天。在火箭和人造地球卫星出现之前，科学家一直通过观测月食来探索地球的大气结构。

最早的月食记录是前2283年美索不达米亚的记录。古代中国与非洲民间认为月食是“天狗吞月”，必须敲锣打鼓才能赶走天狗。在汉朝时，张衡就已经发现了月食的部分原理，他认为是地球走到月亮的前面把太阳的光挡住了。“当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚，在星则星微，遇月则月食。”

月全食形成过程

月亮越过黄每个轨道上的立场称为节点。当满月出现在同一位置上的节点。月全食的全过程可分为7个阶段，其中的半影食始和半影食终不易为肉眼所察觉，可以忽略不计，故月全食的全过程也称为月全食的五步曲。

（1）半影食始：月球刚刚和半影区接触，这时月球表面光度略为减少，但肉眼较难觉察。

（2）初亏（仅月偏食和月全食）：月球由东缘慢慢进入地影，月球与地球本影第一次外切。

（3）食既（仅月全食）：月球进入地球本影，并与本影第一次内切。

（4）食甚：月圆面中心与地球本影中心最接近的瞬间，此时前后月球表面呈红铜色或暗红色。原因：大阳光经过地球大气层时发生折射，使光线向内侧偏折，但每种光的偏折程度不一样（色散），红光偏折程度最大，最接近地球阴影，映在月球上；此外，由于大气层的灰尘及云的含量与位置不同，光线偏折程度会有不同，因此月全食时的月球是暗红、红铜、或橙色的。同样的道理，由于大气层的折射，朝阳与夕阳不是白色的，而根据高度因为大气折射程度不同，呈现橙色或红色。

（5）生光（仅月全食）：月球在地球本影内移动，并与地球本影第二次内切。

（6）复圆（仅月偏食和月全食）：月球逐渐离开地球本影，与地球本影第二次外切。

（7）半影食终：月球离开半影，整个月食过程正式完结。

月偏食没有食既、生光过程，食甚也只表示最接近地球阴影的时刻。

相比于日食，月食发生的时间（月球由进入至走出地影）是十分长的，平均需时数小时，各年月食的时刻在大部分日历上均有说明。

月全食光度分级

L=0 深黑色（食甚时，月球几乎肉眼看不见）

L=1 黑带有灰或者棕色（分辨细节有困难）

L=2 深红或锈红色（本影中心深黑色但外围较光亮）

L=3 砖红色（本影边缘光亮或带黄色）

L=4 明亮橙红色（明亮本影，边缘带蓝色）

月全食影响

月全食后月全食对于靠太阳照射太阳能帆板供电的人造天体有一定的影响。例如2007年10月24日升空的中国绕月卫星“嫦娥一号”就在2008年2月底面临首次月全食的考验，迎接暂时的“能源”危机和低温考验。当月全食发生时，整个月球以及绕月卫星都会“钻”进地球的巨大身影中，估计有3—4个小时照不到阳光。由于“嫦娥一号”目前主要靠太阳照射太阳能帆板供电，尽管卫星上装有蓄电池，但蓄电池只能保障短时间供电。在这段时间里，卫星上的个别科学设备将暂时关机，让身在太空的“嫦娥”尽可能“节衣缩食”，确保挺过难关。月食过后，再进行开机控制。整体而言，月食对“嫦娥一号”卫星工作没有太大的影响。

21世纪首次月全食

2001年1月10日凌晨2时42分，21世纪首次月全食现身苍穹。在历时3小时17分的月全食过程中，由于地球向月球折射了部分阳光，因此食甚时月亮呈橙红色，煞是好看。由于月球正处于近地点附近，故这次的月亮面积比2000年7月16日的20世纪最后一次月全食大29％。

2001年1月10日晨，从山东泰山以南到福州之间的华东大部分地区均为阴转多云天气，致使华东多数天文爱好者无缘识见这次“红月”秀色。而位于山东半岛的青岛市民却因天公作美，大饱了一次月食景观眼福。

月偏食

月偏食是月食的一种，月食可分为月偏食、月全食及半影月食3种。当月球只有部分进入地球的本影时，就会出现月偏食。月偏食发生时，月亮将呈现一半白色，一半古铜色的美丽“模样”。月偏食可分3个阶段——初亏、食甚和复网。

月食是自然界的一种现象，当太阳、地球、月球三者恰好或几乎在同一条直线上时（地球在太阳和月球之间），太阳到月球的光线便会部分或完全地被地球掩盖，产生月食。

月食的时候，对地球来说，太阳和月球的方向相差180°，所以月食必定发生在“望”（即农历十五前后）。要注意的是，由于太阳和月球在天空的轨道（分别称为黄道和白道）并不在同一个平面上，而是约有5°的交角，因此只有太阳和月球分别位于黄道和白道的两个交点附近，才有机会形成一条直线，产生月食。

当月球只有部分进入地球的本影时，就会出现月偏食；而当整个月球进入地影成过程图示球的本影之时，就会出现月全食。至于半影月食，是指月球只是掠过地球的半影区，造成月面亮度极轻微的减弱，很难用肉眼看出差别，因此不为人们所注意。

月球是地球唯一的天然卫星，是距离我们最近的天体，它与地球的平均距离约为384401千米，它的平均直径约为3476千米，比地球直径的1/4稍大些。月球的表面积有3800万千米，还不如我们亚洲的面积大，月球的质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/81，月面重力则差不多相当于地球重力的1/6。

月球本身并不发光，只反射太阳光。它的亮度随日月间角距离和地月间距离的改变而变化。满月时亮度平均为-12.7等。

月球的表面是由平原、山峰和山谷组成的荒漠。还有许多由于太空物体高速撞击月球表面而形成的陨石坑，月球上没有供人类呼吸的空气，但是可能有供饮用的水。最近在月球阴面的一个很深的陨石坑底发现了冰，科学家们认为这些冰可能是某次与月球相撞的彗星带来的，彗星的冰没有融化，因为月球的背阴面温度非常低。

半影月食

地球的影子分为“本影”和“半影”。月亮在围绕地球运行中，如果进入地球的本影，这个影子会遮住投射到月面上的全部阳光，月亮会显得很昏暗，几乎看不见。但如果只穿过半影，这个半影只能遮住投射到月面的一部分阳光，这时我们就会看到月亮比原来灰暗一些，亮度有所减弱，而不至于全部看不见，这就是半影月食。

当月球走进半影区域时就发生了半影月食。由于半影远没有本影暗而无法遮住月光，所以一般用肉眼是无法看到半影月食的。天文迷们要想看到半影月食，则必须带上普通天文望远镜。

半影月食原理

地球的影子分为“本影”和“半影”。月亮在围绕地球运行中，如果进入地球的本影，这个影子会遮住投射到月面上的全部阳光，月亮会显得很昏暗，几乎看不见。但如果只穿过半影，这个半影只能遮住投射到月面的一部分阳光，这时我们就会看到月亮比原来灰暗一些，亮度有所减弱，而不至于全部看不见，这就是半影月食。

半影月食2009年出现三次

2009年内发生3次半影月食和1次月偏食。其中2月9日的半影月食和12月31日的月偏食，中国观测条件都不错；8月6日的半影月食只有西部的新疆和西藏可以看到带食月落。2月9日是正月十五元宵节，当晚20时37分半影月食开始，22时28分为半影食甚，半影食分为0.92。如果此时正提灯赏月，就可以观察一下月亮是不是暗了许多。次日0时40分半影月食终。

月相变化及月食阶段周期

随着月亮每天在星空中自西向东移动一大段距离，它的形状也在不断地变化着，这就是月亮位相变化，叫做月相。“人有悲欢离合，月有阴晴圆缺”，这里的圆缺就是指“月相变化”：在地球上所看到的月球被日光照亮部分的不同形象。

由于月球本身不发光，在太阳光照射下，向着太阳的半个球面是亮区。另半个球面是暗区。随着月亮相对于地球和太阳的位置变化，就使它被太阳照亮的一面有时对向地球，有时背向地球；有时对向地球的月亮部分大一些，有时小一些，这样就出现了不同的月相。

每当月球运行到太阳与地球之间，被太阳照亮的半球背对着地球时，人们在地球上就看不到月球，这一天称为“新月”，也叫“朔日”，这时是农历初一。

过了新月，月球顺着地球自转方向运行，亮区逐渐转向地球，在地球上就可看到露出一丝纤细银钩似的月球，出现在西方天空。弓背朝向夕阳，这一月相叫“蛾眉月”，这时是农历初三、四。

随后，月球在天空里逐日远离太阳，到了农历初七、八，半个亮区对着地球，人们可以看到半个月亮（凸面向西），这一月相叫“上弦月”。

当月球运行到地球的背日方向，即农历十五、十六、十七，月球的亮区全部对着地球，我们能看到一轮圆月，这一月相称为“满月”，也叫“望”。

满月过后，亮区西侧开始亏缺，到农历二十二、二十三，又能看到半个月亮（凸面向东），这一月相叫做“下弦月”。在这一期间月球日渐向太阳靠拢，半夜时分才能从东方升起。

又过四五天，月球又变成一个蛾眉形月牙，弓背朝向旭日，这一月相叫“残月”。

当月球再次运行到日地之间，月亮又回到“朔”。

月相就是这样周而复始地变化着。如果用月相变化的周期（即一次月相变化的全部过程）来计算，从新月到下一个新月，或从满月到下一个满月，就是1个“朔望月”，时间间隔约29.53天，中国农历的1个月长度，就是根据“朔望月”确定的。

月食时地球处于太阳和月亮之间，因此，月食必定发生在望月（即满月）的位置，即农历十五、十六日。但由于地球公转轨道面和月亮公转轨道面不在同一平面上，月亮并不是每个望月都进入地球的阴影之中，因此不可能每个望月都发生月食。

月全食时，月亮全部落入地球的阴影锥中，这时半个地球（夜间那一面）上的居民都可看到月全食。不过仔细观测就可发现，月全食时月亮并不是完全黑暗的，月面呈现出神秘的古铜色。这是由于地球大气把少许太阳光折射到月亮上（其中红光较多）造成的。月偏食时，月亮始终只有一部分进入地球的阴影锥中，地球的阴影只遮住了一部分月亮。

以地球而言，当月食发生的时候，太阳和月球的方向会相差180度，所以月食必定发生在“望”（即农历15日前后）。要注意的是，由于太阳和月球在天空的轨道（称为黄道和白道）并不在同一个平面上，而是有约5°的交角，所以只有太阳和月球分别位于黄道和白道的两个交点附近，才有机会连成一条直线，产生月食。

在一次历时长达3小时多的全食过程里，主要可分为5个主要的阶段——初亏、食既、食甚、生光和复圆。天文台在发布有关月食资料时，往往都会列出这5个阶段的时间，以便大家能清楚了解整个月食的过程。

究竟，初亏、食既、食甚、生光和复圆是什么意思呢？

初亏

是月食开始的时刻，也就是月球刚开始触及地球本影的时刻。

由于月球也好像地球一样，是由西向东转的，所以月亮的东边（月球本身的右边）最先接触地影。可是地球上（指北半球而言）观看月食的人，因为跟月亮处在面对面的情况下，所以看起来，月的左而是首先变暗的，形成了一个小缺口。以后，缺口越来越大，而明暗的分界线是圆弧形，肉眼看起来。这条分界线是非常明显；被食去的部份呈现灰蓝色。当食分增大时，被食部分的颜色已由先前的灰蓝色变为暗铜红色，月面上一些明显的地形仍然可以分辨出来。

食既

月食过程的第二个阶段。这时的月球恰好整个完全进入了地球的本影内，表示全食的开始。这时，月亮的光度迅速减弱，但仍然为肉眼所见，整个球体呈现橙红色，一些较光的星星开始出现了。

食甚

月球进入了本影后，继续移动，很快它便走到地影的中心，食甚的时刻就开始了。这时月的中心和地影的中心靠得最近，月食的高潮到来。这刻间，月面的光度最暗，呈暗红色，要是天气不大理想，很可能会看不见它的踪影；天上布满了星星，密麻麻的一片，将月亮重重包围着，蔚为奇观。要是你幸运的话，这时或许会看见月掩星的有趣现象；但见银光一闪，走在月亮边的一颗小星，转瞬间便消失在那红红的月亮之背后。

生光

食甚之后不久，月儿便快要离开那暗黑的地影了。离开的一刹那，叫做生光。生光这个名词，的确是名副其实，但见月亮的东边呈现出了一丝银白光芒，慢慢地，光亮的部分逐渐扩大，微暗的星星迅即隐没了。

复圆

复圆是月球整个彻底离开地影的时刻。月亮恢复了本来的面目，再度发出那耀眼晶莹的光辉，星空又变得宁静了，只剩下几颗明星陪衬着那一盘明月。全食当然包括了上面的5个阶段；偏食则只有初亏、食甚和复圆3个阶段。月偏食的食甚阶段，是指月面被遮去最大部分的时刻，而月面并不会出现橙红色的。

月食的时间

月食的时间一般是指全食过程的时间，时间的长短决定于月球运行的速度和它所经过地球本影直径的大小。由于地本影的直径相当于月球的2.6倍，因此全食的时间也较长。由食既到生光，时间可达100分钟；而整个本影食的过程，即由初亏至复圆，一般为2～3小时，最长则可达3小时40分。

月食的周期

由于月亮围绕地球运动的轨道面（白道面）和地球围绕太阳运动的轨道面（黄道面）有平均5°09′的夹角，所以朔的时候，月亮有时在太阳上方通过，时在太阳下方通过，并不发生日食。望的时候，月亮有时在地影的上方通过中，有时在地影的下方通过，并不发生月食。只有当朔或望的时候，太阳、月亮在黄白交点附近才会发生日、月食。由于太阳、月亮的视直径都在半度左右，所以当太阳距交点一定角距离内（限角），朔时，太阳就可能被月球遮掩而发生日食。同理，望时，月亮就能进入地影而发生月食。这时，太阳距交点的角距离叫做食限。由于月亮和太阳的视直径随着它们和地球的距离的变化而有时大些，有时小些，而且黄白交点也有变化，所以食限也有所变动。根据计算，日食限角最大为17°9′，最小为15°9′之间可能发生日食，也可能不发生日食。同理，望的时候，月食最大限角为11°9′，最小限角为10°0′。就是说，望的时候太阳离开交点的角距离大于10°0时，地球上一定在某个地方能够看到月食。月食限在10°0和11°9′之间时，是否发生月食，需精密计算才可知道。

由于黄白交点有两个太阳在一个历年内通过升交点、降交点各1次，所以一年中有2个时期会发生日食和月食，发生日、月食的时期叫作食季。日食食限约18°，运行到交点以东18°，太阳作周年视运动从交点以西18°，约需36天，所以日食的每一食季为36天。对于月食而言，月食食限为12°，所以月食的每一食季只有24天。日食季是36天，这比朔望月的长度29.5306天要长，因此在1个日食季内必定会发生1次日食；1年内至少发生2次日食，如果每一食季中包含2个朔日（食季始即是朔日，食季尾必有朔日），则会发生2次日食。1年就会有4次日食发生。由于月食食季只有24天，比朔望月的平均长度29.5306天短，月食季内可能含有1个望日，也可能不包含望日。就是说1年内可能有2次月食，可能一次月食都不发生。

如果黄白交点是不变的，那么食季也就在每年相同的一段时间内。但是，事实上黄白交点是变动的，交点的位置每年自东向西移动19°4′，每18.6年在黄道上运行1周。太阳是自西向东在黄道上作周年视运动的，就是说交点迎着太阳运行。这样一来，当太阳从一交点起经过另一交点再回到原来交点运行一周所用的时间，比太阳在黄道上运行1周的时间要短19天，为346.62天（叫交点年，也叫食年）。所以食季平均每年提早19天。由于食年比回归年要短19天，所以在一历年内太阳可能3次经过交点。例如，1月1日通过升交点，半年之后通过降交点，到了年末再一次通过升交点，即是说一年内有2个半食季，这时一年中可能发生7次日、月食（5次日食、2次月食，或4次日食、3次月食）。一年中日食次数比看到月食的次数多。对于地球某一地点，实际上看到的月食次数比看到日食的次数多。这是由于发生月食时，背着太阳的半个地球都可看到。而发生日食时，月亮影锥只扫过地球上一个狭窄的地带，只有日食带内的人才能看到日食。尤其是全食带只有200多千米宽，有时大部分在大洋地区，因此很少有人能看到日全食。一个地方平均要二三百年才能看到一次日全食。

由于地球绕太阳和月亮绕地球的公转运动和黄白交点的移动都是有规律的，所以相隔一定的时间就会发生一次大致类似的日、月食。

早在古代，巴比伦人就根据对日食和月食的长期统计，发现了日、月食的循环周期为233个朔望月，这个周期叫作沙罗周期，沙罗就是重复的意思。

233个朔望月的时间长度（等于6585.32天），等于19个食年（等于6585.78天），又和242个交点月（月亮从交点又回到同一交点的时间间隔，242个交点月等于6585.35天）的时间长度相等。就是说，在1个沙罗周期中，太阳、月亮和黄白交点就又回到原来的相对位置，因此就又发生和上一次相类似的日食、月食了。一个沙罗周期约合18年11.333日，如果这期间有5年闰年就有18年10.333日。由于这个周期不是整日数，所以下一次日食、月食的见食地点和食相与上一次日食、月食的见食地点和食相也会有所变化。

我国汉代天文学家对日食、月食作过深入研究，发现日食、月食具有135个朔望月的循环周期。135个朔望月等于3986.6天，相当于11年少31天。就是说在11年少31天的时间间隔内，类似的日食、月食就重复发生一次。这个循环周期记载在汉代《三统历》中，因此又叫“三统历周期”。

此外，人们还发现月食还有其他的循环周期。比如以358个朔望月为周期的纽康周期（合29年少20日），以235个朔望月为周期的米顿周期（合19年）等等，但这些周期都是非常粗略的，只能粗略地推算出月食发生的日期，并不能确定月食发生的准确时刻，食分的大小和见食的地区。准确的月食发生的时间以及交食情况，需要经过专门的严格推算，这已经是属于相当专门的历书天文学中“食论”的研究范围了。我国紫金山天文台就担负着日食、月食预报的工作。

月食与历法

在古代的时候，祖辈们就根据月相变化（月相就是由于日、地、月相对位置的变化，人们看到的不同形状的月亮形成各种了月相。在地球上看月亮，有时像镰刀，是蛾眉月；有时是半月，叫弦月；有时如一轮明镜，金光四射，叫满月；有时全部黑暗，这叫新月。由于月球围绕地球向东运行而变化，于是就形成了新月—上弦月—满月—下弦月—新月月相的周期性的交替，月相的周期大约为29.53日）的周期，编订了历法。中国是世界上天文学最发达的国家之一。由于生产和生活的需要，人们从远古时期就已经对天文现象进行观察，经过世代连续不断的努力，积累了越来越多的天文学知识，并逐渐形成了内容丰富且具有独特风格的天文学体系。中国古代天文学在许多领域曾长期在世界上处于领先的地位，在中华民族文化史上，历法是中国古代天文学的核心。中国古代历法不单纯是关于历日制度的安排，它还包括对太阳、月亮和土、木、火、金、水五大行星的运动及位置的计算；恒星位置的测算；每日午中日影长度和昼夜时间长短的推算；日月交食的预报等等广泛的课题。从某种意义上讲，中国古代历法的编算相当于近现代编算天文年历的工作。为此，我国古代天文学家展开了一系列的观测与研究活动：譬如对历法诸课题的共同起算点——历元的选定，对一个又一个天文学概念的阐述，对种种天文常数的测算、各种天文数表的编制，对具体推算方法、天体测量方法和数学方法的抉择和改进等等。

为适应农牧业发展的需要，我国历史上曾制订过100多种历首创历法。在殷墟出土的甲骨文里就有关于古代历法的记载，表明我国早在3000多年前就已经制定了自己的历法。从商代（公元前14世纪～前12世纪）的甲骨文和出土的其他文物中可以证实，早在商代我国古代先民就已经知道利用大、小月和根据自然现象的周期变化，把12个月算作1年，将闰月设在年终，称为“十三月”。在祖庚、祖甲时代的甲骨上曾记载1年中有两个六月，证明当时已经知道在年中设置闰月来平衡大、小月。《尚书·尧典》记载“期三百有六旬有六日，以闰月定四时成岁”，说明当时已经知道1年有366日，并且还设置了闰月。

春秋战国时期，是我国古代从奴隶制向封建制过渡的社会大变革的时代，促使包括科学技术在内的古代文化得到长足的进步。中国最早的成文历法就出现于此。这一时期出现了一批著名的天文学家，鲁有梓慎，晋有卜偃，郑有裨灶，宋有子韦，齐有甘德，楚有唐昧，赵有尹皋，魏有石申夫（亦名石申）等等，他们都促进了天文历法的发展。

汉朝初期的历法基本上是沿用秦以来的颛顼历。

汉武帝时，公孙卿、壶遂、司马迁等受命编制汉历，最后选定邓平编制的太初历，于太初元年（公元前104年）开始实行。太初历以365日为回归年长度，29日为朔望月长度，规定以正月为岁首，并首次引入了中国独创的二十四节气，首次计算了日月交食的发生周期。历中所采用的行星汇合周期的数值也较为准确。太初历是自有科学历法以来，第一部资料完整的传世历法。

《三统历》是西汉绥和二年（公元前7年）开始实施的历法。

西汉末刘歆把董仲舒唯心主义的“三统说”（即历史循环论，认为天之道周而复始，黑、白、赤三绕循环往复）塞进太初历，稍事扩充，改名三统历。由于它穿凿附会于乐律、易数、五行等，并以神秘地解释历法中一些数据的来源，在理论上违背了科学和实践，对后世历法的改革带来不良影响。

《三统历》，不仅系统阐述了邓平的八十一分法，而且扩充了很多原来简略的天文知识和上古以来天文文献的考证，为《汉书·律历志》历法部分的蓝本。其具体内容有造历的理论，节气、朔望、月食及五星等的常数和运算推步方法及基本恒星的距离等。包含了现代天文年历的基本内容，因而被认为是世界上最早的天文年历的雏形。《汉书·律历志上》：“刘向总六历，列是非，作《五纪论》。向子歆究其微眇，作三统历及谱以说《春秋》，推法密要，故述焉。”《后汉书·律历志中》：“自太初元年，始用三统历”王先谦集解引清钱大昕：“三统与太初异名而同实。刘子歆用太初法推衍之以说《尚书》、《春秋》，又追日月五星同起牵牛之始，以为太极、上元，初非别立一术，则三统之名不自歆始也。”

《三统历》施行100多年后，“历稍后天”。东汉章帝元和二年（公元85年），《三统历》“失天益远”，于是，章帝下诏改行《四分历》。《四分历》是由当时任左中郎将的贾逵会同其他治历者集体修订的。

贾逵（公元30—101）是东汉时期著名的天文学家和经学家，他是刘歆的弟子贾徽之子，通晓经史，并精通天文学，颇有造诣。

根据《续汉书·律历志中》中的“贾逵论历”，贾逵主张历法计算中应按黄道坐标测算日、月运行的轨道，认为以赤道坐标测算会出现误差，当时史官“推合朔、弦、望、月食加时率多不中，在于不知月行迟疾意”，明确提出月行速度有迟疾，月球的运动为不等速；认为月行迟疾“乃由月所行道有远近出入所生，率一月移故所疾处三度，九岁九道一复”。四分历中所测定的黄道与赤道的夹角具有极高的精度，并增加了二十四节气昏旦中星、昼夜漏刻和晷影长度等新内容，比太初历有显著进步，为后世历法所依循。

公元412年，北凉赵厞创作《元始历》，打破了以前的立法中19年7闰的限制，规定在600年中间插入221个闰月。可惜赵厞的改革没有引起当时人的注意，例如著名历算家何承天在公元443年制作《元嘉历》时，还是采用19年7闰的古法。《大明历》亦称“甲子元历”，由南北朝时期杰出的天文学家、数学家祖冲之创制，是一部较为先进的历法。《大明历》成历于刘宋大明六年（462），当时祖冲之33岁。《大明历》规定一回归年为365.2428日，是我国赵宋统天历（1199）以前最理想的一个数据。在制历时首先考虑岁差。所谓“岁差”就是由于地球在运行过程中受到其他天体的吸引作用，地球自转的方向发生缓慢而微小的变化。因此从这一年的冬至到下一年的冬至，地球上看，太阳并没有回到原来的位置，而是岁岁后移，这也就引起了24节气位置的变动。祖冲之确定每45年11月差1°，这个“岁差值”虽很不精确，但引进“岁差”编制历法，是历法有了更科学的基础，而且在天文学中“回归年”和“恒星年”2个概念被区分开来。

这是在我国首次求出历法中通常称为“交点月”的日数为27.21223日，与近代测得的数据（27.321222）极其相近。所谓“交点月”就是月亮在天体上运行的路线有2个交点（也叫黄白交点），月亮2次经过同一交点的时间叫交月点。在当时天文学的技术条件下，祖冲之能得到这样精密的数字，令人惊叹。

《大明历》采用了391年中设置144个闰月的新闰法，比古历的19年7闰更为精确；《大明历》还首次引入了“岁差”的概念，是我国历法史上的一次重大改革。

农历是我国采用的一种传统历法，又称夏历或中历。有人把它叫作“阴历”，但这很容易造成误解。事实上，我国的农历既不是纯粹的阴历，也不是纯粹的阳历，而是一种阴阳历。它使用阴历的历月，这可以保证每个历月中的第十五天或第十六天都遇上满月。同时，它又采用阳历的平均年长，使历年的平均长度尽可能接近于回归年的长度。为此，在农历中平均每隔2年多的时间，就要在一年中额外增加1个月，称为“闰月”，例如闰五月、闰七月，等等。凡是有闰月的年份就是“闰年”，一年之中有13个月；没有闰月的年份则是“平年”，仍为12个月。

中国在辛亥革命后，于1912年开始采用公历，但用中华民国纪年。1949年中华人民共和国成立后，正式采用公历纪年。

月食的传说及观测史

哥伦布藏月光

古时候，人们不懂得月食发生的科学道理，像害怕日食一样，对月食也心怀恐惧。外国有人传说，16世纪初，哥伦布航海到了南美洲的牙买加，与当地的土著人发生了冲突。哥伦布和他的水手被困在一个墙角，断粮断水，情况十分危急。懂点天文知识的哥伦布知道这天晚上要发生月全食，就向土著人大喊，“再不拿食物来，就不给你们月光！”到了晚上，哥伦布的话应验了，果然没有了月光。土著人见状诚惶诚恐，赶快和哥伦布化干戈为玉帛。公元前2283年美索不达米亚的月食记录是世界最早的月食记录，其次是中国公元前1136年的月食记录。月食现象一直推动着人类认识的发展。

天狗食月的传说

传说古时候，有一位名叫“目连”的公子，生性好佛，为人善良，十分孝顺母亲。但是，目连之母，身为娘娘，生性暴戾，为人好恶。

有一次，目连之母突然心血来潮，想出了一个恶主意：和尚念佛吃素。我要作弄他们一下，开晕吃狗肉。她吩咐做了三百六十只狗肉馒头，说是素馒头，要到寺院去施斋。目连知道了这事，劝说母亲不听，忙叫人去通知了寺院方丈。方丈就准备了三百六十只素馒头，藏在每个和尚的袈裟袖子里。目连之母来施斋，发给每个和尚一个狗肉馒头。和尚在饭前念佛时，用袖子里的素馒头将狗肉馒头调换了一下，然后吃了下去。目连之母见和尚们个个吃了她的馒头，“嘿嘿”拍手大笑说：“今日和尚开荤啦！和尚吃狗肉馒头啦！”方丈双手合十，连声念道：“阿弥陀佛，罪过，罪过！”事后，将三百六十只狗肉馒头，在寺院后面用土埋了。

这事被天上玉帝知道后，十分震怒，将目连之母打下十八层地狱，使其变成一只恶狗，永世不得超生。

目连是个孝子，得知母亲打入地狱。他日夜修炼，终于成了地藏菩萨。为救母亲，他用锡杖打开地狱门。目连之母和全部恶鬼都逃出地狱，投生凡间作乱。玉帝大怒，令目连下凡投身为黄巢。后来“黄巢杀人八百万”，传说就是来收这批从地狱逃出来的恶鬼。

目连之母变成的恶狗，逃出地狱后，因十分痛恨玉帝，就窜到天庭去找玉帝算账。她在天上找不到玉帝，就去追赶太阳和月亮，想将它们吞吃了，让天上人间变成一片黑暗世界。这只恶狗没日没夜地追呀追！她追到月亮，就将月亮一口吞下去；追到太阳，也将太阳一口吞下去。不过目连之母变成的恶狗，最怕锣鼓、燃放爆竹，吓得恶狗吞下的太阳、月亮，又只好吐了出来。太阳、月亮获救后，又日月齐辉，重新运行。恶狗不甘心又追赶上去，这样一次又一次就形成了天上的日蚀和月蚀。民间就叫“天狗吃太阳”，“天狗吃月亮”。直到现在，每逢日蚀、月蚀时，不少城乡百姓还流传着敲锣击鼓、燃放爆竹来赶跑天狗的习俗。

天狗的传说

据说，天狗要食人间小儿，还能使妇女不孕。古时，人们在婚礼之前，要请算命先生选择吉日良辰。选定之后，算命先生必然在一张红纸上面写清婚礼避忌事宜。其中重要一项就是不要冲犯了“天狗”。冲犯了“天狗”，就不能生育。从前许多不育的妇女都供奉“张仙”来祈子，称为“送子张仙”，没有塑像。画上的“张仙”是一位角巾袍服的美男子，他手执弹弓，仰头对天作瞄准姿势。据说他是在用弹弓去射杀“天狗”。因此，北方习俗供奉“张仙”，除了香花酒肴，还有一盘用生面揉成的五个圆球，是送给他用来射“天狗”的。

江苏省丹徒县一带还有这么一段传说：

古时候，这里出现了成群成队的天狗。这些天狗不但偷吃农家的食物，而且还糟蹋田里的庄稼。有一年，小麦刚刚发黄，四月初八这天晌午，突然窜来几千条天狗，它们在麦地里打滚，啃麦穗，不多时间，几千亩麦子只剩下麦秸了。农夫们眼看到嘴的口粮被天狗吞噬，急得呼天哭地，乱成一团。这时走来一位白发老人，他看到这一情景，就想了一个办法，吩咐农夫第二天午时捏泥狗推下河塘，引诱天狗也跳下去。第二天午时，农夫们按照老人的指点，将捏好的泥狗推下河塘。一时间，“扑通、扑通”……一大群天狗争着跳下河。不一会儿，天狗都被淹死了。

每年的四月初八，江苏省丹徒县宝埝一带都要过“赶狗节”。这天，家家户户都捏两种狗：一种是拌泥捏泥狗，一种是揉面捏面狗。待晚上月亮出来时，农妇们将泥狗推下河塘，放一阵鞭炮，然后回家将面狗蒸了吃。

民间还传说，“月食”、“日食”就是“天狗”吞食月、日造成的。这个天狗很孩子气，常常逗着月亮、太阳玩耍，总爱把月、日吞进肚里后又吐出来，不满16岁的孩子观看“天狗吃月”，容易被狗撕咬。人们为了挽救月亮，所以在月食时，要敲响器救月。据说敲响器的声音大作，就会吓得“天狗”把月亮吐出来。古时候敲响器救月亮，并不是少数“无知愚民”才这样做，就是宫廷中司天的官吏们也要敲铜器救月，直到月儿复原为止。

佤族、白族、傈僳族、鄂伦春族、蒙古族、达斡尔族等都流传着天狗吞吃月、日的传说，并一同参加了挽救月亮、太阳的行动。傈僳族每逢月食、日食时，家家户户起来舂臼、唤狗。蒙古旗观看日食、月食时，朝着天空大声喊叫，或敲打铁器以驱赶吞噬日、月的天狗。鄂伦春族则竞相敲盒、叩头。达斡尔族家家敲打铜铁器物，直到月亮复原为止。

郭沫若曾写《天狗》诗，其中有“我是一条天狗呀！我把月来吞了，我把日来吞了”的诗句，借天狗抒发了要吞噬他所痛恨的封建旧事物的决心。

中国人喜欢从自然中吸收美感，以自然界的某些现象为原型，进行艺术加工和艺术想像，给生活带来美的享受和高雅的情趣。天狗的传说，往往使人们触景生情，周围的自然景观于是有了天狗的灵气。

日本的天狗

天狗与河童、鬼可并称三大最知名的日本妖怪，其中天狗无疑是山林妖怪中最具震慑力的代表。

“天狗”一词同样来自中国。《山海经·西山经》有云：“阴山……有兽焉，其状如狸而白首，名曰天狗，其音如榴榴，可以御凶。”如文中所述，最初的天狗是可以御凶的吉兽，但后来演变成用来形容彗星和流星，古人将天空奔星视为大不吉，所以天狗也变成了凶星的称谓。日本最早关于天狗的记载见于《日本书纪》，也是用来比喻彗星和流星。在日本，天狗因其形貌也被称作天狐，直到平安时代，日本的天狗也还是《山海经》中所述的形象。

日本天狗的演变

中世纪开始，日本的天狗慢慢走上自己的演变之路。

今天我们熟悉的天狗形象已经和其最初的形象相去甚远，一般认为《今昔物语集》中记载的一种能飞天、依附人身，被称作“鹰”的怪物和佛教中一种也被称作“天狗”的鸱形怪物可能是现代天狗的原型。

最初天狗的形象是鸟喙人身，长着一对羽翼的“乌鸦天狗”形象。而鸟形天狗最著名的传说就是日本第一大魔王崇德上皇啦，保元之乱中兵败的他在流亡中含恨而死，临终发下毒誓“愿为日本之大魔，为皇戮民，为民弑皇，此国永为乱世”，并咬舌以血写下诅咒经文，其怨灵遂化作金色大鸢身姿的天狗为害人间。在认为天狗是怨灵作乱的传说中，崇德上皇向来是天狗首领。

鼻高天狗的传说

而鼻高天狗形象的由来则应归因于佛教、修验道等宗教元素的融入。

镰仓时代，天台宗僧人因其修为高深成为欲超越佛教权威者的众矢之的，当时的《是害坊绘卷》就描绘了天狗挑战天台僧却惨败的故事。传说当时中国来的天狗曾向日本天狗求助，但日本天狗表现傲慢，而傲慢即为“鼻高”，所以这个故事可说是鼻高天狗由来的源头。后来又慢慢出现了天狗为修行不够，无法放弃执著、妄念的修验道僧人死后所化的说法。这些修行者因其佛性免于堕入地狱、饿鬼、阿修罗、畜生四道，但又无道德心故而也无法升入天道，最终被放逐至六道轮回之外的天狗道。此时关于天狗是怨灵的说法已经势微，而因为修行者通常隐于深山灵峰，天狗的传说中又加入了山岳信仰的元素，天狗的形象也和山神在一定程度上重叠起来。再加上民众对修行者的敬畏之心，于是天狗们不仅鼻子高，武功也是绝顶。对于一些离奇事件或无法解释的现象，也往往算在天狗的头上，于是就有了“神隐”、“天狗倒”、“天狗笑”、“天狗砾”等等传说。

在室町末期今天为我们所熟悉的鼻高天狗形象终于确立——红面高鼻，身生双翅，身着修验道行者服，手持金刚杖或太刀、羽毛团扇，脚穿单齿高木屐，随身带着隐匿身形用的蓑衣，生性傲慢身怀绝技，上天入地无所不能……

月亮女神

古希腊神话中的月亮女神阿蒂米斯，她是太阳神阿波罗的妹妹，非常漂亮，同时也是个很厉害的弓箭手，掌管着狩猎，身边常伴着她心爱的弓箭和猎犬。每天她驾着银色的马车在夜空中奔驰，代表了夜间的一切——寒冷、寂寞以及亡灵的道路。她还是未婚少女的守护神——她自己也是终身未婚，这里面还有个悲伤的故事。

海王波赛冬有个儿子，名叫奥列翁，他非常喜欢射箭，是个很好的猎手，还喜欢在海面上狂奔。月亮女神很喜欢奥列翁，他们相识了，并且彼此相爱，经常一起在丛林中狩猎，在海面上狂奔。女神的哥哥阿波罗很讨厌奥列翁，也不喜欢她妹妹与奥列翁的这段感情，于是决意要除掉奥列翁。某天，奥列翁正在海面上飞奔的时候，阿波罗用金色的光罩住奥列翁把他隐藏起来，使任何人都看不出奥列翁的本来面目，然后就去怂恿喜欢射箭的妹妹月亮女神把远处的金色物体当作靶子。月亮女神当然不知道这是哥哥的阴谋，射出一支箭，正中奥列翁的头部。后来她知道了自己射死的是心上人奥列翁，于是陷入绝望之中，日夜哭泣。为了永远珍藏对奥列翁的爱情，她请求宙斯把奥列翁升到天上，希望自己乘坐银马车在天空奔跑中随时可以看到。宙斯接受了她的请求，把奥列翁变为天上的星座——猎户座。女神发誓，终身不嫁，她要永远在夜空中陪伴着奥列翁。

月亮女神阿蒂米斯非常喜欢橡树，狩猎时一直带着她的橡树木杖。人们又把她奉为橡树女神。在古希腊，人们祭祀月亮女神的时候，就要点燃橡木火把，后来变成供奉甜饼并点燃蜡烛，最后演变成为了庆祝孩子生日的方式——晚上在蛋糕上插蜡烛，吹灭并许愿，月亮女神会保佑愿望能够实现。直到今天，人们依然用这种方式庆祝生日。

223个朔望月等于6585.3天（223×29.530588），即18年零11.3天，如果在这段时间内有5个闰年，那就是18年零10.3天。在这段时间内，太阳、月亮和黄白交点的相对位置在经常改变着，而经过1个沙罗周期之后，太阳、月亮和黄白交点差不多又回到原来相对的位置，因此便会出现同上一次情况相类似的日、月食，但见食的地点会有所变化。

一年中日、月食最少有2次，而且这2次都是日食；

一年中可能1次月食都不会发生（如1980年）；

一年中日、月食最多可以有7次：5次日食和2次月食（例如1935年），或者是4次日食和3次月食（例如1917年和1982年）。

一般说来，最常见的情况是一年中有4次日食、月食：2次日食和2次月食。

上面这些情况只是对全地球来说的。至于对地球的某个地点而言，一年内能看到日食、月食的机会就要少得多。

另外，从上面的数字来看，一年中日食发生的次数比月食发生的次数多，但实际上人们却往往看到月食的次数比看到日食的次数多。这是由于月食发生时，背着太阳的那半个地球上的人都可以看到；而在日食发生时，月亮的影锥只扫过地球上一个狭窄的地带，只有在这部分地区的人才能看到日食，尤其是日全食发生时，全食带的范围更小，宽度只不过二三百千米，因此只有很少的一部分人才能看到。平均起来，一个地方要二三百年才能看见一次日全食。因此有不少的人一生也没有看到日全食是不足为奇的。例如1961年3月2日夜里发生的月食，在我国、整个亚洲以及欧洲地区都可以看到。而1968年9月22日发生的日全食，在我国只有新疆的部分地区可以看到全食，在北京只能看到日偏食，而在上海，什么也看不到。

古代对月食的观测与预报

中国历史悠久，历代都有丰富的天象纪事。大约在3000多年前，我们的祖先就对日食和月食现象进行了记载。在河南安阳发掘出来的殷代最后都城遗址的文物——殷墟甲骨文中，记载着公元前1000多年前发生的日食和月食，这一记录比两河流域巴比伦王国的日食和月食记事要早得多。在我国春秋时期的242年里，至少记录了37次日食，经近代天文学家的计算，其中33次被证明是可靠的，成为古代最完整的日食记录。

我国古代人民不仅最早对日食和月食现象进行了记录，而且早在1500多年前就已进行过月食的预报。敦煌文献《北魏太平真君十一年历日至十二年历日》为现知中国最早的月食预报材料且推算得相当精确。在太平真君十二年历日中共提到2次月蚀，分别在公元451年4月2日和公元451年9月27日。经有关科学家的考证及推算，我国古代的这两次月食是月食预报而非月食记录。由于目前出土的历日中还没有这么早的月食预报，因此推断太平真君十二年历日上的这两次月食预报应是现知中国最早的月食预报材料。

中国历代有详尽记录天象观测结果的优秀传统。从汉代到元代就记录了596次日食，古代月食记录有2000次之多，月全食就有400次。国外关于日食的最早记录是在古巴比伦的建筑废墟当中，所记录的6次日食中最早的一次是在公元前911年。可是中国最早的日食记录却是在殷墟甲骨文中记载的，“癸酉贞，白夕有食，佳若？癸酉贞，日夕有食，非若？”那是在公元前1200年，在《春秋》一书中，242年日食的记录有37次，其中证明可靠的就有33次！中国的日食记录还特别详尽，对初亏、食甚、最大食分、复圆都有记录。古代的天文学家们还极其聪明地推算出了日食发生的周期，即交食周期为777个交点月（阳历月）、716个朔望月（阴历月）。这正是所谓纽康周期388.5个月的2倍。中国天文学家预报的日食准确度十分惊人，每到预报中的日食来临的日子，他们就教百姓置一盆水，以便在水盆中倒影里观察日食的全过程。西方科学家精心研究了中国天文学家的日食月食和其他天象的观测记录，建立了一门新的学科——历史天文学。

古代天文学家对月食的观测同样周密，记录同样详尽。最早的月食记录是古代诗歌总集《诗经》中的一句诗：“彼月而食，则维其常。”意思是发生了月食，这是正常的天体现象。这句诗指的是公元前776年8月发生的一次月食，这是世界上最早的月食记录，古埃及出现月食记录是在公元前721年2月。关于月食发生的规律和成因，中国古代天文学家也进行了探讨。古代的哲学著作《易经》说“月盈则食”，就是认识到月食多发生在满月的农历十五前后。东汉时期的大科学家张衡（78～139）对月食的解释就更清楚，说月亮由于太阳的照射才发光，月食是由于地球挡住了太阳光的缘故。

月食都发生在望（满月），但不是每逢望都有月食，这和每逢朔不都出现日食是同样的道理。

日食和月食统称交食。由日月食的原理可看出，交食的出现与日、地、月三者的会合运动密切相关，此会合运动具有周期性，所以日月食自然也应有周期性。交食的周期是古代巴比伦人发现的，叫做“沙罗周期”，为18年零11天多一点。即6585.32天。

中国古代的月食记载亦颇为丰富，最早在河南安阳出土的殷墟甲骨上已发现有关于月食的记录，如“庚申，月有食”、“旬壬申夕，月有食”，等等。《逸周书》记有一次发生在公元前1137年1月29日的月食。更为可靠的月食记录见于《诗经·小雅》：“……彼月而食，则维其常；……”发生的时间为周幽王六年九月望日，即公元前776年8月21日，比同年中国发生的那次日食早半个月。有人认为，世界上最早的月食记录可能是公元前2283年美索不达米亚地区所记载的月食事件。

对月食现象的探索同样推动着人类认识的发展。

中国东汉时期的天文学家张衡（公元78～139年）一生颇多著作，其中《灵宪》一书可算是他对天文学贡献的代表作。在该书中，张衡较为准确地阐明了月食发生的成因：“月光生于日之所照，魄生于日之所蔽。当日则光盈，就日则光尽也……当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓暗虚。在星则星微，遇月则食。”在这段话中，张衡不仅已正确认识到月球因反射太阳光而生光，而且指出了月食天象出现的科学原理：满月之时，本应该能看到一轮圆月，但有的时候却看不到，其原因是日光被地球遮去。张衡还测得太阳和月球的角直径约为29′5，这与现代测定值31′5已经相差不大了。

日食的传说

在漫长的历史中，由于对日食认识的局限，有很多传说和故事。全球大部分地区最流行的古老日食传说是妖怪吃掉太阳。

我国古代人认为，日食（常写为日蚀）是天上的大虫（或龙，或“天狗”）吞食太阳。发生日食时，人们向天空射箭，或敲锣乃至锅盆，试图驱走虫，拯救太阳。

印度神话认为，一个叫做“拉胡”的魔鬼咬了太阳。

斯堪的纳维亚人认为日食是天狼食日；越南人说那大妖怪是只大青蛙；阿根廷人说那是只美洲虎；西伯利亚人说是个吸血僵尸。阿斯特克人（墨西哥印第安人）认为日食是魔鬼即将降临世间吃掉人类的信号，每见日食，女人都歇斯底里地惊叫。日本历史上曾有规定：在日食当天可停止工作，囚犯可获大赦。美国的奥吉布瓦印第安人在日食发生时会向天发射带火焰的箭，意图“再度点燃太阳”。

有一个故事说，哲学泰斗泰勒斯推算出公元前585年5月28日将发生日食，那时美索不达米亚的两个部族（吕底亚人和米提亚人）长年战争，他就对两国的君主说，你们不要再打仗了，否则神会夺走你们的光明。在战斗正酣之际，果然发生日全食，天昏地暗。希腊史学家赫罗多特斯记载，日全食把士兵惊呆了，忘掉了打仗，纷纷抛下武器，停战议和，彼此联姻交好。

还有一次，亚历山大皇帝正带领军队跟波斯打仗，也碰巧发生日全食，波斯军队的纪律较差，一看到日食就大乱了。亚历山大皇帝不愿意乘此机会占便宜，就下令停止追击。

公元前648年发生了一次日食后，古希腊诗人阿基罗库斯写道：“没有比这再令人惊异、再不可能、再不可思议的事了。现在奥林匹亚山的众神之父宙斯让夜晚出现在正午，将耀眼的阳光隐藏起来……人们开始感到恐惧。从此以后，人们会相信任何事，也不会对任何事感到惊奇了。”

观测日食的时候，天文学家遭遇不幸的事例是很多的。例如，有些观测者长途跋涉来到可看到日全食的地方，但却乌云蔽日，无缘观赏到期待已久的日食。据说，有位老专家特地到山上的天文台观日食，但偏偏不巧，来了片云，而附近其他地方却是晴朗的。有位天文学家把一架照相机的拍摄任务交给一位帮手，那人不耐烦在烈日下等候日食到来，跑到帐篷里睡大觉，听到号响，立刻跳起，开始多次训练过的操作，可是忘记打开帐篷，结果自然没有拍摄到。

但也有不少不幸中又有幸的事例，日全食观测者记忆犹新的是气温冷得真快。而特别有趣的是，临近日全食时，云有消散的趋势，往往日食那天起初阴云密布，让远道而来的观测者很失望，可是，快到日全食的时候，云却变稀薄了，甚至只是太阳所在的那部分天空的云散开了，令观测者大饱眼福。

1997年3月9日，我国黑龙江的漠河地区发生日全食，那里还是冰天雪地，气温零下20多度，严寒使个别观测仪器失灵，日食前后多天还有大雪纷飞，但幸运的是，日食当天却分外晴朗，大多观测很成功。

我国古代的日食记载

虽然就整个地球而言，发生日食的次数还是相当多的，但一个地区见到并记载下来的却不多，尤其是古代记录更为宝贵，因为可以用它们来考证历史。

《中国古代天象记录总集》列出1911年以前的日食记录1600多项。最早的是《尚书·胤征第四》记载的夏仲康五年“乃季秋月朔，辰弗集于房；瞽奏鼓，啬夫弛，庶人走；羲和尸厥官，罔闻之，昏迷于天象，以干先王之诛”。此记载生动地描述了日食时的情况：那年阴历九月初一，日食发生时太阳与月球在房宿；人们惊慌失措，盲人擂鼓驱赶天狗来救太阳和壮胆，人们东奔西走；司天官羲和沉湎于酒，司天失职，没有预先推算呈报这次日食，就被帝王杀了。这次日食记载也见于《竹书纪年》、《文献通考》、《左传》等，但年份有所不同。

如果按现在的公元计算，这次日食到底发生在哪年，离现在多久呢？中华文明有悠久的历史，然而，司马迁在《史记》里说，他看过有关黄帝以来的许多文献也有年代记载，但比较模糊且又不一致。确定早期历史年代有非常重要的意义。从1995年到2000年，我国开展了“夏商周断代工程”。由于天文学可以较准确地推算出从古至今各次日食发生的时间、地点，因此成为“断代”的一种方法。但是，对上述仲康日食的年代仍有多达14个不同结果，有公元前2158年、公元前2171年、公元前2155年、公元前2137年、公元前2056年、公元前2042年的，还有准确到月日的——公元前2018年12月6日、公元前1969年11月5日、公元前1948年10月28日、公元前1960年10月26日、公元前1876年10月16日，总之，离现在有4000年左右了，确切年代仍需进一步研究。

《太平广记》有：太史令李淳风推算某日当有日食，因为日食对君王尤为不吉，唐太宗闻之不悦，问李淳风，要是届时日食不发生，卿将何以自处？李淳风说，如果预报不准，甘当死罪。到了那天，他们一起等候，许久未见日食，唐太宗认为李淳风的预报已失误，就说：朕放你回家去和妻子儿女诀别吧。李淳风却并不惊慌地说，时刻还未到，结果他的预报“不差分毫”。这虽然是小说家意在渲染李淳风造诣之深，但故事中李淳风表示预报不准甘当死罪，使人联想到《尚书·胤征》中“先时者杀无赦，不及时者杀无赦”的古代遗风。

迄今已考释的中国最古老记录是商殷朝甲骨文。商朝龟甲板和牛肩骨是偶然地在1899年发现于北京药店（作为中药“龙骨”出售）。后来才追踪到在河南省的商朝京都安阳地区，在那里发掘出160000甲骨片，刻有甲骨文。其中有包括6次日食和7次月食的很多天象资料，记有干支。中国的干支纪日类似于现在的星期纪日，但以60“干支”循环运作，从远古以来连续使用。13次商朝日月食的日期几乎完全跟考古学确定的商朝帝王世系对应。一些学者认为商朝是传说的，现在已经证明，甲骨文记录准确地流传到历史学家司马迁（公元前91年）和《竹书纪年》整理（公元前299年或前279年）时代。从商朝甲骨文编辑的帝王世系表几乎跟《史记》和《竹书纪年》的帝王世系表完全一样。

甲骨文解读确认的5次日食是：第33696号甲骨“乙巳日，……太阳有哉……报告给商甲：黄昏一夜晚，九牛祭祀”；第33698号“庚辰日，……太阳有哉……报告给父丁……九牛祭祀”；第33699号“戊子日，……太阳有哉……报告给和”；第33700号“占卜乙丑日，太阳会将会有哉吗？的确又哉”；第33710号“辛巳日，……太阳有食……报告给父丁”。“哉”与“食”相互替用。张培瑜、彭瓞钧等先后推算出5次日食的“绝对”（即按公元统一次序的）日期。

在《竹书纪年》载有“懿王元年天再旦于郑”。（西）周懿王元年春正月，懿王登基，在郑（现陕西省华县）发生“天再旦”——即那天拂晓两次。有些人认为，这是在天亮之际发生日食之故。1997年3月9日，我国境内发生20世纪最后一次日全食，在新疆北部正好是天亮之际，在那里布网实地观测，看到了日食前天色已明、日食发生后天色转黑、日食结束天色复明的全过程。从实地观测证明，“天再旦”为日全食记录的说法是可信的，由此推算懿王元年的天再旦天象是公元前899年4月21日的日食。

《墨子·非攻下》在论及舜命禹征三苗时有“昔者三苗大乱，天命亟之。日妖宵出”语，有学者认为所谓“日妖宵出”可能是一次“天再昏”或“天再旦”的日食现象。“夏商周断代工程”专题组推算出公元前21世纪的4次可能日食，即前2097年8月31日“天再旦”、前2075年6月30日“天再昏”、前2年4月20日“天再昏”、前2029年7月1日“天再旦”。若以夏商分界之年在公元前1580—前1620年范围内，则发生在前2097年8月31日的“天再旦”和发生在前2075年6月30日的“天再昏”日食均有可能。它们发生的时间均在禹受舜禅的前夕，看来，禹伐三苗时确实有日食被记录流传下来。

日全食的观测发现与争论

在古代的天象记录中，主要记载的日食发生的时间和地点，很少描述和探讨日全食时所见的形象。在1605年的日全食时，开普勒似乎是西方第一位评论日冕的天文学家。直到1706年日全食时，巴黎天文台台长卡西尼把日轮周围的淡淡光辉比喻为“冕”，认为是某种形式的“黄道光”。黄道光是黄昏后在西方天空或拂晓前在东方天空看到沿地球公转轨道面——黄道面附近的微弱光锥，这是黄道面附近的行星际尘埃散射太阳光而形成的。

哈雷观测了1715年4月22日的日全食，在当年的英国《皇家学会哲学会刊》上描述了日冕的形状和红色的日珥。他认为日冕是由于月球存在稀薄大气的缘故，写道：“月球东侧被太阳光暴晒了两星期，自然可以认为，较热的月球大气对太阳光产生了某种吸收效应；相反地，西侧则在黑暗与寒冷中度过了两星期，不会出现任何吸收作用。”18世纪天文学的顶尖人物赫歇耳认为，太阳是颗寒冷的固态天体，表面覆盖一层发光云，除了大小和距离，跟其他行星没有什么重大差别。这两种观点被后来的观测事实完全否定了。

英国业余天文学家贝利目睹了1836年的日全食，发表的报告描述道，食甚时在月球边缘出现了一串由太阳光形成的亮珠。现在称之为“贝利珠”，实际是从月球边缘的山隙穿过的太阳光。他的描述推动了天文学界关注1842年的日全食现象。他激情地描述当时的情景：“街上传来的巨大喝彩声惊动了我，就在同时，我又见到耀眼的壮观现象，为之震惊。这种震惊是难以想象的，因为在一瞬间，月球的黑影突然被冕状辉光包围。我原以为，月球完全遮住日轮时，其周围会出现亮环，根本没有想到会目睹如此壮丽而又真实的奇观，……虽然观众无一例外地交口赞美与喝彩，但我必须承认，在那异常美妙而骇人惶恐的现象中，同时会有些东西。而最引人注目的是，……月球周围出现了三个庞大隆起物（这是‘日珥’）……。”

此后的50年中，对于看到的日食现象，尤其日冕是某种光学幻觉还是太阳的真实部分，发生了一场大争论。当时的很多科学家可能倾向于幻觉，把日冕归因于月球边缘处的或地球大气的光散射。在1860年的日全食时，德拉鲁和塞基在相隔约400千米的两地拍摄了日冕照片，对比表明，两幅照片有很多同样的特征，说明日冕不可能是地球原因产生的。1870年的日全食观测再次得到同样的验证。不过，还不够充分并令人完全信服。

在1868年的日全食观测中，美国的坎贝耳发现日冕光是强偏振的。光辐射是电磁波，交变电场在垂直于传播方向振动。通常太阳光的电场向量是（垂直传播方向的）各方位都有的，不显示偏振，即非偏振光；当太阳光被小粒子散射到跟原来传播方向很大角度的方向，就会发生强偏振——电场向量主要在某特定方位，而散射到小角度方向就不会强偏振。偏振片只允许平行于其特殊（“轴”）方位的电场透过，可以检测偏振性质。因此，坎贝耳认为，日冕是由太阳附近（大角度散射）的，而不是地球大气（小角度散射）的粒子所组成。这成为日冕是太阳的真实部分的强力证据。

早在1666年，牛顿就用三棱镜把太阳光分解为七色彩带——光谱。1814年，夫琅和费用他制成的光谱仪发现，太阳光谱有很多暗的谱线，称为“夫琅和费谱线”。1858～1859年，化学家本生和物理学家基尔霍夫合作，做了很多化学元素的光谱实验。基尔霍夫总结出2条定律：①每一种元素都有自己的特征谱线；②每一种元素都可以吸收它能够发射的谱线。他们把太阳的夫琅和费谱线与一些元素的谱线对比，很快证明出太阳上有氢、钠、铁、钙、镍等元素。后来，又认出很多其他元素，说明太阳也是由地球上存在的元素组成的。

坎贝耳对日冕的解释也受到质疑：如果坎贝耳的解释是正确的，则散射光谱应当见到夫琅和费谱线，但当时未观测到。直到1871年，法国天文学家让森才在日冕光谱上观测到夫琅和费谱线，尤其是黄色的钠吸收线，证明了日冕是太阳附近粒子组成的；而且，他在日全食时，还观测到氢的发射线，这应是炽热的氢气体发射的。尽管这使得情况更加复杂，但都有利于日冕真实属于太阳的观点。

在1875年到1882年期间，天文学家拍摄了多次日全食的日冕，注意到大多日冕形态呈现系统的变化。1871年，让森把日冕形态比作大丽花的花瓣，而1878年，日冕主要在太阳赤道方向延伸很远。1871年和1878年分别是太阳黑子数目周期性变化的极大和极小，说明日冕形状与黑子数目变化有关，成为日冕真实属于太阳的有利证据。到1890年，天文学家才公认日冕是太阳的外部大气。

跟日冕的情况不同。1851年的日全食观测中，看到月球遮住太阳的过程中，月球边缘显露的隆起物或突出物日珥总是在日轮边缘的位置不变，因此，天文学家几乎毫无困难地公认，日珥是属于太阳的。

“太阳元素”——氦的发现

在太阳光谱观测研究中，发生过下面两个很有趣的故事。

1868年8月18日，在印度、马来群岛一带发生日全食，英国和法国的几个远征队奔赴现场观测。当时普鲁士与法国在交战，巴黎被普军围困，让森冒着生命危险，晚上乘气球偷越敌营，奔赴印度，其精神实可赞叹！他在日全食时拍摄到日珥的光谱，看到有氢的很强发射谱线，还发现一条黄色（波长578.6纳米）的发射谱线。第二天，他又把光谱仪对向日轮边缘之上“日珥”所在位置（这时日轮光太强，肉眼看不出日珥），结果发现这些谱线依然可见。于是，他发现了在非日全食时、利用这些谱线观测日珥的方法。他立即写信把这一发现报告给法国科学院。说来真巧，这年10月底，法国科学院不仅收到让森的报告，而且在同一天也收到英国天文学家洛基尔报告同样发现的信。为此，法国科学院特地铸造了有他们头像的金质纪念章。1869年，洛基尔进一步查明，这条黄色谱线跟当时已知任何元素的谱线都不符合，他认为这条谱线是太阳的特有元素“氦”（意即太阳的元素）产生的。直到1895年，英国化学家拉姆齐才在地球矿石中分析出氦。

1869年，美国天文学家哈克尼斯在日冕光谱中发现一条绿色谱线。下一年，美国天文学家扬测定出它的波长为530.3纳米，发现它跟任何元素的已知谱线都对不上号，于是只能设想它仅是日冕的元素“氪”发射的。以后又发现同样未知来由的波长为673.4纳米、670.2纳米等的谱线。直到1941年，瑞典光谱学家埃德伦才揭开日冕谱线之谜，原来，日冕是高温（达到百万度！）和物质密度很小（约1千克／千米^3）的，在这种条件下，铁原子失去很多电子，成为高度电离的离子，波长530.3纳米的谱线是失去13个电子的铁离子（符号为FeXⅢ）发射的，波长673.4纳米和670.2纳米的谱线分别是失去9个和14个电子的铁离子（符号为Fe VⅣ和Fe XⅣ）发射的，因为在地球实验室的一般条件下很难产生这样的谱线，所以称它们为“禁线”。

爱因斯坦相对论效应的验证

通常说，光线是直线传播的。1915年，爱因斯坦建立了广义相对论，并由它预言：光线在引力场中发生弯曲，太阳的引力场会使经过其近旁的星光偏转1.75角秒，于是，在日全食时就会看到太阳方向附近的恒星位置偏移。

为了验证，美国的里克天文台观测队在1918年6月8日的日全食时进行了观测，但很不幸，因为有云而拍摄到的恒星太少，不足以得到精确结果；在1919年5月29日的日全食时，英国皇家学会派出两个观测队分赴非洲和拉美观测，终于成功地确证了广义相对论的预言。

爱丁顿在回忆中谈道：发生日食那天，那里（西非的普林西比岛）天气并不理想，正赶上阴雨和多云，几乎没有任何希望。将近全日食的时候，太阳开始发暗，我们完成了工作计划，但愿情况不会太糟糕。云层一定是在全日食结束前变薄了，因此尽管有许多照片报废，我们还是得到两张底片，上面有所期望的恒星像。将这些底片与在太阳于星空别处时的同样星场底片进行比较，两者之间的差别就表明，恒星光线经过太阳附近发生弯曲而造成表象的偏移。我们当时面临3种可能性：①或许根本不存在什么偏移，也就是光线不受引力场的影响；②或许存在遵从简单的牛顿定律的“半偏移”（0.875角秒）；③或许存在“全偏移”，从而证实爱因斯坦定律而非牛顿定律。我记得戴逊将所有这些解释给我的同事柯丁罕听，将主要思想总结为偏差越大越激动人心。柯丁罕问：“如果我们得到双倍偏移，那到底意味着什么？”戴逊回答说：“那么，爱丁顿就会发疯，你只得孤身一人回去”。我们事先就安排对底片进行测量，这倒不全是因为急不可待，而是担心回家途中发生什么意外，所以我们立即检查了一张成功的底片。测量得到的数值与理论预言的符合，所以，一张底片几乎就可以决定问题的结果，尽管肯定还会通过其他的底片加以证实。日食3天之后，计算最终完成，我知道爱因斯坦理论经受住了考验，科学思想的新观点取得了胜利。

然而，去南美巴西那一队却遇到麻烦——有一个镜筒因日食时过分冷而导致散焦，好在还有另外望远镜拍摄到较好的像，一直拖了好几个月才整理出来。结果，两处观测偏移角分别为1.61和1.98角秒，与爱因斯坦的理论值（1.75角秒）基本相符。三年后，1922年9月21日发生日全食，里克天文台等三个独立的观测队也得出同样结论。可是，1932年1月在一次皇家天文学会议上，当弗罗因德利克报告说，他的日食观测给出的光线偏移值远大于爱因斯坦预言时，爱丁顿显然出现了咄咄逼人的气势！并做了如下评论：我想是《怪兽搜捕记》中的贝尔曼订下“事说三遍即为真”的规矩，现在恒星已经过三支独立的考察队重复三次，所以我确信结果是对的。

后来，在1936年6月19日、1947年5月20日、1952年2月25日的三次日全食观测也得到或大或小的偏移角。

历史上有趣的日食记录

人类对日食的观测记录已有近4000年的历史，这些记录不仅对科学史的研究而且对于我们了解古代文明都有着很重要的价值，因为一次明确的日食记录能为历史建立准确的日期。但是许多的原始记录都很含糊，对应的可能不止一次日食，而有些记录可能是虚构的或者对事实做了改动，目的只是为了强调某种事件的重要性或者是其他的原因。因此，现在的科学家必须判定一个记录是否可靠，才能由此推断历史的准确日期。我们这儿选取几个有趣的日食记录，目的在于让读者了解古人们对日食天象的重视程度。

1　中国古代有丰富的日食记录

最早的一次是《尚书·胤征》记载的“乃季秋月朔，辰弗集于房……”说的是夏朝两个天文学家羲、和的故事。当时的天子十分重视天象，认为那是上天给人类的暗示，因此他请了一批天文学家长期观测天象。那时彗星和流星不能被预测，但日食是可以预测的。司天官羲和因为沉湎于酒色，懈怠职守，没有及时预报出日食的出现，因而导致天下大乱。天子盛怒，将两人斩首示众。古今中外的学者们对这次日食的具体年份推断不一致，有的推算在公元前2165年，有的推算在公元前1948年，但一般都认为这是世界最早的日食记录。《诗经》记载“十月之交，朔日辛卯，日有食之……”这是周幽王六年十月朔，即公元前776年9月6日的日食。

《春秋》一书记载有日食37次除极少数几次还待考证外，已证明绝大多数都是正确可靠的。

如不计甲骨文中的记载，从古代到清朝，史书中共有1000多次日食记录。

2　西方古代最著名的一次日食是古希腊著名历史学家希罗多德记载下来的

当时古希腊的两个国家，吕底亚和米提亚之间爆发了激烈的战争，连续5年未见胜负，横尸遍野，怨声载道。古希腊的天文学家泰勒斯预先知道将会有日食要发生，便警告双方说上天反对战争，如果不停战，某一日会使太阳消逝。到了那一天，两军正在酣战不停，突然太阳失去了光辉，明星闪烁，白昼顿成黑夜。双方士兵将领大为恐惧，于是停战和好，后来两国还互通婚姻。据考证，这次日食发生在公元前585年5月28日。

3　并非古代流传下来的日食记录就一定是清晰明了或真实可信的

古代有些记载日食的原始资料极其含糊，因此，天文学家和历史学家对一次古代日食进行研究时首先要搞清楚这次日食是否是真实的。

著名天文学家、日食研究家R·R·牛顿指出假日食可分为3类：

（1）类同日食。一个年代史学者把一次日食的日期有意识或无意识地移动1年甚至更多时间，并与另一次日食混同。

（2）文学日食。这类日食出现于纯粹的小说作品中，它们完全是杜撰的，但是被一些过分热心的读者当成真的。

（3）巫术日食。“在战争中、大人物死亡或伟大事业开始时，日食会异常发生。”

最著名的一次与实际情况不符的日食是由希罗多德记载的。公元前485年，薛西斯继承波斯皇位，成为波斯帝国的第四代皇帝。当时的波斯国力极其强盛，是一个号称“宇宙之王、伟大之王、强有力之王、波斯之王、巴比伦之王、万邦之王、世界四方之王”的横跨亚欧非三大洲的庞大帝国。而薛西斯对此还不满意，他决心征服爱琴海彼岸欣欣向荣的希腊城邦。

4年后，即公元前481年，薛西斯向臣服于波斯的46个国家、100个民族征集了25万人的大军，浩浩荡荡地向希腊挺进。而希腊方面全部团结起来，也只有30多个城邦，11万军队。但是，经历了惨烈的温泉关之战（希腊方面仅依靠区区300英勇的斯巴达人浴血奋战，竟然歼灭了近2万波斯军队！）和著名的萨拉米斯海战后，波斯大军被打得一败涂地。薛西斯除留下一部分兵力在希腊继续作战外，自己率领其余部队退回到了小亚细亚。第二年，以斯巴达军团为核心的希腊联军又在普拉提亚彻底击败波斯陆军。从此，希波战争的主动权完全被希腊人所操纵，最后不仅将波斯人彻底赶出了欧洲，而且还解放了长久被波斯占领的小亚细亚沿岸各希腊移民城邦。公元前449年，希腊军队在塞浦路斯岛彻底打败波斯，双方订立和约，历时30多年的希波战争以希腊人的胜利而告终。

希罗多德在他的记载中对这场战役有这样一段描述：当波斯军刚要从吕底亚的萨尔迪斯出发的时候，“太阳离开了它在天上的本位而消失了，虽然天空澄明没有云影，不过白天却变成了黑夜。”

这很明显是一次日食。如果我们能推断出它发生的日期，将对我们了解整个进军的时间有很大帮助。很可惜，天文学这次帮不了我们什么忙。因为天文学的计算告诉我们，这次在吕底亚可以观测到的日食发生在公元前480年的10月2日。而希罗多德在书中却明明白白地告诉我们：大军是在春天到来时出发的。10月2日日食发生的时候，薛西斯还在萨拉米斯海战惨败后逃回亚洲的路上。如果一定要找春天的日食的话，公元前481年的4月18日，即波斯军从本土开拔的时候，印度洋上倒是有一次日食。但在波斯本土，这次日食只是部分可见，不清楚是否到了可以让“白天变成黑夜”的地步。

总之，希罗多德记载的这次日食应该是确实存在的，但要么发生的地点不对，要么发生的时间不对。很有可能是后人在讲述薛西斯之败的故事时，有意无意间把日食发生的地点放到了萨尔迪斯，把时间放到了出征之前。这样安排的目的是很明白的：日食被当作了波斯人失败的征兆！

太阳光球

太阳在各波段发射出来的总辐射能量流或“太阳输出（总功率）”为3.845×1026（即384.5亿亿亿）瓦，它称为“太阳光度”，整个地球大约只接收它的22亿分之一，相当于全世界总发电量的几十万倍。太阳能是人类可以进一步开发利用的清洁能源。在气象学上，常把测量的太阳照度称为“日射”。过去由“日射”进行地球大气吸收等改正后，得到的大气外的值1.95卡／厘米^2·分，称为“太阳常数”。近40多年来，用人造卫星携带优良仪器准确地测定出太阳总照度是变化的，于是，以“太阳（总）辐照”取代太阳常数。太阳总辐照平均值为1365～1369瓦／米^2。太阳的电磁波辐射主要是可见光，还有紫外、红外、X和γ射线、射电波段的辐射。可见光辐射变化不大（千分之几），而远紫外和射电（尤其在X射线波段）则常发生很大变化（达1/10甚至10倍以上），对地球环境和人类有相当严重的影响。太阳还发射粒子辐射，主要是从高温日冕流出的带电粒子（电子，质子——即氢原子核，α粒子——即氦原子核等）流，称为“太阳风”。在地球轨道附近，太阳风的电子和质子约8个／厘米^3，流速约450千米／秒，太阳风还耦合着强度约5纳特的磁场。太阳风也是有变化的，高速太阳风达1000千米／秒。

我们看到的日轮表面是太阳的“光球层”，通常所说的太阳半径（符号R⊙）69.55万千米就是指光球层而言的。光球层厚度约500千米，相对太阳半径而言是很薄的，所以我们看到日轮有明锐边缘。

太阳光球下面的内部可分为3层：①核反应区，范围从中心到0.25R⊙，正进行氢聚变为氦（常称为氢燃烧）的热核反应，产生巨量的原子能。实际上，正是从研究太阳的能源而先提出“氢聚变为氦”的热核反应，后来才在地球上建立“热核反应堆”。②辐射区，范围从0.25R⊙到0.8R⊙，通过辐射方式把热核反应产生的能量向外转移。③对流区或对流层，范围约0.1R⊙，通过对流方式向外转移能量。

光球层往上依次是太阳大气的色球层和日冕。色球层厚度约2000千米，物质稀疏透明，其辐射仅为光球层的几千分之一。日冕物质更稀疏，延展到几R⊙。或更远，其温度高达百万度，但其辐射仅为光球的百万分之几。由于色球层和日冕的辐射比光球层弱得多，平时肉眼看不出来，仅在日全食时才显现。

日轮（光球）太亮，若用肉眼直接观看也易伤害眼睛。因为望远镜聚光后的亮度更强，尤其不能用望远镜直接看日轮！常在望远镜物镜前面加减光片，再由目镜呈出放大的日轮较暗像到投影屏上，眼睛观看屏上的日轮像又安全又醒目。

在调节清晰的可见光（白光）日轮像上，首先会注意到日轮边缘部分比中央部分暗的“临边昏暗”现象，其原因在于：光球物质很不透明，中央部分的光来自光球层温度较高而亮的较深部；而边缘部分射出的是温度较低而较暗的浅部光。然而，在远紫外、X射线、射电（即无线电）波段的日轮像上，看到的却是“临边增亮”现象，这是因为这些波段的辐射主要是从光球以上的太阳大气发射出来的。

太阳活动

有些时候，太阳是相当宁静的；另些时候，太阳是很活跃的。太阳有多种活动现象，最容易观测的是光球上称为“黑子”的暗黑斑点。我国古代人用肉眼就看到了大黑子，《汉书·五行志》记载，公元前28年“三月乙未，日出黄，有黑气（即黑子）大如钱，居日中央”。伽利略观测日轮上黑子的移动而认识到太阳在自转。利用“多普勒效应”原理，从光谱线的位移测量得出，太阳赤道区自转快（周期约25天）、高纬区自转慢（周期约34天）的“较差式自转”，说明太阳物质类似于气体，太阳的赤道面与黄道面有7.25°交角。18世纪，人们猜想存在比水星更接近太阳的“水内行星”，以为它经过太阳—地球之间，就像“水星凌日”那样，会在日轮上显示为移动的小圆斑，结果虽然没有寻找到“水内行星”，却发现太阳黑子数目（太阳活动变化的规律）。

黑子的大小不一，小黑子不到1000千米，而大黑子达20万千米。大黑子有黑的“本影”和较暗“半影”的复杂结构。其实，黑子只是相对周围的明亮光球而言才显得黑，黑子温度仍有4000多开，仅比光球温度（5777开）低1000多度。太阳黑子是一种带电物质的漩涡气团，有很强的磁场，可达4000高斯。虽然黑子的观测研究已多年，但许多奥秘还远未完全揭开。

黑子从出现到消失，经过一系列形态结构演变。初现时是小黑点，逐步发展为2个大黑子，西、东的前导黑子与后随黑子的磁场极性相反，其间又有一些小黑子，它们组成一个黑子群。继之，后随黑子和前导黑子先后逐渐消失。有的小黑子只存在3小时，多数黑子的寿命小于11天，而大黑子的寿命长达几个月甚至1年以上。统计得出，黑子群的寿命大致跟它的极大面积成正比。黑子数或面积的每日均值有一系列极大年（峰年）和极小年（谷年），近似有11年的周期变化，黑子的日面纬度分布呈现“蝴蝶图”。黑子磁场变化则约有22年的周期；然而，黑子变化的周期规律并不是很严格的，很难预报准确。

有时可以在日轮的边缘区看到称为“光斑”的不规则较亮斑片。光斑的温度比周围光球高几百度，寿命比黑子长，也有约11年的活动周期。

在地球大气宁静度好的时候，性能良好的望远镜可以拍摄到日轮上的很多称为“米粒”的小亮斑，其角径为0.25″～3.5″或180～2540千米。太阳表面的米粒总数约500万个，总面积约占表面总面积的1/2。米粒一般比其周围亮30％，温度高300度。米粒是一种对流现象，光球层处于较高温度的对流层上面，热的对流元胞上升，将多余热量辐射掉后，变冷的气体就分开而沿米粒边缘向下返流回去。米粒的寿命约10分钟；米粒不断地破碎和再生，形成大小3″～5″的米粒簇，寿命可长达46分钟。

“色球层”是稀疏透明的，连续光谱辐射很弱，主要发出发射线辐射，氢的谱线，尤其氢的Hα很强，因而色球呈红色。自从海耳用单色光方法，尤其是李奥（B.F.Lyot）研制出单色（偏振干涉）滤光器和色球望远镜后，就可以经常观测色球了。色球层很不均匀，有亮暗谱斑组成的网络结构、针状物（日芒）、冲浪、暗条和日珥、耀斑等活动现象。

在高分辨的色球像上，色球外缘有类似小“火焰”的特征，称为针状物或日芒，它们是从宁静色球网络射向日冕的细长喷流，向上延伸可达10000多千米，宽度约800千米，寿命为5～10分钟，向上运动速度20～25千米／秒。

冲浪（又称为日浪）实际是形状呈笔直的或稍弯尖峰的一种物质抛射现象。冲浪爆发区的大小为几百到5000千米，抛射速度可达50～200千米／秒，最大高度达10000～20000千米，先加速度上升，达最高点后又加速返回，寿命多为10～30分钟，其抛射常在约1小时间隔在原地重复，但规模逐渐减小。

早在公元前1400年之前。我国古代甲骨文卜辞上就记载了日食时出现三个大“火焰”，它们就是日珥。1860年7月18日，在日全食时首次拍摄到了日珥的照片。1890年始用单色光观测到日珥在日面（光球）亮背景上呈现为暗条。

日珥有浮云、喷泉、拱桥、火舌、篱笆状等多种形态，大小不一，主要存在于日冕中，其下部常跟色球相连，寿命为几小时到数月。

日珥分为2大类：①宁静日珥。结构较稳定，寿命长（几个月），起初是较小的活动区暗条，位于相反磁极性活动区之间，有时可从一端进入黑子，活动区扩散时日珥变为较长且厚的宁静暗条。②活动日珥。经常出现在活动区内或黑子附近，也常与耀斑伴生，运动变化剧烈，寿命短（几分钟到几小时）。活动最激烈的称为爆发日珥，多数集中于低纬度区，跟黑子分布类似，具有11年周期变化。一般说，活动日珥（尤其某些细节）比宁静日珥的磁场强些，可达150～200高斯，磁场对日珥的形成及变化起重要作用。

虽然日珥的温度比日冕低2个量级，但日珥的物质密度比日冕大得多，估计约5个大日珥的质量就相当于整个日冕质量。

1859年9月1日，白光观测到一个大黑子群附近“光芒夺目的弯镰刀形耀斑”。同时，地球上发生电讯中断、特大磁暴和极光等现象。这样的白光耀斑较少。一般地，单色光观测看到色球局部区域急骤增亮10倍以上的现象称为“耀斑”，也曾称为色球爆发。耀斑是太阳高层大气的急骤不稳定过程，在100—1000秒内释放出很大的能量，引起局部瞬时加热，不仅谱线辐射，而且各种电磁辐射及粒子辐射都可能突然增强，对日地空间环境和地球有重要的影响。

耀斑按物理机制，分为2种基本类型：①单环耀斑（或致密耀斑），也称静态耀斑，大多数小耀斑都属于此类，发生在大尺度单极区或单个黑子附近；②双带耀斑，又称动态耀斑，它们比单环耀斑大得多且更猛烈，发生在暗条附近，在Hα单色像上呈两条亮带，几小时逐渐离开，跟大耀斑伴生的最突出和持久特征是升到日冕的耀斑环。

按产生的高能粒子，可以把耀斑分为3类：①非粒子耀斑。不产生高能粒子，只是一些小的光学耀斑，伴有的X射线辐射是能量不超过10千电子伏特的热爆发，没有任何行星际效应。②电子耀斑。仅产生约40千电子伏特的非相对论性电子发射，基本不伴有其他高能粒子发射，伴有Ⅲ型米波电爆发和能量大于20千电子伏特的脉冲X射线爆发。③质子耀斑。有大量相对论性高能质子发射，也有电子发射，都是光学大耀斑，伴有米波及微波射电爆发和能量不小于20千电子伏特的硬X射线爆发，有行星际效应（质子事件），造成地磁暴。

大多数耀斑都出现以黑子群、谱斑或宁静暗条为特征的活动区，跟磁场有密切关系。观测表明，一旦太阳大气形成偶极磁区，尤其偶极磁场扭转或剪切梯度大，就可能发生耀斑。大耀斑的总能量约3×1025焦，中等耀斑1023～1024焦，亚耀斑为1021～1023焦。

日冕

日冕是太阳的外层大气，延展到几倍太阳半径甚至更远，物质极其稀疏，但温度却达百万度，主要由质子、高次电离的离子和自由电子组成，很透明。日冕的可见光辐射仅约光球的1/1000000，因此，平时肉眼看不到日冕，仅在日全食时才能看到。

1931年，法国天文学家李奥在望远镜物镜所成日轮像前，用一个略大的遮挡圆片代替月球来人为地产生日全食，再在后面拍摄二次像，研制成日冕仪，在高山良好天气可以观测到日冕。航天时代以来，又设计了新型日冕仪，放在航天器上更有效地观测日冕。

在太阳活动极大时期，日冕近似圆形；在活动极小时期，日冕近椭圆形，赤道区比两极区更延展。一般说，日冕外部越来越暗，延展到5R⊙以上，实际没有明确外界。在日冕照片上，可以看到相当复杂的形态结构。很醒目的亮束称为“冕旒（或冕流）”，有的下部呈盔状，底部常有较暗的冕穴位于日珥之上。冕旒可持续几个太阳自转周。“日冕射线”是较细长的亮束。在太阳活动极小时期，射线尤其显著且数目多。有些呈羽毛状从极区散开，故称为极羽，其分布类似于长条形磁极附近的磁力线。细的射线约1″宽，而粗的达超过20″，长度可达1100″（或1.1R⊙）以上，寿命约15小时。“冕环或冕拱”是亮的环状结构，典型大小约1000千米×10000千米，几天到2星期就变化。

早在1957年，瓦尔德迈尔（M.Waldmeier）就注意到日轮外的日冕有暗区。过去曾认为太阳上可能存在所谓M区，那里发出的粒子流造成27天周期的地磁扰动，直到1974年，“天空实验室”拍摄的X射线太阳像上，清楚地揭示出，日轮上的暗区——“冕洞”才是这些粒子流的源区，而不再用M区概念。冕洞是日冕的温度和密度较低区，也是单极、开放的较弱磁场区，因而允许高速太阳风粒子流出。冕洞大致可分为极区冕洞、延展冕洞和孤立冕洞3种。单个冕洞占日面总面积的1％～5％，而极区冕洞占6％～10％，冕洞在太阳活动极小期比极大期更大，寿命也更长，有的甚至超过10个太阳自转周，而小冕洞寿命约1个太阳自转周。冕洞的显著特征是刚性自转，一个从南到北跨越纬度范围90°的延展冕洞历经几个太阳自转周也没有明显形态变化。在X射线太阳（日冕）像上有一些亮斑，大小20″～30″，寿命为2～48小时，估计每天可出现约2000个亮斑。X射线亮斑常出现于较小的偶极磁区。

日冕常出现激烈运动的瞬变事件，呈环状、泡状、云状等增亮结构，以速度300～1000千米／秒向外运动，发生“日冕物质抛射（CMES）”。一次事件抛射质量1012～1013千克，能量1023～1025焦，太阳活动极大期每天发生2～3次事件，极小期10天发生1～3次事件。这些事件常跟耀斑或爆发日珥相伴。

日冕的光学辐射包含3种成分：①K冕。这是高温日冕的自由电子散射的光球辐射，显示有很强的偏振特性，它是内冕和中冕的主要成分。②E冕或L冕。这是日冕离子的发射线辐射，除了发射线单色辐射显著外，它对白光的贡献很小。③F冕或内黄道光。这是尘埃散射的光球辐射，基本是非偏振的，因而可以用偏振观测与K冕分离，它对内一中冕贡献较小，而对外冕的贡献大。

日冕中主要有3种能量损耗：辐射耗能、向下的热传导耗能、向外的太阳风和向下流入色球的物质流耗能，总损耗能量为300～1000焦／米^2·秒。显然，需要有某些能量输入机制以补偿损耗来维持日冕高温，这就是长期争论而未很好解决的日冕加热问题。近年来更重视磁加热作用，通过电流的欧姆耗散或磁场湮灭释放能量可能占日冕加热的较大部分。

各种太阳活动现象出现的区域和性质虽然不同，但它们之间或多或少有一定联系，常表现为群发性，显示太阳活动强弱有某些普遍的“韵律”周期，最明显的是约11年和22年周期。太阳的某些区域经常出现太阳活动现象，因而称为“太阳活动区”，常有某些活动中心出现强烈活动。几个活动区集中而形成“活动复合体”。浮力把光球下面的磁场托入太阳大气，显露为活动区。太阳活动的白光表现是黑子和光斑，单色光表现是谱斑、网络、耀斑、冕洞和日珥，而日冕表现更显著。

我们的家园——地球

古人从局限环境的观察，曾形成“天圆如张盖，地方如棋局”的天圆地方说。在逐渐认识到月球不发射可见光，月食是由于月球走进地球影子才产生的之后，这成为地球是球形的一个有力证据。1300多年前，隋朝的刘焯提出，测量同一子午线上南北（不同纬度的）两地的日影长度来推算地球的圆周和半径，可惜没有被隋炀帝采纳。直到唐开元十二年（公元725年），南宫说才作了这种测量。当然，从现代人造卫星等航天器上能更清楚地看到地球的球形全貌，太空飞船上的宇航员看到最美丽的天体就是地球：大气中飘动着白云、辽阔的蓝色海洋、广阔的起伏大陆一目了然。经过长期考察研究，现在已建立了地球科学的一系列学科（地质学、地理学、气象学、地球物理学、地球化学等），内容繁多，这里仅概述跟日食有关的一些知识。

天文学乃至广泛的科学技术基准都跟地球有密切联系。长度单位米最初就规定为通过巴黎子午线全长的1/40000000。时间单位的平太阳日或1天（1昼夜）是以地球相对于太阳的自转为基准来计量的。1平太阳日的1/86400为1秒。现代的国际单位制（SI）采用更准确的原子钟标准，进而测定地球自转变化。

地球在椭圆轨道上绕太阳公转，通常说的地球与太阳的平均距离实际上就是椭圆轨道的半长径，其值为1.4959787亿千米，取作一种基本的量天尺单位——“天文单位”，地球轨道椭圆的偏心率（0.0167）很小，不容易在图上显示，但如前面所述，太阳与地球的实际距离变化仍是相当可观的，我们从地球上看到“日轮”的视（角）直径有明显变化；而且，地球的轨道运动速度以及从地球上看到太阳相对于恒星背景“天球”的视运动也是不均匀的，经过近日点附近时（每年1月初）速度大些，而经过远日点附近时（每年7月初）速度小些。地球绕太阳公转一圈需365.2422天，称为“回归年”。需要指出的是，通常说的“地球自转一圈就是一天”这句话是不确切的。天文学上，把地球相对于恒星背景“天球”自转一圈的时间称为“恒星日”，1“平太阳日”（一天）比1“恒星日”约多3分56秒（平太阳时间）。或者换个说法：1回归年=365.2422平太阳日=366.2422恒星日。实际上，地球的公转轨道和自转以及“黄（道面）-赤（道面）交角”都有较小而又很复杂的变化。

地球可分为固体地球、水圈、大气圈三大部分。此外，地球还有生物圈。虽然水圈和大气圈所占总质量的比率很小，但它们是生物生存必需的主要环境条件，而生物也对水圈和大气圈的演化有重要影响。

固体地球是地球的主体，包括地表（大陆和洋底表面）以下的地球各部分，占地球总质量5.9737×1024千克（即59.37万亿亿吨）的99.9％以上。通常说，地球的平均半径6371千米就是指固体地球而言的。实际上，固体地球更近似于椭球，赤道区约高7千米，两极区约低14千米，还有高山和海沟等地形。

地震波资料提供地球内部结构的信息。综合全球地震资料和理论研究，地球内部有3大圈层：地核、地幔、地壳。地核又分固态内核（0—1221.5千米）和液态外核（1221.5～3480千米）。地幔分为下幔（3630～5701千米）和上幔（5701～6346.6千米）。地壳平均厚度为33千米，各处厚度不均匀，海洋地壳平均厚度约7（4—15）千米，而大陆地壳平均厚度为36（30～80）千米。地壳和地幔顶部（半径6291千米以上）由刚性岩石组成，一起称为岩石圈，厚度约60—120千米。岩石圈下面是软流圈。

从放射元素分析得出，地球约在46亿年前形成。由于经受了外来小天体的陨击、火山活动和板块构造等地质过程，已发生“沧海桑田”的严重演化，地球表面积的98％是后半期形成的，90％是近6亿年内形成的，最早期8亿～10亿年的遗迹已丧失殆尽，很难从地球自身研究得到它的完整演化史。

水圈是地表水体的总称，包括海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川和地下水。其中主要是辽阔的海洋，占地球表面积的70.8％，平均深度3900米。水圈总质量为1.45×1021千克，约为地球总质量的1/4000。

大气圈是地球的外围气体层，广延到行星际，地球大气主要集中于近地表的低层，外层大气极稀疏。大气圈总质量为5.136×10118千克，约占地球总质量的1/1000000。地球大气的温度和成分等性质主要随高度变化（垂直分布），也有随纬度或区域以及随时间的变化。根据大气温度的垂直分布，常把大气分为4个圈层：对流层、平流层、中层、热层。热层以上的外大气层气体极其稀疏（107分子／厘米^3，而海面1019分子／厘米^3），甚至延展到60000千米，主要是氢和氦，受太阳的Lα（波长121.6纳米）辐射激发而有微弱辐射，称为地冕。按气体混合状况，以高度85千米为界，分为下面的均质层与kN的非均质层。据气体电离程度，地球大气分为2层：以高度70千米为界，下为中性层，上为电离层。高层大气被太阳X射线离解为离子和电子而形成电离层，按电子密度的垂直分布分为D，E，F1，F2层，依次反射长波、中波到短波的无线电信号。只有频率30兆赫以上的超短波和微波才可以穿过电离层而用于宇航通讯及天体射电观测。

由于地球大气有选择性地吸收天体辐射，只透过某些波段的天体辐射而到达地面，因此，地面观测到的只是通过大气“窗口”波段的天体辐射，而观测天体在其他波段的辐射则必须到高空和太空进行。

我国古代发明了指南针（磁针）来确定方向，认识到地球是个大磁体。地球磁场（简称地磁）大致像条形磁石周围那样的偶极磁场，现在的磁轴与自转轴的交角为11.5°，且磁场对称中心偏离地心南约460千米，南、北磁极的磁场强度为0.68和0.61高斯（1高斯=1014特），磁赤道的磁场强度H0=0.31高斯。地球总体磁性常用磁矩μ表示，它跟行星半径R和H0的关系为μ=H0R3=7.906×1010·高斯·千米3。地磁的主要部分是基本磁场，产生于地球内部。太阳风带电粒子流跟地球磁场相互作用，在地球周围形成带电粒子包围的地球磁场控制区域称为磁层。太阳风的动压把地球磁力线往背太阳方向推斥，使磁层形成复杂结构。地球磁场和磁层随地球自转，带电粒子流与磁场相对运动而形成大的电流体系，成为地球外部磁场的源，太阳活动剧烈时，强太阳风扰动磁层电流系统而造成地磁扰动。沿磁力线沉降的高能带电粒子（主要是电子）激发大气原子和分子发光而形成美丽的“极光”。地球磁场捕获的大量带电粒子所在区域称为“辐射带”，这是先由理论预言，范艾伦（Von Allen）在1958年用卫星上的仪器发现，故又称为范艾伦带，那里的很强辐射会危害航天器极其携带的仪器和宇航员。

地球的伴侣——月球

自伽利略在16世纪初用望远镜首先观测月球以来，尤其是航天时代的飞船和登陆器探测，以及12名宇航员登月，取回月球表面样品到地球上实验室分析，揭示了月球的奥秘和演化史。近年来，再次掀起探测月球的热潮，我国的“嫦娥”探月工程也正在开展。

月球的平均半径为1738千米，仅是地球赤道半径的27.25％。月球的体积仅是地球体积的2％。月球表面地形最低到最高起伏达16千米，几乎跟地球的高低起伏一样大。月球质量为7.353×102千克，仅为地球的1/81.3。在太阳系的所有行星及其卫星中，月球与地球的相对大小和质量比是最大的，因而可以称为“双行星”。

月球平均密度为3.341克／厘米^3，仅为地球平均密度的60％，说明月球的总体成分和内部结构跟地球的差别较大。月球赤道表面重力（加速度）为1.62米／秒^2，只有地球表面重力的1/6，宇航员在月球上毫不费力就可以打破奥运会跳高纪录。

月球表面的逃逸速度为2.38千米／秒，比地球表面逃逸速度（11.2千米／秒）小得多，因此，月球上的气体易逃逸到太空。现在的月球几乎没有大气，月球的极稀疏大气是因流星体撞击月岩而放出的气体，或月球俘获的少量太阳风气体。月球的昼夜平均温度变化很大（107％～-153℃），太阳直射处温度高达123℃。在太阳光很少照射到月球的南北两极区，温度常低到-233℃。

月球几乎没有水，仅两极低洼区探测到水的迹象，可能是彗星陨落留下来的，估计含水冰至少亿吨，这对于将来人们旅居月球是很重要的。月球几乎没有地球那样的全球偶极磁场，月球也没有磁层。但一些月球岩石有剩余磁场，有的可达0.3高斯，据推算月球36亿年之前可能有更强磁场。

伽利略称月球表面的亮区域为月陆，暗区为月海；还看到大量的大大小小凹坑，这些坑的成因是什么？从伽利略时代到现代，争论了300多年，有人认为它们是火山口，有人认为它们是外来天体陨落撞击的陨击坑。直到登月考察才确认是“陨击坑”（尤其是含外来天体的成分）。最近的陨击坑还有溅出物呈放射状沉积很长的亮辐射纹。满月时，第谷坑和哥白尼坑的辐射纹尤为壮丽。某些中文书刊上习惯用“环形山”是不太准确的。月球上还有山脉、悬崖、凹谷等构造和火成特征。

月陆又常称为高地，一般高于月海1～3千米，占月球表面总面积的4/5，因反照率较大（0.09～0.12）而显得亮，是斜长岩组成的古老月壳，由于长期受外来小天体陨击而陨击坑累累。

月海是低的盆地，但却名不符实——那里没有水，只因反照率较小（0.05～0.08）而显得暗，它们是外来天体的大陨击开掘，后由下面喷发的玄武岩填充。有些月海区因质量和重力大而称为质量瘤。月球表面上有22个月海，占总面积的16％，大多（19个）在朝向地球的半个月球（正面）。最大的月海——风暴洋，面积约500万平方千米；其次是雨海，面积88.7万平方千米，有的小月海称为湖（如梦湖、死湖等），月海深入月陆的部分称为“湾”和“沼”。月面还有些大的圆形凹地，形如月海，但底部没有填充月海物质，称为类月海，多在月球背面，如赫兹斯朋凹地、科罗廖夫凹地等。

宇航员登上月球，确认那里是寂静的不毛之地，天空深黑，视野清澈，散布着形状多样的大小岩块，一走动轻飘飘的，足下细尘飞扬，留下棱角分明的足印。月球表面覆盖着大量陨击抛出的碎岩和细尘——称为“月壤（regolith）”，完全不同于含有腐殖质的地球土壤。

月球内部结构也可分为核、幔、壳。月核的大小甚至是否存在仍是未解决的问题，如果有富铁核的话也不大（其半径350～450千米，占总质量的2％～4％），甚至可能部分熔融。月幔较厚，约占总体积的90％。月壳平均厚度约70千米，但很不均匀，正面月海盆地底部月壳厚几十千米，某些大盆地下面的月幔较密物质上涌到月壳成为质量瘤，而背面高地月壳厚100多千米。月壳和上月幔构成刚性岩石圈，保持上面的陨击盆地和陨击坑。月球的质量中心（质心）偏离几何中心（形心）朝地球方向约2千米。

综合近30多年来的飞船探测研究结果，可以归纳出月球的形成演化史。

关于月球起源，现在流行的是碰撞假说，认为45亿年以前有一个约0.14地球质量的小天体斜撞地球，抛出物很快就聚集形成月球。初期很热，至少其外部几百千米完全熔融，逐渐冷却和结晶，凝结出原始月壳。同时，陨石继续频繁地轰击月球，破坏和混搅原始月壳上部。

距今约43亿年，原岩浆体系最后结晶为克里普（KREEP，富钾、稀土、磷元素）岩，熔融的月壳固结。距今43亿～38亿年，继续有大的陨击开凿月海。同时，月幔深处的放射元素加热而生成岩浆带，在月海区上涌到表面成为火山熔岩喷发而填充月海盆地。大陨击继续翻转和混合上层月壳物质，破坏原始月壳和表面外流火山岩的原来地质建造。一些大陨击开掘多环盆地，击穿下面的破裂混搅碎屑层，抛出月球深处原始样品到表面，供我们收集和研究。

距今38亿～30亿年是月海玄武岩填充时期。陨击率很快减少，从大陨击破裂处涌出更多火成岩流。月海玄武岩来自深150～450千米的部分熔融物质，其密度比月壳的大，因而它们填充的月海盆地成为质量瘤。月海填充持续几亿年，可能不是一次连续的，而是几次。

距今30亿年，火成活动基本结束，陨击率大致保持很低，但相对而言，陨击却成为改造以前月表的主要过程。除了月震和零星的陨击，月球几乎没有地质活动。

总之，尽管月球早期发生剧烈的演化，但很久以前就宁静下来，月球上留下了早、中期的演化遗迹，为研究丧失前期遗迹的地球和类地行星演化提供宝贵的借鉴。

日食效应

利用日食，尤其是日全食的特殊环境条件，可以进行很多方面的科学研究。

首先是太阳色球和日冕及太阳活动的光学观测研究，虽然现在有专业的大型太阳望远镜、色球望远镜、日冕仪以及太空观测台可以进行这方面的经常性观测，但不能完全取代日食时的观测。本书后面将详述用小型仪器容易进行的观测研究。这里仅简介其他方面的观测研究情况。例如，在太阳射电的观测研究中，小型射电望远镜利用日食过程提高了空间分辨率，可以研究太阳在射电波段的临边增亮和活动区的性质。

很多证据表明，地球气候在过去5000年间发生了重大变化，按照全球气候的数学模型，太阳的光度变化1％～2％就会对气候有很大影响，前面谈到，卫星携带优良仪器在准确地测定太阳总辐照（因而光度）的变化。不过。还有一种间接方法，美国的索菲娅（S Sofia）等推算，太阳光度减小1％应导致太阳（角）半径减小0.72角秒。1836～1953年检测出太阳的水平直径和垂直直径分别有2.25角秒／世纪和0.75角秒／世纪速率的长期减小；而从13次水星凌日时间观测却得出，太阳直径减小速率小于0.3角秒／世纪；从测量日全食的月球本影带南北界限（就是让本影边界附近的观测者报告是否看到日全食）可以相当准确地推算出半径，从1715年5月3日和1976年10月23日的日全食得出太阳半径减小0.34角秒（误差±0.2角秒），这相当于太阳光度减小0.5％和地球气候变冷，而实际上却是变暖，看来，情况实在复杂，有待更巧妙的观测技术。

测定日食的日轮与月球各相切时刻和方位，可以检验预报，从而研究月球和地球的运行变化规律。

日食期间，太阳辐照减小，大气温度、气压及湿度都发生相应变化，这种变化也跟当地环境条件有关。

日食还有很多大气效应。1870年的日全食将要开始时，房屋的外墙出现奇特的飘动波纹——“影带”。气象学家一直在观测这种影带，以研究低层大气的变化。不过，影带的宽度、间隔、速度和反差在不同日全食的表现不同，跟温差和风速等有关，很难建立综合理论。2001年6月21日的日全食时，观测者专门在地上布置白布，用摄像机拍摄下这种变幻现象的过程。但2006年3月29日的日全食观测到魔幻的影带更复杂。

日食期间，不同天区的天光亮度、颜色和偏振也是变化的，例如，天顶呈蓝色，地平呈红色，观测结果可以进行很好的理论解释。

日全食的电离层效应是很显著的。日全食期间，E层的离子总浓度下降50％；F层下部降30％以上；电子浓度减少30％，温度降20％，变化是很快的。从1997年3月9日的观测得出，200千米以下电离层（E层和F1层）完全受日食控制，往上受控制减弱。日全食期间臭氧的柱总量有些减少，近地面浓度减少较明显。

日全食对地磁场有影响，尤其月球本影带的磁扰更为显著。日全食也影响地面大气电场。

有的学者作了日食的生物“实验”，例如，1954年6月22日波兰发生日全食，志愿队的观察得出，哺乳动物（如狗、猫）不受日食影响，鸟类显露焦虑迹象，尤其是全食带的云雀和麻雀停止鸣叫，昆虫的日食反应更明显，蜜蜂回巢，飞蛾出现，蝴蝶停歇在草地上，这些结果得到1961年2月15日等多次日全食观察证实。

西方的“月文化”

在中国人眼中月亮代表美好和团聚，在西方人的眼中有时却代表自私、狂躁或是邪恶。

凡·高是法国著名印象派画家，他激情创作出的《星月夜》，曾给世人带来许多的纷争。在100多年的争论中，人们一直为右上角那个圆球到底是太阳还是月亮的争论没有结果。美国西南得州大学的天文学家纳德·奥尔森经过多年的研究，坚定不移地确认图中的圆球绝对是月亮。凡·高创作的画均有些怪异。这幅画寓意黑暗越来越多的来临，是当时他心境的写照。

古印度传说中，就有月神苏摩为了抢夺别人家的妻子，不惜掀起一场神界大战，这种自私的疯狂和残酷，就连印度信奉的大地女神也为之震惊。

莎士比亚在其名著《仲夏夜之梦》中更是将月神这个自私、狂躁的形象描绘得绘声绘色：“执掌潮汐的月亮，因为再也听不见夜间颂神的歌声，气得脸孔发白，在空气中播满了湿气，人一沾染上就要害风湿症。”西方人自古就认为精神错乱与月亮盈亏相关，就连英文里面的疯子“lunatic”这个字，也是从拉丁文“lu—na”（月亮）演变而来的。2005年，在伦敦召开的世界神经病学大会上，曾以许多病案加以证认。像美国的医学专家声称接受研究的一名51岁的男性病人患有癫痫症，但只有在满月时才会发作，据科学家估计是月亮引力的微妙改变，可能在某种方面触动了癫痫症的发作。在西方月亮文化中也有表现温馨的话题。例如：俄罗斯著名画家伊凡·尼古拉耶维奇·克拉姆斯柯依（1837—1887）创作的油画《月夜》，在美术史上誉为“爱情诗”的油画。他以俄罗斯的民族艺术风情，叙述了一个美丽的故事。画家用银灰色调渲染了夏夜的恬静，没有微风，参天的菩提树显得神秘幽邃，夜色中的蔷薇花散发着清香。这样的时刻，一个穿白色衣裙的美女，独坐池塘边的长椅上，她面前的池塘中漂浮着睡莲积菖蒲，一轮明月倒映在水中。人物与环境处理得十分和谐，迷蒙的月光洒满林中，恍若仙境，令人向往，使人陶醉。当每个驻足观看此画人，不由自主地被那人物美、环境美、月夜美所触动，这是一幅以画笔描述的爱情诗的温馨画卷。

中国的月亮文化

到底是什么时候中国人开始如此关注月亮呢？

大概从西汉起，月亮开始成为人们寄托情思、抒发情怀的载体。《古诗十九首》中有“明月皎夜光，促织鸣东壁。玉衡指孟冬，众星何历历”以及“明月何皎皎，照我罗床帏。忧愁不能寐，揽衣起徘徊”，都是明月烘托出一种幽静寂寥的环境氛围。

正是因为月亮能寄托相思，于是一年一度的中秋佳节更是意义非凡。每年的中秋之际正应该举家团圆，家家户户有欢声笑语，华夏大地一片祥和。可是古人们，经常会面临着人生的颠沛流离，居无定所，与亲人间常常会聚少离多，因此他们面对月亮的时候，有相思更有离愁。

1　中秋传说之一：后羿射日

传说中后羿和嫦娥都是尧时候的人，天上有十个太阳同时出现在天空，把土地烤焦了，庄稼都枯干了，一些怪禽猛兽，也都从干涸的江湖和火焰似的森林里跑出来，在各地残害人民。

人间的灾难惊动了天上的神，天帝命令善于射箭的后羿下到人间，协助尧解除人民的苦难。后羿带着天帝赐给他的一张红色的弓，一口袋白色的箭，还带着他的美丽的妻子嫦娥一起来到人间。

后羿立即开始了射日的战斗。他从肩上除下那红色的弓，取出白色的箭，一支一支地向骄横的太阳射去，顷刻间十个太阳被射去了九个。只因为尧认为留下一个太阳对人民有用处，才拦阻了后羿的继续射猎。这就是有名的后羿射日的故事。

但是后羿的丰功伟绩，却受到了其他天神的妒忌，他们到天帝那里去进谗言，使天帝终于疏远了后羿，最后把他永远贬斥到人间。受了委屈的后羿和妻子嫦娥只好隐居在人间，靠后羿打猎为生。

关于后羿之死，战国时思想家孟子（约前372～前289），所著《孟子》和西汉初年刘安（前179～前122）门客编成的《淮南子》都说他是被恩将仇报的徒弟逢蒙暗害的。暗害的手段记载各不一样，有的说是用桃木大棒打死的，有的说是用暗箭射死的。总之这位盖世英雄死在阴谋家的手里。

还有一种说法，后羿死后英魂不灭。变成了打鬼的钟馗神。是我国著名史学家顾颉刚（1893～1980）根据《淮南子》等古书的记载考证出来的。这种说法，实际上反映了我国古代人民对这位不幸死去的英雄的无限怀念。

2　中秋传说之二：中秋拜月

相传后羿射日后，其盖世神功吸引了不少人慕名前来投师学艺。后羿的妻子，名叫嫦娥。她本来和后羿是一对恩爱夫妻，但现在的后羿除了要处理日常的事物和教授徒弟，就渐渐冷落了嫦娥。平时，她呆在后宫感到十分的孤单。嫦娥吃下了王母娘娘给的不老药，突然觉得自己的身子变得轻飘飘的，竟然离开了地面，又冲出窗口，向天上飞去，飞到了月亮上的广寒宫里。

悲痛欲绝的后羿，仰望着夜空，忽然他惊奇地发现，今天的月亮格外皎洁明亮，而且有个晃动的身影酷似嫦娥。

后羿急忙派人到嫦娥喜爱的后花园里，摆上香案，放上她最爱吃的食品鲜果，遥祭在月宫里的嫦娥。

后人就此逐渐演变出了中秋拜月的习俗。

3　中秋传说之三：吴刚斫桂

关于中秋节还有一个传说：相传月亮上的广寒宫前的桂树生长繁茂，有五百多丈高，下边有一个人常在砍伐它，但是每次砍下去之后，被砍的地方又立即合拢了。几千年来，就这样随砍随合，这棵桂树永远也不能被砍倒。据说这个砍树的人名叫吴刚，是汉朝西河人，曾跟随仙人修道，到了天界，但是他犯了错误，仙人就把他贬谪到月宫，日日做这种徒劳无功的苦差事，以示惩处。李白诗中有“欲斫月中桂，持为寒者薪”的记载。

4　中秋传说之四：朱元璋与月饼起义

中秋节吃月饼相传始于元代。当时，中原广大人民不堪忍受元朝统治阶级的残酷统治，纷纷起义抗元。朱元璋联合各路反抗力量准备起义。但朝廷官兵搜查得十分严密，传递消息十分困难。军师刘伯温便想出一计策，命令属下把藏有“八月十五夜起义”的纸条藏入饼子里面，再派人分头传送到各地起义军中，通知他们在八月十五日晚上起义响应。到了起义的那天，各路义军一齐响应，起义军如星火燎原。

很快，徐达就攻下元大都，起义成功了。消息传来，朱元璋高兴得连忙传下口谕，在即将来临的中秋节，让全体将士与民同乐，并将当年起兵时以秘密传递信息的“月饼”，作为节令糕点赏赐群臣。此后，“月饼”制作越发精细，品种更多，大者如圆盘，成为馈赠的佳品。以后中秋节吃月饼的习俗便在民间流传开来。

《天问》中有关月亮的故事

《天问》是从先秦时代流传下来的综合天文文献，在科学上有着重要的历史地位。《天问》是屈原思想学说的集粹。屈原（约公元前339～约前278）。战国时期的楚国诗人、政治家，“楚辞”的创立者和代表作者。全书372句1553字，对于自然现象、古史传承、神话故事等提出问题，表现出作者对宇宙的探索精神，也体现了作者的宇宙观和认识论。

《天问》在第一部分中对自然结构提出问题。也就是对宇宙起源、天体结构和日月星辰运行发问。

1　《天问》中月中玉兔的神话

厥利维何，而顾菟在腹？人们对这句话的理解有很大分歧，关键在于对“顾菟”二字的解释，有人将其释为顾盼的兔子，有人应用楚语“于苑”释为虎。前者应该就是月中有玉兔观念的来历。按照“菟”为“兔”的解释，《天问》这句话的含义为：月亮贪图什么好处，腹中竟有玉兔。

《天问》中月中嫦娥的故事

《淮南子·览冥训》曰：“羿请不死之药于西王母，羿娥窃以奔月。”羿娥即嫦娥。因此，《天问》这句话的意思是说，羿如何能从西王母那里得到不死仙药，为什么又不牢牢收藏好呢？以致被嫦娥吞吃了不死仙药奔向了月亮。说不清从何时开始，嫦娥又被说成是羿的妻子。

《天问》对大地形状的认识还处于天圆地方的“盖天说”阶段，天体包括日月在内，都是在地平面以上作环绕运动。古人认为，太阳只有运动到地面一定的范围才能见到日光，越出这个范围就是黑夜。在屈原看来，大地并不是正方形，南北要比东西更长一些。上古时由于交通工具的限制，人类的活动范围狭小，但尽管如此，还是懂得除通常所知道的冬寒夏热的气候外，还知道有冬天炎热、夏天寒冷的地方。

《天问》对天与地的描述

九州安错？川谷何洿？

天何所沓？十二焉分？

东流不溢，孰知其故？

日月安属？列星安陈？

东西南北，其修孰多？

出自汤谷，次于蒙汜。

南北顺堕，其衍几何？

自明及晦，所行几里？

昆仑县圃，其尻安在？

夜光何德，死则又育？

增城九重，其高几里？

厥利维何，而顾菟在腹？

四方之门，其谁从焉？

女歧无合，夫焉取九子？

西北辟启，何气通焉？

伯强何处？惠气安在？

日安不到？烛龙何照？

何阖而晦？何开而明？

羲和之未扬，若华何光？

角宿未旦。曜灵安藏？

何所冬暖？何所夏寒？

月亮文的传承

唐朝——唐明皇进月殿

唐玄宗（685～762）　（唐玄宗至道大圣大明孝皇帝），姓李，讳隆基，又称唐明皇。

“唐明皇进月殿”出自明代小说家凌蒙初的《初刻拍案惊奇》卷之七“唐明皇好道集奇人，武惠妃崇禅斗异法”：

诗曰：燕市人皆去，函关马不归。

若逢山下鬼，环上系罗衣。

另据《唐逸史》记载：唐玄宗与申天师及道士鸿都中秋望月，突然玄宗兴起游月宫之念，于是天师作法，三人一起步上青云，漫游月宫，但宫前有守卫森严，无法进入，只能在外俯瞰长安皇城，在此之际，忽闻仙声阵阵，清丽奇绝，宛转动人！唐玄宗素来熟通音律，于是默记心中。这正是“此曲只应天上有，人间哪得几回闻！”

日后唐玄宗回忆起月宫仙娥的音乐歌声，自己谱曲并编舞，这就是历史上有名的《霓裳羽衣曲》。

宋朝

据宋代孟元老《东京梦华录》记载：“中秋夕，贵家结饰台榭，民家争占酒楼，玩月笙歌，远闻千里，嬉我连坐至晓”。

另据金盈之（约1126年前后期在世）《新编醉翁谈录》记载：“倾城人家子女不以贫富能自行至十二三，皆以成人之服服饰之，登楼或于中庭拜月，各有所期：男则愿早步蟾宫，高攀仙桂；女则愿貌似嫦娥，圆如皓月。”宋朝在杭州另有一特殊的中秋景观，即钱塘观潮。由于钱塘江口地形类似一漏斗，每当海潮涌至，受到渐进渐狭的地形影响，波浪便重重叠叠堆积成一道水墙，声势蔚为壮观。苏东坡在杭州任佑府时，曾作过一首《中秋夜观潮》，描述观潮人数之众多，及潮水汹涌之气势：

定知玉兔十分圆，已作霜风九月寒。

寄语重门休上钥，夜潮留向月中看。

万人鼓噪慑吴侬，犹似浮江老阿童。

欲识潮头高几许，越山浑在浪花中。

《武林旧事》中的另一段文字则更具体的描述了潮水震撼天地的磅礴气势：“方其远出海门，仅如银线，既而渐近，则玉城雪岭，际天而来。大声如雷霆，震撼激射，吞天沃日，势极雄豪”。直至今日，钱塘观潮仍是浙江省中秋节最具特色的观光据点。

明清

田汝成（约1540年前后在世）的《西湖游览志余》“熙朝乐事”记载，明人多于中秋节以月饼相馈赠，取其圆形的“团圆”之义。夜晚则设赏月之宴，或携带酒食至湖海之畔游赏。刘侗、于奕正合着的《帝京景物略》（1635）卷之二则详细描述了中秋祭月的供品：月饼必须是圆的，所供的瓜果则必须切成如莲花般的牙瓣。街市出售月光纸，上面绘有月光遍照菩萨，下绘月轮桂殿，有一兔立，捣药于其中。祭月后将月光纸焚烧，所供的果饼分给家中的每一成员。中秋节又是团圆节，所以纵使有归宁的女子，也必定于此日返其夫家团聚。

至于明人赏月的盛会，则有张岱（1598～1671）所描述的《陶庵梦忆》卷五的“虎丘中秋夜”：

虎丘（今苏州虎丘）八月半，土著流寓、士夫眷属、女乐声伎、曲中名妓戏婆、民间少妇好女、崽子娈童及游冶恶少、清客帮闲、傒僮走空之辈，无不麟集。自生公台、千人石、鹅涧、剑池、申文定祠下，至试剑石、一二山门，皆铺毡席地坐，登高望之，如雁落平沙，霞铺江上。天暝月上，鼓吹百十处，大吹大擂，十番铙钹，渔阳掺挝，动地翻天。雷轰鼎沸，呼叫不闻。更定，鼓铙渐歇，丝管繁兴，杂以歌唱。皆“锦帆开，澄湖万顷”同场大曲，蹲踏和锣丝竹肉声，不辨拍煞。更深，人渐散去，士夫眷属皆下船水嬉，席席征歌，人人献技，南北杂之，管弦迭奏，听者方辨句字，藻鉴随之。二鼓人静，悉屏管弦，洞箫一缕，哀涩清绵，与肉相引，尚存三四，迭更为之。三鼓，月孤气肃，人皆寂阒，不杂蚊虻。一夫登场，高坐石上，不箫不拍，声出如丝，裂石穿云，串度抑扬，一字一刻。听者寻入针芥，心血为枯，不敢击节，惟有点头。然此时雁比而坐者。犹存百十人焉。使非苏州，焉讨识者。

明人拜月时用的“月光纸”，到了清朝，改了个名字叫“月光马儿”。富察敦崇的《燕京岁时记》（1906）记载：“月光马者，以纸为之，上绘太阴星君，如菩萨像，下绘月宫及捣药之兔。人立而执杵，藻彩精致，金碧辉煌，市肆间多卖之者。长者七八尺，短者二三尺，顶有二旗，作红绿，笆或黄色，向月而供之。焚香行礼，祭毕与千张、元宝等一并焚之”。

清代流传着这样一句话：“男不拜月，女不祭灶”。所以拜月就成了妇女的专利，家中的主妇忙着拜月。中秋节前几天，街市上都会卖“兔儿爷”。兔儿爷的起源约在明末。明人纪坤（约1636年前后在世）的《花王阁剩稿》：“京中秋节多以泥抟兔形，衣冠踞坐如人状，儿女祀而拜之”。到了清代，兔儿爷的功能已由祭月转变为儿童的中秋节玩具。

兔儿爷的来历

在古时候，忽有一年，北京城里闹起了瘟疫，几乎每家都有人得了病，可就治不好。月中的嫦娥看到人间如此情景，心里十分难过，就派身边的玉兔去为百姓们治病。玉兔变成了一位少女，挨家挨户地走，每到一处就换一身装扮，一会儿是男人装束，一会儿又是女人打扮……玉兔治好了很多人的病。消除了京城的瘟疫之后，玉兔就回到月宫中去了。人们为了感谢玉兔，就用泥塑造了玉兔的形象，被民间亲切地称为“兔儿爷”。

它们中有骑虎的，有乘凤的，还有披挂着铠甲的。

每到农历八月十五那一天，家家都要供奉兔儿爷，摆上好吃的瓜果。

月亮诗篇

自从月亮成为文人墨客笔下的宠儿，人类迄今不知道创造了多少月亮文化。

对于月亮的描绘不仅仅限于中秋胜景，数千年来，文人赋予月亮诸多的内涵，或孤独、或相思、或安详、或憧憬，人们赋予它更为丰富的内涵，月亮成为引发无限遐想的对象。在月亮的身上倾注了多少爱恨情愁，寄托多少悲欢离合。

月亮在中国文化中象征意义十分丰富。她是美丽的象征，创造了许多优美的审美意境；同时，月亮也是人类相思情感的载体，她寄托了恋人间的相思，表达了人们对故乡和亲人朋友的怀念；在失意者的笔下，月亮又有了失意的象征，引发了许多文人的失意与惆怅。

当我们遥望夜空，看见朗朗明月之时，遐想之余，自然会联想起与月相关的诗句：“月出皎兮，佼人僚兮”（《诗经·陈风·月出》），“海上生明月，天涯共此时。情人怨遥夜，竟夕起相思”（张九龄《望月怀远》），“床前明月光，疑是地上霜。举头望明月，低头思故乡”（李白《静夜思》），“人生代代无穷已，江月年年只相似”（张若虚《春江花月夜》）……关于写月的诗，不胜枚举。月亮，在不同的诗人笔下，所代表的涵义是各不相同的。

《月下独酌》与李白

李白（701～762），字太白，号青莲居士，唐代大诗人，有“诗仙”之称。

月下独酌

花间一壶酒，独酌无相亲，

举杯邀明月，对影成三人。

月既不解饮，影徒随我身。

暂伴月将影，行乐须及春。

我歌月徘徊，我舞影零乱，

醒时同交欢，醉后各分散。

永结无情游，相期邈云汉。

李白的这首诗，约作于天宝三年（744），时在长安。诗人描述了自己在花间月下独酌的情景。诗人独自准备一壶美酒，摆在花丛之间，自斟自酌，无亲无友。在这春宵良辰，月听我唱歌，影伴我舞步，唯有李白和月亮与自己的影子孤独相伴。月亮远在天边，它只能挂在高高的苍穹，不能和李白同酌共饮；影子虽然近在咫尺，但也只会默默地跟随，无法进行真正的交流。此情此景，诗人内心仍然是孤独寂寞的。李白在诗中，将孤独之情发挥到了极致。

“春花秋月何时了”与李煜

李煜（937～978），初名从嘉，字重光，号钟隐。南唐中主李璟第六子。

宋建隆二年（961）在金陵即位，在位15年，世称李后主。他嗣位的时候，南唐已奉宋正朔，苟安于江南一隅。太平兴国三年（978）七夕是他42岁生日，宋太宗恨他有“故国不堪回首月明中”之词，命人在宴会上下毒药将他毒死。李后主死后被追封吴王，葬洛阳邙山。

春花秋月何时了，

往事知多少？

小楼昨夜又东风，

故国不堪回首月明中。

雕栏玉砌应犹在，

只是朱颜改。

问君能有几多愁，

恰似一江春水向东流。

在李煜眼中，月不再是团圆的象征，月已化作孤独的代名词，独守月光。唯离乡情，亡国恨，均随“一江春水向东流”。

《月夜》与杜甫

杜甫（712～770），字子美，河南巩县人。唐代现实主义诗人。

月夜

今夜鄜州月，闺中只独看。

遥怜小儿女，未解忆长安。

香雾云鬓湿，清辉玉臂寒。

何时倚虚幌，双照泪痕干。

这首诗作于公元756年（唐玄宗天宝十五年）。这年七月，安禄山叛军攻陷长安，肃宗李亨在灵武继位。作者言在彼而意在此，将自身对妻子的思念之情，通过想象妻子思念他的情景而更加深刻地表现出来。诗人被困帐中，望着月光倾泻而下，仿佛也照在远在家乡的儿女，禁不住潸然泪下。作者通过《月夜》寄托了对战乱平息后幸福团聚的渴望。

《暮江吟》与白居易

暮江吟

一道残阳铺水中，半江瑟瑟半江红。

可怜九月初三夜，露似珍珠月似弓。

这是白居易（772～846）在长庆二年（822）赴杭州任刺史途中所作的诗句。当时朝政昏暗，牛（僧孺）李（德裕）党争激烈，诗人谙尽了朝官的滋味，自求外任。离开朝廷后的诗人心情是十分轻松愉快的。途中所见，无不随口吟成，格调清新。这一日诗人坐船行至暮江中，恰逢红日西沉、新月东升之际。残阳照射下，暮江细波粼粼、光色瞬息万变。等到初月升起，凉露下降的时候，江边的草地上挂满了晶莹的露滴，好似粒粒珍珠，抬头望天，一弯新月犹如一张精巧的弓高悬在碧蓝的天幕上。如此良辰美景，诗者沉醉了，不禁脱口赞美它的可爱。诗句清新自然，让人读后沉醉在这月光美景下了。

《山居秋暝》与王维

山居秋暝

空山新雨后，天气晚来秋。

明月松间照，清泉石上流。

竹喧归浣女。莲动下渔舟。

随意春芳歇，王孙自可留。

王维（701～761），字摩诘，盛唐时期的著名诗人，官至尚书右丞，原籍祁（今山西祁县）。

《山居秋暝》一诗向世人展现了一幅人间美景：在一阵新雨过后，青山翠谷越发显得静幽，夜幕降临，凉风习习，更令人感到秋意浓厚。明亮的月光照映着松林，泉水从石上潺潺流过。竹林中传来阵阵欢声笑语，原来是洗衣少女们归来，莲叶浮动，那是顺流而下的渔舟。尽管那春天的芬芳早已逝去，我陶醉在这美妙的秋色中，依然向往长留于此。

诗人王维通过明月表达了自己对大自然自在悠闲的向往。

《荷塘月色》与朱自清

朱自清，1898年11月生于江苏东海县，原名自华，号秋实。《荷塘月色》写于1927年的7月。

……月光如流水一般，静静地泻在这一片叶子和花上。薄薄的青雾浮起在荷塘里。叶子和花仿佛在牛乳中洗过一样；又像笼着轻纱的梦。虽然是满月，天上却有一层淡淡的云，所以不能朗照；但我以为这恰是到了好处——酣眠固不可少。小睡也别有风味的。月光是隔了树照过来的，高处丛生的灌木，落下参差的斑驳的黑影，却又像是画在荷叶上。塘中的月色并不均匀，但光与影有着和谐的旋律，如梵婀玲上奏着的名曲。

朱自清通过对明月的描写，寄托着无限的思乡之情。一轮明月在他的笔下变得多情而富有灵性。

林林总总话月亮

“海上生明月，天涯共此时。”千百年来，月圆月缺，引发了诗人们的无穷想象；月晴月阴，牵动了文人们的几多情思！于是，月亮便拥有了数以百计的、充满诗情的别称。这些别称异彩纷呈，美不胜收。

关于月的形形色色的称呼

例如，夜光、白玉盘、夜明、明月、玄度、玄晖、玄烛、素晖、晖素、素影、方晖、皓彩、圆光、圆景、圆影、圆缺、清晖等。

夜光夜光何德，死则又育？

白玉盘少时不识月。呼作白玉盘。

清晖玉魄中天满，清晖近水多。

方晖方晖竞户入，圆影隙中来。

明月海上生明月，天涯共此时。

诗人对月亮的喻称

月亮在诗人的笔下，又多了许许多多的称呼。例如，飞镜、天镜、金镜、金鉴、玉镜、玉壶、玉鉴、冰镜、水镜、圆镜、圆镜、宝鉴、月轮、玉轮、琼轮、白轮、银轮、冰轮、孤轮、圆轮、轮辉、玉盘、银盘、晶盘、清规、金丸、素丸、玉环、玉弓、明弓、玉钩、琼钩、银钩、玉帘钩等。

冰镜团团冰镜叶清辉。

冰鉴绛河冰鉴朗，黄道玉轮巍。

玉轮玉轮卧兔初升魄，铁网珊瑚未有枝。

玉盘汗浸铺澄碧，朦胧吐玉盘。

月轮昨夜风高露井桃，未央前殿月轮高。

人类对月球的开发目录

前言

月心与地心之间的精确距离

月球藏秘至今未解

月球表面存在地球信息吗

月球中所含的天然金属

神奇的氦－3

月球的运行轨道

月球对地球的影响

地球的卫星

月球来自何方

发现水的踪迹

开发月球能源资源

开发月球矿物宝藏

月球——人类的天然空间站

理想的对天观测和对地监测站

星际航行的中转站

开发月球观光旅游资源

在月球上种庄稼

把家搬到月球去

架起观天台

解决能源危机

仰望月球的环形山

月貌特征

月海

环形山、撞击坑无处不在

月湾、月沼与月湖

月谷、月溪和辐射纹

月球的背面

月球的天然宝库

月壤中蕴含着极为丰富的能源资源

月球八大谜团

人类对月球的初探

探测月球的意义

最早测定月—地距离的人

古人裸眼观月与《历法》

望远镜使人类第一次看到了月亮真貌

探月活动揭开了月亮的神秘面纱

美、苏太空竞赛

日本的探月活动

“徘徊者号”探测器好事多磨

最成功的无人探测

月球探测成果辉煌

新一轮探月热潮正在兴起

中国的登月梦想

迎接新挑战

攻克技术关键，破解技术难题

美丽的“月城”送“嫦娥”奔月

“长征三号甲”再铸辉煌

崎岖奔月路

深空测控为“嫦娥一号”保驾护航

绕月探测

建月球基地的目标与策略

怎样建设月球基地

月球基地居住舱建设的各种构想

创造人在月球上的生存条件

月面的交通运输

欧洲将序幕拉开

不甘示弱的印度和日本

雄心勃勃的美国新太空计划

俄罗斯着眼于国际合作

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宇宙瞭望书坊

人类对月球的开发

李宏　主编

出版社：辽海出版社

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前言

人类是宇宙演化的杰作，宇宙是神秘莫测的存在。当宇宙的精灵与莫测的神秘结合在一起时，便碰撞出无数精彩的篇章。人类对宇宙的解读和探秘跨越了千年，宇宙的面貌也越来越清晰地展现在人类面前。千百年来，人类的“触角”不断伸长，从伴我们昼夜运行的太阳、月亮到布满夜空的繁星，从对于我们来说浩瀚无比的太阳系到巨大的银河系乃至河外星系，甚至试图触及宇宙的边缘。如果把宇宙当做一个生命体的话，她的诞生自大爆炸始，从那一刻起她便开始了不息演变。她体内生活着众多的“物种”，从随处可见的行星到炙热的恒星，从瑰丽的星云到多姿的星系，还有超越光速的类星体和让人望而生畏的黑洞等等，他们一起构成了浩瀚而充满生机的宇宙。人类已不满足于地球上不同人种间的交流，人类对地外的文明充满了渴望，甚至已然接收到了来自外星的神秘信号。人类甚至不满足于现有的宇宙，我们还猜想宇宙之外还有宇宙。让我们通过本丛书详细为你解开宇宙之谜，让你尽览宇宙的神奇。

月心与地心之间的精确距离

美国科学家将采用一种长达2390000英里（约385000千米）的新型光学“卷尺”对月球和地球之间的距离进行测量，此种方法测量的误差将在毫米之内。

据天文学家此前的测量结果，月心与地心间的距离约为238700英里（384000多千米）。早在20世纪70年代，经过科学家们的努力，月地距离的误差仅为25厘米，随着科学技术的发展，到80年代中期这一误差再次缩短到了不到2厘米。美国西雅图大学的一个研究小组希望通过其努力，能够将这一数字限定在毫米范围之内。

这次测量中，科学家们计划使用的工具包括1个天文望远镜、1束光柱和此前登月行动中留在月球之上的一些反射体。这一方法将会为人们提供一个目前为止最为精确的月地距离数字。

美国的一个研究小组将在新墨西哥州阿帕奇角的一个直径为3.5米的天文望远镜上安装一个可以发送10亿瓦特的激光发射器，数个“激光子弹”将通过发射器射向月球表面的一个“反射器”。这个反射器是由“阿波罗”航天飞机和苏联无人航天飞机分别通过3次和2次登月活动在月球表面安装的，由100～300个具有反射功能的棱柱组成。科学家们通过对光柱往返月球和地球之间的时间进行测量就可以计算出准确的月地距离。

尽管此次发射的激光将有极大的能量，但是当它到达月球表面时的直径也将会有2千米之大。再经过反射回到地球的光柱，直径很有可能达到大约15千米（9.3英里）。

目前，科学家已经确认地月距离为38万千米，然而2007年阴历正月十五元宵节的月亮看起来要比往常偏小10％左右，原因是什么，其实是地月距离发生变化了。天文学家介绍说，月球在正月十二到达距离地球最远的远地点，月地距离为40.6万千米。到元宵节当天，月球稍微靠近地球，但月地距离仍有40万千米左右，因此这天晚上所见的月亮会显得小了不少。另据了解，还有另一天文奇观，正月十五晚月亮从狮子星座最亮的恒星“轩辕十四”北边仅3°（角距离）的地方通过，肉眼可见“轩辕十四”，此种天象被称为“孤星伴月”。

月球藏秘至今未解

月亮是地球黑夜的光明使者，那皎洁如玉的光芒中，笼罩着难以名状的神秘。

月球表面的环形山仿佛记载着特殊智慧的秘密。美国“阿波罗”登月计划执行过程中，宇航员曾拍下一些月面环形山的照片。照片透露了一个惊人的信息，环形山上分明有人工改造过的痕迹。例如在戈克莱纽斯环形山的内部有一个直角很规整，每个边长为25千米，同时在地面及环壁上，可以看出明显的整修痕迹。

月地渐偏离

18世纪末法国人拉普拉斯就发现了月球形状的不规则性，实属难能可贵，然而，他却没有看到月球正在以每年3.8厘米逐渐远离地球。

现在的月球自转和公转周期相同，所以它的一面总是朝向地球。科学家估计，和现在约38万千米的距离不同，早期的月地距离可能只有约2.6万千米。由于天体运行轨道半径与天体转速有关，按照这一假设，1∶1的自转公转周期比可以解释当前月球形状不规则的现象。

还有一些科学家假设，月球形成初期的自转公转周期比为3∶2，也就是公转2周期间自转3周，这种情况至多持续了几亿年，最后因为潮汐力而自转降速，自转公转比稳定为现在的1∶1。计算结果表明，这段自转比公转快的时期可能提供足够的力，为月球形成目前的形状准备了条件。

月球形状不规则

早在18世纪末，法国数学家皮埃尔·西蒙·拉普拉斯就注意到，形状不规则的月球自转时会发生“颤抖”，现在美国麻省理工学院地球物理学与行星科学教授玛丽亚·T·朱伯告诉《纽约时报》记者，当时并不知道为什么。

20世纪60～70年代，太空探测器发现，处于月球与地球地心连线上的月球半径被拉长，也就是说，如果沿赤道把月球分成两半，截面不是正圆，而是像橄榄球一样的椭圆，“球尖”指向地球。但迄今无人能就月球当前形状的成因给出完全令人信服的解释。

质量不均匀

一般认为，45亿年前，一个火星大小的天体撞击地球，产生的部分碎片形成月球，但这也仅限于推测。

月球形状的另一个谜团是，月球面对地球一面在物质构成及外貌方面与背对地球一面差异很大：朝向地球的月面地壳比背向地球的月面地壳薄许多，朝向地球的月面拥有由玄武岩构成的广阔平原，这平原被称为月海，这是很久以前月球表面火山喷发的结果。背对地球的一面月壳厚很多，陨石坑相对较多，几乎没有月海。

在一定程度上，月海中密度较高的玄武岩使月球的质量中心不在几何中心，偏离了约1.6千米。但是，迁移的发生过程尚不清楚。

月球不是规则球形，而是极直径略小于月球赤道直径的天体。仔细观察月球形状，我们会发现它好像被人用拇指和食指捏住两极“挤”过一样。

对这一现象，有科学家认为在月球形成初期，月球自转产生的离心力可能使岩浆尚未冷却的月球赤道地区“鼓”出一块。然而，这只是关于月球形状的种种假设之一，尽管人类已经登上月球，但众多的月球之谜仍待科学家一一破解。

月球隐藏的未知秘密

月球透露出的种种信息正在告诉地球上的科学家，其中还藏着很多未知秘密。

地球还有另一颗卫星——克鲁特尼

月球是地球唯一的天然卫星，对吗？不是这样的。1999年，科学家们发现了处在地球引力控制范围内的另外一颗小行星，其直径为5英里，它也是地球的一颗卫星。

这颗小行星被称为克鲁特尼，它沿着一条马蹄形的轨道行进，绕地球一周大约要花770年的时间。科学家们认为，它像这样在地球的上方悬吊的状态还能够保持至少5000年。

月球土壤与地球土壤生物实验

把细菌撒在从月球带回来的尘土上，细菌一下子都死了，难道这些尘土有杀菌的本领吗？

再看看用植物做实验的结果：把玉米种在月球的尘土里，和在地球土壤里生长没有明显不同。可是，水藻一旦放进月球尘土，水藻就长得特别鲜嫩清绿。

这一连串试验结果是多么令人费解啊！

外壳底部的浓缩物

1968年，太空探测带回来的资料显示，月球的外壳底下有大块的浓缩物，而且还有一股吸力，太空船飞过时禁不住要倾斜。科学家只知这些浓缩物是一种又密又重的物质，其余就一无所知了。

月球总会出现一些无法解释的现象。它透露出的种种信息已经在告诉地球上的科学家，月亮上藏着很多秘密。

月球表面存在地球信息吗

人们通过研究发现，在很多行星中存在很多人们想不到的内容，其中月球的表面上就存在地球的信息。特别是人们对月球研究发现，月球的表面高低不平的地理状态呈现了地球空间地图，这就给科学家提出一个令人费解的问题：如果说月球是人造的，那么是谁将地球的表面信息拿到月球上去的？如果说月球是自然造就的，是什么力量将地球表面的信息转移到了月球？

按宏观科学的理论，一切物质都是具体存在的，要想理解这是为什么，几乎是不可能的，没有什么力量能将地球的外表形象转移到了月球，就是说月球上的面相和地球的形象很相像，只能用“巧合”两个字给予说明。但是很多现象说的巧合多了，自然没有人相信了，特别是人们研究发现，如果将南极洲的外形和北冰洋的轮廓比较，竟有许多相似之处，甚至有人做了大胆的想象，如果将南极洲拿来补到北冰洋去，刚好把地球填平，那么是什么力量，是谁将北冰洋的物质搬到南极去了？这又是一个当代物理、天文等科学不能解释的问题。

科学家经研究发现在物体辐射的光子信息中包含物体的所有信息，其中就有物体的光子信息强度。物体的光子信息中还包含物体的形状，让另一个物体吸收这种光子信息后，就会知道物体的各种信息。时间久了，在这个吸收光子信息的物体内部就会储存原来的物体信息特征，存在发出光子信息的所有信息，也就是说会存在发出光子信息物体的宏观信息特征。根据此理论是否可以解释地球地貌与月球地貌相似之谜？月球与地球相伴数十亿年的时间，地球光子信息应该说更强，必然让月球吸收之后有所作为，改变自己的结构，改变自己的形状，就是说地球的光子信息在月球上有所体现。不过这里需要说明的是，吸收的光子信息能量多，可能不是凸出来，而是凹下去，因为吸收的光子信息的能量越多，受到光子信息支配的能力越强，并且会在月球的另一面有所体现，就是说月球的另一面体现地球的外貌更合适。

相对应的，地球的外貌也是与宇宙的其他光子信息相联系的，特别是在地球的北方，一定存在让北冰洋凹下去的信息，就是说地球吸收了这个光子信息以后，使北冰洋凹下去，同时这物质就会在南极体现出来，更多的理由是地球的外貌体现了宇宙光子信息在地球内部的传递，月球外貌也是体现了地球光子信息在月球内部的传递。所以月球的外形就会自然的体现地球的信息，这是非常正常的事。在光子是物质的基本粒子理论中，是应该存在的现象，不仅如此，地球上的所有生命都会具有地球的结构特征，因为在生命内部存在地球信息的传递过程。

弄懂这些道理之后，人们再来理解月球上存在地球信息，北冰洋的轮廓与南极的外貌很相像，就容易了。特别是在地球上的文化，应该具有轴对称性，就是说在中国具有的各种文明中，有部分文明现象或类型，应该在中国的另一面被发现，因为光子信息可能直线传递，让那里人接收以后，得到同样的文明。也就是说地球的同一类文明应该有两处，一处是从宇宙来的时候，在地球表面上产生的文明，另一处是地球光子信息离开地球时，在地球表面上产生的文明。

不仅在月球上存在地球上的光子信息，就是在地球上也同时存在其他星球上的信息，就是在地球上的任何一块石头内都存在宇宙的信息。

“嫦娥一号”将探测月球的信息不断从深空传回，月球的奥秘必将被一一解开。

月球中所含的天然金属

半个多世纪以来，月球探测一直是各国激烈竞争的科研领域。俄罗斯科学院矿床地质学、岩石学、矿物学和地球化学研究所的科研人员在对月球土壤样品研究中惊异地发现，月球土壤中含有3种天然金属元素：铈、铼、锌。

据悉，科研人员研究的月球土壤样品是1976年苏联月球自动探测器“月球24号”从月球表面取回的，总量有324克。

研究人员借助扫描电子显微镜，采用新的方法对样品进行了仔细研究。被研究的样品呈颗粒状，大小约74微米，是细碎的岩石。

研究者惊异地发现，样品含有天然金属铈，颗粒大小2.5微米左右，亮度很高。除铈金属外，研究人员还有月球土壤中找到了两种大小分别约为5微米和9微米且相对比较亮的金属铼颗粒，并发现了微米级的天然锌颗粒。后来在陨石Allende中也曾发现过。

研究人员认为，铼也是由撞击月球的陨石带进月球的。科研人员还指出，在地球上天然锌一般会含在铂金或金砂矿中。月球表层土壤中的锌可能是在月球火山发生爆发时形成的，因为月球里面含有锌，火山爆发时锌就被岩浆带到了月球表层。

现在，科研人员肯定了这项发现的真实性，并否定了月球土壤样品被外来物污染的可能性。因为在过去20多年的时间里科研人员采取非常安全可靠的保管措施，样品不可能被污染。

这一发现对月球形成在太阳系之外的假设提供了有力证据。

神奇的氦－3

什么是氦

我们先简单地了解一下：在地球自然界，存在着3He（He-3）和4He（He-4）两种同位素。4He的原子核有2个质子和2个中子，称为玻色子；而3He只有1个中子，称为费米子。20世纪30年代末期，卡皮查发现4He的超流动性。朗道从理论上解释了这种现象，他认为当温度在绝对温度2.17K时，4He原子发生玻色爱因斯坦凝聚，成为超流体，而像3He这样的费米子即使在最低能量下也不能发生凝聚，所以不可能发生超流动现象。金属的超导理论（BCS理论）的提出，使得人们认为在极低温度下3He也可能会形成超流体。但是人们一直未能在实验上发现3He的超流动性。20世纪70年代，戴维·李领导的康奈尔低温小组首次发现了3He的超流动性，不久，其他的研究小组也证实了他们的发现。

3He超流体的发现在天体物理学上有着奇特的应用。人们使用相变产生的3He超流体来验证关于在宇宙中如何形成所谓宇宙弦的理论。研究小组用中微子引起的核反应局部快速加热超流体3He，当它们重新冷却后，会形成一些涡旋球。这些涡旋球就相当于宇宙弦。这个结果虽然不能作为宇宙弦存在的证据，但是可以认为是对3He液体涡旋形成的理论的验证。3He超流体的发现不仅对凝聚态物理的研究起了推动作用，而且在此发现过程中所使用的磁共振的方法，开创了用磁共振技术进行断层检验的先河，今天磁共振断层检验已发展成为医疗诊断的普遍手段。

氦－3神奇在哪里

氦－3是氦的同位素，含有2个质子和1个中子。它有着许多特殊的特性。当氦－3和氦－4以一定的比例相混合后，通过稀释制冷理论，温度可以降低到接近绝对零度。在温度达到2.18K以下的时候，液体状态的氦－3还出现“超流”现象，即没有黏滞性，它甚至可以从盛放的杯子中“爬”出去。然而，当前氦－3最被人重视的原因还是它作为能源的潜力。氦－3可以和氢的同位素氘发生核聚变反应，但是与一般的核聚变反应不同，氦－3在聚变过程中不产生中子，所以放射性小，而且反应过程易于控制，既环保又安全。

开发利用氦－3

开发利用月球土壤中的氦－3，将是解决人类能源危机的极具潜力的途径之一。

从20世纪90年代开始，人类掀起了新一轮的探月高潮，在这次探月高潮中，氦－3成为世人共同的目标。但是，月球氦－3的形成和分布特征、储量和应用，仍是月球科学研究中亟待解决的问题，只有通过大量的探测和重返月球野外实地考察，才能获得较为满意的回答。

1．氦－3的形成机理

月球表面的土壤是由岩石碎屑、粉末、角砾岩、玻璃珠组成的，其结构松散且相当软。月海区的土壤一般厚4～5米，高地的土壤较厚，但也不超过10米。月球土壤的粒度变化范围很宽，大的几厘米，小的只有一毫米或微米级，这些细土一般称为月尘。月球土壤中细小的角砾岩及玻璃珠，约占70％，小颗粒状玄武岩及辉长岩约占13％。惰性气体在月球玄武岩和高地角砾岩中含量极低，大气中就更低，几乎为零。然而，月壤和角砾岩中氢气元素则相当丰富。这是由于太阳风的注入，太阳风实际上是太阳不断向外喷射出的稳定的粒子流。1965年“维那3号”火箭对太阳风的化学组成进行了直接测定，结果显示，太阳风粒子主要是由氢离子组成的，其次是氦离子。由于外来物体对月球表面撞击，使月壤物质混杂，在探达数十米的范围内存在着这氢气元素。太阳离子注入物体表面的深度，通常小于0.2微米。因此，这些元素在月壤最细颗粒中含量最高，大部分注入气体的粒子堆积粘合成月壤角砾岩或黎聚在玻璃珠的内部。氦大部分集中在小于50微米的富含钛铁矿的月壤中。

2．氦－3的利用前景

月球上的氦－3所能产生的电能，相当于1985年美国发电量的4万倍，考虑到月壤的开采、排气、同位素分离和运回地球的成本，氦－3的能源偿还比估计可达1∶250。这个偿还比和铀235生产核燃料（1∶20）及地球上煤矿开采（偿还比约1∶16）相比，是相当有利的。

此外，从月壤中提取1吨氦-3，还可以得到约6300吨的氢、70吨的氮和1600吨碳。这些副产品对维持月球永久基地来说，也是必需的。俄罗斯科学家加利莫夫认为，每年人类只需发射2～3艘载重10吨的宇宙飞船，即可从月球上运回大量氦－3，供全人类作为替代能源使用1年，而它的运输费用只相当于目前核能发电的几十分之一。据加利莫夫介绍，如果人类目前就开始着手实施从月球开采氦－3的计划，大约30～40年后，人类就能实现月球氦－3的实地开采并将其运回地面，该计划总的费用将在2500万～3000万美元。

有人提出，可不可以不将氦－3运回地球，而是直接在月球上建立核能源基地，通过电能传输到静止轨道上的中断卫星，再传送到位于地球的接收站，然后分配到各个地区，供用户使用呢？科学家们预测，在月球上建立核电站并保持其正常工作，难度要比从月球上运回原料氦－3在地球上发电大得多。

“嫦娥一号”卫星搭载的探月仪器探测月球土壤厚度与元素含量是该探测卫星工作的重要内容。氦－3作为最有潜力的新能源，也是我国探卫星获取其资源信息的重要内容。

月球的运行轨道

月球以椭圆轨道绕地球运转，这个轨道平面在天球上截得的大圆称“白道”。白道平面不重合于天赤道，也不平行于黄道面，而且空间位置不断变化，周期约合地球上的173天。月球轨道（白道）对地球轨道（黄道）的平均倾角为5°09'。

月球在绕地球公转的同时进行自转，周期为27.32166日，正好是1个恒星月，所以我们看不见月球背面。这种现象我们称“同步自转”，这种现象几乎是卫星世界的普遍规律。一般认为是行星对卫星长期潮汐作用的结果。天体平动是一个很奇妙的现象，它使得我们得以看到59％的月面。主要有以下原因：①在椭圆轨道的不同部分，自转速度与公转角速度不匹配；②白道与赤道的交角。月球绕地球转动的周期，朔望月29.53059日，恒星月27.32166日。

月球对地球的影响

月球与地球构成了天体系统的最基本的单元——地月系（天体层次：地月系—太阳系—银河系—总星系），与地球可以说得上是形影相随，关系非同寻常。它对地球的影响比较明显，主要表现在以下2个方面：①地球上夜晚的自然照明，大家都知道主要是靠月亮。否则的话，地球上的夜晚将是漆黑的，是无法想象的。②地球表面各处所受的月球和太阳的吸引力不同，因而地球上的水体产生了相应的明显潮汐现象（在我国古代，人们把早晨的海水涨落情况称之为潮，晚上的海水的涨落情况称之为汐，两者合称潮汐现象。海面周期性升降的潮汐现象，主要是月球、太阳对地球各处引力不同造成的）。

潮汐

与地球对月球的产生引力一样，月球对地球也有引力，这使得地球略呈椭圆形，这种变形对坚固的陆地几乎构不成什么影响，不过使沿海岸线产生潮汐。潮汐反过来又影响地球自转的速度以及和月球之间的距离。

当地球表面进入和退出月球引力所造成的海洋膨胀区时，海洋表面每天要有两次涨潮与落潮。潮汐的实际高度取决于月球在公转轨道上的位置，也取决于当地的地形。

潮汐的起因

在地球上，距离月球最近的海水对月球的引力感觉最明显；相反，地球背面的海水受到月球的引力最小。月球围绕地球公转时，两个潮汐高潮形成，并随月球在地球表面运行。地球的自转导致潮汐略早于地球，而非与地球在一条直线上。

大潮与小潮

满月和新月时，太阳、地球与月球正好处于一条直线上。太阳的引力和月球的潮汐力结合起来产生了最高的涨潮和最低的落潮，这就是大潮。当月相出现上弦月和下弦月时，太阳与月球之间形成直角。太阳的引力部分地抵消了月球的潮汐力，导致了小潮。

月球引潮力

美国太空总署的科学家谢鲁·皮尔逊博士研究指出，在太阳系最初形成时，月球即受到地球的牵引而为它的卫星，而月球在被扯到靠近地球的过程中，曾经对地球产生了极大的影响。

月球对地球具有引潮力的作用。科学家们已经研究证实，月球引力潮有如下作用：

（1）月球引潮力能使地球自转轴的倾斜角保持稳定，从而使地球的气候相对稳定。如大家所知，月球和地球作为两个不同的天体，相互之间具有引力作用，现在地球自转轴的倾斜角变化在5°以内。但是如果没有月球，地球自转轴的倾斜角会以数百万年为一周期发生0°～50°的变化，地球气候因而也会因此发生大幅度变化，最终将使地球成为生物无法生存的环境。

（2）月球引潮力还会掀动大气，形成所谓的“气潮”。“气潮”可以影响气压和天气，比如满月时的气压就往往较低。古希腊人认为究中心也发现，全美国最厉害的暴风雨发生在新月后1～3天或月圆后的3～5天。因此，有人主张在预报天气时应考虑月相。

（3）月圆之夜地球还会稍许变暖。这是美国亚利桑那州立大学的气候学专家罗伯特·巴林和兰德尔·塞维尼通过分析气象卫星的观测结果后发现的。在过去的15年间，气象卫星精确测定了月光照射后产生的地球表面温度的细微变化，结果发现满月时地球的平均气温上升了0.017℃。

月扰人体

人与月球的关系也十分密切，精神病学家指出，人体约有80％是液体，月球引力也能像引起海洋潮汐般对人体中的液体产生作用，造成人体的“生物高潮”和“生物低潮”。满月的时候，生物潮处于高峰，月亮对人的行为影响比较强烈，这时人的头部和胸部的电势差比较大，人容易激动，情绪最不稳定，最易出事。日本救火会统计，每当月满之夜，火警要比平时多25％～30％；韦伯在《月球的影响》一书中写道：“1970年9月，当海潮高涨时，美国迈阿密市的凶杀案和住精神病院人数比平时增加。”比如青年人喜欢在月夜谈情说爱，而嗜酒者和精神不太正常的人常在月夜发作。美国伊利诺伊州立大学教授毛雷斯甚至指出，人类的谋杀、毒害、抑郁和心脏病等与月亮的盈亏也有一定关系。

美国的一位医生，曾调查了1000多例在手术台上的病人，发现病人的出血与月亮的运行有关。调查资料显示，其中82％的病人在月亮1/4上弦和1/4下弦之间的时候发生出血危机，而月亮圆时出血的病人最危险。所以，许多医生最忌在月圆之夜为病人动手术。

美国医学会收集了20年间50万份婴儿的出生表，发现多数婴儿出生在亏月（下弦月）；荷兰沿海一带的产妇大多数是在潮水高涨的时候分娩。其秘密就在于月亮影响子宫的收缩。

月诱地震

地震按成因一般可分为构造地震和火山地震。对绝大多数的构造地震来说，地震的发生主要取决于那里的地壳岩层是否濒于断裂。朔（农历初一）、望（农历十五、十六日）时，日、月、地三个天体接近一条直线，这时太阳与月球的引潮力合在一起，对地球的引潮力较平时大得多。这种引力不但使海水发生潮汐现象，而且也使地壳发生类似像涨潮、落潮的变化，形成“固体潮”，可触发即将断裂的地壳，诱发地震。美国地震学者研究认为，当太阳和月球作用于地球的引力最大时，就往往容易发生地震。据统计，20世纪以来发生的7级以上大地震13次。发现地震发生时间处在望时的2次；发震时间距朔、望1天的2次；发震时间距朔、望1～2天的5次。共计达9次，占统计总数13次的69.2％。这也足以说明，朔、望及其前后2～4天，引力大，易发生地震。

地球的卫星

月球是地球的唯一卫星，它的平均直径为3476千米，比地球直径的1/4稍大些。月球表面面积有3800万平方千米，略小于亚洲的面积。月球的质量约7.35×1019吨，相当于地球质量的1/81。像这种个头在太阳系中可以称得上大卫星了。

在太阳系中，木星有4颗大卫星，其中有2颗比月球大，另外，土星和海王星也各有1颗比月球大的卫星。然而，木星、土星和海王星都是巨行星，而像地球这样小的行星居然也有如此大的卫星，这就非常令人惊奇了。就地球之小和月球之大而言，地球和月球似乎共同组成了一对双行星。另一个将地球和月球看做是双行星的原因是其他行星还有质量更小的卫星，而月球只是地球惟一的卫星。

还好，1978年发现遥远的冥王星也有一颗相对较大的卫星。冥王星比月球还要小，它的卫星卡戎就更小了，不过它的大小达到了冥王星的1/10。在是否是双行星这点上，地球和月球的地位仅次于冥王星和卡戎。

月球以1.02千米/秒的速度，在稍扁的轨道上绕地球公转，离地球最近时距离363300千米，最远时达405500千米，公转一周的时间是27日7小时43分11.5秒，为一个恒星月。像地球一样，月球也在自转，由于月球自转与公转同步，即月球自转1周的时间恰好等于公转1周的时间，所以月球总以同一面对着地球。有人说，这是月中嫦娥眷恋亲人，自己舍不得掉头他顾，也不肯让月亮转过脸去。

月面的重力差不多相当于地球重力的1/6，地球上一个60千克重的人，到了月球就只有10千克重了。由于月球上的引力小，因而它不容易吸住空气和水汽。月球是个荒漠和死寂的世界，没有人，没有任何生命，没有风雨变幻，甚至听不到一点声音。白天是一片刺眼的阳光，晚上是一片漆黑，没有黎明和黄昏，太阳刚一落山，就是一片黑暗。

由于月球的自转周期长，它的昼夜也比地球上的长得多，在经过2个星期漫漫长夜以后，紧接着就是2个星期的烈日当空。由于没有大气的调节作用，因此，那里的白天酷热无比，温度高达127℃，夜里又奇寒无比，温度降至零下183℃，温差竟达310℃，如果月球上真的有人，也是无法生活下去的。

如果月球真是地球的姐妹，那两姐妹可真是一个天上，另一个在地下。

月球来自何方

月球的起源是个十分古老的问题，但直到现在仍没人能做出正确解释。将18世纪以来的月球起源假说归纳起来，可以分为3类，即同源说、分裂说和俘获说。

同源说也叫同根兄弟说。这一理论认为，地球和月球均是在宇宙大爆炸后由同一块星云形成的，由于天体力场的作用，两者没有聚合形成一个整体，反而被扯成两块，各自形成现在的地球和月球，由于地球体积和重量远大于月球，所以后来月球在地球引力的作用下，逐渐成为地球的一颗卫星，这对“同根兄弟”遥遥相伴苍穹已达几十亿年。

分裂说可以比喻为慈母游子说。这一理论认为，地球由于受到外来行星的冲击而向太空中抛出了大量的物质，冷却后形成尘埃，这些尘埃在地球引力和太阳系其他星体引力的作用之下形成了后来的月球。这一理论也就是“大冲撞”假说。有人还曾拿月球的体积与大西洋的体积做了比较，认为两者体积相差无几，说不定，几十亿年前，月球只是地球“妈妈”腹中的一个“小宝宝”，不料，飞来横祸，母子分离，永难再互相依偎，“母亲”只落得满腹“苦水”。

有人将俘获说形容为苦命鸳鸯说。这一理论认为，月球此前可能是太阳系或外星系的一颗行星，后来不幸落入地球和太阳的力场中，逐渐为地球所“征服”，成为地球的一颗卫星。但这对“夫妻”自从“相识”并相邻而居以来，就从来没有亲密地接触过，它们相互间的排斥力使它们只能“相视”，而无法“牵手”，几十亿年来，只能默默地忍受上天的残酷安排。

这三种理论都难以自圆其说。同源说是最早出现的一种月球起源假说，它认为月球和地球具有相同的起源，在这种情况下，地球和月球应该拥有相同的物质构成，但是月岩显示的情况并非如此；分裂说则认为在太阳系形成初期，地球还处于熔融状态时，旋转得非常快，以致有一部分物质被甩出去后形成了月球，然而，地球的旋转从未有快到能发生这样的事情之时；继同源说和分裂说之后提出的俘获说似乎也太巧合了，理由也不充分。

20世纪80年代中期，一位美国天文学家提出了一个崭新的月球成因假说。他认为，在太阳系早期，大约在相当于目前地—月系统存在的空间范围内，形成了一个原始地球和一个火星般大小的天体，它们在各自的演化中均形成了以铁为主的金属核和以硅酸盐为主的幔及壳。一个偶然的机会这两个天体撞在了一起，地球被撞出了轨道，火星大小的天体也碎裂了，飞离的气体、尘埃受地球的引力落在地球的周围，最后滚雪球般地形成了月球。这种假说得到了一些地质化学、地质物理学实验的支持，但还没有被最终确认。

几年以前，科学家们又提出了一种新理论，用来说明地球和其他星球形成以后，月球是如何形成的。他们假设有一颗约有地球1/10大小的星球经过地球附近，而又未被地球的引力所俘获，此时这颗星球就有可能斜向重撞在地球上，并在撞下地球的一块后自行离开。科学家们设计了一种计算机程序，它可以显示如果这样的星球果真撞击了地球，会有什么现象发生。结果表明将会形成像月球般大小的天体，这一天体由地球的外层物质构成，而不含有地球的内层物质，这就既解释了月球的成因，又可以解释为什么月球不具有和地球相同的成分。

发现水的踪迹

自1976年苏联向月球发射了最后一颗探测器后，在很长一段时间里，人类没有再对月球进行过“专访”。但这并不表明人类放弃了月球，科学家和月球发烧友们一直对月球心驰神往。

1990年1月24日，日本发射了名为“飞天号”的月球探测器，成为继苏、美之后第三个向月球轨道发射航天器的国家。

1994年1月21日，美国用“大力神号”火箭从范登堡空军基地发射了由美国和美国国防部联合研制的、用以试验导弹跟踪和“星球大战”传感器技术的“克莱门汀1号”探测器。在绕月运行过程中，该探测器详细测绘了月球表面图像，测量了月面40多处盆地的地貌、月球引力分布情况以及环形山壁层之间的变化，从而使科学家们进一步了解了月球构造的形成。最令人惊喜的是，在用雷达信号测量月球陨石坑深度时，“克莱门汀1号”意外地发现了一个小的湖状冰块，它处于月球南极背阴面一个面积为塞浦路斯共和国的两倍、深12000米（这一深度远远超过地球最高峰——珠穆朗玛峰的高度）的巨大陨石坑——艾特肯盆地的底部。这些冰是凝固的水冰，而不是其他一些液体或气体凝固成的“冰”。

月球上发现了水的踪迹！这一消息立即引起了科学家们的极大兴趣，也引起了人们的广泛关注。为了证实月球上是否真的有水源，1998年1月6日，“雅典娜2号”运载火箭从卡纳维拉尔角发射场升空，把月球“勘测者号”探测器送入了飞向月球的轨道。该探测器同时还担负着测绘月球地貌，发现其中的矿藏，并研究其地质构造的任务。这是自1972年12月“阿波罗17号”的航天员在月面上最后一次登陆以来，美国第一次向月球发射航天器对其进行全面考察。

月球“勘测者号”探测器的外观呈圆筒状，高1.2米，直径1.4米，重295千克。它上面携带了中子光谱仪、γ射线光谱仪、α粒子光谱仪等先进的探测仪器。其中中子光谱仪用来回答月球是否有水这一人们最关心，也最为重要的问题。

飞过了地月间38万千米的距离后，月球“勘测者号”于1998年1月13日进入环月轨道，开始在距月球100千米的上空进行考察。月球“勘测者号”果然不负众望，它用所探测到的数据为月球上水的存在提供了较为确凿的证据。这些数据表明，在月球的北极和南极阴冷的地区很可能有水冰存在。

月球“勘测者号”的发现间接地证实了“克莱门汀1号”探测器1994年的探测结果。不过，月球上的冰并不是人们原来想象的那样以厚厚的极地冰盖形式存在，而是以非常低的密度和月球尘土混杂在一起，贮存在南北两极大量的陨石坑的底部，大约有60亿吨之多。

根据设计，月球“勘测者号”的燃料会在1999年8月1日消耗殆尽，但科学家们不想让它白白等死，而是为它设计了一个轰轰烈烈的结局——在人类可能对其失去控制的前一天令它撞向月面。

科学家们把撞月时机选在7月31日凌晨6时左右，因为此时正好是天空最为洁净的时刻，而且地面和地球轨道上的各观测点都相对集中在较佳的观测区内。撞击点在月球南极一座环形山的内侧，是科学家们经过仔细计算和对比后筛选出来的。该环形山的直径大约为80千米，大小较为适中。山口内部非常深，有大片阳光永远照射不到的阴影区，而山口顶部的突出部分又较为平缓低矮，使月球勘测者号能够以极高的速度和极小的角度直接撞击山口内侧的阴影区。

开发月球能源资源

开发月球太阳能资源

射向地球的太阳能，约有1/3被地球的大气反射到太空中，剩下不到2/3还要遭受地球大气的散射和吸收等，能够到达地球表面的只是一小部分；月球则不同，表面没有大气，太阳辐射可以长驱直入，每年到达月球范围内的太阳光辐射能量，大约为12万亿千瓦。

科学家设想在月球上建立一个极其巨大的太阳能光伏电池阵，由它来聚集大量的阳光发电，然后将产生的电能以微波形式传输到地球上。为了解决微波束发散角比较大，地面的接收天线难以接收的问题，可以使用微波激射技术（微波激射又称脉泽，它的波束不发散）。

月球上的一个白天和黑天各持续时间约为地球上的2个星期。为了持续供电，可以在月球上每隔经度120°各建一个太阳能电站，或者在月球的正面和背面各建一个太阳能电站，然后联结成网，就可以保证整个电网连续、稳定地发电。

硅是制造太阳能电池阵的主要材料，月球上硅储量丰富，又具超真空、低重力的环境，能生产出高质量的硅光伏电池。

月球太阳能电站建设需要的其他材料，如铝、钛、铁、钨、铜等，都能从月球上提取，但加工生产装置需要从地球送到月球。

开采氦－3

根据计算，获得1千克氦－3大约需要处理20万吨月壤，从月壤中提取氦－3，可以用移动式开采设备挖掘月壤，再对月壤进行分离和筛选，把氦－3含量高的月壤分离出来。经粉碎，使它们变成尺寸小于20微米的月壤颗粒，然后放入真空加热的释气炉内，加热到600℃，此时植入月壤中的太阳风成分便可以释放出来。

以上方法得到的氦是氦－3和氦－4的混合气体，还需要把它送入低温分馏塔进行两种同位素的分离。在分馏塔内，温度低达－271℃，氦－4在－269℃时变为液体，而氦－3在－270℃时变为液体。液态氦－4的密度比液态氦-3高1倍多，可以利用这一密度差造成的比重差别，把它们分离开来。

月球表面温度白天高达1300℃，夜晚则可降到－1500℃以下。因此，可以在白天从月球土壤提取含有氦－3的混合气体，并在夜晚对其进行分离，以节省所消耗的能量。由月球土壤加热得到的混合气体中还含有大量的氢和氮，它们同样可以通过低温分馏来分离掉。

将氦－3运到地球上来作为发电的燃料，不存在月球太阳能电站所遇到的向地球送电的困难。它很可能真的会在21世纪内开始成为人类的绿色能源。据估计，月球上的氦－3足够我们人类使用上万年。

开发月球矿物宝藏

科学家们已经提出了多种月球基地的采矿方案，包括借鉴地球采矿技术和采矿设备，计算机控制的遥控操作采矿系统等。月球采矿将分阶段实现：第一阶段首先进行勘探和采矿的实验性研究；第二阶段建设采矿所需的基础设施，例如从地球上将勘探、施工和采矿设备部件运送到月球基地上进行装配，建设采矿场，并开展小规模作业；第三阶段将扩大采矿作业；第四阶段将建成先进的月球采矿基地，采矿人员将在控制室中遥控机器人进行较大规模的开采。

目前，美国在研讨未来月球冶金工业的建设方案。估计到2025年左右，月球上就会出现第一批冶金厂，生产各种金属制件和液氧，供建设月球基地、太阳能电站、空间站以及其他航天器的需要。

月球采矿将是个高度自动化的过程，平时无人值守，隔一段时间，航天员对开采设备进行一次检查和维护。月球上的开采设备与地球上的开采设备有许多不同，它们大都是遥控开采机器人，以电力驱动，能承受恶劣的月球环境，采用模块化设计，以便于更换部件和维修。开采机器人能够“一专多能”，除完成“本职工作”外，还能承担一些通用性的任务，如起重、拖运等。由于月球重力加速度只有地球的1/6，与地球质量相同的物体在月面要轻得多，因此月面运输的能耗很低。对于开采量较大的作业，需要使用可移动的处理设备如移动处理厂等，避免大量的原料运输，以提高开采效率。

月球——人类的天然空间站

月球上有很高的真空度以及较小重力，是人类的天然空间站。人类在将来完全可能将一些物理、化学、生物等在地球上做不了的实验移到月球去做。月球还能成为未来特殊材料制造工业基地，制造人类急需而地球上又无法制备的特殊材料和极精密的材料。

月球的稳定性将成为又一种亟待开发的太空优势资源。在月球上建立海船、飞机、航天飞船等导航系统，会更加稳定，不会因为卫星姿态失控而出现导航能力下降。

理想的对天观测和对地监测站

月球上没有大气，无雨无云，能见度非常高，而且夜间的温度低而稳定，这样良好的物理条件对提高和扩大天文观测的精度和范围都非常有利，使得天文观测系统能保持充分稳定地工作。而地面上所建的天文台必然会受到风雨雷电等气象因素的影响。在地面上开展观测，只能接受来自天体的可见光、射电波和少数几个小波段处的红外光，包含丰富天体物理信息的绝大部分天体辐射，都被地球大气阻挡和吸收。月球没有空气，没有气象影响，可以做到全波段观测。月球远离地球，没有城市的光污染和稠密的无线电干扰，也不会因人类活动对天文观测产生影响，月球背面永远背对地球，因此能够屏蔽来自地球的低频噪音干扰，所以月球背面是建设月球天文观测站最佳场所。

利用月球的高远位置，可以对地球的地质构造及环境变化进行监测与研究，特别是对近地空间乃至深空小天体对地球可能构成的威胁进行监测，一旦发现有小天体（如陨石、彗星等）向地球方向运行并可能撞击地球时，可及时利用激光或其他武器予以摧毁或改变其运行方向，从而起到保护人类的作用。

星际航行的中转站

在月球上建设发射场，把月球当做飞往火星和其他天体的中转站，是开发月球资源一个重要目的。由于月球几乎没有大气，没有磁场，它的重力加速度只有地球因此从月球上发射大型航天器，使其摆脱月球引力进入更遥远的深空，比从地球发射起飞容易得多，可以大大降低从地球到其他天体的发射成本。重要的是要在月球上能生产出火箭推进剂——液氢和液氧。

自1990年起，为了在月球物质中获得氧，美国和法国的一些有关专家进行了大量的实验研究工作，他们最终发现，可以从月壤的重要成分之一——钛铁矿中获得氧。钛铁矿是钛和铁的氧化物，在800℃的高温下加热，即可分离出钛、铁和氧。另外，从月壤中提取1吨氦－3，可以得到约6300吨的氢、70吨的氮和1600吨碳这样一些副产品，将其中的氢气与氧气液化，就可以获得液氢液氧推进剂。

科学家们提出，如果月球极地永久阴影区中确实存在水冰，生产液氢液氧推进剂就更简单了。在超真空环境下，将含水冰的月壤加热到－23℃以上，就可收集到气态的水，然后冷凝成液态，再进行电解、液化，即可以制得液氧液氧推进剂。生产出的液氢液氧可存放在永久阴影区保存。

在月球上生产火箭推进剂以后，建设月球基地，开发月球资源，以及进行飞往火星等天体的步伐都将会大大加快。

开发月球观光旅游资源

随着技术、经济等发展，人们已经开始向往到月球去旅游。人们去月球旅游，除了观看月球、宇宙星空以外，还有一节项目就是观看地球。据美国登月航天员说，从月面上观看地球别有一番风味。

现在讲去月球旅游，并不是幻想，而是指日可待的事情了。

2007年4月，美国太空探险公司宣称，其准备与俄罗斯太空旅游公司合作实施月球旅游计划：今后5年内，游客花费1亿美元，就可以搭乘俄罗斯的“联盟号”载人飞船进行环月旅游。

据美国太空探险公司副总法拉内塔说：“俄罗斯的‘联盟号’载人飞船，是实现这一项目的最佳选择。我们打算将月球轨道旅游的门票定为每人1亿美元。当然，从理论上讲，我们并不排除一艘“联盟号”飞船搭载2名月球游客和1名专业航天员的可能性。这样一来，如果按每位游客1亿美元来收费的话，搭载2名游客到月球旅游一次，可以收费2亿美元。”

法拉内塔指出：实现月球旅游可通过2种途径来实现，第一种是直接将游客送到绕月轨道旅游。第二种途径是先将游客送到国际空间站，然后从国际空间站飞往月球。美国太空探险公司认为，第二种途径可能更受人们的欢迎，因为这一途径不仅能让游客们实现月球观光的愿望，还能顺便在国际空间站逛上一回。

在世界上拥有许多著名大饭店的希尔顿国际公司，准备在月球上建造第一家现代化的五星级宾馆。这家公司正在就这项工程同美国国家航空航天局的专家进行密切合作，并希望建立合作伙伴关系，以便能把客人送到这家大饭店去，供太空游客去月球观光旅游。

在月球上种庄稼

在南太平洋的某处海底，静静地躺着俄罗斯“和平号”空间站的残骸，它搭载着一个由保加利亚制造的微型温室。1999年，世界上第一代太空小麦正是在这个仅1平方米大的空间里问世的，从而揭开了在太空种植粮食作物的新纪元。

在太空种植粮食的尝试几乎是和人类探索太空同步开始的，科学家们曾经试图用“阿波罗”飞船从月球带回来的泥土培育植物。从1975年起，每一次苏联飞船升空，都会带着一个苗床。然而，在天上种地并不像在地面那么简单。美国的地球生态学家杰伊·斯基尔斯说，失重会影响植物根系向下生长；不同的光照条件和空气成分也会干扰植物的成长；没有了昆虫，授粉也无法进行。

尽管人类曾经在非粮食类作物的试验上取得了一些进展，但真正在太空种植粮食获得成功是在20世纪80年代，苏联聘请保加利亚为其建造了搭载在“和平号”上的实验用温室之后。到了90年代初，航天员成功地在这个40厘米高的温室里种出了莴苣和萝卜。从1995年开始，美国和俄罗斯科学家们尝试种植小麦。4年后，他们的努力终于得到了回报，1999年收获了第一代太空小麦。

第一代508粒太空小麦收获后被再次播种，并在当年结出了第二代太空小麦，每一粒都有第一代的2倍大。科学家们认为，太空的生长环境有助于提高作物产量，增强抗病性。他们将研究粮食在太空中的其他用途，使其在人类太空生活的各个方面都能发挥作用，最终帮助人类实现向其他星球移民的宏伟计划。

国际空间站升空后，美国和俄罗斯的专家又开始了空间植物研究。在国际空间站上的作物实验装置里，航天员栽种过豌豆和日本洋白菜，其中豌豆种植实验已成功收获了4次。从2004年11月开始，国际空间站上第10长期考察组成员——俄罗斯航天员萨利占·沙里波夫和美国华裔航天员焦立中在国际空间站上栽培日本洋白菜、水萝卜和第四代豌豆；2005年他们的接班人继续照料所种的萝卜。这些研究将帮助确定最佳的土壤成分和研制可以用于更大太空温室的工艺，其中包括可在行星间飞船中使用的温室和月球基地上的大型温室。

把家搬到月球去

居住在小小地球上的人类，多么想到无边无际的星空中去遨游。人们看到月亮，幻想出“嫦娥奔月”、“吴刚伐桂”、“玉兔捣药”等许多美丽的神话故事。但登月一看，月亮却是一片没有水，也没有空气的荒漠。其他星球的情况，也并不比月球更适于人类生活。

但外星球的恶劣条件，并不能打消人类的雄心壮志。美国、俄罗斯等航天大国都在进行实验，研究如何在无水无气的外星创造人类生活的条件。其中名气最大的实验是美国的“生物圈2号”计划。科学家为什么把他们的实验叫“生物圈2号”呢？原因是他们把人类生息的地球环境叫“生物圈1号”，而他们的实验就是要造出第二个地球环境。

美国从1984年起花费了近2亿美元，在亚利桑那州建造了这个几乎完全密封的实验基地。这是一座占地1.3万平方米的钢架结构的玻璃建筑，远远望去像一个巨大的温室。在这密封的建筑里有碧绿的麦田、地毯似的绿草地、碧波荡漾的鱼塘，还有袖珍的“海洋”，有各种家畜和家禽，也有几排供人居住的房子。

“生物圈2号”实际上就是“大气圈2号”。科学家想在一个人造小环境里造出人工大气，在那里有限的氧气和水分可以永远循环使用。要达到这个目的，就不能不借助于生态系统。以氧气为例，人要吸收氧气和呼出二氧化碳；植物的光合作用却正好相反，需要吸收二氧化碳和放出氧气。如果使二者达到平衡，人和植物就都能健康生活。当然植物还可供给人类食物，人类又能供给植物肥料，这样，又能达到各自的营养物质的平衡。在这个小大气中，人类呼吸和植物蒸腾都能放出水汽，人的排泄物也有许多水分，这些水分收集和净化后也能反复使用。

但是，人造小大气毕竟比不上地球真大气。因为在大气圈里各种物质收支即使有波动，也能互相调剂，最终仍然能达到平衡。但在“生物圈2号”里，则没有这种弹性，一切要计算得十分精确。还是以氧气为例，如果氧气的吸收略多于氧气的放出，要不了多久，里面的人类和其他生物就会感到缺氧，如不及时调剂，情况就会变得十分严重。而如果相反，吸收略小于放出，那么不要多久，就会出现氧气太多、二氧化碳不足的情况，植物因而无法进行光合作用，也就无法健康生长。

而正是对空气成分的控制的失误，导致了“生物圈2号”实验的失败。这个实验进行了1年多之后，土壤中的碳与氧气反应生成二氧化碳，部分二氧化碳与建筑材料中的钙发生反应，生成碳酸钙，结果，密封的建筑内的氧气含量从21％下降到14％。另外，建筑内的植物因大气成分失调而产量下降，养不活建筑内的实验员与牧畜，所以只好提前结束实验。更加令人意外的是，“生物圈2号”运行3年后，其中的二氧化碳猛增到79％，足以影响人体生理的机能，其中的原因目前尚未查清。

1996年1月1日，哥伦比亚大学接管了“生物圈2号”，模拟出一个类似地球的、可供人类生存的生态环境的研究仍在继续。

架起观天台

探索宇宙、掌握未知世界是人类社会发展的动力，天文观测是探索未知世界的重要活动。月球的自然环境具有特殊性，天文观测条件十分优越，天文学家非常希望能在月球上建起大型月基天文台。大型天文台在月球出现后，会大大扩展人类的眼界，或许第一个接收到外星人来电的就是月基天文台。

由于地面天文观测要受到地球大气的各种效应和复杂的地球运动等因素的严重影响，因此，其观测精度和观测对象受到了许多限制，远远不能满足现代天文研究的要求。这些影响主要表现为2个方面：①地球大气中的各种原子、分子、离子和尘埃粒子对于来自天体的电磁辐射的吸收和散射，这导致在整个电磁波段只存在为数不多的透明“窗口”，在这些“窗口”内大气的吸收和散射不太明显，透射率较高。这些“窗口”主要存在于光学波段、近红外波段和波长从15毫米到0.3毫米的射电波段。地面的天文观测只能局限在这些大气窗口对应的波段进行，这就使得我们在地面无法获得来自天体的全面的物理信息。②大气的扰动影响，对于光学波段，这种扰动表现为星象的不规则运动和弥散以及星象亮度的迅速变化，大气扰动的存在会严重影响天文观测的效率和精度。

为了提高天文观测的质量，世界各国发射了一系列的天文卫星，如哈勃望远镜、钱德拉望远镜等等。尽管这些在近地轨道上运行的天文仪器所处的空间环境比地面优越得多，但仍然要受到地球高层大气的一些效应的有害影响。例如：在几百千米的高空，大气虽已十分稀薄，但地球大气的阻力会使卫星慢慢地沿螺旋轨道不断降低，以致如要长期使用天文卫星，必须适时做轨道修正，保持卫星的高度；大量卫星的残骸和发射火箭的碎片将污染天文卫星周边的环境，可能会严重地损害望远镜灵敏的光学部件和仪器；天文卫星的运行速度高达8000米／秒，这使它在与微粒和残余大气离子相撞时会受到损害；在失重的环境下，要使卫星上的天文望远镜实现对观测目标的高精度指向和精密跟踪非常困难，必须配有很复杂的机械装置，而仪器越大，不能进行天文观测的时间就会越多。此外，由于近地卫星绕地球公转的周期通常仅为90分钟，因而观测一批天体所能连续用的曝光时间就不可能很长，这也给卫星天文观测带来一定的限制；近地轨道卫星还会遭受到迅速的热变化和引力变化的影响，这些变化限制了轨道上望远镜的大小，从而也限制了它的分辨率和灵敏度。

月球上的重力只有地球的1/6，而且月球上永远没有风，在月球上架设巨型望远镜及观测台比在地球上更方便。月球的地质活动比地球弱得多，月震活动只有地震活动的亿分之一，对望远镜的观测影响很小，这对基线很长的光学、红外和射电干涉系统尤为有利。月球背面没有人类活动造成的纷杂的干扰环境，更是观天的宝地。另外，与失重状态下的空间望远镜相比，月基望远镜是建在月球这个直径为3476千米的巨大而稳定的观测平台上的，因而，望远镜的安装、维修、跟踪等问题的解决都比空间望远镜容易得多。哈勃空间望远镜升空后，为了对其进行维修，航天员就曾数次乘航天飞机到太空，对其先“追”再“抓”，费了不少周折。

解决能源危机

在地球上，由于人口越来越多，能源危机也日益严重。因此，有人提出了把月球建成能源基地的设想。这种能源基地不但能为人类的月球基地提供动力，还可以为地球人谋福利。

有一种设想是利用月球上的氦－3资源在月球上建造一个大型核电站，电站发出的巨大电力除供月球基地使用外，还将通过激光或微波输送到位于近地轨道上的能量中继卫星，再由中继卫星仍以激光或微波形式传送给地球接收站。接收站将电能分配到各地，让全世界都可以共享。月球核电站在正式运行后将实现操作和控制的自动化，由机器人在月面上监管，无须人工维护，因而也就用不着为核泄漏等问题担惊受怕了。

另一种设想是通过月球上的太阳能基地向地球提供成本低、效率高并且安全性好的太阳能。利用现有的光电技术在地球上进行太阳能发电需要大片光照充足的土地，而许多国家又不具备这种条件，月球太阳能基地能很好地解决这一矛盾。

月球太阳能基地将成对地建造在月球的正面和反面，位于月球赤道附近。每个基地都有成千上万个大型光电池阵。发电时首先由光电池阵把太阳能转换成电能，然后由电子系统把电能转换成低强度微波波束输送到面向地球的反向天线上。之后，再把能量波束投射到地球接收器上。最后由地球上的接收器把所接收的太阳能电力送到配电系统。

20世纪80年代初，曾有一批美国科学家提出了一个月球采矿方案。他们建议先把重约60吨的自动化机械设备送上月球，其中包括一台小型电磁采矿设备，一台能从月球上开采出来的矿石中加工提炼出硅的设备，一台能把硅制造、装配成太阳能电池的设备，还有一台能生产更多上述自动化设备的“母机”。这台“母机”可以利用太阳能电池提供的能源和采矿机械提供的原料，制造出第二代、第三代采矿机械和太阳能电池，扩大再生产。据他们估算，实现这一计划约需要50亿美元，是“阿波罗”登月计划的1/5。

在利用月球能源的问题上，科学家们一致认为，未来月球探测与研究将重点朝向4个目标：①月球能源的全球分布与利用方案研究；②月球矿产资源的全球分布和利用方案研究；③月球特殊空间环境资源（超高真空、无大气活动、无磁场、地质构造稳定、弱重力、无污染）的开发利用；④建立月球基地的优选位置、建设方案与实施研究。

科学家们还认为，世界各国应该联合起来，在最近20～30年内联合建立永久性月球基地，开发和利用月球，为人类的可持续发展服务。

月球是人类共同的财富，探索宇宙是人类共同的愿望，它将为全人类带来幸福。正如第二个登上月球的美国航天员奥尔德林所说：“对于那些在悠悠转动的地球上仰望夜空的人，月亮都匀洒银光，绝不厚此薄彼。因此，我们希望，太空探索的成果也将由大家分享，从而给整个人类带来和谐的影响。”

仰望月球的环形山

在明亮的月球表面分布着一些阴影，古人把这些阴影想象成月球上的人影；伽利略认为月面上的阴暗部分可能是广大的水域。

然而，事实并非如此，那些黑灰色的大斑块是月面上广阔的平原，最早的观察者称它们为“海”，并且起了许多新奇的名字，如“静海”、“风暴洋”等，只不过月球上的“海”里根本没有水，只是一些光秃秃的盆地。“海”的面积约占月球总表面的30％，其余星罗棋布的白色高地，便是环形山。

月球上直径超过1000米的环形山有33000多个，直径小于1000米的则不计其数。最大的环形山是贝利环形山，直径达295千米。一般直径大于160千米的环形山，用普通小天文望远镜就可看到。大型环形山都冠以著名学者的名字，我国的石申、张衡、祖冲之、郭守敬和万户名列其中。

环形山有的相当高，最高的环形山是牛顿环形山，高达8788米。为什么月球上能有那么高的山脉呢？这是由于那里没有流水、冰河、风沙及雨雪侵蚀和风化的缘故。

月球环形山是怎样形成的？为什么月球背面的环形山和正面的环形山大不一样？对于这一问题，目前比较流行的解释是月球环形山是由陨星碰撞和火山作用形成的。

绝大多数月球环形山是由陨星碰撞形成的。这一说法认为，陨星击中月球表面，产生冲击波，形成一个深坑，同时抛出圆锥形的大片巨石及其他碎片，它们随后坠落回表面；巨石回落产生了几个较小的环形山，它们环绕着第一个环形山，而较细小的碎片回落后形成地毯状覆盖物。一旦碰撞发生，陨星就被环形山吞噬，或者说被月球吸收，就好像水滴落入池塘时发生的现象一样。碰撞中心的物质会反弹，随后冻结起来。

另一些月球环形山是由火山作用形成的，这一说法认为：在月球内部熔岩和气体压力的作用下，部分月面向上凸起；气体和熔岩被喷发出来，冲出月面射向天空，如此一来，来自下面的压力就减小了，表面塌陷成环形山。这种火山型环形山不同于陨星型环形山。火山型环形山的四周没有辐射状条纹，邻近没有较小的环形山，中心也没有“山峰”。火山型环形山的存在，说明月球可能曾经具有非常活跃而灼热的内部区域。

相对月球背面，月球正面月海多，环形山少，而且大多为火山型环形山。为什么月球正面发生过如此多的火山活动，又为什么月球背面发生过如此多的陨星撞击事件？有科学家推测，也许是因为地球在一定程度上阻碍了陨星与月球正面的碰撞，所以月球背面发生的陨星撞击事件相对较多；而月球正面有较多的火山爆发则可能是由于地球对月球地表下气体和熔岩的吸引造成的。但究竟如何，科学家们还不十分清楚。

月球上没有空气，因此不能传播声音，如果你想与同伴说话，只能采用专门的通信设备。若偶尔有一颗小陨石撞到月球，能掀起万丈尘埃，却听不到一点声音。

月球表面因为没有水，没有任何生命，也就没有地球上的风化、氧化和水的腐蚀过程，月面一直保持着几十亿年前形成的地貌特征。

月球上的白天和黑夜的长度都相当于14.5个地球日，从日出到下一个日出，平均有约29个地球日。月球表面昼夜温差非常大，白天受阳光照射的地方，温度可高达约130℃，比沸水还热；而夜间和阳光照射不到的阴暗处，温度会下降到约－180℃。由于没有大气的阻隔，使得月面上日光强度比地球上强1/3左右。

月球直径是3476千米，大约等于地球直径的3/11。像地球一样，月球也是南北极稍扁，赤道稍隆起的扁球。它的平均极半径比赤道半径短500米，南北极也不对称，北极区隆起，南极区凹陷约400米。月亮的表面面积大约是地球表面积的1/14，比亚洲的面积还稍小一些；其体积是地球的1/49。换句话说，地球里面可装下49个月球。月球上的引力只有地球1/6，人在月面上走，身体显得很轻松，稍稍一使劲就可以跳起来，航天员认为在月面上像袋鼠那样双脚跳跃着轻飘飘地会更容易前进。

月貌特征

月球上是一个无大气、无水、无生命、冷热剧变的寂静世界。根据月面的地形特征（山、海、陆地、溪、谷、沟、湖、湾、沼、丘陵、坑或盆地及辐射纹等）可粗略地划分为3类：高地（月陆）、月海撞击坑和火山地形。月球上没有水，上述水域的名称是借用地球上的术语。

月球正面

月球正面是永远朝地球的一面，其显著地貌为深色的月海，早期宇航员以为真的是海洋。当熔解的岩石从月球外壳渗出，填满陨星撞击留下的洼地处，这些注满熔岩的盆地就形成了。在月面上即使是最大的风暴洋也比地中海小。月球表面密密麻麻布满了坑洞，包括环绕它们的月海和山脉。到目前为止，所有登月宇宙飞船都是在月球的正面着陆的。

月球背面

月球背面总是背向地球。在1959年10月4日苏联发射的太空探测器“月球3号”运行到月球背后并发回第一批照片之前，月球背面的地貌始终是个谜。尽管月球背面与正面看上去相似，但是存在明显的区别。月球背面的月海不多，因为这里的外壳比正面厚，熔岩很难渗出。

月球背面也密密麻麻地布满了坑洞。宇航员对此现象也充满了困惑。

月海

我们在地球上用肉眼就能看到的月球正面上的暗黑色斑块就是月海，它实际上是宽广的平原，一滴水也没有。这是由于早期的月球观察者在无法看清月面的情况下，只能凭借丰富的想象力，根据它们的外貌特征，用地球上的名字给它们取名。

月球上有20多个月海，如危海、丰富海、澄海、静海、酒海、冷海、雨海、汽海、云海、湿海、风暴洋等。它们绝大多数分布在月球向着地球的一面，只有东海、莫斯科海和智海在月球背面。最大的月海叫风暴洋，面积达500万平方千米，相当于我国陆地面积的1/2。

月海的地势相当低。静海和澄海比月球平均水准面低1700米，湿海低5200米，最低的是雨海东南部，“海底”竟在月球平均水准面之下6000多米。

月海是几百万年前熔岩从月球内部涌出并荡涤表面，由巨大的熔岩流形成的。因为在月海表面没有由于宇宙残骸撞击而形成的环形山，所以它们肯定是在月球表面受到石雨点般袭击之后形成的。月海中广泛分布着一种玄武质熔岩的岩石，地质学中称为玄武岩。玄武岩是由玄武岩岩浆沿着火山道喷到月球表面迅速冷却凝固而形成的。由于玄武岩岩浆中的钛、铁含量较高，冷却结晶时生成丰富的钛铁矿、橄榄石等暗色矿物，这导致它对阳光的反射率较低（只有7％～10％），所以该区域看起来就比较阴暗。

环形山、撞击坑无处不在

月球上绝大部分的环形山和撞击坑是撞击形成的，只有很少一部分是由火山爆发形成的。

月球自形成以来，碰撞一直就没有停止过。当太阳系在大约46亿年前形成时，空间中漂浮着大量的残骸，而且它们不时地轰击月球，之后撞击的势头才逐渐减弱。大约39亿前一个称为晚期大轰击的时期，撞击频率再次增加。这种暴风骤雨般的轰击在比较短的时间里使月球伤痕累累，大约38.5亿年前晚期大轰击结束了，碰撞的频率即降至很低的水平，这种状态一直持续到今天。

人类多次月球探测结果的统计表明，月面上直径大于1千米的环形山总数多达33000个以上。而直径在1～1000米间的撞击坑和小环形山约有30000亿个，此外还有无数个难于估计的直径小于1米的小撞击坑。

由于月球表面没有大气，小天体可以毫无阻挡地撞向月面，在撞击的瞬间，动能转化为热能，温度急剧升高并产生爆炸，形成一个比撞击体大得多的撞击坑。同时，爆炸时物质向四面八方飞溅，散落后堆积成环形山四周的隆起物。很多环形山中间凹陷的体积大致等于四周岩壁的体积，正说明了这些环形山是由撞击形成的。而撞击坑的中央山峰或环形凸起是因特别猛烈的撞击引起地层反弹造成的。

月湾、月沼与月湖

月海伸向月陆的部分称为月湾、月沼。有一些小的月海，即月面上较小的暗黑区域则称为月湖。

月湾有暑湾、中央湾、虹湾、眉月湾等。月球正面最大的湾是露湾，位于风暴洋的最北部。它的面积比危海还要大。月球正面中央的暑湾和中央湾，属于风暴洋东部延伸进高地的部分，面积约为3万～4万平方千米。

月面上已知的月沼有3个，即雨海东部的腐沼、云海南部的疫沼和静海东部的梦沼，其面积均在2万～3万平方千米。

月球表面的月湖为数不多，面积最大的是梦湖，约7万平方千米。其他有死湖、春湖、夏湖、秋湖等。

月谷、月溪和辐射纹

月谷、月溪

月球表面不少地区有一些暗色的大裂缝，弯弯曲曲绵延数百千米，宽度达几千米到几十千米，很像地球上的峡谷，于是把月面较宽的峡谷称为月谷，较窄的沟谷则称为月溪。最著名的月谷是阿尔卑斯大月谷，它长达130千米，宽约12千米，连接雨海和冷海，把月面上的阿尔卑斯山脉拦腰截断，很是壮观。月谷多出现在高地的较平坦区域，而月溪在高地和月海均有发现，在月面上是相当普遍的。其中著名的月溪就有二三十条之多。例如靠近静海的阿利亚代乌斯月溪长约250千米。

有些月谷和月溪是因火山爆发产生熔岩流的流动而形成的，有些是小天体撞击月面时形成的辐射纹的残余，个别月谷与月溪甚至是月面上许多小环形山和撞击坑成排分布形成的裂缝。

辐射纹

辐射纹是以环形山为辐射点向四面八方延伸的亮带，目前已发现有50多个较大的环形山具有辐射纹，其中以第谷环形山和哥白尼环形山辐射纹特别醒目。位于南极附近的第谷环形山直径85千米，高4850千米，它的辐射纹特别美丽，12条向外延伸的辐射纹，有如“五爪金龙”匍匐的月面上，似在喘息，又似在跃起前的瞬间。其中最长的一条辐射纹长1800千米，在满月时尤为壮观，用双筒望远镜就可以看到。

位于风暴洋一侧的哥白尼环形山直径90千米，高3000多米，中心区有3座小山。它的辐射纹也十分清晰，其中最长的一条伸至1200千米之外。

科学家们认为，辐射纹是由降落到月面上的小天体猛烈撞击引起的，它与中心的环形山应同时生成。辐射纹可能是从撞击区以极低角度溅射出去的明亮物质和暗色物质的混合物。保留辐射纹的环形山应比较年轻，布鲁诺环形山形成至今大概只有几亿年，而大多数的环形山是在十几亿年甚至几十亿年前生成的，它们的辐射纹在后期的撞击事件和太阳风等的作用下会逐渐变暗，难于保留至今。月球上山峰的阴影是由于太阳照射形成的月球的背面，展现的是另一番景象。

月球的背面

月球背面的高地和海与月球正面的相比差异很大。月球背面分布着深深的撞击坑，而月海很少。月球背面的表面起伏比正面大得多，月球正面从最深的撞击坑底部到最高的中央峰顶部高度变化大约5千米；而在背面，表面高度变化达到16千米，这相当于从地球最深的海沟底部到珠穆朗玛峰的距离。

月球的天然宝库

月球有着极其丰富的矿产资源，目前月球上已知有100多种矿物，其中有5种是地球上没有的。

月球是一个庞大无比的金属仓库。以铁为例，根据对月球物质的化验，月面最表层的5厘米厚的沙土里就含有400亿吨铁，而整个月球表面有平均10米厚的沙土。这样，月面表层里的铁的总含量就将是400亿吨的200倍，而且是一种比较单纯的铁矿物，既便于开采，又易于冶炼。

在月球广泛分布的岩石中，蕴藏有丰富的钛、铁、铀、钍、稀土、镁、磷、硅、钠、钾、镍、铬、锰等矿物。仅月海玄武岩中，可开采利用的钛金属至少就有100万亿吨。月壤中有丰富的铝、铁、硅等，可用来直接生产建筑材料。

月球风暴洋中玄武岩上面覆盖着一层厚度达10～20千米的克里普岩，该岩石含有丰富的稀土元素，并富含铀、钍等放射性元素。根据专家的估算，在月球风暴洋区的克里普岩中，稀土元素高达2250亿～4500亿吨。

月球高地的斜长岩，是所有月球岩石中分布最广、最为丰富的一类岩石，其中富含硅、铝、钙等资源，储量更为可观。

在月球上还发现有多种自然金属，如含钴的镍铁金属、铁金属和镍铁金属，而在地球上很少会存在自然状态的金属（尤其是铁），只能存在于各种形式的氧化物矿物中。科学家在月球岩石样品中发现了一层很薄的未被氧化的纯铁薄膜，他们原以为这种铁在地球条件下会立即氧化生锈。可是，经过试验发现，这种铁并没有被氧化，这是因为其纯度非常高。如此高纯度的铁，对人类非常有用，而在地球上根本冶炼不出来。

月壤中蕴含着极为丰富的能源资源

1985年，专家们通过分析“阿波罗”载人登月飞船带回的月壤和月岩样品，发现月球上有大量的核聚变物质氦－3。氦－3是一种清洁、安全和高效的核聚变燃料。在地球上，氦－3资源非常稀缺，专家估计，地球上的氦－3总量不足15吨。

根据探测结果分析，月球除了极少数非常陡峭的撞击坑和火山通道的峭壁可能有裸露的基岩外，整个月球表面都覆盖着一层厚度为1～20米的月壤。由于太阳风粒子可以直接注入月壤之中，使月壤富集太阳风粒子成分，尤其是稀有气体氦－3。据专家估算，月球上的氦－3储量有100万～500万吨，如果每年发射2～3艘载重50吨的货运飞船到月球上去，从月球上运回100～150吨的氦－3，经过核聚变，其发电量可供全人类使用1年。

月球八大谜团

月球岩石年龄之谜

在实施“阿波罗计划”过程中，从美国航天员带回的月球岩石标本，经分析发现月球岩石99％的年龄要比地球上90％年龄最大的岩石历史更悠久。阿姆斯特朗在静海降落后拣起的第一块岩石的年龄是36亿岁，其他一些岩石的年龄为43亿岁和46亿岁，几乎和地球及太阳系本身的年龄一样大，而地球上最古老的岩石是37亿岁。

不可思议的是，“阿波罗11号”飞船带回的月面土壤标本据测定历史已长达46亿年。46亿年前正是太阳系形成的时候。这种月球土壤显然比它周围的岩石还要“年长”。

苏联的无人月球探测器也获得了与此相同的结论。根据对从月海带回的月球岩石的研究分析结果，月球至少与太阳一样古老，是46亿年前形成的。

月球表层放射性之谜

月球中厚度为12.9千米的表层具有放射性，经分析发现，其中含有大量放射性物质铀、铊和钚，可是这些放射性物质是从哪里来的呢？假如它们来自月心，那么它们怎么会来到月球表面？

月球上水汽团之谜

最初几次月球探险表明，月球是个干燥的天体。一位科学家曾断言，它比戈壁大沙漠要干燥100万倍。“阿波罗计划”的最初几次都未在月球表面发现任何水的踪迹。可是通过“阿波罗15号”，科学家却探测到月球表面有一处面积达259平方千米的水汽团。科学家们争辩说，这是美国航天员废弃在月球上的两个小水箱漏水造成的。可是这么小的水箱怎能产生这样一大片水汽？看来这些水汽可能来自月球内部。

月球表面的一些玻璃状物质之谜

“阿波罗号”飞船的航天员们发现，月球表面有许多地方覆盖着一层玻璃状的物质，正如一位科学家所指出的：月亮上铺着玻璃。这表明，月球表面似乎被炽热的火球烧灼过。专家的分析证明，这层玻璃状物质并不是巨大的陨星的撞击产生的，那么它是怎样形成的呢？

月球磁场之谜

探测表明，月球几乎没有磁场，可是对月球岩石的分析却证明它有过强大的磁场。这一现象令科学家大惑不解，如果月球曾经有过磁场，那么它就应该有个铁质的核心。据可靠的证据显示，月球不可能有这样一个核心，而且月球也不可能从别的天体如地球获得磁场，因为假如真是那样的话，它就必须离地球很近，这时它会被地球引力撕得粉碎。

月球内部“质量瘤”之谜

1966年8月至1967年8月，美国为了登月积极做准备，先后发射了5个月球轨道器飞船。它们航行到月球后，成为环绕月球运行人造月球卫星，实现对月球近距离全面考察。围绕月球飞行的探测器首次显示，月球的表层下存在着物质聚集结构——“质量瘤”。当宇宙飞船飞越这些结构上空时，由于它们的巨大引力，飞船的飞行会稍稍低于规定的轨道，而当飞船离开这些结构上空时，它又会稍稍加速，这清楚地表明这种“质量瘤”结构的存在，它们有巨大的质量，而且不止一个。科学家们认为，“质量瘤”由重元素构成，隐藏在月球表面月海的下面。可是月球怎么会长“瘤子”呢？

月球尘埃之谜

美国“阿波罗计划”登陆月球的航天员发现，在月球上尘埃是普遍的，它无法避免，月尘摸起来很柔软，像雪一样，闻起来却有一股像火药的气味。

这些细小的粉状颗粒无孔不入，它们钻进物品器具里，塞住螺栓孔，弄脏了工具，沾染在防护罩外层。在月球表面活动时，月尘成为航天员们工作的一个最大的麻烦。他们必须经常停下手边的工作，用大刷子清理照相器材和设备。刚登上月球时，航天员穿的航天服都是白色的，要不了多久，月尘就能把它们变成灰色，航天员们没有办法把它拍掉。每次舱外活动结束后，月尘都会沾满航天员的靴子、手套和其他暴露在外面的部位。而且，这些细小的颗粒还可能穿透航天服缝处的封条，进入航天服内部。返回登月舱前，无论航天员们如何用刷子清洁，都会不可避免把一些尘埃带进舱内，一旦他们脱掉头盔和手套，舱内就会弥漫着月尘的气味。

“阿波罗”系列飞船的航天员们先后从月球上带回4种月球尘土，在科学家检验过程中，它们给人们制造了一个又一个谜团。科学家把月尘撒在细菌上做试验：第一种、第二种、第三种尘土撒到细菌上，细菌一点变化也没有；第四种尘土撒到细菌上之后，细菌一下子都死了。第四种尘土是美国“阿波罗12号”飞船从月球表土的下层取回来的。

用植物做试验时结果是，把玉米种在月尘里，它的生长与地球土壤里没有明显的不同。可是，水藻碰到月尘就会长得特别鲜嫩、青翠。

月尘是一种奇妙的尘埃。它的每颗尘粒都被一层厚度仅有数百纳米的玻璃镀膜包裹着，直径大概是人的头发直径的1/100。研究人员用显微镜检视了这层玻璃镀膜，发现有数百万个微小的铁斑悬浮在玻璃膜上，宛如天空中的繁星一般。

人类对月球的初探

我国是世界上最早对月球运行进行科学观测和记录的国家之一。公元前14世纪，中国殷朝甲骨文（河南安阳出土）中已有日食和月食的常规记录。明朝以前，我国对日月运行的观测、研究和认识达到了很高的水平，以对日月运行认识为基础编制的历法一直领先于世界，还发明了一系列精巧的天文观测仪器。明朝中叶以后，欧洲科技的发展突飞猛进，对月球的科学认知水平很快就超越了我们，从对月球的远距离观测逐步走向全面的科学探索。

在20世纪50年代末至70年代初，美国和苏联两国在冷战期间凭借自己在航天领域的优势，展开月球探测的竞争，共向月球发射了100多枚探测器。1969年7月，“阿波罗11号”更是实现了人类的登月之梦。从“阿波罗11号”飞行中人类在月球上迈出第一步，到“阿波罗17号”飞行中人类迈离那里的最后一步，月球上共留下了12名美国宇航员的足迹。这一时期美、苏两国在月球探测中取得了辉煌的成就。

航天探测能力是一个国家综合国力和科技水平的体现。1959～1976年，美、苏两个空间大国在月球探测领域展开了激烈的竞争。10余年中，两国开展了飞越月球、硬着陆、月球轨道飞行、软着陆、无人登月取样返回地球、载人登月取样返回地球等一系列月球探测活动，极大地带动了各自国家科学技术的迅猛发展。

随着冷战形势的缓和，在历经18年月球探测活动的冷静思考后，20世纪90年代，世界各航天大国重返月球的热潮迅速兴起。我国作为一个世界大国，不能长期脱离这种现实与趋势。自1970年4月24日成功发射第一颗人造地球卫星以来，我国的运载火箭、应用卫星和试验飞船技术有了飞速发展，特别是载人航天取得了历史性的成功与突破后，开展月球探测，填补我国在深空探测领域的空白，对推动我国科学技术整体水平的提升，提升综合国力、增强民族凝聚力、培育国民开拓创新精神等都有重要意义。

2007年10月24日，“嫦娥一号”成功升空，开始了中国人对月球的第一次探测。这是我国继实现应用卫星和载人航天飞行之后，在空间科学和航天技术进步方面新的里程碑。

月球探测的开展，将是我国迈出深空探测的第一步。

探测月球的意义

探测月球对我们有什么意义？这是许多中国的普通老百姓所追问的问题。中国科学界也不乏争论的声音。月球探索真的对我们毫无意义吗？事实并非如此，它所带来的七大利益可以预见。

维护我国月球权益的需要

尽管1984年联合国通过的《指导各国在月球和其他天体上活动的协定》（简称《月球条约》）规定，月球及其自然资源是人类共同财产，任何国家、团体和个人不得据为己有。但是，当前世界主要航天大国和国际组织正加紧实施月球探测计划。作为联合国外空委员会的成员国，我国只有通过开展月球探测，并取得一定成果，才具有履行《月球条约》和分享开发月球权益的实力，维护我国的合法权益。

月球是人类研究宇宙和地球本身的最佳平台

科学界认为，通过对月面上没有人为改造和破坏的这些优越条件研究月球，了解月球的成因、演变和构造等方面信息的研究，有助于了解地球的远古状态、太阳系乃至整个宇宙的起源和演变；有助于搞清空间现象和地球自然现象之间的关系，可以极大地丰富人们对地球、太阳系以至整个宇宙起源和演变及其特性的认识，从中寻求有关地球上生命起源和进化的线索。

促进科技的进步和发展的重要载体

开发月球是空前艰巨的事业，需要解决一系列难题，这必然会带动诸如大推力火箭、巨型航天器、高速飞行、人工智能、计算机、机器人、加工自动化、精密仪器、遥感作业、通信、材料、建筑、能源等工程技术以及空间生物、空间物理、空间天文等科学技术的突飞猛进。

为开发利用月球资源做准备

据以往的探测，月岩中含有地壳中的全部物质元素，约有60种矿藏。在月球岩土中，含丰富的氧、铁、镁、钙、硅、钛、钠、钾、锰等物质。此外，月球上有丰富的能源，尤其是月球上的氦－3是地球上所没有的核聚变反应的高效燃料。据估计，在月壤中氦－3的资源总量可以达到100万～500万吨，能够支持地球7000年的需电量。

促进深空探测

月球表面的引力只有地球表面的1/6，航天器如果从月球上起飞，可大大节省能源。月岩土壤中氧占40％，可以就地生产推进剂和作为受控生态环境和生命保障系统的氧气来源；硅占20％，可以为航天器制作太阳电池阵，其他金属可以为航天器制作各种部件设备，也可将月球做中转站，为过往的航天器进行检修和补充燃料。

进行天文观测和研究的平台

月球表面的地质构造极其稳定，月球直接承受太阳的辐射，没有大气层对光线和电波的吸收、散射和折射等干扰，没有尘埃污染，没有磁场，月球的背面没有人造光源和射电的干扰，地震很微小。同时，月球有漫长的黑夜，黑夜温度极低。这种环境为建造高精度天文观测台提供了理想的场所。

推动经济发展

开发月球，可以产生难以估量的经济效益，而且其他技术的二次开发应用，势必促进工业的发展与提升。

中国绕月探测工程总指挥栾恩杰对此做了精辟科学的说明，他对月球的探索、开发、利用分成了3个步骤进行解释。简单可用三个字概括，即“探、登、驻（住）”。“探”就是探月，对未知的月球先要有所了解，探索掌握必备的信息；“登”就是登月，人类能够登陆到月球上去，近距离地接触月球资源并安全返回；“驻（住）”就是驻（住）月，指设备或人类能够短期或中长期驻扎在月球，实现对月球资源的开发或居住的梦想。其中，“探月”又可分为3个时期，即“绕”、“落”、“回”。一期“绕”就是发射一颗围绕月球转的卫星，在离月球表面200千米高度的月球极地轨道开展科学探测；二期“落”就是选准地方落到月球表面，利用月球巡视车进行探索工作；三期“回”就是采集一些样品返回地球。

月球是研究天文学、空间科学、地球科学、遥感科学、生命科学与材料科学的理想场所。

我们有理由相信，“嫦娥一号”卫星的探月成功，只是中国迈入深空探索的第一步。随着月球探测的开展，将有助于人类对月球、地球和太阳系起源及演化的研究，特别是对于月球科学中的一些基本问题，如月球的形成过程、月球的早期演化史、月球矿产的形成与分布特征、地—月系统的形成与演化、月球与地球及类地行星的比较研究以及它们各自的共性与特性等，只有通过新一轮的探测，才能获得较系统和深入的认识。

最早测定月—地距离的人

伊巴谷，公元前约190年出生于小亚细亚（今土耳其），约卒于公元前120年。这位古希腊天文学家发明了许多用肉眼观察天象的仪器，测定了月亮视差，是三角学的奠基人，发现了追踪太阳在天空中的运行路径；提出通过月食测定太阳—地球—月球系统的相对大小。

通过观测室女座中的角宿一，伊巴谷发现了分点的岁差（恒星经过几世纪造成的位移）。他也将太阳年的计算精确到实际长度的7分钟之内，并估算出太阳和月亮到地球的距离。在他去世后的几个世纪中，他的研究成果都未遇到挑战。

伊巴谷一生的大部分时间都在罗得岛度过，并终老于该岛。他长期在罗得岛上进行天文观测，编制出了约含850颗恒星的星表。这么多星星怎么区分呢？伊巴谷按照亮度将恒星划分为6等，最亮的20颗星是1等星，而6等星指那些刚刚能为肉眼看见的恒星。这种分类方法一直被后人所借鉴。

为了更准确地观测天体，伊巴谷制作了许多仪器。由于他的大部分著作都已失传，他的成就只能从旁人的著作中得到了解。人们描绘伊巴谷发明了一种“瞄准器”，一根约2米长的木杆上，有沟槽可容一个挡板在其中滑动，在木杆的一端竖立一块有小孔的板，人眼从小孔中观察星体，同时滑动挡板，使它刚好遮住目标。根据挡板与小孔之间的距离及挡板的宽度，就可以算出被测物体的相对大小，或星空中两点的视距离。他还发明了一种星盘，可以测天体的方位和高度。人们还传说他制作过一个天球仪，刻在上面的恒星数目比他列在星表上的还多。

伊巴谷测日、月、地天体距离

伊巴谷观测了一次日食，同埃拉托色尼一样，他也需要2个地点的观测数据。在土耳其附近，人们看到了日全食；而在经度接近而纬度不同的亚历山大城，只能看到日偏食，月球最大遮住了太阳的4/5。由此，他推算出了月球的视差，他也将太阳光处理为平行照射到地球上。他的计算结果是，月球直径是地球的1/3，月地距离是地球半径的60.5倍。第一个数据偏大了一点，对于第二个数据，按照现在的测量结果，月地距离是地球半径的60.34倍。由于埃拉托色尼已经给出了地球半径的数据，于是伊巴谷得到了月地距离的真实数据。让我们替伊巴谷算一下：38400×60.5/（2×3.14）千米=37万千米。现代的月地距离数据是38万千米。

伊巴谷的太阳数据误差较大，主要还是受阿里斯塔克的数据影响。伊巴谷算出的太阳直径是地球直径的12倍多，而实际太阳直径超出地球达100倍之多；他的日地距离是地球半径的2500倍，而实际是2万多倍。

伊巴谷被公认是古希腊最伟大的天文学家，不过当时天文学家对宇宙结构的看法现在看来是错误的。古希腊的天文学家想当然地认为，圆形是最完美的图形，所以天体的运动轨道必定是圆形的，而且运动速度是匀速的。按照当时普遍的说法，地球是宇宙的中心，那么地球就是所有天体圆形轨道的圆心。然而实际观察时，人们发现行星运动时快时慢，还有逆行开“倒车”的现象。为了解释这些现象，伊巴谷综合前人的成果，认为地球并不在圆心位置，而是在圆心附近，稍稍偏离了圆心。因此从地球上看过去，行星的速度会时快时慢；他还认为行星本身先沿着一个小圆轨道转动，这个小圆的圆心再围绕着地球附近的大圆圈转动，这就解释了为什么行星有时会发生逆行。

古人裸眼观月与《历法》

在望远镜没有发明以前，人们主要通过肉眼观察月亮和它的运动规律。我们在地球上看到的月亮每天在自东向西的移动中，它的形状也在不断地变化，这种月亮位相的变化，叫做月相。故云：“人有悲欢离合，月有阴晴圆缺”，这里的圆缺就是指月亮的月相变化。中国、埃及、印度和古巴比伦四大文明古国，早在公元前两三千年前就测出月相的变化的周期为29天多。很早以前，人们就以月亮的运动周期来作为较长的计时单位——月，也就是今天我们称的月份。我国古时将月亮也称太阴。因此根据月相圆缺变化的周期（即朔望月）制订的历法称为阴历。月亮很早就被人们引用于社会生活中了。而更长的计时单位——年，则是以太阳的视运动周期，即根据地球围绕太阳的运转周期（回归年）来定的，以此制订的历法称为阳历。无论是古中国或是其他文明古国，都测出年长约365.25日。我国古六历（黄帝历、颛顼历、夏历、殷历、周历、鲁历）又称四分历，就是因为有这个1/4日的缘故。月份长以太阴的运动为标准，年长以太阳的视运动运为标准，这种历法就是“阴阳合历”。除古埃及使用太阳历外，其他文明古国都用阴阳历。中国历史上记载的最早的成文历法是春秋末年的四分历，它是当时世界上最先进的历法。四分历确定1年的长度为365.25日，每19年设置7个闰年，这是当时世界上采用的最为精确的数值。我们现在使用的农历就是这种阴阳历。

望远镜使人类第一次看到了月亮真貌

望远镜是在1608年由荷兰的一位叫做汉斯·里佩的眼镜商人发明的。有一天，里佩的儿子在玩耍中偶然发现，将两块透镜重叠，并使其相隔一定的距离，通过镜片观察，可以看见远处教堂屋顶原来几乎看不见的小鸟。里佩受此启发，把2块镜片装在一个铜管的两头，制成了世界第一架望远镜。

汉斯·里佩的这项发明，引起了意大利天文学家伽利略的关注。1609年，伽利略自己动手，制作出了放大32倍的光学望远镜。这种望远镜由2个镜头组成，物镜大一些，目镜小一些。光线从物镜进入，出现物像的倒影，光线通过第二个镜头后，发生折射现象，使光线变成平行，眼睛看到放大了的物像，但是倒影。这种折射望远镜有一个缺点，即物像有些模糊。

1609年12月的一天，当伽利略将望远镜对准月球这个离地球最近的天体时，令他惊异的是，他看到月球竟然是一个崎岖不平、坑坑洼洼的世界，上面有高耸的山脉、广阔的洼地，还看到了奇特的像火山口那样的环形山。在这之前，人们一直认为月亮表面是冰清玉洁般的光滑，望远镜使人类第一次看到了月亮的真实面貌。

伽利略根据自己的观测，画了一个月面图，这个图成为世界上第一幅月面图。伽利略首次给月亮上的两条大山脉起名，用自己祖国的两座大山名称——亚平宁山脉和阿尔卑斯山脉来命名月球山脉。从此以后，月面上的许多山脉与高山照例用地球上的山来命名。

1645年比利时数学家、博物学家朗格林诺斯发表了他画的月面图，在图上标有322个地形物，他把暗的区域叫做“海”，把亮的区域叫做大陆，这种称谓沿用至今。

1668年英国科学家伊萨克·牛顿（1642～1727）发明了反射望远镜，它的物镜由一个抛物面或双曲面形的凹面镜组成，光线由凹面镜反射后，经一个小平面镜反射出来，由目镜进行观测。反射望远镜克服了折射望远镜物像模糊的缺点，使对月面的观察更前进了一步。进入18世纪以后，随着天文望远镜的发展，人类对月面的了解则更为深入。

探月活动揭开了月亮的神秘面纱

1957年10月4日，苏联成功发射了人类第一颗人造地球卫星，标志着人类从此走向了航天时代。利用火箭发射月球探测器探测月球，使月球的探测活动进入了一个新的历史时期。

发射无人月球探测器探测月球的方式从20世纪50年代至今，人类发射无人月球探测器探测月球采用了以下5种方式：

（1）飞越月球。探测器从地球表面发射，沿抛物线或双曲线越过月球，对月球进行近距离探测，然后飞向太阳系，成为人造行星。这种方式探测时间短，获得的信息少。

（2）击中月球。探测器从地面发射，沿椭圆、抛物线或双曲线直接击中月球，利用撞毁前的短暂时间进行探测。

（3）月球卫星。探测器从地面发射，经轨道中途修正、调姿，进入月球引力场作用范围，再经制动火箭点火和速度修正，被月球引力场捕获，形成月球卫星，进行环绕月球探测，这种方式可以进行长时间的探测。

（4）探测器在月面软着陆。探测器从接近月球或由月球卫星经过减速机动飞行，实现在月球表面上软着陆，以进行实地探测。

（5）探测器从地球—月球—地球的探测。月球探测器在月球表面软着陆后，在月面上完成摄影、采样等任务后返回地球。

美、苏太空竞赛

20世纪50～70年代，在冷战背景下，美国和苏联为了争夺霸权围绕月球探测展开了空前的太空竞赛，从而拉开了近月和登月探测的帷幕。

苏联探月活动

1959～1970年，苏联利用闪电号火箭等，先后发射了24颗月球探测器。此时，苏联在月球探测方面遥遥领先于美国，并取得了许多重要成果。例如第一次实现月球硬着陆，击中月球；第一次飞越月球背面，拍摄到月球背面的照片；第一次实现探测器月面软着陆，在4天中，向地球发回了全景照片和辐射资料；成功地发射第一颗月球卫星，首次实现环月飞行；第一次实现环月飞行后安全重返地球；第一次实现无人驾驶飞船登月取样并返回地球；第一次实现无人驾驶月球车在月面行驶并进行科学探测等。

美国的探月活动

面对月球探测落后苏联的局面，美国总统肯尼迪和副总统约翰逊开始策划一个能够吸引公众注意力，并一举改变美国在太空竞赛中落后局面的计划，这就是后来被命名的“阿波罗计划”。

为了争取20世纪70年代把人送上月球，60年代美国大力开展了3项无人探月工程，即“徘徊者号”、月球轨道器、“勘察者号”系列月球探测器，用宇宙神系列火箭发射，为登陆月球铺路。

“徘徊者号”

“徘徊者号”的主要目的是为确定月球表面能否支撑住飞船，使之不致陷入月球尘土之中或压碎月面的薄壳，从而为载人登月做准备。“徘徊者号”系列均使用宇宙神火箭在卡拉维拉尔角发射，共发射了9颗“徘徊者号”探测器。其中“徘徊者”7、8、9号均成功地实现了在月球表面硬着陆，并发回了17259幅高分辨率的照片，从中得出了月面能支撑重物的结论。

“勘测者号”

“勘测者号”系列探测器的任务是在载人登月之前，在月球上实现软着陆，试验软着陆技术，证明软着陆对人有没有危险，并选择载人登月的地点。“勘测者号”探测器发射重量为1000千克，高3.3米，用于支撑探测器由3条腿组成的着陆支架的底部直径为4.5米。每个探测器上都配有一台电视摄像机，通过一面转动的镜子来观察周围环境。勘测者号系列探测器利用宇宙神——半人马座火箭在卡拉维拉尔角发射，共发射了7颗“勘测者号”探测器。

“勘测者”1、3、5、6、7号均成功实现软着陆，“勘测者”1、3、5、6号成功地着陆于月球赤道附近的暗区，“勘测者”7号成功地着陆于月球表面的环形山。“勘测者号”系列的5次成功着陆，共发回了86000多张70毫米的高清晰照片，它们所获取的数据资料为“阿波罗”登月地点的选择提供了依据。

“勘测者”3号和7号上还配有月面取样器（可伸缩的掘土铲），由电视摄像机监视其掘土情况，以判断月面的硬度。“勘测者”5号、6号和7号上还带有α放射源，利用α粒子散射来对月球做化学分析。

月球轨道器是一项环月探测计划，任务是拍摄月面地形图，为登月选择着陆点做准备。月球轨道器由仪器舱、推进舱和防护舱组成，外形像一个去掉头部的锥体，底部直径为1.5米、高1.65米，它的4个太阳翼展开时长度为3.72米。可为探测器的铁镍镉蓄电池充电并提供375瓦的电力。美国共发射了5颗月球轨道器，全部获得成功。月球轨道器系列的5颗探测器成功地探测了99％的月球表面，并发回了2180张高分辨率照片和882张中分辨率照片。这些宝贵的数据为“阿波罗”登月时航天员及仪器设备的防护提供了依据。

阿波罗登月计划

在人类对宇宙不懈探索的历史上，20世纪60～70年代由美国实施的“阿波罗”登月计划无疑是其中壮丽的一笔。这次登月活动从1961年5月25日美国总统肯尼迪正式宣布实施开始，一直持续到1972年12月底“阿波罗计划”结束，历时11年，总投资250亿美元，共实施了7次登月飞行，除“阿波罗13号”飞船出现故障而失败外，其余6次都成功地实现了登月飞行，共有12名航天员实现了登月，他们在月面总共停留302小时20分钟，在月面活动共80小时32分钟，航天员在月面上累计活动行程逾90千米，共收集和带回月球土壤和岩石样品381千克。1969年7月16日，“阿波罗11号”宇宙飞船，搭载3名航天员首次实现了登月活动。飞船指令长阿姆斯特朗，自登月舱扶梯走下来，踏上月球表面时，虽然只是一小步，却代表了人类在太空探险的领域上向前迈了一大步！

苏联的载人登月计划其实不比美国晚，可是其运载火箭不可靠，接连发生了几次灾难性的失败。美国率先登上了月球后，结局已定，苏联最终放弃了登月，转而研发空间站技术。

鲜为人知的“阿波罗”事故

●“阿波罗1号”指令舱起火，航天员命殒发射台

在佛罗里达州卡纳维拉尔角发射场的第34号发射台的纪念墙上写着：“通往星空之路困难丛生”，这是为1967年美国“阿波罗1号”飞船的失火事故而撰写。

1967年1月27日由航天员格内森、怀特和查菲组成的“阿波罗1号”飞船机组在34号发射台进行实验。当模拟倒计时还有10分钟之时，飞船突然起火，3名航天员被困在离地面60米高的发射台上被火球包裹着的飞船里，周围浓烟滚滚，营救小组用了十几分钟才取下了飞船舱门。当他们进入指令舱时发现，3名航天员都已被活活烤成了焦炭，整个场景接着变成一场剧烈的出征登月祭祀仪式。

“阿波罗1号”事件之后，“阿波罗”飞船做了改进，发射时指令舱内采用了60％氧和40％氮的混合气体，改变了舱内的纯氧环境，但入轨后仍用100％的氧气。

●“阿波罗13号”登月飞行，是一次险象环生的自救飞行

“阿波罗”11号和12号成功登月后，“阿波罗13号”奉命载人再次登月，但是这次登月飞行由于发生了一次大事故而失败。

1970年4月13日晚9时17分，“阿波罗13号”载着罗威尔、史威格和海斯3名航天员飞行离地球已达30万千米，就在这时，飞船一个液氧箱发生爆炸，爆炸引发一系列危险：燃料即将耗尽，电池组不能正常供电，飞船不能按正常轨道飞行，舱内温度和压力下降，航天员生命危在旦夕。

在危急时刻，航天员根据地面指令沉着应对，从指令舱爬到登月舱内，利用登月舱发动机将飞船推到返回轨道。在这条轨道上地球引力可将飞船拉回来，使之飞向地球。

4月17日，“阿波罗13号”接近地球，罗威尔在登月舱里启动4台姿态控制火箭校正轨道。史威格操纵指令舱，将服务舱分离，然后他们都回到指令舱，下午12时07分，“阿波罗13号”指令舱安全降落在太平洋海域里。

美国90年代月球探测活动

在20世纪90年代美国又发射了“克莱门汀”和“月球勘探者”两颗月球探测器。

●“克莱门汀”探测器

1994年1月25日，由“大力神”火箭从范登堡空军基地发射“克莱门汀”环月探测器，2月21日进入月球轨道，该探测器重424千克，三轴稳定，它装载有紫外／可见光相机、近红外相机、高分辨率相机、激光雷达系统、长波红外相机、星跟踪器相机等设备。其主要目标是对美国国防部下一代卫星所需的轻型成像遥感器及组件技术进行空间鉴定。它获取的180万张月面图像证明月球极区可能有水存在。

●“月球勘探者”探测器

1998年1月7日，用雅典娜-2火箭从卡纳维拉尔角46号工位发射了“月球勘探者”探测器。它是继“阿波罗计划”后美国发射的第二颗环月探测器，采用自旋稳定方式，质量295千克，环月轨道高度为100千米，其主要载荷为γ射线探测仪、α粒子探测仪、磁场仪和多普勒重力计。这项计划耗资0.59亿美元，主要任务是对月球火山口的寒冷区和极区冰的含量进行测定，为今后建立月球基地获取资料，还将完成月球表面化学成分的测定、月球全球磁场和引力场的测绘。“月球勘探者”所发回的数据比“克莱门汀”探测器要详细得多，这对了解月球起源和整体构造具有重要参考价值。

日本的探月活动

“缪斯A”月球探测器

1990年1月24日，日本宇航研究开发机构，用M-3S2-5型火箭成功发射了“缪斯A”月球探测器（又名“飞天号”探测器），同时还搭载有“羽衣”环器，由于星箭分离时速度太低，探测器的远地点只有290000千米，后经多次变轨才达到远地点为476000千米的正常探测轨道。飞天探测器共绕月飞行了10圈，离月球最近的探测距离为16472千米，它于1993年4月10日在结束其使命后撞向月球。

子卫星“羽衣”重12千克，外形是一个26面体，上面装有一个4千克的固体发动机，用于环月探测，其太阳翼可以提供10瓦的电力，在“羽衣”的顶部安装有转发器和全向天线，用于数据传输和测控。原计划在1990年3月18日飞天探测器首次到达近月点时被释放，但由于转发器发生了故障，“羽衣”未能被释放，无法开展探测工作。

“月女神”

2007年9月14日，日本用H-2A火箭成功发射了“月女神”环月探测器，并搭载有“中继星”和“甚长基线干涉测量星”两个子探测器。两个子探测器均分离成功。月女神重量为3000千克，设计寿命1年，环月高度为100千米，共载有X射线光谱仪、γ射线光谱仪、多波段成像仪、光谱剖面仪、地形相机、月球雷达探测器、激光高度计月球磁强计、带电粒子光谱仪、等离子体分析仪等15种探测仪器。两个子探测器各重50千克，分别负责从探测器到地球的通信传输和精确测量月球的位置及运动情况。

“月女神”探月计划是自美国“阿波罗计划”以后规模最大，同时也是最复杂的探月计划。日本科学家希望通过随身所带的仪器了解月球表面成分和矿物组成、月球表面的结构、重力场、磁力场、高能粒子环境以及月球的等离子区等。通过上述研究活动，希望进一步揭开月球的起源及演进的秘密。

欧洲的探月活动

2003年9月27日，欧洲用“阿里安”火箭成功发射了“智慧1号”环月探测器，探测器的外形尺寸为1570厘米×115厘米×104厘米，体积不到1立方米，太阳能电池板展开翼展14米，提供电力1.9千瓦。升空时的总质量370千克，共携带有15种科学仪器。

“智慧1号”是世界上第一个采用太阳能离子发动机作为主要推进系统的探测器，与传统的航天器化学燃料发动机不同，太阳能离子发动机可将太阳能转化为电能。再通过电能电离惰性气体原子，喷射出高速氖离子流，为探测器提供主要动力。它利用燃料的效率比普通化学燃料发动机高10倍，这使得航天器有更多的空间装载其他装备，也为解决今后星际航行的动力问题积累经验。“智慧1号”探测器在太空中遨游近3年只消耗了60升燃料，创造了太空探险的奇迹。

“徘徊者号”探测器好事多磨

苏联夺得一个又一个航天“第一”，美国自然不甘落后。作为反应，美国决定为载人登月“投石问路”，从1961年8月到1965年3月，美国先后向月球发射了9个“徘徊者号”探测器。

“徘徊者号”探测器是在“先驱者号”探测器的基础上改进过来的，上面装配了电视摄像机、发送和传输装置、分光计等设备。它的任务是在月面上硬着陆前拍摄照片，测量月球附近的辐射和星际等离子体等。它飞向月球时采用地—月轨道，中途校正一次轨道后再飞向月球。“徘徊者”1号～6号探测器质量为300千克，7号～9号探测器增加了电视摄像设备，质量增加到370千克。不知是名字没取好，还是准备不充分，前几个“徘徊者号”探测器一直在地月间徘徊不前，历尽磨难。第1个和第2个“徘徊者号”探测器被送入地球轨道后，由于上面级火箭不工作，探测器重新坠入大气层被烧毁。发射第3个时，虽然上面级火箭点火成功了，但推力过大，把探测器送到了远离月球37000千米的太空，使它成为了一个无人照管、无家可归的“流浪汉”。第4个开始还算顺利，但从地球轨道上起飞后不久，控制系统突然出现短路故障，失去控制的探测器像一匹脱缰的瞎马，撞到月球背后的环形山上，摔了个稀烂。紧随其后的第5个和第6个，在即将到达月球轨道时，不是火箭发动机突然熄火停止工作，就是电视摄像机莫名其妙地失灵，弄了个前功尽弃。

在遭受六连败后，1964年7月28日发射的第7个“徘徊者”终于一路顺风到达月球表面，用它携带的6台电视摄像机发回4306幅电视图像，其中最后的图像是在它离月面只有300米远处拍摄到的，图像清楚地显示出月球上一些直径小至1米的月坑和几块直径不到25厘米的岩石。这是月球表面情形的首次电视直播。

乘胜前进的第8个和第9个“徘徊者号”探测器再立新功，分别发回7137张和5814张高分辨率的月球照片，进一步探明了在月球表面上有许多可容飞船降落的平坦之地。

最成功的无人探测

有了旗鼓相当的对手后，苏联加快了探月的步伐。1964年4月苏联又成功研制出一种新型的功能比较齐全的月球探测器——探测器号。

探测器1号～3号的质量为890千克，4号～8号的质量则达到5600千克，这8个探测器号各有各的职责。

1965年7月20日，探测器3号在距月面11600千米处掠过月球，进入月球轨道。它在飞过月球期间，拍摄到25万张月球照片，基本上弥补了月球3号探测器没有拍摄到的月球表面，从而获得了月球背面完整的概貌图。它拍到的图像清晰逼真，人们通过这些图像识别了月球上不同区域的3000多个地形。

1969～1976年，苏联发射了月球15号～24号探测器。相对于早期的月球号探测器来说，这批探测器已演变为月球自动科学站。其中，1970年9月12日发射的月球16号探测器顺利到达月球后，用它自带的小勺挖取了0.1千克月球岩石样品并自动送回地球，使人类首次获得月球表面物质的标本。

1970在11月17日，月球17号探测器携带着世界上第一个无人驾驶月球车——月球车1号成功地在月面软着陆，月球车1号在地面工作人员的遥控下勘探了月球表面8万平方米的地域，进行了200多次土样测验，并用X射线望远镜扫描了天空，获取了大量资料。月球车1号在月面上行驶了10.5千米，后来月球21号探测器带上月球车2号行驶了37千米。月球车底盘上装有电动机驱动和电磁继电器制动的轮子，靠特性吊架减少震动，能源采用的是太阳能电池和蓄电池。本来月球车可取得更大的成果，但由于地月间距离遥远，通信中存在25秒89滞后问题，月球车每完成一个动作后，地面工作人员需等待它将动作结果反馈回地球后才能指示进行下一个动作，这样操作效率就低得多。

1976年8月18日，月球24号探测器在月球危海东南部软着陆，它携带的挖掘机从2米深处挖出了1千克岩石，8月22日回收舱带着岩石平安地降落在苏联的西伯利亚地区，为苏联的月球探测画上了一个圆满的句号。

随着“阿波罗”工程的进展，飞船在月面软着陆的试验摆到了重要日程上。为此，美国设计了新型月球探测器——“勘测者号”。

月球探测成果辉煌

新型探测器经过1年多的研制后，于1965年5月开始亮相，这种探测器重达1～1.5吨，从远处看就像一架直升机，上面装备有电视摄像机、测定月面承载能力的仪器、月球土壤分析设备、微流星体探测器等。

从1965年5月到1968年1月，美国共发射了7个“勘测者号”探测器，除“勘测者2号”探测器由于姿态控制发动机突然失灵坠毁于月面、“勘测者4号”探测器在预定着陆点撞毁外，其余都在月面平稳地实现了软着陆。其中“勘测者”3号和7号在原有装置的基础上，还携带了一个小型挖土机，它可对月球土壤进行分析，并把分析结果传回地面。分析结果清楚地告诉人们：在探测器着陆区附近多为玄武岩状物质，飞船在此降落绝不会沉陷下去，人在月面上行走，也不需要穿雪鞋。“勘测者7号”第一次用带偏振滤光片的摄像机对月面摄像，还用摄像机拍摄了发自4个地球站的激光信号，测出了精确的地月距离。

为尽快完成“阿波罗号”飞船登月前的准备工作，美国采取兵分2路的办法，在“勘测者号”实地考察的同时，另一种月球轨道环行器则在绕月轨道上拍摄月球表面的详细地形照片，绘制细微部分的月面图，为“阿波罗号”飞船选择最安全的着陆点。

月球轨道环行器1号、2号、3号的任务是在围绕月球“赤道”的低轨道上飞行。其中月球轨道环行器2号的轨道最低时达到距离月面394米的高度，它用广角照相机拍摄到了许多清晰可见的月面照片，这些照片有许多至今还被完好无损地保存着。3个环行器共对40多个预选着陆区进行了拍摄，获得了1000多张高清晰度的月面照片，美国据此选出约10个候选登月点。

由于前3个月球轨道环行器高质量地完成了任务，已研制成的月球轨道环行器4号、5号只好“另谋高就”，改为执行别的任务。它们在绕月球极轨道上飞行，拍摄更大面积的月球表面照片，并监视近月空间的微流星体和电离辐射。

5个轨道环行器在1年时间里，对月面上99％的地区进行了探测，拍摄了大量高分辨率的照片，获得了月球表面的放射性和矿物含量等大量资料以及有关月球引力场等数据。最后，5个月球轨道环行器撞在月面上“以身殉国”。

有了“徘徊者号”、“勘测者号”和月球轨道环行器获得的这些月球情报以及1965～1966年10次“双子星座号”载人飞船飞行获得的经验，美国载人登月行动已是箭在弦上，顷刻即发。

苏联、美国的月球探测获得了无价的月球样品、数据和探月经验，大大促进了人类对月球、地球和太阳系的认识，带动了一系列基础科学与应用科学的创新和发展。

月球探测带动了月球科学，尤其是月球地质学的发展。人类第一次对除我们居住的地球之外的天体有一个系统的了解，包括对物理特性、轨道参数、空间环境、表面结构与状态、矿物岩石与化学组成、内部物质构成等的了解。

月球探测还催生了一些新的学科如比较行星学。大量探测数据和样品分析结果，使得对地球与月球的详细比较研究成为可能，并依此延伸到探测数据有限的其他行星的对比研究，极大地加深了人类对其他类地行星的认识。同时，由于在地球上研究地球不可避免地会导致“近视”，要完全了解我们居住的星球，必须研究其他行星，比较其异同之处，因此月球探测科学研究也促进了地球科学的发展。

新一轮探月热潮正在兴起

21世纪，月球探测将进入一个新的高潮期，这期间除了发射月球探测器对月球做进一步深入探测以外，开发利用月球资源，建立月球基地将成为新一轮月球探测热潮的重要目标。

美国宣布重返月球计划

2004年1月14日，美国总统布什在位于华盛顿的美国宇航局总部发表讲话中，宣布新太空计划，重返月球是其中的最重要的任务。美国航天员最早将于2015年，最晚不超过2020年重返月球，并将在月球上建立永久性常驻基地，以月球作为跳板，为下一步将人送上火星甚至更遥远的星球做准备。为了实施这一宏大的计划，美国将投入2000多亿美元资金，并研制新的运载火箭、载人飞船和月球工作居住舱。

俄罗斯计划建立月球永久性氦－3基地

俄罗斯的月球计划大体分3个阶段：2010～2015年为第一阶段，使用联盟号系列飞船开展月球探测；2015～2020年为第二阶段，实现航天员登月，建立经常性的月球交通体系，即先用快帆号新型飞船把氦－3从月球运到停在国际空间站的太空拖船上，然后再用这种可携带25吨货物的太空拖船把氦－3运回地球。2020～2025年为第三阶段，在月球上建立常设基地，开发氦－3能源。

中国的登月梦想

2003年，中国继美国和苏联之后，成为第三个用自己的火箭将人类送入太空的国家。

既然“神五”、“神六”都走了一趟回来了，“再加把劲儿不就到月球了吗？”很多人都这么想。

艰难的4个台阶

登月之前，我们还有“艰难的台阶”要去登，概括起来主要有4个台阶。

第一个艰难台阶——火箭运载能力

目前，我们的火箭送几吨重的东西到太空没问题，“长征”系列火箭现在最大载重20吨（美国宇航局制造中的“阿瑞斯1号”火箭预计运载力125吨）。能到达的距地球最远距离为7万千米，而月球距地球38万千米，让登月飞船要往返将近80千米的行程上，必须有更多燃料、更大推动力，光抵达月球轨道就要需要好几级火箭，以“长征三号甲”目前的能力，恐怕是还不能完成这样的任务。正在研制的“长征五号”的目标是70吨的运载能力，届时将能解决奔月的问题。

当飞过云的问题解决后，进入月球引力区时，要解决能及时踩“刹车”问题，“刹”晚了就会撞到月球上，而“刹”早了就会失控飘向太空。飞过去了，也刹住了。但选择正确轨道也是难题之一，既不能碰着月球，也不能飞过去。

第二个台阶——观测和监控

飞往月球的探测器中途将有短时长信号与地球中断（即时入盲区），这时的飞行器会处于极度危险中。还有地球24小时自转1圈，月球27天绕地球公转1周。这时会发生中国国土所在的那部分地球转到背向月球的时候，怎么办？那时候不仅无法观测到探测器，连发送指令也不可能。这些问题是我们测控需要面对的问题。美国在解决测控时比我国容易，其在全球建了3座测控站：本土加州、澳大利亚堪培拉和西班牙马德里，每隔120°建1座，无论怎么转，总有一个站能观测到，除了这3个，它还有数座直径分别为70米、36米和26米的接收天线，别说月球，连太阳系都能探测了。我国能用的测控站仅有2个：上海佘山一个、乌鲁木齐一个，接收天线直径都只有25米。要想解决38.4万千米的无线电波传送，目前还有困难。

第三个台阶——服装

这也是最难的一个：探测卫星也好，航天员也好，都要穿上特殊“衣服”才可能探月、登月。这衣服得热的时候不热，冷的时候不冷。这衣服可不像咱们普通人穿着那么简单，卫星绕着月球转，月球绕着地球转，地球又带着月球和月球旁的卫星绕着太阳转，这么复杂的邻里关系造成的一个结果就是冷热变化巨大（相差600℃），搞不好，不但卫星上所有设备会得“感冒”，宇航员也会面临巨大生命危险！现在杨利伟、费俊龙、聂海胜等航天员所穿的宇航服根本就满足不了月面上的要求。这个问题若不解决，中国的登月宇航员根本就不能在月球上生存。

第四个台阶——安全返回

让登月宇航员绝对安全返回更是不小的挑战。任何一个小小的失误都将导致致命的灾难。1969年7月16日，“阿波罗11号”载着3名美国宇航员第一次成功登月。但这个举世闻名的登月行动差一点毁于灾难：当宇航员结束2小时的月球的行走之后，竟然发现登月舱引擎开关没有合上。原来，在狭小的登月舱里，宇航服刮断了启动引擎的极为关键的一个电路开关。如果开关，他们将永远留在月球上。当时尼克松总统准备了一份演讲稿：“命运注定这些和平探索月球的人，永远安息在月球上。”这一“备用悼文”差点成为现实，万幸的是，宇航员用圆珠笔接通电源，成功化解危机，最终逃过了劫难。

登月发射基地

中国将来的载人登月发射基地也是问题。卫星发射基地最理想的场所是海上或者海边，在运输和安全方面都有优势，现在西方的几个大国卫星发射基地大多数都临海，俄罗斯是没有办法才放在西伯利亚荒无人烟的地方。中国现在的3个发射场，都是特殊年代适应冷战需要和安全保密的产物。将来火箭大了，现有的三个发射场（包括西昌在内）都不能满足运输和发射安全方面的需要。中国已计划在海南岛建一个新的发射场，可用于载人登月的发射基地。但是，这个设想要变成现实还需要很长的时间。

载人登月的未来

关于中国载人登月的未来，有人曾做出了如下生动的描述：“20年后，我们大家坐着‘快船’型宇宙飞船来到了月球基地……由于月球上的引力比地球上的引力小很多，我们在种植园里见到了西瓜般大小的西红柿，微型轿车般大小的西瓜，棒球棍长短的黄瓜，一粒粒如足球大小的葡萄……”

中国将如何实现载人登月呢？根据中国科学家的计划设计，采用的方式是先用运载火箭将飞船送上地球轨道，随后，飞船自行移动至月球轨道，释放出登陆舱，降落在月球表面，宇航员登陆月球。活动完成后，宇航员返回登陆舱，飞离月球，与在月球轨道上等待的飞船重新对接，至此登月过程结束。

迎接新挑战

中国过去发射过各种地球轨道卫星，其中飞行最远的是“双星探测”卫星，飞行距离地球8万千米，而月球距离地球约38万千米，是地球同步轨道卫星距离地球的10倍，是“双星探测”卫星距离地球的5倍。发射月球探测卫星不仅要跨过这样远的距离，而且月球探测卫星飞往月球所面临的环境，也和地球卫星有着明显的不同，是更加复杂和严酷。从地球到月球之间和在环月球轨道上的环境十分恶劣，对航天器的影响极大。卫星在这样的环境里运行，充满着未知数，对实施探月工程中国航天是一个巨大的挑战。中国的科研人员能否突破关键技术和难题，确保“嫦娥一号”卫星研制质量和可靠性，事关“嫦娥工程”的成败。

2004年“嫦娥”绕月探测工程正式立项，随即便开始了试制和工程研制，到2007年4月发射，在短短3年多的时间里，整个工程队伍坚持自主创新，刻苦攻关，先后突破了绕月探测工程各项技术难关，取得了全面的胜利。

攻克技术关键，破解技术难题

突破轨道设计与飞行程序控制关

“嫦娥一号”探月卫星飞行轨道与地球卫星飞行轨道不同，地球卫星飞行轨道只有椭圆轨道或圆轨道2种，而“嫦娥一号”月球探测卫星在飞向月球的过程中要经过调相轨道段、地月转移轨道段、月球捕获轨道，最终到达环月轨道，即要飞经4个不同轨道段。由于地球、月球和卫星都在运动，在地、月、卫星三体运动条件下及月球引力场的异常复杂性，使得“嫦娥一号”卫星的轨道设计，较以往的地球卫星轨道设计更为复杂。为了保证“嫦娥一号”顺利到达月球，在调相轨道阶段，要进行4次轨道调整，使“嫦娥一号”在预定的时间到达地月转移轨道的入口。在地月转移轨道飞行过程中，计划要进行1～2次轨道修正，消除误差，确保“嫦娥一号”能够准确到达月球附近，到达月球近旁后，还要经历3次轨道调整，使“嫦娥一号”从最初的双曲线轨道变为椭圆轨道，然后进一步缩小椭圆轨道的扁率，最终使“嫦娥一号”在一条高度为200千米、倾角为90度的圆形轨道上绕月飞行，并开展探测活动。在环绕月球运行过程中，还要考虑月球对“嫦娥一号”的遮挡，运行期间的光照条件及月食对“嫦娥一号”日常工作的影响等，此外，在轨道设计时还要考虑运载火箭、发射场、地面测控系统等方面的要求。

综合上述各约束条件，经过大量计算分析，并对其中的一些不利的结果加以甄别和排除，最终突破了轨道设计与飞行程序控制技术，使轨道设计达到了最优化，使“嫦娥一号”奔月飞行所需能量最少。

攻克三体定向关

地球卫星在轨道运行时只需同时完成对地和对日的二体定向，即卫星上的太阳翼对准太阳，保证获得足够的光照并产生足够的电能，而星上的通信或遥感装置对准地球表面，以便执行任务。“嫦娥一号”在环绕月球飞行过程中，要始终保持对日、地和月的三体定向，即月球探测卫星太阳帆板对日，以保证获得足够的光照并产生足够的电能；“嫦娥一号”的探测目标是月球，因此卫星必须保证科学探测仪器对准月球表面；为了将获取的科学数据送回地球，“嫦娥一号”在环绕月球飞行的过程中还应将定向天线对准地球，在限定的时间内将“嫦娥一号”自身工作状态信息和科学载荷的输出结果发回地球。上述条件只要有一个对不上就很难工作。由于地球、太阳和月球的空间关系随时都在发生变化，而且比较复杂，给三体定向带来很多困难。

为使“嫦娥一号”上的科学探测仪器始终对准月球表面进行连续探测，首先要解决观察月球的“眼睛”，即采用什么样的敏感器。地球卫星对地球的定向，采用技术成熟的红外地球敏感器，但这种敏感器并不能应用月球探测上，因为月球没有大气层，也就没有稳定的红外辐射带，因此红外敏感器虽然技术成熟，但在月球探测上派不上用场。月球有稳定的紫外辐射，我国经过攻关自主研发了紫外月球敏感器作为“眼睛”观察月球，同时采取三轴稳定的姿态控制方式，保证了星体上安装的科学探测仪器的一面，始终朝向月球。为保证太阳帆板对日，采用了一种特制的驱动机构，它能带动太阳帆板实现360°的转动，利用太阳帆板上的敏感器来捕获太阳的方位，然后不断控制驱动机构一直保持太阳帆板获得最佳的太阳光入射角，从而为“嫦娥一号”提供充足的能源。为了使“嫦娥一号”的定向天线一直对准地球，我国研制的定向天线双轴驱动机构，它可在半球空间内实现高精度指向定位要求，从而使定向天线始终对准地球。同时还采取提高卫星控制、制导与导航分系统可靠性等手段，确保了三体定向及精度要求。

突破空间环境关

“嫦娥一号”卫星在奔月飞行中，面临着严酷的空间辐射和冷热环境的考验。

空间辐射环境主要有4个因素：①地球辐射带中俘获的电子和质子。②银河宇宙射线，即指来自太阳系以外的银河系的高能粒子。③太阳宇宙线，是指太阳耀斑爆发期间从太阳表面的活动区喷射出来的高能粒子流。太阳宇宙线发生是随机的，一般持续几天时间，在太阳活动峰年出现频繁会更高。④太阳风的低能带电粒子。这样的空间辐射环境会对“嫦娥一号”飞行和工作造成不利影响，尤其是月球又无磁场屏蔽作用，银河宇宙射线、太阳耀斑爆发产生的太阳宇宙射线，会直接作用到环月飞行的卫星上，银河宇宙射线和太阳宇宙射线都可能会引发高能单粒子的破坏事件，使星内电子设备发生故障。我国科研人员经过在防护方面的攻关取得成果，保证了“嫦娥一号”能够在复杂的空间辐射环境下正常工作。

月球环境温差特别大，白天太阳光直射的地方，最高温度可达130℃左右，而背向太阳的一面则为－150℃以下左右，卫星127分钟绕月球飞行一圈，一半时间有阳光照射，一半时间笼罩在黑暗中，并不断地重复，而所有探测仪器必须保持在±40％范围内工作，否则会有损坏的危险。因此，“嫦娥一号”对温度控制要求特别高，这个难题通过采用新材料和新技术得到了很好的解决。

突破深空测控通信关

深空测控，一般来讲是指地面通过无线电手段对飞往月球以远的卫星进行跟踪、遥测和遥控的简称。

我国现有的航天测控网只适应36000千米以下的各类地球卫星和载人航天任务，而地球与月球间平均距离达38万千米，这对我国的探月测控系统提出了挑战：①通信距离远，信号衰减大，比同样发射功率的地球同步轨道卫星信号减弱了127倍；②通信单程时延大大增加，无法实时通信，因为电磁波的传输速度为30万千米／秒，从地球至月球单程需要1.3秒，相当于我们说完话1.3秒后，对方才能听见，这种时延造成了在探月过程中，很难做到实时响应；③无法对绕月探测器进行连续观测，这是因为在我国国土上最多只能连续观测10多个小时，不能实现全天时的观测；④提高测量精度有极大难度，对航天器的轨道测量包括测角、测距和测速，最终确定航天器的准确位置，但依靠一个测控站来测量轨道时，很难提高测角的精度，而且随目标距离增大，引起的位置误差也增大等。

当时测控系统成了制约整个探月工程的瓶颈。我国航天科学家经过充分论证，提出了在采用我国航天测控网的基础上，利用上海天文台佘山站、国家天文台北京密云站和云南昆明天文台射电望远镜的观测能力，让天文台甚长基线干涉天文测量网系统进行辅助测量，以提高测量精度的方案。与此同时我国一线的航天科研人员通过技术攻关和加强国际合作等措施，在很短的时间里就解决了所有技术难题，从而满足了“嫦娥一号”月球探测器的深空测控要求。

应对月食

“嫦娥一号”环绕月球飞行的1年时间里，要遇到2次月食。一次全月食，时间约5小时；另一次半月食，时间约3.5小时。月食期间地球挡住太阳光，如果没有阳光，太阳电池帆板不能供电，然而卫星里为了保证足够的温度需要继续供电，为此科研人员对“嫦娥一号”在遇到月食时如何保证卫星仪器正常工作，进行了深入研究，想了很多对策。

月食是月球进入地球影子时发生的现象，地球的影子有本影、半影之分。当月球的一部分进入本影时，发生月偏食，当月球全部进入本影时，就是月全食。在半影区域内，太阳辐射强度变渐变弱，当太阳辐射强度还比较大时，太阳电池仍能部分供电，这时星上各系统仪器、设备采取设置为最小功耗模式；当卫星进入本影区时。也就是在月全食阶段，太阳能电池停止供电，这时卫星转为由蓄电池组单独供电；在月食阶段，为消除月食阴影和正常轨道阴影的叠加效应，缩短月食阴影时间，“嫦娥一号”在进入月食前需进行调整其在轨道上的相位，使其不产生阴影的叠加；月食期间环境温度会骤然下降，当“嫦娥一号”离开月食本影后，及时调高热控制分系统的补偿加热功率，以保证卫星各部位尽快回温。经过采取上述一系列措施，保证了“嫦娥一号”安全地渡过了月食的影响。

美丽的“月城”送“嫦娥”奔月

凉山州首府西昌位于四川省西南部，自古人们在西昌就能经常观赏到分外明亮皎洁的月亮，故西昌又称“月城”，而今它又亲送“嫦娥一号”奔向遥远的月球。

驰名中外的西昌卫星发射中心

西昌卫星发射中心，它组建于1970年，是中国三大卫星发射中心之一。主要用于发射地球同步轨道卫星，是我国对外开放最早、承担外星发射最多、综合发射能力较强的卫星发射中心，也是我国实施探月工程的首选航天发射场。经过30多年不断发展建设，建成了自成体系、配套完善的测试发射、测量控制、通信、气象和勤务保障等5大系统。目前，该中心能发射中国自行研制的“长征三号甲”、“长征三号乙”等5种大型运载火箭。是探月工程一期、二期的发射场。西昌卫星发射中心具有独特的地理优势，坐落在东经102°、北纬28°，所处纬度低，可以充分利用地球自转的附加速度，节省运载工具的能量消耗。

发射中心由6个分系统组成，它们分别是测试发射、指挥、测量控制、通信、气象和技术勤务分系统。发射部分由发射塔架、发射台、发射控制室、电源间、瞄准间、污水处理系统等组成。为发射“嫦娥一号”新建的3号发射工位，设备与功能先进，发射塔架雄伟壮观，共13层，高85.5米。

发射前的准备

卫星发射是一项复杂的系统工程，需要各系统密切配合、协同工作。从火箭、卫星运抵发射场到发射升空，一般需要40天左右的时间，经过一系列复杂流程，对星箭进行测试直至发射。考虑到探月工程是我国首次将航天器送入38万千米的外太空，为确保成功，“嫦娥一号”卫星的发射准备时间相对更长一些。

2007年8月19日，“嫦娥一号”卫星运抵发射场区，拉开了奔月的序幕。

发射场区由技术区和发射区两部分组成。技术区包括火箭测试大厅、卫星测试大厅。火箭测试大厅和卫星测试大厅装有大功率空气调节器和净化器，可根据测试的需要随意调节温度和湿度。良好的测试环境和先进的技术设备可以同时对2颗不同型号的火箭、卫星进行装配和测试。

“嫦娥一号”卫星运到中心后，先在技术区进行严格的测试，确保卫星上设备与地面设备匹配，同时解决测试中出现的问题。经测试合格后，对卫星实施推进剂加注，以满足卫星上天后的轨道、姿态控制和卫星正常运行的动力需要。

“长征三号甲”火箭经铁路运抵西昌卫星发射中心后，为确保火箭上单元仪器的可靠性，首先在技术区进行单元测试，经测试合格后转往发射区进行起竖、吊装、对接，并经过分系统匹配测试、四次总检查，以检验箭上设备与地面设备的匹配性，保障火箭无故障升空。

“长征三号甲”火箭和“嫦娥一号”卫星转往发射区后，科研人员在星箭对接的区域形成大封闭环境，达到卫星对温度、湿度和空气洁净度的要求后，进行星箭对接。

“长征三号甲”火箭与卫星在发射区测试合格后，视天气情况，再根据卫星的入轨窗口，决定是否加注燃料，待命发射。

“长征三号甲”再铸辉煌

金牌火箭“长征三号甲”

“长征三号甲”（简称“长三甲”）是一种技术先进而成熟的运载火箭，素有“金牌火箭”的美誉，自1994年2月8日首次发射以来，已经进行了14次发射，成功地将14颗卫星送入所要求的地球同步转移轨道，100％取得成功。

“长征三号甲”火箭从一开始研制就制定了较高的技术指标。为了实现这个指标，科研工作者提出100余项新技术项目，其中重点新技术项目总数为41项；重大技术关键目有4项，即大推力氢氧发动机、陀螺四轴平台技术、冷氦加温增压系统、低温氢气能源双向摇摆伺服机构。这些新技术不但代表着当时国内的最高水平，许多项目还赶上或超过了世界航天大国的技术水平。这次为发射“嫦娥一号”卫星，“长三甲”运载火箭进行了多项适应性改进，特别是在可靠性工程上下了大功夫，多项关键环节采取了冗余设计等。

“长三甲”共有3级，火箭全长52.52米。最大直径3.35米，起飞推力2961千牛，第三级采用新型液氧液氢火箭发动机。“嫦娥一号”卫星安装在火箭的最上面，外面有整流罩保护，用支架与火箭捆绑在一起。

发射窗口仅35分钟

发射窗口是指航天器允许火箭发射的时间范围，它是根据航天器本身的要求及外部多种限制条件经综合分析计算后确定的，其范围的大小叫做发射窗口的宽度。

根据地月的运动规律，“嫦娥一号”卫星每月只有1～2次的发射机会。考虑到轨道光照条件对探测器电源系统的影响，将进一步限制上述发射机会的时间。对应于每次发射机会的发射轨道，“嫦娥一号”初始环月姿态、轨道光照条件以及测控条件均不同。经过对2007年所有的发射机会进行分析之后，最终选择2007年10月作为首选发射时机。

对于所选的月球探测卫星进入地月转移轨道的日期，对应的进入轨道的时刻是唯一的。如果推迟进入轨道的时刻，带来的问题是额外增加中途修正的速度增量，这将使发动机消耗更多的能量。因此发射时刻可延迟多少，即发射窗口的大小，取决于中途修正速度增量的允许范围。

根据轨道设计的分析结果，“嫦娥一号”卫星一年中的每个月有连续3天的发射窗口，但这3天中也不是任何时候都能发射，每天仅仅在特定的35分钟内能够发射。

为加大卫星入轨成功率，西昌卫星发射中心科研人员自加砝码，主动提出了“零窗口”的发射目标，即在预先计算好发射时间，分秒不差地将火箭点火升空。

准时起飞，准确入轨

发射前最后一项重要工作是给火箭加注燃料，首先加注的是一、二级火箭的常规推进剂，然后在发射前7小时加注三级火箭液氢、液氧低温推进剂，在所有临射前检查结束后，火箭、卫星、地面设备都工作正常，才进入发射前的倒计时。

“10，9，8，7，……”“点火”，指挥员下达了“点火”口令。

2007年10月24日18时05分，“长三甲”运载火箭准时点火起飞，大地轰鸣，烈焰四起，我国探月工程的首颗卫星“嫦娥一号”从发射中心3号发射塔架拔地而起，印在火箭身躯上的“中国航天”四个大字和整流罩上的五星红旗以及中国探月标志格外醒目。火箭一级使火箭克服地球引力和空气阻力的巨大影响，冲出稠密大气层，向东偏南方向飞行。当火箭飞行约148秒，便上升到离地球约60千米的高度，此时一级火箭关机并脱落，接着火箭二级点火开始工作，火箭继续爬高，并进一步提高火箭的飞行速度，飞行95.3秒钟后，飞行高度超过120千米。此时，火箭已完全冲出大气层，控制系统发出卫星整流罩分离的命令，用来保护“嫦娥一号”探月卫星免受气流冲刷的卫星整流罩被抛掉，二级火箭关机并与三级火箭分离，三级火箭点火工作，最终将卫星送入一条近地点205千米、远地点50930千米的大椭圆轨道，称初始轨道。从火箭点火起飞到卫星与运载火箭分离，历时24分钟，至此“长三甲”运载火箭完成了运送卫星的任务，以后“嫦娥一号”卫星将依靠自身携带的发动机进行奔月征程。

崎岖奔月路

“嫦娥一号”不是笔直地飞向月球，而是经过4种不同的轨道飞行以之后飞近月球的。这4种不同的轨道是：调相轨道、地月转移轨道、月球捕获轨道和环月工作轨道。

调相轨道

在环绕地球飞行的调相轨道阶段，“嫦娥一号”卫星通过4次变轨（1次远地点变轨，3次近地点变轨）使其达到进入地月转移轨道前的各项飞行参数要求。

2007年10月24日，“长三甲”运载火箭将“嫦娥一号”送入初始轨道后星箭分离，10月25日17时“嫦娥一号”利用自身的推进系统首先进行一次远地点变轨，将环绕地球的大椭圆轨道的近地点从205千米提高到约600千米。远地点仍为509300千米，轨道周期为16小时，然后按程序完成了太阳帆板展开和定向天线展开。10月26日17时“嫦娥一号”卫星实施第二次变轨。这是卫星的第一次近地点变轨，“嫦娥一号”卫星第二次变轨后，进入了24小时周期轨道。远地点高度由5万多千米提高到7万多千米。

10月29日和31日分别进行了第二次和第三次近地点变轨。第二次近地点变轨，卫星远地点高度由7万余千米提高到12万余千米，进入绕地飞行48小时周期轨道，第三次近地点变轨，卫星远地点高度由12万余千米提高到37万余千米。第三次近地点变轨后，“嫦娥一号”便进入地月转移轨道，正式踏上奔月征程。

地月转移轨道

地月转移轨道又称奔月轨道。经过调相轨道阶段的4次变轨后，“嫦娥一号”即进入飞向月球的114小时的地月转移轨道。

“嫦娥一号”进入地月转移轨道入口的时机以及运动状态，特别是位置和速度，包括速度的大小和方向非常重要，如果时机不对，无法和月球相会：如果速度过大，将无法进入月球引力作用的范围；如果速度过小，将无法摆脱地球引力场的束缚到达月球。因此，经过调相轨道运动之后，“嫦娥一号”必须达到事先经过仔细设计和审核的位置，并具备所要求的速度大小和方向，才能沿着地月转移轨道到达月球。为保证“嫦娥一号”按预定的轨道飞行，在飞行过程中，设计规定还要进行2～3次轨道修正。但由于运行轨道精度高，在“嫦娥一号”的实际飞行过程中一次修正也没用上。

月球捕获轨道

“嫦娥一号”进入半径为6万千米以内的月球引力影响区时，起主导作用的是月球引力，而不是地球引力。这时，飞行轨迹完全变化，由围绕地球的椭圆轨迹，变成围绕月球的双曲线轨道运动。11月5日，地面控制中心对“嫦娥一号”进行了3次近月点制动减速，最终“嫦娥一号”顺利完成了月球捕获。

环月工作轨道

“嫦娥一号”进入环月工作轨道后，从科学探测需要考虑，要尽可能地对全月面进行探测，特别是对月球南北两极的探测，因此，环月工作轨道选择极月轨道，即轨道相对月球赤道的倾角为90°。“嫦娥一号”的环月工作轨道面垂直于月球的赤道面，环月工作轨道高度约为200千米，运行周期约为127分钟，在这个轨道上，卫星对月球进行科学探测。

深空测控为“嫦娥一号”保驾护航

测控与航天器的关系，可以用“放风筝”来比喻。这里“风筝”是指航天器，“风筝线”则指无线电测控和通信系统。航天器发射后，测控通信系统便成了与航天器联络的唯一手段，也是保障航天器正常飞行的重要手段。

我国“嫦娥工程”一期绕月探测工程的测控通信系统，是立足现有的航天测控网，通过适当的技术改造。便已能满足“嫦娥一号”月球探测器各飞行阶段的遥测、遥控、轨道测量和导航任务的需要。这个航天测控网由南宁站、厦门站、闽西站、长春站、喀什站、渭南站、青岛站、东风站、纳米比亚站、卡拉奇站，以及远望1～4号四艘测量船组成，形成了我国的一个高精度测量带。在承担航天测量任务时，可根据航天器不同飞行阶段的要求，分别选择不同的站来完成测控任务。

“嫦娥一号”的测控分几段进行，发射段的测控与西昌发射地球同步轨道卫星相似，测控方案成熟，发射入轨后，使用现有的航天测控网和甚长基线干涉天文测量网实现调相轨道、地月转移轨道、绕月轨道的测控通信。“嫦娥一号”探测器的全向天线具备在任何条件下与地面测控系统通信联系的能力，保证地面始终对探测器进行有效的测控。

为完成地月转移轨道段和绕月轨道段探测器测控的任务，采用航天测控网3台12米天线作为骨干设备，绕月轨道运行阶段的长期测控管理工作，由西安卫星测控中心承担，用甚长基线干涉天文测量网系统进行配合。至此，深空测控系统全面保证了“嫦娥一号”从起飞、奔月到绕月，在4种不同轨道上的正常、稳定的飞行。

绕月探测

科学探测仪器

“嫦娥一号”携带了8种24件科学探测仪器，有效载荷重130千克。它们是CCD立体相机、激光高度计、干涉成像光谱仪、γ射线谱仪、X射线谱仪、微波探测仪、太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器。

上述有效载荷不但能够保证绕月球探测工程科学目标的实现，而且能够部分地用于后续的月球探测计划，并为以后的火星等其他天体的探测打下良好的基础。

4大科学探测目标

在环月飞行期间，对月球进行为期1年的环月探测，完成4大科学探测目标。

绘制月球立体地图

月球的地图以前国外已经做过很多，但有很多缺陷。例如，月球上南北纬70°以上高纬度的地方，由于太阳光是斜照的，照相机拍的效果差一些，所以做得不是太好；还有，南北极的地图也没有完全覆盖，而且大多不是立体图。“嫦娥一号”要完成一个覆盖全月高级别的月球表面三维立体影像，以及观测月球的地形地貌，“嫦娥一号”卫星是利用CCD立体相机和激光高度计两者结合来实现的。

“嫦娥一号”卫星的有效载荷要求控制在140千克以下，因此探测仪器要做得小、轻而且精。一般说来，立体影像是由2台或者3台相机从不同的角度拍摄而成，如日本的“月亮女神”月球探测器就是用2台相机从前后两个视角观测月球表面。而“嫦娥一号”卫星的相机设计很巧妙，只用了1台相机。其巧妙之处在于，利用一片面阵CCD组成了这台相机的电子“底片”，在卫星飞行过程中每次只取CCD面阵中的前、中、后3行像素的信号，相机在随卫星的飞行的过程中，对月球表面进行“逐行扫描”，就会获得星下点、前视17°、后视17°三个视角形成的三幅二维原始图像数据，经过三维重构后，月球表面三维立体影像就被再现出来。

激光高度计完全是自主创新的探测仪器，分辨率较高，CCD相机只能在月球表面有光照的情况下获取月表图像，而激光高度计则不受这个限制，在月球背阳面也能照常工作。当探测获得的点积累得足够多时，一张包括月球南北极的全月球的地表数字立体图像就出炉了。

探测月球资源

月球上有很多元素对地球人类的将来是非常有用的，通过探测可以了解，哪些东西是可能对地球人类有价值，这些东西有多少，哪里比较富集等。美国利用1998年发射的月球“勘探者”探测器，探测过5种元素（铁、钛、铀、钍、钾）在全月球上的分布。而“嫦娥一号”探月卫星要做14种元素的全月球分布探测。这样，我们就能更清楚地知道月球上的资源有哪些，以及这些资源的分布情况。

“嫦娥一号”探测月球资源是利用干涉成像光谱仪、γ射线谱仪和X射线谱仪3项探测仪器完成的。

月球表面物质的原子受到宇宙射线粒子的轰击后，会激发出各具特征的X射线和γ射线。一些天然放射性元素不用宇宙射线的激发，自身就能发射X射线或γ射线。通过γ射线谱仪测量γ谱线的能量和通量，专家可以推导出月球表面元素的种类和蕴含程度。

但X射线谱仪和γ射线谱仪只能探测月球表面含有的元素，并不知道这些元素形成了哪些矿物质，这项任务由干涉成像光谱仪来完成。由于不同的矿物质能吸收不同的光波，干涉成像光谱仪就根据这个特征判断岩石的种类。

探测月球土壤层厚度

地球上的石油、天然气、煤炭等能源迟早要耗尽，人类渴望获得一种新的能源。氦－3是可控核聚变发电的重要燃料，据估算只需要100多吨氦－3，就能满足全世界1年的用电量。地球上的氦－3资源严重匮乏，而在月球上的资源却很丰富。通过探测全月球月壤层的厚度，可反演出月球氦－3的资源量和分布。

为了探测月球土壤的厚度和氦－3的资源储量，“嫦娥一号”上搭载了一台微波探测仪，用以实施对月面细致深入的探测，对探测发回的数据进行反演和解析，从而估算出全月球的土壤厚度。

任何温度高于绝对零度（即－273℃）的物体都会产生微波辐射能量。利用不同频率的微波信号穿透月球表面物质的能力区别，便可获取月壤的厚度信息。“嫦娥一号”卫星上的微波探测仪被设计成多频微波辐射计，选择的探测频率有3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz和37.0GHz。微波的频率越高，其穿透能力越低，如37.0GHz，反映的仅仅是月球的表面微波辐射，而3.0GHz这个波段穿透能力较强，能反映月表深处月岩和月壤辐射的能量。利用测得的月表不同波段的微波辐射能量信息，专家就能分析出月壤的厚度。

土壤不如岩石那样坚硬，比较松散，也便于加工成各种形状的建筑材料，也容易提取其中的各种资源。因此，月球上土壤厚度的估算，对以后选择在哪个地区建立月球基地也十分重要。

探测地月空间环境

这是我国首次探测距离地球38万千米范围内的日、地、月空间环境，是一项重要的基础性的工作。通过探测太阳宇宙线高能带电粒子和太阳风等离子体，其探测结果能够获得空间环境变化的主要参数，提供相关的日、地、月空间环境信息，研究太阳风和月球以及磁尾和月球的相互作用，对深入认识这些空间物理现象对地球空间以及对月球空间的影响有深远的科学及工程意义。“嫦娥一号”采用搭载的太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器对地月空间环境进行探测。

宇宙充满了各种射线，太阳每时每刻都在向外发射高能粒子、太阳风。地球由于有一层厚厚的大气层环绕在周围，地球上的万物生灵的脆弱生命才得以延续。地球外围的太阳风，在地球磁场的作用下完全变形，所以，科学家在地球上测到的太阳风都受到了地球环境的影响。月球虽然绕地球运转，但受地球磁场的影响极弱，那里直接受太阳风的冲击。从月球探测的长远目标来看，人最终要在月球上开展活动，摸清月球上辐射的情况，有利于采取有效措施保护航天员的生命和身体健康。

建月球基地的目标与策略

自古以来，人类就有在月球上建设家园的梦想，我国古代的民间传说中，就有嫦娥与吴刚在月宫中生活的美丽神话。而最先提出建设月球基地的，是一批极富想象力的幻想家和科幻作家。进入21世纪，建设月球基地将不再是幻想，而是要变成实际行动了。

1987年10月，在国际宇航科学院大会上，来自50多个国家的近千名科学家和工程师，联名提议建造国际月球基地。1995年4月，在德国召开的会议上，各国科学家们讨论了建设月球基地的国际发展战略，目前美国、日本和欧洲空间局等国家和组织，都提出了建设月球基地的计划，并开始为实施月球基地计划做准备。

现在的问题是，人类将如何建设月球基地，开发利用这个离地球最近天体的丰富资源。

（1）开发、利用月球资源，为人类造福。

（2）利用月球高远优势资源进行科学研究和实验。

（3）按照循序渐进的月球基地发展策略，最终在月球表面建立一个有人居住的永久性基地和月球村。

怎样建设月球基地

月球基地建在哪里

建设月球基地，首先遇到的一个问题就是选址，就是月球基地建在什么地点才是最合适。

根据开发月球的要求和特点不同，将有不同类型和功能的基地，不同类型和功能的基地，对于基地的选址将有不同的要求，例如：

（1）月球天文观察站的站址宜选在能屏蔽地球发射无线电噪声的月球背面。

矿产资源开发基地则应选择矿产资源丰富的地区建设基地。

（2）月球的南北极地区可能是火箭推进剂生产基地合理的备选区域，因为那里可能存在大量的水冰。

（3）对于科学研究基地则应满足下列条件：能够和地球保持畅通的通信联系；有良好的光照条件，可以充分利用太阳能；满足制备氧、水等维持生命的消耗物资的需要；周围有丰富的资源，能满足月球资源研究和利用的需要；地势比较宽阔平坦，有利于飞船的起飞和降落。

月球极区约有70％～80％的时间处于阳光照射之下，太阳电池能为月球基地提供充足的电力，极区的温差较小，两极地区分布了大量月海，应是建立月球科学研究的理想地区。

月球机器人打先锋

由于月面环境十分恶劣，人离开生命保障系统，是无法生存的。航天员在月球上必须身穿笨重的月球服，背着沉甸甸的便携式生命保障系统。而且在居住舱外还不能工作时间太长。然而，机器人不需要特殊的月球防护服，也不需要为机器人建造密闭居住舱和提供复杂的环境控制和生命保障系统，可以在月面长时间工作。机器人还可以承担危险的和特殊的工作，例如进入极寒冷的月球南北极永久阴影区进行探测等。在月球基地建设中，机器人最能充分显示自己的本领，在基地建设中打先锋。

未来在建设月球基地工作中，需要各种各样的月球机器人如：

（1）大力士机型器人。这种机器人力气大，适合做重活，如装卸、搬运和安装大型结构件等。

（2）多面手型机器人。它在月球基地建设能承担多种任务，既能完成一般的体力工作如挖掘，又能进行一些精细操作如建筑安装等。

（3）灵巧机型器人。负责完成各种精细操作，如精密仪器设备的安装、操作和维护。

（4）实验机器人。在月面根据需要进行采样，进行实验分析。

（5）筑路机器人。负责飞船着陆场地建设，如开凿和挖掘、平整土地、修筑道路等。

（6）其他作业机器人如建设机器人、机器人修理工、排险机器人和在月球基地建设中承担日常杂务的机器人等。

分阶段建设

建设月球基地是一个漫长的过程，需要由小到大，循序渐进分阶段建设。

建立前哨站

早期的临时性月球前哨站规模不大。这种前哨站最基本的设施应包括：一个能防辐射并适合航天员生活的居住舱和一个实验舱及一个能提供生命保障和食品的后勤舱；一个带气闸门的连接舱，用于航天员出入月球表面，另外还要有提供能源的能源舱和一辆月球运输车。

用无人驾驶飞船，将已经在地面制作好的移动式居住舱及舱段运送到月球，由月球机器人使其对接成一个整体，建成一个短期有人照料的月球前哨站。

在月球前哨站将进行从月壤中提取水和氧气试验和月球资源开发技术的试验以及植物栽培试验等，为建设永久月球基地做准备。同时，利用月球高真空和低重力环境，小规模生产药品和特种材料。

首批入驻人员约4～6名，成员中除职业航天员外，可能还包括地质学家、化学家、建筑工程师、生物学家或其他领域的专业人员。这个阶段需要依靠地球提供补给，一般半年轮换一次。

建立半永久性月球基地

半永久性月球基地由多用途月球基地舱、专用设备舱、科学实验室、大型观测台和月球工厂等组成，各舱段之间用通道相互连接。基地能源由已经建成的月球太阳能电站提供。该阶段月球基地主要是生产水和氧，生产永久性月球基地建设用材料，进行循环生态系统研究和生产推进剂，制取少量氦－3等能源材料。这一阶段由航天员及各类专家约24人组成，一般一年轮换一次，为建设永久性月球基地奠定基础。

建立永久性月球基地

永久性月球基地由设备制造厂、农业工厂、月球港湾、医院等功能单元组成，主要任务是大规模开发利用月球资源，提供地球能源需求，进行全面深入月球研究和天文观测，建成火星中转站，是自主式全能型的月球基地，将有上百人可在那里长期生活和工作。

建立月球村或月球城

在永久性月球基地的基础上，不断扩大发展成自给自足，建立具有封闭循环生态系统的月球村或月球城。

作为月球上的永久性居住点，在这个居住点里备有运输机器、材料加工厂和制造车间，其设备可以加工月球上的材料，制造更多的机械设备，建造更多的材料加工厂和制造车间，达到规模化的生产能力。利用基地的制造加工能力，可以在月球上建设科研基地、实验室、医疗中心和火箭燃料生产工厂，进一步提高空间探测和月球资源开发能力。月球移民区可以发展各种制造业，合成空气和水，种植农作物，饲养动物，月球村或月球城有先进而完善的再生式生命保障系统，使氧气、水、食品、生活必需品、电力供应和火箭燃料，实现自给自足，不再依靠地球的物资供应，此外还解决了宇宙辐射防护和月球重力的适应问题。

随着航天技术的发展和重返月球计划的实施，预计在21世纪后期或更晚一些时间。月球基地将出现在世人面前。

月球基地居住舱建设的各种构想

月球基地居住舱，像地球上的房屋一样是人生活居住的地方，由于月球的特殊环境，它的建造不仅非常重要而且复杂。随着月球基地规模不断发展和扩大，航天员人数越来越多，居住舱的建设任务也越来越重。科学家们提出了各式各样的建设月球基地居住舱的构想。

预制舱

在地球上预先将居住舱制造好，然后用火箭和登月飞船发射到月面。

洞穴和熔洞式居住舱

月球熔洞是火山活动的结果，在熔洞中建造居住舱，能有效防止宇宙辐射的危害。在月面挖洞穴建居住舱，也能有效防止宇宙辐射的危害。

掩埋式居住舱

在月面上开凿一条隧道，在隧道内建设居住舱。当在月球基地附近找不到熔洞的情况下，可以采取这种方法。

混凝土居住舱

建设居住舱的混凝土，是在月面利用月球岩石生产的。用混凝土建设居住舱的最大好处，就是坚固耐用。

复合材料居住舱

可以在月面直接生产玻璃纤维增强复合材料，用以制造月球基地居住舱。

金属居住舱

从月球矿石中提炼出铝、铁和钛等金属，然后制成建筑材料，再用这些材料建造居住舱。

充气式大圆球居住舱

1990年，美国提出了一个大型月球基地设计方案，月球基地的居住舱是一个直径16米的大圆球，可供12名航天员在里面生活和工作。居住舱总容积为2145立方米，可供使用的面积为742平方米。整个居住舱是一个充气结构，舱壁分2层，内层是一种多层不透气的气囊结构，气囊内可以充气。外层用高强度材料制成，并涂有防热层。居住舱用1米厚的月壤覆盖，作为防辐射屏蔽层。整个舱壁结构和防辐射屏蔽层由12根柱子支撑。居住舱从下到上分为5层：最底层安装环境控制和生命保障系统，一部分作为月球基地的储藏室；第二层为基地实验区；第三层为基地控制区，与气闸舱相通；第四层是航天员工作区；第五层是最上层，为航天员生活区。在居住舱的外边，还有一个货物进出站，由加压舱与居住舱相通，是仪器设备进出居住舱的通道。

日本科学家的奇妙想法

日本科学家打算在月球表面的月壤层上挖一条深约5米的沟，沟内放入一个直径3米的圆筒形加热器，然后在加热器上面盖上厚约2米的月壤。当加热器把月壤加热到1200℃时，月壤就会熔化成玻璃。移开加热器，再进行类似作业，月壤熔化形成的玻璃冷却后，会固结成一个坚固的外壳，壳底留下直径3米的管状空间，也就成了建造月球城的场所。无论是哪一种类型的居住舱，舱内都必须具备环境控制与生命保障系统。

创造人在月球上的生存条件

氧气、水、食物和循环生态系统是人类在月球生存的基本要素。

在月球基地要营造一个像地球上一样的生存环境，在这个环境里，有与地球上一样的大气压力，有饮用水，有可供呼吸的空气，还有适宜的温度、湿度等人类生存所需要的基本元素。月球基地上使用的生命保障系统，也随基地发展阶段的不同而不同。初期基地的生命保障系统是非再生式的，基地消耗的氧气、水和食物，要依靠地球的补充供应。此后建造的月球基地，生命保障系统是再生式的，即月球基地的氧气、水或食物，都要靠密闭循环处理和绿色植物的光合作用来就地解决。

呼吸与饮用水

虽然月球表面没有水又没有空气，但是月球的岩石里含有很多氧，于是科学家们提出了用月球岩石制造淡水和氧气的设想。

美国科学家对“阿波罗”飞船取回的月球样品进行了相关研究之后。提出利用月海玄武岩制取氧的工艺方法。这种方法利用太阳能提供热源，在800℃的高温下，先用氢还原月海玄武岩中的钛铁矿获得水，解决了水的问题以后，再通过电解水提取氧气。

据估计，生产1000千克水，大约需要10000千克的钛铁矿。如果开采深度按40厘米计算，相当于开采220平方米的月海区。

最初用作还原剂的氢可从地球上运来，但生产开始后电解水获得的氢可循环使用。

另据计算，一年只需要生产1吨氧气，即可维持月球上10人一年的生存的需要。

还有一些科学家提出另外一种制取氧气的方法。他们设想用甲烷和月球岩石中的硅酸镁在高温下发生反应，生产一氧化碳和氢。然后在温度较低的第二个反应器中，用一氧化碳与更多的氢发生反应，还原成甲烷和水。最后通过电解水制取氧气和氢气；还原的甲烷可以循环使用。用这种方法制取氧气，从理论上说只消耗月壤中的硅酸镁，不消耗参加反应的其他物质，所以几乎有用不完的制氧原料。

根据对克莱门汀号和月球勘探者月球探测器发回的探测结果分析，月球上可能存在水冰，并且存储于月球两极撞击坑的永久阴影区内，一些科学家估计月球上水冰的总资源量约66亿吨。一些科学家认为，如果月球确实存在水，人类对月球经过长期开发建设后，也有可能从月球极区提取水。

早期的月球基地的食物由地球供给，但永久月球基地则必须自给自足。

近几年来，科学家已在空间站上进行了大量的生物学试验，先后培育出了100多种“太空植物”，包括小麦、玉米、燕麦、大豆、西红柿、萝卜、卷心菜、甜菜等，证明在太空失重条件下，植物种子的发芽率更高，生长更快，开花或抽穗时间更早。也对一些动物进行了试验。在空间站里果蝇能像在地球上一样交配、产卵、繁殖后代；蜜蜂会筑巢，蜂王照样生儿育女。科学家们还在空间站采用“营养液”，对培育农作物进行了不少实验研究。

月壤中有农作物所需的多种元素，但缺乏氮、锌、硼等农作物所需的微量元素。

科学家们设想在月球上培育粮食和蔬菜，首先要建造由特殊材料构成的月球温室，其次要有人造阳光，另外还要使用含有钾和钙等成分的特殊液体养料，先在基地内进行试验。然后扩大规模，科学家还在研究用化学物理方法合成氨基酸，如培养蛋白质较高的小球藻，来制备航天员食品。食物在月球上是可以解决的。

循环生态系统

建设永久性月球基地、月球工厂或月球村，需要解决封闭循环生态系统问题，以便能够提供给人体长期所需的食物、水和空气，并长时间保持良好的生态环境。

科学家在国际空间站的实验表明。在发光二极管的光照下，植物能够进行正常的光合作用，释放出氧气。人可以吸入植物释放出的氧气，呼出二氧化碳，为植物进行光合作用提供条件。植物通过光合作用又将光、二氧化碳和水转化为碳水化合物并释放出氧气，碳水化合物可作为人的食品。同时，人类排泄物在微生物作用下可形成降解物，其中的养分可供植物生长，这样就可以形成一个人造的“小生物圈”，为建立密闭的循环生态系统提供条件。

月面的交通运输

建设月球基地时，人员在月面的流动和物质的运送工作将是大量的，例如：需要把来自地球的物资从月球着陆场运送到月球基地，或是将月面开采的矿物运送到月球加工厂；还需要到采矿点维修设备，外出查看天文观测仪器，进行远距离采样活动；对发生事故的航天员进行营救活动，或是将准备离开月球的航天员送往月球发射场等。

如何解决月面上大量的人员和物质运送呢？专家们提出了各种月面交通工具的设想。

月球车

月球车有开放式和加压式两种。开放式载人月球车很像我们熟悉的电瓶车，其驾驶舱是敞开的，乘坐时需要穿月球航天服，由人员驾驶，其结构简单，制作容易。其是一种密封式、舱内加压的电动月球车。月球车内装备了环境控制和生命保障系统，提供氧气、水、食物以及二氧化碳处理和保持温度、湿度的设备。就像是一个能移动的小型居住舱。加压式月球车还设有一个供航天员出入的气闸舱，与开放式月球车相比，其行驶距离更远，工作时间更长。

月面火箭

月面火箭是可以在两个发射点之间飞行的载人运输工具，当航天员从月球表面一点到遥远的另外一点时，可以使用这种快捷的交通工具。由于月球重力只有地球重力的1/6，火箭起飞比在地球上容易得多，消耗燃料也少。

多用途运输工具

多用途运输工具既是运输车，也是具有某种功能的月球机器人。这类运输工具由月面航天员遥控，有轮式运输车、履带式牵引车等，它们主要承担月面运输任务。如果需要还可以增加附加设备，扩大功能，如增加铲子可以作为铲车，增加挖掘设备可以开挖基坑，还可以增加移走岩石的绞盘，切割月岩的装置等完成多种任务，它们在月球基地建设中将发挥重要作用。

月球缆车

还有一些科学家提出用月球缆车、月球铁路等交通工具来承担月面运输任务。月球缆车是在月面特定地区使用的一种运输工具，缆车安装的轮子沿固定的索道滑行，在固定的月面两地点间往返运行。

地—月空间的往返运输

建设月球基地需要频繁地进行登月飞行和向月球基地运送器材、设备、生活补给品，以及接送航天员往返于地月之间。目前，空间运输成本高昂，因为目前的运载火箭和飞船都只能一次性使用，如何实现低成本运输，是航天工程师和月球科学家共同关注的问题。

为了降低地月运输成本，研制可重复使用的火箭和飞船是一个重要发展方向，但在今后相当长的一个时期内，火箭和飞船依然是地月运输的重要工具。根据这种情况，科学家们提出了降低地月空间运输成本的新设想。

第一种设想：利用空间“摆渡”船首先用运载火箭把物资和人员分几次运往近地轨道，然后利用空间“摆渡”船，把物资和人员运往月球。空间“摆渡”船专门承担地月轨道之间的运输任务，并可重复使用。在月球轨道上，还需设置一种专用的月球着陆器，任务是把进入月球轨道的物资和人员安全地送往月球表面。这样由运载火箭、空间“摆渡”船、月球着陆器三者共同组成一条地月交通运输线，它们各自在自己的轨道上往返飞行，而不是运载火箭直接将货物和人员从地球运到月球，从而使飞行成本大幅度降低。

根据这种运输方式，在月球轨道上应该有一个能容纳多名航天员的小型空间站，作为地球和月球之间交通运输的一个中转站。这个中转站还可以承担月球基地“急救站”的作用，一旦月球基地发生紧急情况，航天员可以及时撤离到月球空间站，然后再从月球空间站飞回地球。建造这种小型月球空间站，可以使用废弃在太空和月球轨道上的燃料储箱。燃料储箱都是一些大圆筒，对这些大圆筒进行改装，再一个一个地接起来，就可以形成简易的月球轨道空间站。

第二种设想：设立“拉格朗日点”中转站。

这里先介绍一下拉格朗日点的概念。

地月空间存在的一种特殊的点。在这个点上地月两大天体的引力相互抵消，位于这一点上的物体可以相对保持平衡，如果给一个小的推力，就能使物体按推力方向运动，这种特殊的点是法国数学家和力学家拉格朗日发现的，因此称拉格朗日点。在地月系统中，理论上存在5个拉格朗日点，其中L1点位于距地球323110千米的位置上。

先将飞船发射到位于拉格朗日点的中转站，然后在这里加注在月球上生产的推进剂，与此同时，从月球上发射L1—月球往返运载器来接应飞船，将航天员或建设月球基地物资从中转站运送到月球。这样，飞船离开地球时就不再需要携带用于月面着陆和起飞返回的推进剂，也不需要携带登月舱，因此飞船的质量可大大减轻，地、月空间运输成本就可大大降低，由于月球没有大气，L1—月球往返运载器应是可重复使用的航天器。

第三种设想：太空电梯。

“太空电梯”的原理很简单，它的主要部件是缆索，将其一头固定在地球表面，另一头伸向太空，当缆索的重心位于地表3.6万千米的高度时，它所承受的地球引力和离心力达到平衡，缆索便会耸立空中而不倒，这个高度也就是地球同步轨道的高度；或者从距离地面3.6万千米的静止轨道卫星向地面垂下一条缆索，为了取得平衡，避免静止卫星因电梯太重被拉回地面，在卫星的上面还要架设另外一条缆索，上半部分的缆索悬浮在太空中，以缓解太空电梯承受的地球引力，这样，电缆的总长度将达到10万千米，为地球和月球距离的1/4。沿着这条缆索修建往返于地球和太空之间的电梯型飞船。

目前进入太空的主要运载工具是火箭，火箭要摆脱地球引力需要消耗大量燃料，无论是液体还是固体火箭，所携带的燃料都要占到火箭总重量的90％以上，并且多为一次性使用。然而“太空电梯”不需要动用大量燃料，且可重复使用，因此建成之后的运行费用很低，可用于向空间站运送人员和货物，然后再转运到月球。

现在的关键问题是如何制造这根10万千米的缆索。从理论上计算，制作这根缆索的材料强度必须达到钢铁的180倍之上，目前的技术尚无法实现。随着纳米技术的发展，科学家不断开发出质量轻、强度高的碳纳米管纤维材料，现有的此类纤维材料强度已经达到了所需强度的近1/4。另据报道，最近美国哥伦比亚大学两名华裔科学家李成古和魏小丁（音译）首次研究证实，石墨烯是目前世界上已知的强度最高的材料，它比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高100倍。石墨是由无数只有碳原子厚度的“石墨烯”薄片压叠形成，“石墨烯”是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构。如果能找到将石墨转变成大片高质量石墨烯薄膜的方法，则太空电梯缆索的研制有望获得突破。

欧洲将序幕拉开

2003年9月27日格林尼治时间23:00，欧洲空间局从法属圭亚那的库鲁航天发射中心成功发射了“智慧1号”月球探测器，这是21世纪人类发射的第一颗探月卫星。虽然“智慧1号”只是一颗小卫星，主要目的在于通过探月的实践，检验在未来深空探测中将使用的一系列高新技术，但它已经把新一轮探月高潮的序幕拉开了。

“智慧1号”月球探测器的英文名为SMART+1，它是Small Missions for Advanced Research in Technology的缩写，意思是研究先进技术的小型航天器。作为欧洲探月的急先锋，“智慧1号”就像一个飞向月球的小精灵，它的外形近乎正方体，尺寸为1570毫米×1150毫米×1040毫米，发射时的质量为370千克，太阳能帆板展开后翼展为14米，能提供1.9千瓦的电力，造价约1.08亿美元。由于总经费较少，“智慧1号”大量采用了模块化、通用化设计，结构紧凑，而且它上面的许多零配件都是直接从商店购买，这使其成为了小型化的杰作。它携带的用于完成10多项技术试验和科学研究的有效载荷的质量仅为19千克。

“智慧1号”装载着6种科学仪器，其中3套遥感仪器用于月球探测，它们分别是多光谱微型照相机、高分辨率的红外光谱仪和小型X射线光谱仪。

多光谱微型照相机平均分辨率为80米，在300千米近月点的分辨率为30米（美国月球“勘测者号”的空间分辨率为200米）。通过对极区高分辨率成像，可辨别阴影区，进而寻找陨石坑中的水冰。此外，微型照相机还与地球上的光学地面站相配合，进行激光通信试验。

红外光谱仪在0.93～2.4微米范围内划分256个谱段利用这些数据，可精确地确定各种矿物的成分。例如，可将月壤中的辉石与橄榄石辨别出来，这对了解月球外壳物质的演变是很重要的。这种红外光谱仪是由欧空局第一次研制和使用的，如果在探月中获得成功，将在未来的火星探测、水星探测、小行星和彗星探测中进一步应用。

小型X射线光谱仪用来测量X射线荧光，从而绘制月球表面的元素成分图。利用这些数据，可准确地计算月球外壳的成分，研究南极的陨石坑结构特征，绘制月球资源分布图。这种小型X射线光谱仪也是今后水星和太阳系其他行星探测的必备仪器。

“智慧1号”还是世界上第一个利用太阳能电火箭作为推进装置进行远距离飞行的航天器。

按照预定计划，“智慧1号”的整个飞行过程分为发射与早期入轨、地球逃逸、月球俘获和月球观测4个阶段。除了发射采用化学火箭外，包括早期入轨在内的其他阶段的飞行都依靠太阳能电火箭提供推力来完成。这是它最为突出的特色和亮点。但是，由于电火箭产生的推力很小，加速很慢，故而进入最终飞行状态需要的时间要比采用化学火箭所用的时间长得多。

为“智慧1号”提供飞行动力的太阳能电火箭发动机，严格说来是太阳能等离子体发动机。它使用氙气作为工作介质，并采用高效的砷化镓太阳能帆板将太阳光能转换成电能进而产生电磁场，利用电能电离氙气原子，形成等离子体，再通过电磁场的作用，使氙离子流高速喷出，从而为“智慧1号”提供推力。这种太阳能电火箭比通常使用的化学火箭效率要高10倍，所需推进剂即工作介质较少，可使航天器有更多的空间装载有效载荷。由于它利用的是取之不尽的太阳能，故而能在太空无重力状态下连续运转几年时间。它的缺点是推力和加速度都很小，要使航天器达到预定的飞行速度，用时很长。它的重要意义在于，假若这次飞行试验成功，今后就会在更远距离航行的航天器上采用这种推进系统。

为了掌握太阳能等离子体发动机的实际技术性能，“智慧1号”上装置了电推进诊断组件，用来监测推进系统的工作情况及其对航天器的作用效果。同时，它还携有航天器电势、电子与尘埃实验件，用以监测推进系统对电子通量、电场和航天器电势的影响，并研究地一月空间的带电环境。此外，它还载有用来试验地球与遥远航天器之间的激光通信技术、实验航天器自主导航计算机技术等先进设备。

在“智慧1号”上所试验的太阳能等离子体发动机等新技术和它采用的多项探测技术，如被证明达到了预期的效果，将会对未来欧洲乃至世界航天技术的发展产生深远影响和重要作用。

不甘示弱的印度和日本

印度的航天事业从1962年起步，经过40多年的发展，如今在世界航天国家中占据重要的一席。在月球探测中，印度同样不甘落后。

2003年底，印度设计制造的一台使用液氢、液氧为燃料的低温火箭发动机在地面试验中成功燃烧了1000秒，超过了太空飞行所需的721秒的最低要求。这次试验的成功使得印度成为继美、俄、法、中、日之后世界上第6个有能力自行制造低温火箭发动机的国家。随着印度研制的低温发动机取得巨大进展，加上已有的卫星遥感技术走在世界前列，印度实施月球探测计划的技术已经成熟。

也是在这一年，印度启动了月球探测计划。该计划代号为“钱德拉扬”（即“月球初航1号”），准备耗资8500万美元，在2007年发射一颗重1050千克的绕月卫星。

印度绕月卫星将由印度极轨卫星运载火箭发射，最终进入距离月球100千米的月球极地轨道运行，对月球表面进行两年的探测，主要任务是测绘地貌、分析化学成分和调查矿物分布。印度科学家目前正在加紧研制32通道的频谱仪、低能和高能X射线频谱仪、太阳X射线频谱仪和激光测高计。另外，用来测量极地水冰的合成孔径雷达将由美国约翰霍普金斯大学的应用物理实验室研制。为了接收月球探测器的信号，印度正在建设34米直径的天线，印度卫星测控中心的专家认为，对于印度的探月任务来说，25米直径的天线就足够了，但为了今后的深空探测任务，必须留有余地。

2004年11月22～26日，第6届月球探测与应用国际会议在印度召开，印度不但以自己的月球计划吸引了全世界的眼球，也以辉煌的航天成就向世界证明了，印度正在成为具有全球影响力的航天大国。

日本于1970年发射了第1颗人造卫星，此后的很长一段时间内，日本都处于国际航天业的前列。在“飞天号”科学卫星绕月成功后，日本航天界信心大增，1991年又制定了别出心裁的月球探测计划，其中包括研制和发射“月球A号”和“月女神”等探测器。1994年，日本制定了一个更加雄伟的计划：投资260多亿美元，在2024年建成一个6人的月球基地，包括居住地、氧和能源生产厂以及月球天文台等。

“月球A号”由日本空间和宇宙科学研究所研制，重540千克，计划在上面搭载两个各高80厘米、直径16厘米的“矛型”钻探装置，卫星到达月球表面以后，两个钻探装置将插入月球地表，装置上携带的地震测量仪、热流量计等科学仪器将探测到的数据向卫星传送，再传回地球。

“月女神”探测器计划由日本宇宙开发事业团与日本空间和宇宙科学研究所共同实施。该计划的主要目标是解决探索太阳系所必需的关键问题，特别是软着陆和数据中继技术。日本称“月女神”是日本未来月球探索计划的第一步，将为2024年日本建立有人月球基地奠定基础。

目前，日本已在月球机器人上技高一筹，积累了丰富的技术经验。日本宇宙科学研究所和东京大学开发成功了一种月球探测鼹鼠机器人，它的外形是一个直径10厘米、长20厘米的圆筒，可以像鼹鼠一样钻入月球地下11米，采集矿物质加以分析，弄清月球地表的结构。它有排砂和掘进两种装置，排砂装置有两根旋转的滚柱，能把挖出的砂石碾轧结实，掘进装置则把活塞顶在碾轧后的砂石上，用活塞推动身体前进。研究人员下一步的任务是制作月球地面配合设备，设计中的地面设备直径为20～30厘米，内装有太阳能电池。月球地面设备除了向机器人供应电力之外，还负责接收机器人的探测数据，向地球发送信号。

雄心勃勃的美国新太空计划

2004年1月14日，美国总统布什在美国华盛顿总部发表演讲，提议在2015～2020年，使美国人重返月球，在月球建立永久性基地，并以此为基础将人类送往火星乃至更远的宇宙空间。具体来说，前总统布什的太空计划内容包括完成空间站建设、停飞航天飞机、航天员重返月球、人类登上火星等。这个太空计划雄心勃勃，正如布什自己所说，“不知道这次旅行将在哪里结束”。

长期以来，美国航天界对美国载人航天的下一步目标，是登上火星还是重返月球，一直存在争论。虽然，美国有许多人对火星情有独钟，但登火星在技术和经费上都有巨大困难。显然，在月球上建立太空基地，要比登上火星容易得多。首先，月球与地球的距离较近，事实证明，采用现有的火箭技术，可以将人和货物送上月球，月球与地球之间的通信也没有任何问题。其次，月球没有火星上的那种沙尘暴，在月球表面较容易着陆。当然月球上丰富的资源也具有极大的吸引力。

为了达到重返月球的目标，美国必须重新设计在月球着陆的航天运输系统。在1969～1972年，美国在执行登月任务时使用的“阿波罗”号飞船系统，只是为一次着陆和短暂逗留设计的，指挥舱只能装载3人，月球登陆舱则只能容纳2人。因此，美国必须设计出布什称为“乘员探索飞行器”的新一代飞船。这种飞船能够向月球运送一组航天员和大批物资设备。显然，它将不同于美国原有的“阿波罗”号飞船和现有的航天飞机。另一个技术难题是能源问题。在月球上建立太空基地，需要建立太阳能电站或核反应堆。如果美国计划在2030年之后将航天员送上火星，看来还必须发展采用新能源的火箭如核动力火箭，以缩短航天员的飞行时间。

美国在通过“水星号”飞船和“双子星座号”飞船掌握了载人航天的基本技术之后，在1961～1972年，耗费240亿美元研制了“土星号”系列运载火箭和“阿波罗号”登月飞船，先后完成了6次登月飞行，把12人送上了月球，实现了在登月方面超过苏联的目的，也促进了科学技术的进步。但这项耗资巨大的计划由于缺乏应用目标而无法继续下去，美国不得不转向近地太空的开发，研制航天飞机和空间站。这样，在登月计划中研制的“土星号”系列火箭（“土星5号”的低轨运载能力为126吨）和发展得比较成熟的飞船技术，至今还没有得到进一步的应用。美国在研制航天飞机和国际空间站过程中，虽然在技术上取得了许多重大突破，在太空科学实验方面，也取得了一大批成果，但也有不少人认为，它所花的费用远远大于它的科学目的和实际用途。2003年2月1日，美国“哥伦比亚号”航天飞机机毁人亡，又再次引起了人们对国际空间站的广泛争议。在这种背景下，布什提出太空新计划既可以激发民族自豪感，也可以重新修正美国航天的发展方向。

2005年9月19日，美国正式宣布新的登月计划，新登月计划将耗资1040亿美元，将采用新一代航天工具，包括新型运载火箭、形同“阿波罗”号的宇宙飞船和登陆舱。如果一切顺利，美国航天员将在2018年（最迟2020年）重新登上月球。

新型载人航天器将结合航天飞机和“阿波罗”登月工程中安全可靠的设计和技术，性能更佳。新运载火箭将使用航天飞机的主要部件，诸如外挂燃料箱、固体燃料助推火箭和主发动机，并分为体积较小的载人火箭和体积较大的货运火箭两种，其中货运火箭大小与109米高的“土星5号”运载火箭接近，用来把货物运到月球表面，留做储备。航天员乘坐的宇宙飞船，名叫“载人探索飞行器”，将被置于运载火箭顶部，它的外形酷似放大了的“阿波罗”号，但质量增加1/2，能搭载6名航天员，在月球轨道运行达6个月之久，并能送4名航天员登上月球，在月球上逗留4～7天。

俄罗斯着眼于国际合作

20世纪60年代，发生在美苏两个航天大国之间的那场登月竞赛给俄罗斯人留下的是失败的痛苦回忆。

1958年，苏联完成了对发射人造地球卫星的火箭的改造，使之可以发射月球探测器。当时有一些科学家建议把一枚原子弹送上月球并在月球上引爆，让全世界的天文学家都来拍摄爆炸时的情景，以此显示苏联的技术实力。但物理学家认为，由于月球上没有大气，核爆炸的时间可能会很短，很难让地面上的天文学家拍摄到爆炸时的景象。因此，苏联当局否定了这个建议。后来，苏联政府把注意力转向载人登月上，从此开始了与美国长达10年之久的登月竞赛。

与美国一样，苏联的登月飞行任务也打算使用一种大型运载火箭和一个轨道联合体来完成。登月运载火箭代号为“N1号”。1964年，苏联政府决定要赶在美国之前率先将航天员送上月球。为完成这项任务，1962～1966年，N1号方案几经修改，有效载荷质量从最初的50吨增加到近98吨，第一级发动机的数量也从26台增加到30台。为了赶进度，第一次发射时，这些发动机都没来得及集体试车，就组装在一起发射，结果酿成了重大的发射事故。由于技术问题和设计过于复杂，N1号火箭在后来的几次发射中，也都以惨败而告终，导致了苏联登月计划的破产。后来，俄罗斯航天专家总结经验时说：“这是一场不公平的竞争。当时美国比我们富裕多了，特别是当时苏联的国力由于与德国法西斯的战争和军备竞赛而被削弱了很多。登月竞赛一开始，我们就知道，我们不可能赢。”

而现在，在新一轮月球开发热中，俄罗斯人以低调和务实的姿态开始月球研究，充分发挥自己的长处，将重点放在月球车的开发和人类在长期宇宙航行中的生命保障系统研究上，并在各项航天事业中积极谋求国际合作。

除了准备参加印度的月球探测计划外，俄罗斯与欧洲空间局在太空开发和卫星的商业发射领域的合作已进入了一个重要阶段，通过俄罗斯独一无二的宇航技术与欧洲空间局的科技和资金二者的结合，全新的六座位宇宙飞船“快船号”有可能在2010年前取代“联盟号”载人飞船。新飞船能将人员与货物送入轨道站，需要时可将航天员与设备紧急撤回地球。它能用于长达10昼夜的自动轨道飞行，也可用于科研目的。此外，俄罗斯还与德国加紧合作，研究航天员如何预防空间辐射这一当代航天事业中最为复杂、最为紧迫的任务。

俄罗斯在载人航天方面拥有丰富的经验，因此也有可能参与美国新太空计划，包括火星考察人员的培训等。

探索太阳系目录

前言

太阳的形成

太阳的运动轨迹

太阳黑子

太阳耀斑与极光

色球·日冕·太阳风

太阳的能量

日食景观

太阳和恒星有什么不同

太阳伴星

木星

土星

天王星

海王星

美丽的土星环

木星和它的卫星

木星大红斑与土星的光环的奥秘

土星的卫星

冥王星

太阳系外的世界

太阳系的构成

行星运动定律

提丢斯—波得定则

太阳系的起源

太阳系的特点

太阳系的交通规则

太阳系形成的星云假说

太阳系演化的原理

太阳系中的八大谜团

水星

金星

火星

人类“第二方舟”——火星

火星“心里有底”

探寻火星生命

“水星”变火星

“勇气”、“机遇”发现水

火星“尘暴”

月球——我们最近的邻居

月球的特征

月相景观

月球的形成

地球和月球的距离

伽利略的发现

月面地形

月表物质及内部构造

月球科考的“智能管家”

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宇宙瞭望书坊

探索太阳系

李宏　主编

出版社：辽海出版社

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前　言

人类是宇宙演化的杰作，宇宙是神秘莫测的存在。当宇宙的精灵与莫测的神秘结合在一起时，便碰撞出无数精彩的篇章。人类对宇宙的解读和探秘跨越了千年，宇宙的面貌也越来越清晰地展现在人类面前。千百年来，人类的“触角”不断伸长，从伴我们昼夜运行的太阳、月亮到布满夜空的繁星，从对于我们来说浩瀚无比的太阳系到巨大的银河系乃至河外星系，甚至试图触及宇宙的边缘。如果把宇宙当做一个生命体的话，她的诞生自大爆炸始，从那一刻起她便开始了不息演变。她体内生活着众多的“物种”，从随处可见的行星到炙热的恒星，从瑰丽的星云到多姿的星系，还有超越光速的类星体和让人望而生畏的黑洞等等，他们一起构成了浩瀚而充满生机的宇宙。人类已不满足于地球上不同人种间的交流，人类对地外的文明充满了渴望，甚至已然接收到了来自外星的神秘信号。人类甚至不满足于现有的宇宙，我们还猜想宇宙之外还有宇宙。让我们通过本丛书详细为你解开宇宙之谜，让你尽览宇宙的神奇。

太阳的形成

太阳是一颗十分普通的恒星。太阳只是浩瀚宇宙中无数恒星中的一颗，很多恒星与太阳类似，但也有一些恒星较之太阳而言或大或小，或冷或热。总之太阳是恒星中适中的一颗。

在3.5亿年前，地球上生命初开时，太阳与现在有所不同。从表面上看，太阳是浅黄色，比现在小8％～10％，亮度只有现在的70％～75％。此后太阳慢慢变大、变热、变亮，持续了3.5亿年，但比不上仅持续了1～2个世纪的“温室效应”。

今后50亿年，太阳仍然保持稳定。太阳以后可能会由于氢的燃烧比现在略大、略热、略亮，此后，地球会有很大变化。50亿年后，太阳的氦核越来越大，最后坍塌，燃烧成为碳元素，表层的氢继续转化为氦。氦燃烧反应产生的能量将把光球层外推，太阳变为一颗红巨星，吞并水星和金星，并到达地球轨道。太阳红色的表面依然，但会越来越冷。地球仍会被太阳的热量熔化。

太阳变为红巨星以后，还有更多的变化。太阳晚期，光球层也被推开。变成一圈气体和尘埃，又叫行星状星云。随着核反应的停止，太阳变为一颗地球大小的白矮星。太阳的直径将从现在的129万千米变为红巨星时的32190万千米，再变为白矮星时的12800多千米。随着核燃料的耗尽，太阳逐渐冷却，由白依次变为黄、红，最后成为一颗暗星。

太阳的运动轨迹

太阳从东方升起，从西方落下，这样的情况一年只有两天。问一个人早上太阳从哪儿升起，他或者她通常会回答：从东方升起。同样他或者她通常也会说：晚上太阳从西方落下。事实上，一年中只有两天，太阳是从正东方升起，从正西方落下，即春分和秋分。从春分到秋分，生活在北半球的人看到太阳从东偏北的地方升起，从西偏北的地方落下。在夏至时这种现象尤为明显，太阳从东偏北最大的方向升起，从西偏北最大的方向落下。从秋分到春分，生活在北半球的人看到太阳从东偏南的地方升起，从西偏南的地方落下。在冬至时这种现象尤为明显，太阳向南偏离得最远。生活在南半球的人看到的情形与我们正好相反。

太阳在黄道上运动一周的过程就是我们经历一年的过程。正如一年中太阳的升降方向不断变化一样，每天同一时刻太阳在天空中的位置一年中也不断变化。夏至日，当太阳从东偏北最大的方向升起，从西偏北最大的方向落下，太阳在天空中走过了一年中最长、最高的轨道，因此夏至日是一年中白天最长的一天。相反，在冬至日，当太阳从东偏南最大的方向升起，从西偏南最大的方向落下，太阳在天空中走过了一年中最短、最低的轨道，因此冬至日是一年中白天最短的一天。在春分和秋分日，太阳走过了长短，高低适中的轨道，因此这两天昼、夜一样长。

春分和秋分是由单词“equinox”翻译过来的。“equinox”来自拉丁语，意思是“相等的夜晚”。现在的意思与此略有不同，它也用来指一年中昼夜相等的那两天。

夏至和冬至是由单词“solstice”翻译过来的。“solstice”来自拉丁语，字面意思是“太阳停止不动”。这需要解释一下，每个人都知道太阳不可能在天空停止不动，这里的“solstice”是指这样一个现象：每年从冬至到夏至，太阳一天内在天空中的轨迹越来越长，越来越高，到夏至时，太阳在天空中的轨道达到最长、最高，即太阳往北的运动趋势停止了。与此类似，每年从夏至到冬至，太阳一天内在天空中的轨迹越来越短，越来越低，到冬至时，太阳在天空中的轨道达到最短、最低，即太阳往南的运动趋势停止了。

许多文明都与太阳在天空中的位置和轨迹密切相关。在索尔兹伯里平原上，在新石器时代竖立的史前巨石柱至今已有3000多年的历史。今天，这些史前巨石柱仍然十分准确的标志出太阳在分点和至点升起及落下的方向。1000年前，有个本土的美洲人定居点科胡基亚，在密西西比河岸靠近今天圣路易斯的地方。今天科学家在那里的地面上发现这儿曾有一圈木桩。直到今天，霍皮人（美国亚利桑那州东南部印第安村庄居民）和安第斯山脉的土著人仍用平顶山和山峰记录下太阳升起及落下的方向。他们之所以这样做，实际和精神上的原因都有。太阳在天空中位置的变化即反应了天历，又告知人们何时耕种，何时收割以及何时举行重大的宗教仪式。

太阳的轨迹在天空中的变化是由于地球自转轴的倾斜造成的。当地球绕太阳公转时，地轴始终与轨道面保持倾斜。在夏至日的北半球，倾斜轴偏向太阳，因此太阳在天空中的轨道达到最高。6个月后，在北半球，倾斜轴偏离太阳，太阳在天空中的轨道达到最低。而在春分和秋分日，倾斜轴即不偏向太阳又不偏离太阳，所以太阳在天空中的轨道高低适中。以地球为标准，太阳比地球大得多。我们见到的太阳，直径有139万千米，如果把太阳比做一个金鱼缸，则需要100万颗地球大小的大理石才能填满。

太阳的化学成分十分简单。太阳包含了宇宙中所存在的大部分元素，但太阳主要是由最简单的元素氢组成。实际上，氢和氦组成了太阳质量的99.9％，其他的氧、碳、氮、铁等元素只占0.1％。

我们见到的太阳的表面实际并不是一个面。在我们看来，太阳似乎有一个固体的表面，并且有一个可测的边界。真实情况是：太阳是一个由气体组成的球体，没有固体的表面。我们看到的边界，只是由于在那儿，太阳气体的密度下降到使光透明的程度。在这个密度之上，太阳是不透明的，因此我们看不到太阳内部。虽然我们现在了解到这些，但天文学家仍然把这一不透明的边界当做太阳的“表面”，称作光球层。顾名思义，在光球层内，太阳放出的光子可以最终到达我们的眼睛。

太阳中心看起来要比边缘亮。这一现象称作暗晕，是由于我们看的太阳中心比边缘更厚，并且温度也更高。

太阳的颜色可以告诉我们它的表面温度。如果我们把一根铁丝伸进火炉里，烧几分钟后拿出来，会发现它发出暗红色的光。此时测量它的辐射温度，大约2760℃。如果我们把它放进火炉多几分钟，再拿出来，发现它发出亮黄色的光。此时测量它的辐射温度，大约6090℃。此时铁丝的颜色与太阳十分接近，太阳表面的温度也大约是6090℃。与此类似，其他恒星的颜色也暗示出各自的表面温度。如红星温度较低，蓝、白星温度极高。

太阳表面是有斑点的。望远镜观测的图像显示，太阳的斑点好像镶入水泥地上的鹅卵石一样。这是因为我们看到许多气体单元的顶部，这些亮的区域与美国得克萨斯州大小相仿，是热气流喷射上升的区域。而暗区域是冷气流下沉的区域。因为表面斑点的现象与米汤相似，我们又称其为粒状亮斑。

太阳的斑点聚成一团。通过研究太阳表面的大尺度运动，我们得出：斑点聚成巨大的、粗糙的多边形区域。物质常从区域中心涌出，向各个方向流动，在边缘又沉落。该区域常延绵到32200千米，我们又把它叫做超大斑点。

太阳黑子

太阳表面还有黑子。中国的天文学者早在公元前2个世纪就记录下太阳表面的黑子。而在西方，1800年后才由伽利略通过望远镜观测到黑子。我们今天已经知道，黑子是太阳表面有强磁场限制和热气体减速的地方。气体减速导致温度下降，这一区域就更暗，这是对比而言的。如果我们把黑子挖下来，放到夜空中，它将比最亮的星还亮。黑子中央黑影部分被称作暗影，黑子周围较浓的浅灰区叫做半影。

黑子的出现、消失有周期性。在19世纪中叶，一个业余天文学家Samuel Heinrich Schwabe发现太阳表面的黑子数不是常数，而是由少到多又到少，有个周期。平均下来大约11年一个循环。最初，黑子出现在每个半球纬度30度的地方，接着黑子增多，向赤道蔓延。最后黑子变少，在纬度5度的地方消失，如此周而复始。最近一次的黑子最多时是2001年，预计下一次在2012年。

太阳黑子成对出现。因为黑子是自然磁场形成的，而自然界的磁场成对出现，因此黑子也成对出现。若一个黑子是正极，那么另一个为负极，正如磁铁的两端。我们可以把黑子对看做放在太阳表面的蹄形磁铁。

黑子常聚成一团，整体上表现出磁性。这些团簇可以由两对或更多的黑子组成。如果团簇的一端是一极，相对的一端是另一极。如果太阳的北半球是正极，则在南半球的一端为负极。

太阳的磁极在每个黑子周期颠倒一次。每11年，太阳的两极磁性颠倒，整个太阳的磁性也随之颠倒。因此，从磁性的角度来考虑，黑子周期应为22年而不是11年。

黑子很大。很多黑子达到了地球大小，黑子团簇能在太阳表面绵延16万千米。

部分人认为太阳黑子数量的变化能影响地球的气候。天文历史记录显示：1645～1715年，黑子数量相对较少。气象记录显示：同一时期欧洲大部分地区的冬天更长。这能说明问题吗？另有一些人，据称也找到树木年轮与太阳黑子周期的相关性。

最近科学家似乎发现了太阳黑子对气候的影响。斯坦福大学的Sallie Baliunis博士找到了依据：太阳黑子数与太阳释放出的总能量有关，进而影响到地球的气候。值得一提的是统计数据有偶然性，并被诸多因素所影响，因此不能提供直接的证据。当提到诸如太阳，地球气候等复杂问题时，统计数据都应该被深入研究。

太阳耀斑与极光

太阳表面经常发生强烈的爆炸。这种爆炸就是我们看到的耀斑，能在短短几秒内释放出上百万颗原子弹的能量。当耀斑发生时，太阳的大气层会被吹出一个巨大的洞，并发出十分强烈的光、电磁波，高能X射线及数以百亿计的带电粒子，这种现象被称作太阳风。当太阳黑子最活跃时，耀斑和太阳风也发生的最频繁最剧烈。

耀斑能引发地球上一些有趣的现象。从太阳吹向地球的带电粒子在几天内到达地球，这些粒子被地球磁场俘获，最后以几万千米/秒的速度坠向大气层，其结果产生了地磁暴；干扰地球的磁场，使指南针不停摆动，对广播也有影响；使输电线的断路开关受损；使地球两极出现极光。

我们所见的南、北极光是地球大气与太阳大气接触的结果。当太阳风吹出的带电粒子到达地球时，它们与地球周围油炸圈饼状的巨大磁场相作用，地球磁场使这些粒子改变方向并引导它们落到地磁场的南北两极，以接近光速的速度与地球的外大气层，撞向我们头上数英里的氧和氮原子，当碰撞发生时，这些空气中的原子将会发光，这即是我们说的南极光和北极光。

极光有不同的种类和颜色。有时极光看起来是无定形的粉红色，在天空中一闪而过；有时极光看起来像窗帘或挂毯，在空中慢慢起伏，随风飘荡；有时极光仿佛是从高处喷出的一条辐射线。极光可以是白色、暗红色、桔黄色、绿色或蓝色，这取决于带电粒子自身的能量及撞击的空气中原子的种类。极光有时仅仅持续几分钟，有时却持续一整夜，这取决于太阳风的强度及持续时间的长短。

民间传说给出了极光颜色的许多解释。一些爱斯基摩部落认为极光是他们已故的祖先的灵魂在空中奔跑，用海象的头骨玩一种球赛；在古老的中国，极光被认为是天上的龙在打斗；维京人认为极光是黑暗天空中的火炬发出的光，指引新的灵魂到达瓦尔哈拉殿堂。

一年中没有最适合看极光的时间。极光不会在一年中的特殊季节发生得更频繁。因为它是由太阳风引起的，所以极光的周期和强度与太阳黑子的活动周期相关。当太阳黑子活跃时，极光会更亮、发生更频繁，当太阳黑子不活跃时，极光出现的更少。下一次的黑子活跃期大概是2012年，届时将可能有南、北极光。

南北极光并不是在南北极方向发生更频繁。从太阳发出的带电粒子并不是被准确的引导到地球两极，而是围绕地磁的两极成环带状，极光就经常发生在这一环带上。以北极光为例，包括阿拉斯加，加拿大北部到接近东南部的地区及北太平洋，还有斯堪的纳维亚半岛的北部，俄罗斯北部。从人造地球卫星上看，极光像是围绕地球的一条光带，有极光的区域能膨胀或压缩，但在美洲大陆却不一样，在加勒比海地区等低纬度地区甚至也看到了极光，但这种现象毕竟很少。南极光经常发生在南极洲大陆外的环带上，因此不易被看到。

极光经常在两个半球同时发生。太阳风吹出的带电粒子撞击地球大气层时，它们受磁场力作用，在南北磁极间运动。这些粒子的速度极快，当他撞到阿拉斯加上空的氧原子，下一秒就已经撞到了南极洲上空的氧原子。因此，极光常常同时出现在两个半球，并且具有相同的形状。

极光发生在离地面80～160千米的空中。正是在这样的高度，从太阳发出的带电粒子最容易与大气中的氧和氮原子发生碰撞。从太空中看，这一说法是很有依据的。从宇航员偶然拍下的照片上看出，极光像是挂在地球上80千米高的窗帘。

一些有强磁场和大气层的行星也有极光。哈勃空间望远镜的图片显示，土星和木星有极光。旅行者探测器的数据显示，海王星、天王星很可能也有极光。

太阳上的“一天”时间不一样。与地球一样，太阳也有自转，但跟地球不同的是太阳不是固体，因此不同的纬度转速不一样，在太阳赤道，转一圈要25个地球日。纬度越高，转速越慢，在靠近两极的地方，转一圈要约31个地球日。在地球上，在你南面的地点无论多久都在你的南面，但在太阳上，这不成立。越靠近赤道，转得越快，就会滑向东边。这是流体的情形。

太阳像是空间的一块巨大的磁铁。与地球类似，太阳内部好像有一个巨大的磁铁，这磁铁产生了巨大的磁场，在太空中绵延数亿千米，并控制周围热气体的流动。每隔11年，在黑子活动周期的开端，磁场南北极会颠倒一次，而太阳自转轴保持不变。

色球·日冕·太阳风

太阳也有大气层。在太阳可见表面或光球层之外，有一个炽热的带电气体组成的大气。大气的内层叫色球层，因为这一层有粉红的颜色。色球层有11万千米厚，并且比光球层热，温度在6093℃～16649℃之间。

从望远镜中看去，色球层像是燃烧的大草原。色球层会射出巨大的热气流，叫日珥，横跨800千米，高达1600千米。日珥数以百万计，像是从太阳表面射出的火焰。太阳变化的磁场使由带电粒子组成的日珥像风中摇摆的麦穗。让人联想到燃烧的大草原的景象。

色球层之外是太阳的大气外层。这一层又叫日冕，是由色球层顶部的带电气体组成的纯白色区域。其内部是日珥从太阳表面升起的舌头状的燃烧气体的云，延展到数千英里。

天文学家用特殊的仪器去研究日冕的内部。这一特殊仪器就是食仪。它实际上就是一个用不透明的圆盘挡住光球层发出的强光的望远镜。这种仪器只能放在空气干燥，大气稳定的高山上。在这种环境下，科学家们看到了日珥的一部分。

日冕外部只能在更特殊的环境下观测。这儿的光线更加黯淡，只有当日全食中，月亮挡住了太阳光球层和日冕内部的光那一小会儿时间才能观测。这也是为什么天文学家对日食感兴趣的原因之一，让天文学家有机会研究太阳大气。

地球是在太阳的大气中“游泳”。在日全食中，我们发现太阳大气有太阳的数倍直径那么厚，几乎包含了整个太阳系，所以这些行星，包括地球，在公转时都是在太阳的大气层中运动。这一关系在南北极光现象中得以体现。

一部分日冕的温度达222万℃。但你到那儿会被冻死。这好像自相矛盾。在此之前，我们必须先区别温度和热量。生活中我们常常把这两个词混为一谈，认为热量大就一定有更高的温度，但到了太阳大气层，这就不适用了，因为组成日冕的气体太稀薄了，比地球实验室里制造的真空还稀薄。

现在我们提到物体的温度，实际是指物体中原子或分子的平均运动速度，速度越大温度越高。但是热量是指物体原子和分子的总能量。既然太阳大气的气体如此稀薄，每立方米的原子很少，所以每立方米的热量也很少，尽管其中原子的速度很快，温度很高。因此尽管温度很高，但在那儿仍会被冻死。

太阳正在不断的消耗自己。恒定的粒子流从太阳中不断喷出，即太阳风，遇到耀斑时，太阳风会加强。这些粒子落到地球、其他行星以及相邻的恒星上。宇航员没有感受到太阳风是因为其中的粒子太细小了。

某一天，太空船会在太阳风里航行。预言家已经预见了薄的塑料口袋代替干洗袋的趋势。我们可以想象，由铝制的仅1个分子厚的太阳船将会足够大、足够轻，能利用太阳风来航行。作为兴趣阅读，Arthur C.Clarke的短篇小说《来自太阳的风》，这是关于从地球到月亮的第一次太阳帆船竞赛的故事。

太阳的能量

太阳和它的行星是同时诞生的。它们是46亿年前一团巨大的气体和尘埃形成的。在内部，重力逐渐结束了物质的紊乱状态，在气团中心，温度逐渐上升，到达一定高温时，就形成了太阳。一些小物质团也形成了，并围绕中心转动，这就是行星及彗星、各自的卫星。

太阳经过46亿年，已经有了很多变化。通过研究其他恒星，天文学家发现太阳在几十亿年前比现在更冷，并且看起来呈桔黄色。早期的地球从太阳那儿得到的光和热要比现在少。经过几十亿年，太阳变成了现在的模样——一颗黄色的稳定的恒星。

太阳之所以稳定是因为它内部进行的是平衡反应。太阳每天是一样的（除了黑子数量），既不会变大也不会变小。这是由于贯穿整个太阳内部的平衡反应。重力是太阳形成的第一个因素，它使气体和尘埃坍塌。到一定时候，坍塌会停止，因为温度到达某一点时，太阳的核燃烧起来，产生巨大的热压力，与重力相平衡。现在，太阳内部每一点的压力与重力都平衡，因此太阳相当稳定。如果不是这样，地球上的生物不会这么繁荣。

太阳中心是相当热的。太阳表面温度不冷，它内部的温度更高，能接近166万℃。

太阳是空中的大型核电站，辐射出能量。太阳通过核聚变反应辐射出大量能量，包括光线。地球上的核电厂是通过核裂变反应放出能量（如铀变为更简单的原子，并发出能量）。太阳是通过合并简单的原子而放出能量。科学家更喜欢进行聚变反应，因为聚变比裂变环保，不会放出放射性废料。但科学家们一直还没创造出能引发聚变反应的高温。

太阳创造能量是通过一个反应实现的。太阳通过熔合宇宙中最丰富最简单的氢原子成为氦原子放出能量。在太阳内部，每秒钟有6亿吨氢被转化为氦，400万吨物质被转换为能量，按爱因斯坦质能关系E＝mc2，E是放出的能量，m是损失的质量，c是真空中的光速，由于光速很大，损失的质量也大，每秒钟放出的能量是一个天文数字。这些能量到达太阳表面，以光和热的形式发射出来，即太阳辐射。

虽然太阳产生了巨大的能量，但它仍然遵守一个宇宙中的质量和能量守恒定律。这一定律是说在任何的物理过程中，质量与能量之和为常数，不管是蜡烛的燃烧还是恒星的辐射。太阳产生了巨大的能量，同时也失去了等价的质量。

太阳内部漆黑一片。虽然阳光十分耀眼，但它内部却不能产生光。因为太阳内部核反应产生的能量太高，是由伽马射线的形式传向外部，但人眼看不到伽马射线。所以如果我们能看到太阳内部，那将会是一片黑暗。

伽马射线传向太阳表面的过程中，逐渐变为可见光，到达光球层后，穿过宇宙空间最后进入我们的眼睛。

一旦辐射离开太阳，将传播得非常快，但一旦可见光到达光球层，将再8分20秒内穿过1.5亿千米到达地球。因为我们的宇宙十分空旷，没有阻挡。但太阳内部，对辐射是不透明的，太阳中心核反应产生的伽马射线要经过成千上万年才能从太阳内部传到光球层，并变为可见光。虽然最后1.5亿千米只要8分20秒，但最初的几万英里却花了很长时间。

太阳的保温系统比家里或办公室的更好。虽然我们不想住在太阳内部，但太阳的保温系统的确很不错。太阳内部的温度比表面温度高几百万度，而厚度大概8万千米，这意味着在太阳每7.62米厚的温差比家里或办公室的更小。这样渐变的温差能使伽马射线传出太阳内部，但这一过程花费很长很长的时间。

日食景观

出现日食的原因是什么？当地球、月亮、太阳在一条线上，月亮又在地球、太阳中间时，就形成了日食。如果我们在合适的地方，就会看到月球的影子滑过地球。

日食时月球总是新月，但并非每次新月都有日食。否则每月都有一次日食。如果月球的轨迹比太阳高一点，月球的影子将会错过地球，没有日食发生。日食主要依赖于地球、月球的轨迹与太阳的位置。

日食分日偏食、日全食、日环食。月球仅仅遮住太阳的一部分，就是日偏食；月球遮住了整个太阳就是日全食；由于月球轨道是椭圆，离地球有时近、有时远，当月球离地球较远时，只能遮住太阳的中间，太阳光球层仍然可见，像一个金色的环，这就是日环食。

月全食能被住在地球同一边的人看到，但日全食的见证者却十分幸运。日偏食能被地球上大片区域的人看到，但日全食只有很窄的一个带能看到，叫全食带。月球的影子划过地球，从西端开始，以1600千米/时的速度滑过地球，最后从东边消失。这一片区域就是全食带。只有在全食带的人才能看到日全食，其他的人只能看到偏食甚至什么也看不到。

日食是令人敬畏的自然景观。如果你有幸见到了日全食，你将终身难忘。全食从新月状开始，当月球接近太阳时，地面明显变暗，并有奇怪的色彩。全食前，光带和暗带竞相追逐，光球层还未被遮挡。全食只是一瞬间，由于太阳白色的大气日冕，使太阳看起来像天上的黑洞。天空中的亮星和部分行星可见。月食来也匆匆，去也匆匆，持续时间短，但我们一定会记得我们曾在月亮的影子下。

日环食与日全食持续时间不同。日全食持续时间取决于你所处的位置和月球所处的位置。月球轨道是椭圆而不是圆的，就是说月球离地球有近有远，看起来的也时大时小。如果全食时月亮离地球近，月球看起来比太阳大一点，持续时间约1分半，如果全食时月亮离地球近，月球看起来不比太阳大，因此出现了日环食。如果你打算去看日全食，尽可能在全食带中部，因为那儿日全食时间会持续更长。

天文学家想到了一些方法来延长观测。一些天文学家与自然抗争，他们在飞行器上安装天文仪器，跟着月球的影子飞行，这样，他们人为的延长了日全食的时间一个多小时。

地球是太阳系中能看到日全食的唯一行星。我们能看到日全食完全是巧合：比太阳小400倍的月球正好比太阳离我们近约400倍，故太阳与月球在天空中看起来一样大，这为日全食创造了可能性。在太阳系，没有其他行星能看到日全食，因为这些行星的卫星不是太小，就是离行星太远，不能完全挡住太阳。因此我们看到日全食这一壮观的自然景象是自然造就的。

对古代人而言，日食是十分可怕的。如果你能了解太阳对粮食耕种、日常生活的影响，你就会关心天上的太阳为什么突然不见了。中国古代认为日食是因为一条龙吞掉了太阳，其他的文明也认为这是不祥之兆，有许多“解决方法”：打鼓、朝天空射箭、拿物或人祭祀等。

日食能被准确的预言。我们知道地球和月球的轨道，也知道太阳的运动，我们预言日食能准确到分钟。日食有周期性，如遵循沙罗周期6585.32天，其间，共有71次各种日食发生，周而复始，但地点有所不同，每个沙罗周期有0.32天余下，这时地球又自转了117°，这可以用来修正，但不是很准确。正因为地点不同，所以尽管日食有周期，但很多人不知道，所以必须全球调查日食，而不是看一个地点的日食记录。

据传，曾经有一次致命的日食报告错误。这是说公元前2世纪的古代两个天文家由于一些原因没报告日食。那时的中国帝王认为自己是天子，十分重视天象，认为那是上天给的暗示，因此他请了一批天文家定期观测天象。那时彗星和流星不能被预言，但日食是可以预测的。两位天文家没有告诉帝王日食这一重大天象的发生，帝王盛怒，将两人斩首示众。那时的天文学家比现在危险得多。

日食期间，太阳不会发出任何特殊的射线。日食的观测常常被曲解，太阳不会预知地球上日食的发生，不会发出其他的射线，因此日食时待在室外并无害处。但看日偏食时应该凝视还是匆匆一瞥呢？日食时太阳光虽比平时弱很多，但如若直视，对眼睛还是有伤害，可能损伤眼角膜。人们由于好奇心，会凝视或斜视太阳。当然，日偏食还是很刺眼的，如果你看太阳久一点，没等你反应过来你的眼角膜已经受损。日食时眼睛受损不是因为太阳的异常，而是人们由于好奇而没注意保护措施。

日全食的观测十分安全。只有在日全食时，我们才能裸眼看太阳。全食期间，太阳的几乎所有光线都被挡住了，只有日冕可见，而日冕的光亮仅相当于满月。所以这时的光我们可以接受。但是光球层的细小部分的光就足以伤害我们的眼睛。因此在日全食过程中还是有安全措施的好。以下几点应该注意：

无论日食发生与否，都不要用眼睛直视太阳；

不要用所谓的“墨镜”；

不要用“太阳镜”，甚至几个叠放也不行；

不要看太阳在镜子或水面的像；

用14号焊接镜看太阳；

用有特殊涂层的迈拉镜观看，这可以从著名的天文馆或科学博物馆获得；

购置一个孔式投射器。

以上的建议能方便大家看日食。

日全食中有些有趣的现象。如果你在全食带附近，注意中午天空中光线的变化。当太阳被渐渐遮挡时，天空不仅会变暗，还会出现奇异的色彩。温度会下降几度，会起风，鸟儿以为太阳下山了，准备栖息。整个日全食中，月亮戴上了一条项链。当日全食开始时，我们看到太阳的光球层的光不断沿着月球边缘绕行，直至包围月球，这时，月亮看起来好像戴上了一条项链，边缘的亮光点叫做贝里珠。

太阳和恒星有什么不同

从表面上看来，太阳和恒星没有丝毫相同之处，甚至二者“不共戴天”：太阳一出来，星星便销声匿迹。太阳是那么明亮，岂是小星星可以比拟的？但这又是一种表面现象，科学告诉我们，恒星都是遥远的太阳，太阳是恒星中的“普通一兵”，二者并无本质的区别。在恒星世界中，太阳根本是毫不起眼的一般恒星，肉眼所见到的星星中，大多数都比太阳更大、更明亮，表面温度也更高。拿亮度只能排在第47位的2等星北极星（小熊α，中国称“勾陈一”）来说，虽然其质量只是太阳的2倍多，但它的半径着实了得：为5400万千米，比太阳大了77倍！太阳在它面前实在是“小”得可怜了。

太阳伴星

瓦特认为，每隔2600万年，这颗伴星就会来到离太阳最靠近的地方，它那巨大的引力虽然不能影响太阳，但却给太阳系的行星、彗星以巨大影响。尤其是，太阳伴星的引力扰乱了彗星的大本营——奥尔特云，迫使彗星飞出轨道，四散逃逸，引起密集的彗星雨。据计算，那时总共有10亿颗彗星掠过太阳系，有20～30颗星体会与地球猝然相撞。这一期间，地球进入灾难深重的岁月，一大批生物在劫难逃。

这种伴星扰动理论得到了一些事实的支持。首先，美国芝加哥大学的学者在编纂化石时发现，地球上的生物发生过多次大灭绝，每次灭绝使地球生物的70％以上永远消失。大灭绝后，幸存者又度过一段兴旺发达的时期，然后将会有一次新的灭绝。如此周而复始，每次灭绝的间隔时间为2600万年。

地球永远处于周期性循环的灾难之中，你知道为什么吗？因为，太阳有一个“妻子”，这个“妻子”严重影响了太阳系里的行星。

银河系里的恒星大都是成双成对的，例如那明亮的天狼星，就有一颗黑暗无光的伴星围绕着它不停地旋转。每当这颗黑暗的伴星运行遮住天狼星时，天狼星就周期性地失去耀眼的光辉。从这一现象出发，一位聋哑天文学家预言了天狼星伴星的存在，100年后，其他天文学家才终于发现了它。

然而，我们的“万物之神”——太阳，却显得如此孤单，虽然有好几个儿女围绕膝旁，但是，“老伴”却在哪儿呢？

别着急。其实，天文学家们早已做出预言：我们的太阳也有“老伴”！

美国路易斯安那州大学的科学家丹尼尔·瓦特就认为，太阳也有一颗伴星，它的质量大约是太阳的7％，这颗伴星是一颗漆黑无光的白矮星，它没有光，没有热，寂寂地绕日旋转，由于它绕日一圈的周期约为2600万年，因此至今未被人们发现。

其次，美国伯克利大学的阿尔法教授调查了分布全球的陨石坑的年代，发现它们也具有明显的周期性。每次陨石高潮期的间隔，接近为2600万年，特别是，生物大灭绝的高峰也正是陨石坑的高峰，二者同步发生，不谋而合。

矿物学家们也找到了天体与地球碰撞的矿物学证据。美国地质调查局的科学家在发生大灭绝的地层中发现了一种晶体，它是以互相半行的方式结晶的石英颗粒，这种石英晶体只有在撞击或核爆炸条件下才可能发生。核爆炸是近代的事，排除了这种可能，所以，显然地球曾发生过天体撞击。另外，地质学家们在发生大灭绝的地层中找到了丰富的铱。据认为，这是天体撞击爆炸造成的尘埃降落而成的，撞击次数越多，天体上的铱含量越丰富。

究竟存在不存在这颗伴星，归根到底不能靠推测，而得靠发现。目前，美国的天文学家们正努力寻找这颗推测中的星星。如果人类真的发现了这颗伴星，那么，太阳系的“版图”就要作一次重大修改。如果这颗伴星真的存在的话，那么地球上的生物，包括人类在内，都将面临一次考验，不过，那时的人类可能早就飞出了太阳系，在银河系的一个更加美好的星球上生活了。

木星

木星和土星、天王星、海王星同属于巨行星行列。木星和土星、天王星、海王星这4颗行星与水星、金星、地球、火星有显著的区别。它们的质量更大，大气层也厚达几千千米，区别于水星等的几十千米厚大气。木星是太阳系中最大的行星。举例来说：如果木星是个金鱼缸，它将盛下1200颗地球大小的玻璃球。另一种说法是，把太阳系中的其他行星全塞到木星里，还会有剩余的空间。

当我们用望远镜观测木星时会发现木星上有稠密活跃的云系。各种颜色的云层像波浪一样在激烈翻腾着。由于木星有快速的自转，因此能在它的大气中观测到与赤道平行的，明暗交替的带纹，其中的亮带是向上运动的区域，暗带是向下运动的区域。虽然木星也和地球一样有铁核，可是它的85％是氢元素，其余15％主要是氦元素。其他元素只占1％。这是因为木星有强重力场，它保持了太阳系刚形成时期的大气组成。而地球的较弱的重力让它失去了大多数的原初元素。和地球上只有白色的云不一样，木星上的云五颜六色。这主要是因为木星大气中复杂的化合物造成的。

木星上的日子过得比太阳系中的任何行星都快。尽管木星是太阳系中块头最大的一个，可这并没有阻止它成为太阳系中自转得最快的行星。一个木星日只有不到地球上的10个小时。像太阳一样，木星表面不是固体，在不同的纬度，木星的自转速度不一样（较差自转），一天的长短也就不同。在赤道附近，一天有9小时50分（地球时）；在极地附近，一天有9小时56分（地球时）。

木星有“大红斑”。大红斑于1665年被法国的天文学家卡西尼发现。它位于南纬23°处，东西长4万千米，南北宽1.3万千米，可以和整个地球的大小相比。探测器发现大红斑是一团激烈上升的气流，呈褐红色。

木星有太阳系中最狂野的天气。由于温度太低，木星上会下氨雪。大气中会结成比整个地球还大的冰雹。在巨大的暴风雨中的闪电的能量足以把一个地球上的城市气化掉。地球上的天气主要是由太阳辐射的能量驱动的，太阳照射造成大气不同地方的温差从而形成风，太阳能把海水气化形成雨。而木星天气动力的来源则在它的内部，木星大气顶端的温度为-150℃，在核心处温度可高达上千度，这是因为木星有内部热源。

和地球不同，木星没有固体表面。从木星的大气层顶部下降到几千千米以下的地方，你会发现一个巨大的海洋。与地球上看得到的海洋不同，这个海洋不是由水组成的，而是由可以导电的液态金属氢组成的。它是氢在相当于几百万个地球大气压下形成的液体。在这个太阳系中最奇异的海洋下是由熔融状的铁和硅酸盐组成的木星幔和木星核。

太阳系中所有的行星都起源于46亿年前的一团炙热的的气体和尘埃。木星的表面能有那么高的温度，是因为它有内部能源在释放能量。科学家推测是木星的内部仍然在塌缩，在塌缩过程中，引力能转化为热能释放出来。火星巨大质量的核每年几厘米的下沉就会释放出足够多的能量维持木星表面难以置信的高温。结果是，木星每年辐射向太空的能量相当于它从太阳接受辐射能的2.5倍。

木星如果想变成一颗恒星，它的核心温度必须达到100万度，这才足以点燃热核反应（氢聚变成氦的反应），释放出巨大的能量。而要达到那么高的核心温度，木星的质量至少要比现在大100倍，而它没法从其他地方获得这么大的质量，所以它不可能成为一颗恒星。

过去有人猜测，在木星附近有一个尘埃层或环，一直未能得到证实。直到1979年3月，“旅行者1号”考察木星时拍摄到了木星环的照片。木星光环的形状像个薄圆盘，厚度约为30千米，宽度约为6500千米，离木星12.8万千米。它也围绕木星运行，每7小时绕木星转一周。它主要由许多黑色碎石构成，不反射太阳光，所以长久以来未被发现。

木星有强大的磁场。木星有铁核存在，使得那里好像有个条形磁铁埋在木星表层下。木星的磁场强度达3～14高斯（地磁场表面强度只有0.3～0.8高斯）。木星的磁场也束缚了许多太阳风中的带电粒子，形成了类似地球周围的范艾伦带的带状物。那些被束缚的粒子如果打到人身上会使人丧命，所以无人飞船仍将是今后探索木星的主力。

在1994年7月，木星受到重大撞击。当时电视台直播了整个撞击过程：20多块山一样大小的彗星碎片以13万千米/秒的速度撞击了木星，释放出的能量相当于几百万吨的TNT炸药爆炸释放的能量。撞击激起的激波有整个地球大小，由激波掀起的物质所组成的暗云在空中持续了长达1年的时间。

在1995年12月7日，经过6年的长途旅行，“伽利略”号飞船到达并进入了木星的轨道（它以前的“先驱者”和“旅行者”都只是从木星旁经过）。“伽利略”将发回至少2年的珍贵木星资料，并放出第一个人造机器人进入木星大气层探索。“伽利略”号的照片比“旅行者”有更好的地面分辨率，会提供更好的资料给我们。

“伽利略”放出的进入木星大气层的机器人在受到木星上高温高压环境影响前发回了1个小时的资料。结果分析发现，木星上的风速达到了335千米/秒，比科学家预期的200千米/秒要大。“伽利略”放出的机器人还发现了木星上没有科学家预言造成木星五颜六色云的多种化合物，如乙烷、磷化氢等。它还发现木星上的氦要比预想的少一些。不过，这还不足以否定科学家们以前的推测，因为这个机器人探测器只对木星大气的顶端进行了1个小时的探测，而不是全面的探测。当伽利略观测木星时，发现了木星两旁直线排列着4个亮点，连续的观测发现这4个亮点虽然会互换位置，可是它们一直在木星周围。伽利略正确判定它们是木星的卫星，并以他的研究资助方麦迪斯家族的人命名这4颗卫星。可是，后人均称这4颗卫星为伽利略卫星。这4颗卫星实际上比我们可以用肉眼看到的最暗的星要亮。可是直到望远镜发明我们才发现那4颗卫星是因为木星的光辉遮盖住了它们。在希腊神话中，宙斯是统领众神的上帝，木星代表着宙斯。所以，人们就形象地把那4颗卫星以宙斯的仆人和情人命名：卡利斯托、甘米迪、欧罗、爱莪。

自从伽利略发现木星的卫星以来，一共有60多颗卫星被发现。其中“伽利略”卫星是最大的4颗。它们围绕着木星以不同的方向运行，就像是一个迷你太阳系。其中有一些卫星已经被飞船近距离观测过，结果发现这些卫星之间的差异很大。最小的只有一般岩石大小，最大的比地球还大。

木卫四是一个“脏雪球”。木卫四直径为3000千米，比月球要大。它是水冰占1/2以上的冰卫星，表面很暗，陨击坑累累。木卫四最让人印象深刻的地质构造是被陨石撞击的瓦尔哈拉中央区，那下面可能可以开采出清洁水。木卫三直径5262千米，成为太阳系中最大的卫星，比水星还大。它是由冰雪层包围着岩石核组成的。木卫三有很多陨击坑，也有“海”、高地和冰峰，暗地貌区更多。

从木卫三向内继续航行就到达了木卫二。木卫二有2000千米宽，光谱显示其表面为较纯的水冰，地质上较年轻。它就像个台球，表面异常平坦，整个卫星的表面海拔相差也超不过几十米。木卫二的表面有纵横交错，绵延上百千米的条纹结构。这让科学家们联想起了地球上的海洋部分结成冰，然后融化过程中所形成的海洋冰的结构。所以有人相信在木卫二的表面下有海洋存在。由于可能存在水，木卫二也是太阳系中生命可能存在的候选天体之一。不久，飞船可能会把木卫二的一片冰带回地球进行研究。

木卫一以活火山和不断更新的彩色表面成为太阳系最美丽的天体。在“旅行者1号”飞船看到的8个火山喷发羽中，有7个又被4个月后的“旅行者2号”看到，像巨大的喷泉，升腾高大300多千米，宽达1000多千米。木卫一频繁的火山喷发可能原因是木卫一与木星和木卫二的潮汐作用。木卫一表面几乎没有陨击坑，其外壳也不存在冰。

为什么木卫一看上去如此奇怪？在“旅行者”号传回的木卫一的阴暗地区的深度曝光（为了显现出星星进而确认“旅行者”号是朝着正确的方向前进）的图像中，科学家们找到了答案。在那里，卫星边缘升起的是来自活火山的被喷到接近320千米高空的熔岩物质。很快的，又找到了其他超过6座的活火山，全部都在喷发大量的熔岩状硫磺。每一座火山都有法国大小。由于“伊娥”表面经常被其喷发出来的内部物质重新覆盖，所以它没有环形山。伊娥是太阳系中活动最剧烈的地方——一个几乎要把它自己翻出来的世界。

木卫一离大质量的木星很近是它有那令人难以置信的火山的原因。正像月球对地球施加潮汐力一样，木星也对“伊娥”施加这种作用。但木星是十分巨大的以至于它的潮汐影响是极端强的。就如一个网球在一个有力的夹子里会持续变形一样，在轨道上“伊娥”的表面也被迫的突出和凹进去90米左右。它就跟装在一个很薄的球壳里的巨大熔化状硫磺一样，冲破外壳的洞和裂缝，内部物质全爆发到附近真空中，产生了巨大的羽毛状火山烟尘。处于不同化学状态和不同温度的硫磺构成了“伊娥”表面的种种颜色。

20世纪70年代末，当“旅行者”号太空船在木卫一背面发现火山时，哈勃空间望远镜已经可以让我们持续地密切关注这个不平凡的世界。在1995年7月，一个新的黄白斑点在木卫一上出现了。接近320千米宽，几乎可以认为是另一个巨大火山的喷发物。在1996年5月，“伽利略”号空间船发现木星磁场的变化可归因于木卫一那大概1600千米宽的铁核——几乎有这个卫星它自己直径的1/2。因此木卫一成为第一个被我们所知的有自身磁场的卫星。木卫一是个“有点喜欢乱扔垃圾的人”。在木卫一围绕着木星运行并同时喷出它的硫磺烟雾时，它靠着在所过之处留下的硫分子云“弄脏”轨道。随着时间慢慢过去，这已经形成了一个完整的环绕着木星并描绘出木卫一整个轨道的圆环状云。

在我们逐渐接近木星时，它4个最大的卫星的密度会依次增加，内部温度也会依次逐渐上升。“卡利斯托”（木卫四）和“盖尼米得”（木卫三）差不多是一个“脏雪球”，与此同时“欧罗巴”（木卫二）在它薄薄的冰质外壳下基本上是海的世界。“伊娥”（木卫一）则几乎完全是由熔融态的硫和铁构成，表面根本没有环形山和一点水和冰。类似地，“卡利斯托”的表面完全是十分古老的，事实上没有迹象显示它有内部活动。对比之下，“盖尼米得”弯曲的山脉则证明一些地质活动正在那里进行。“欧罗巴”上的交叉的冰样也许说明了甚至可能一直到现在的重复的溶化和结冰过程，还有它的薄的或半溶状的冰质外壳在过去已经湮没了许多环形山的痕迹。最后，“伊娥”，由它那些喷发的火山，正持续地让它的表面“再铺”。事实上，“伊娥”有全太阳系“最年轻的面孔”。

木星是导致它的大卫星们之间的主要不同的原因。简单的说，一个卫星越接近木星，它所受的潮汐力越强，潮汐能越大。因此，远一点的地方（比如说“卡利斯托”和“盖尼米得”）是冰冻的固体，同时更接近木星的则比较温暖。这说明了一个卫星是固态、液态或者是熔融态，决定了卫星最初的水是在一个地方保持结冰状态还是很久以前就蒸发跑进太空了，留下重物质让卫星又更大的密度。

土星

20年前，天文学家想知道为什么在所有行星中仅仅只有木星有环。今天，我们知道四个大行星（木星、土星、天王星、海王星）都有一些类型的环，但没有一个可以跟土星壮丽的环相比。华丽而灿烂地，土星的光环跨越了超过32万千米（几乎是地球到月球的距离），甚至还可以在一个小孔径的业余爱好者的天文望远镜里被看见。

土星的环首先是被伽利略看见的，不过那时他也不知道他看见的是什么。当伽利略通过一架天文望远镜第一次看见土星时，他注意到这个行星有些不一般。他宣称说“这第六个行星是三个”（即是说是一个三星）并且形容说“萨杜恩”（罗马神话里的一个老人）显然需要两个仆人在左右帮他在天堂之间来来去去。伽利略知道他在天文望远镜里所看到的不是像木星一样的球状物，但对他来说它看上去好像一个行星一边有一个小行星。在其他场合他也把这个物体描述成一个茶杯的把手或者是一对“耳朵”。

数年以后，另一个天文学家，克里斯丁·惠更斯，意识到伽利略所看到的其实是一个完全围绕这颗行星的独立的环。事实上伽利略没有成功的辨别这个环也许是由于他早期望远镜较差的光学成像质量，也有可能是由于之前从没人看到过在行星周围有环，所以伽利略的头脑无法向他解释他所看到的是什么。

从地球上看，土星显现出有3个环。它们被简称为A环（外层）、B环（中间）和C环（内层）。最宽的B环和A环被一个称为“卡西尼环缝”（来自发现它的天文学家）的缝隙所隔开。它宽得足够放下月球，并且可以在中口径的业余爱好者的望远镜里被看见。C环由于它那纱状的、半透明的外貌，因而也被称为“纱环”。

在1980到1981年间，“旅行者”号到达土星后，土星环更完整的结构开始展示在我们面前。在地球上看见的3个环变成了成百上千个小环。接近看，土星的环像一个留声机唱片。另外，“旅行者”号还发现了地球上从没见过的新环，包括一个像散开的女孩头发的神秘发辫状物体。

虽然土星的环看上去像一条跑道或一张CD，但它不是固体整盘。很早我们就知道这些大大小小的环不是固体的盘，而是由上百万的脏冰块构成。它们中有沙粒般大小的颗粒，还有小房子般大小的冰山。每一个物体在这暴风雪中运行就好像一个微小的行星在它自己的轨道上运行。与行星绕着太阳运转一样，离土星越近的环里的小颗粒或大石头运动速度越快。有的环绕速度可以高达8万千米/小时。对于我们的眼睛来说，所有的迷你卫星像风扇扇叶一样快速旋转而模糊，形成了我们所谓“环”的美丽装饰品。

土星的B环有轮辐。在土星宽广的中层环上飞行，“旅行者1号”发现显现出来的有暗的轮辐状的条纹。科学家们认为这些轮辐可能是被土星磁场俘获并被迫在自旋的同时绕着这颗行星运行的带静电的尘埃悬浮在环上面造成的。

除了约4830千米宽的卡西尼环缝外，其他在环内部的缝也是可见的。同时，天文学家意识到这种分离不仅仅是环系统的暂时特征，而是土星几个卫星的引力牵引的直接结果。某几个卫星间的作用力担当看不见的行动者，清理掉离土星某些距离的某些区域的环物质，于是产生了环缝。

“旅行者1号”在A环的外侧较远处发现了一个很薄的环，科学家们对于它能存在感到十分惊奇。理论上组成它的岩石块和冰块应该在很早以前就散开，消失在太空中了。然而当太空船近距离看时竟发现了2个很小的卫星，环的一边一个。被形象地叫为“牧羊卫星”的两颗卫星扮演着牧羊犬的角色，用它们的引力把成群的开始向外逸散的环中的粒子物质拉回环中。

在伽利略第一次发现土星那令人迷惑的外形后2年，他更加迷惑了，因为他发现这个行星的“仆人”或“附属物”完全消失了，在望远镜里仅留下一个圆圆的行星。今天，我们知道每过15～17年当环的边缘朝向地球时，这环看上去就像是消失了一样。这上天的魔法骗局是可能实现的，因为这个环虽然有32万千米宽，但是仅仅只有不到30米的厚度！在地球上去试着看环的边缘就好像在30千米外看唱片的边缘一样！最近一次环的边缘朝向地球是在1995年。

每一个物体都有一个假象的表面叫“洛希极限”。在这个表面内，中心物体产生的潮汐力大于其他物体自身的引力。因此，在土星的洛希极限内任何进入的物质都不可能聚集成卫星，一定只会保持独立的小块。在某些情况下，冒昧地进入洛希极限的物体甚至会被潮汐力撕成碎片的，于是环产生了。

跟木星一样，土星也是一个被云覆盖的大行星，有上千千米厚的大气。同时，跟木星一样，土星几乎全是由自然界2种最轻的元素构成：氢和氦。土星也含有少量的重元素和较多的复杂化合物，但它的实际总密度还是比水小。这意味着，找一个足够大的浴缸，土星会像放在一杯热可可里的软糖一样上下沉浮。

虽然木星是五彩缤纷的，但土星更像一大块白色的糖果奶油布丁。从“大红斑”到它橙色和棕色的带纹，木星的大气呈现出生动的颜色的漩涡和斑点。对比之下，土星是十分柔和的。它的柔和的黄棕色云带点缀在白背景上。这种原因看上去似乎是2种因素共同作用的结果：①在土星大气高空有一薄雾层，它使得我们看这颗行星时好像透过了起霜的玻璃。②土星有更彻底的混合气候系统，所以大片的单色云很罕见。

“旅行者”号的照相机侦察到了旋转火焰状的漩涡云，很可能是下着氨水的有亚洲大的飓风。但是这种现象与土星上每30个土星年才会发生的令人不可思议的事情相比是不算什么的。

每次土星位于近日点时，它所接收到的更多的热会引发一个极大的上升气流。当大量的氨气飞快地上升到土星大气最高层时，它们就变成了数以万亿计的雪花。被超过1600千米/时的快速的气流俘获，雪花气流很快地爆发式增长为暴风雪，能包围好几倍地球面积的一个区域。看上去像一片巨大的覆盖上百万平方千米的白云，在衰减慢下来之前，这个暴风雪持续横行了几周。

跟木星的“卡利斯托”和“盖尼米得”一样，土星的许多卫星也是由冰构成的。就像土星自己的环，它许多的卫星是由冰构成的。然而，在距太阳16亿千米的地方，冰的温度是十分低的，所以这土星卫星上的冰性质跟地球上的很不一样。事实上，完全失去了它的弹性后，土星卫星上的冰像钢铁一样坚硬但也像玻璃一样脆。

在“特提斯”（土卫三）上，有一个叫“伊萨卡峡谷”的地方，它延伸出这颗卫星2/3周长的长度。“伊萨卡峡谷”也许是“特提斯”内部冷却、冻结而膨胀时裂开的一条裂缝（跟你向你的汽车的冷却系统中的水箱放了太少的防冻液所发生的一样）。

小小的土卫一是一个仅仅480千米宽的小冰球，然而它有一个突出的超过100千米宽的被命名为“赫歇尔”的冲击坑，在坑中心还有一个5千米高的山峰。不仅仅是这个特征让土卫一看上去像星战里的死亡之星，它还显示了在这样大一个卫星上可以有多大的陨石坑。如果狠狠砸上土卫一的物体再稍稍大一点，它就会把这颗卫星撞成碎片。

太阳系里的比土卫一大的卫星全是跟行星一样是球形的。但比土卫一小的卫星在形状上就是典型的不规则了。土卫一大小和更大的物体有足够的质量让它们在刚形成时保持熔化状态一段时间。在熔化状态时，引力自然的把它自身塑造成一个球形。更小的卫星（比如小行星和彗星）决不会经过一个熔化阶段，所以形状不规则。

土卫一的许多地表特征已经被天文学家根据亚瑟王的传说而稀奇古怪地命名了，包括“圭尼维娅”、“兰斯洛特”、“梅林”，当然还有亚瑟王自己。

“恩克拉多斯”是土星的另一个有陨石坑的冰卫星。它上面也有一个又长又宽的条状区域，看上去就像是一个巨大的舌头伸出来把这部分舔干净了，除去了所有细节一样。这个区域的边缘甚至分布着一些一半完整一半消失的陨石坑。特大的地外宇宙尺度的雪可能不是假设了，科学家们认为在这里，这颗卫星的冰在过去至少溶化过一次，爆发式的涌出来冲过这片地形。热源来自哪里呢？也许是来自土星潮汐的拉扯。

土卫八是一个两面的世界。在太阳系里土卫八是最奇怪的地方之一。它有大约1400千米宽的一面半球是覆盖着冰，像新下的雪一样亮；然而反面半球的很大一部分比沥青还暗。天文学家推测这种很暗的物质可能是某些有机物质（就像焦油），受土卫八和土星之间的潮汐热的影响，不知何故从这卫星内部深处涌出。

土卫七大约有260千米宽，看上去像一个汉堡包和一个冰球的交叉部分。它的完全不像球形的形状可能是因为远古时的一次撞击撞掉了它一块或者更多部分，并把剩下的炸进一个蛋形轨道里。它不对称的形状和奇怪的轨道造成土卫七十分混乱的旋转速率以至于在它上面每一天的长度都在变。如果较长的天都是周六和周日，那这也许不是一个很糟的住处。

“泰坦”，土星最大的卫星，是太阳系里第二大的卫星（仅次于“盖尼米得”）。直径5100千米，“泰坦”比水星和冥王星大。它不仅仅是一个只有行星般大小的星体，它也有一个行星的典型特征：大气。事实上，“泰坦”大气的厚度是地球大气厚度的2.5倍。当“旅行者”号飞过“泰坦”时，科学家们希望能看到它的深藏不露的奇异外貌，但他们所能看见的只是隐藏在一层毫无特色的橙色雾里的球。有丰富的甲烷（就是我们通常所知的天然气），“泰坦”的大气受太阳光推动，制造碳氢化合物的烟雾。一些科学家推测再过几年有机化合物的雾会通过大气渗透下去，并在“泰坦”的地面聚积形成橙色的泥状堆积物。其他人则假设乙烷云会降落到液态甲烷形成的海或者湖。

最近，天文学家已经用哈勃空间望远镜来透过“泰坦”的遮挡烟雾看内部。在特殊的红外波段，大气变得稍微有点透明，能瞥见地表了。迄今为止，明暗特征已经描绘出来了，但对于16亿千米远的东西，即使是“哈勃”也无法把细节处理得足够好让我们能判断出我们看见的是什么。

21世纪早期，“卡西尼”号太空船预定将航向土星。主航空器将进入沿着巨大环的轨道。惠更斯号探测器将脱离母船，借助降落伞进入“泰坦”的神奇的大气里。然而探测器上不会携带相机（由于预算原因而减掉了），其他的仪器将会告诉我们这个不一般的卫星的更多的气候和化学组成信息。

在遥远的未来，“泰坦”会成为一个有趣的居住地。离太阳几乎有16亿千米远，“泰坦”的温度不会很温和，一点也不让人奇怪。观测者和电脑模型假设地表温度读数大约在－156℃。然而在过40亿～50亿年前事情也许完全不一样。随着我们的太阳变老，它某一天会变成红巨星，吞没并烧焦水星和金星、蒸发掉地球上的水。这种让地球不再适合生存的变化也许会促使“泰坦”变得“繁盛”。“泰坦”的组成在科学上是令人着迷的，因为“泰坦”是真正的有机化合物实验室，含有大量的科学家们坚信的地球生命开始出现时存在的分子。如果“泰坦”的温度能有效地上升，一些有趣的进化（先化学后生物）就可能发生。这样当我们古老的居住地不再适合居住时我们也许就能在土星轨道上找到一个新家。

最近天文学家们利用一个特殊事件来找土星周围更多的卫星。每15～17年，地球都会指向能同时看见土星环顶部和底部的方向。然后，接下来的15年我们能看见环的背面。但在这两段时间之间，有一个几周的时间，环是边缘指向地球的。在那段时间里环很薄，所以会消失。随着环明显的消失，它们炫目的太阳反射光也减弱了。这就允许天文学家去找原来没发现的微小卫星。在1995年的夏天，天文学家利用环平面转换的时机，用“哈勃”最新的锐利的眼睛去搜索出能被证明是家族新成员的物体。未来的观测等待我们确定这些。

天王星

1781年，天文学家威廉·赫歇尔在他的望远镜里发现了天王星。跟恒星不一样，天王星有一个小的圆盘，赫歇尔起初以为他发现的是彗星。然而经过仔细记录它位置的变化，赫歇尔能绘出天王星的轨道，并且发现它不是依循彗星的长椭圆路径而是行星的近圆路径——根据这个，天王星成为继土星后又一个行星。

在良好的情况下，你可以用裸眼看见天王星。在最亮时，天王星的亮度实际上在干净、黑暗、无月的晚上足够被裸眼看见。毫无疑问，好几个世纪以来，很多的人都看到过，但他们没有能成功地注意到这个行星在众多恒星间一晚接着一晚的缓慢运动，所以也就没意识到它是行星。

赫歇尔，第一个正式发现一颗行星的人，觉得他应该有权利给行星命名。如果坚持他的做法，行星（由内向外）就会是“墨丘利”（水星）、“维纳斯”（金星）、地球、“玛尔斯”（火星）、“朱庇特”（木星）、“萨杜恩”（土星）和“乔治”（天王星）。虽然是在德国出生的，但赫歇尔发现天王星时是在英国生活，并且，作为王的忠诚的子民，他认为把他的发现根据当时最近的君王——乔治三世一命名为“乔治王之星”是一个英明的决定。在赫歇尔的努力下，他试图成功地让这个几年前丢掉美洲殖民地的人获得了一个完整的新行星（虽然不能否认那是一个很难收税的地方）。其他的天文学家（特别是法国天文学家）不知何故反对英格兰国王得到这个行星，所以，最终这个新地方被命名为“优利纳斯”，即罗马神话里“萨杜恩”的父亲。

即使在地球上最大的天文望远镜里，天王星看上去就跟一个蓝色的小点一样。其实不是这个行星真的小（实际上它的直径大约是地球的4倍），只是因为在29亿千米的平均距离下，任何东西看上去都很小。当“旅行者2号”1986年靠近天王星时，科学家们希望能看见细节。但是虽然天王星在“旅行者2号”的相机里变大了，它仍然是一个毫无特色的圆盘。

在离天王星最近的时候，“旅行者2号”终于能看见类似于地球上的雷暴的复杂的巨大云状物体的顶部（但可能没有雷和闪电）。每一个都差不多有美国这么大。近几年，“哈勃”有时观察到了类似结构的云，但更多的时候，天王星在视觉仍是很平静的。土星的云上有高空雾层的存在给了它一个比木星更平静的外貌。然而在天王星的情况下，情况更极端。事实上，除了薄雾外，太阳的紫外射线在天王星云上创造了一层厚的乙烷雾，通过这个我们看不见什么细节。

虽然地球转动轴的倾角有23.5°，但天王星的轴是令人难以置信的超过了97.9°。这意味着这颗行星的轴几乎是躺在轨道平面上的。结果，天王星绕太阳运动时就是侧对着太阳的。许多天文学家猜测天王星奇特的倾斜性是大质量物体在太阳系早期碰撞的结果——把天王星撞得“躺”下了的碰撞。

天王星的轴倾斜97.9°导致每42年指向太阳的磁极会交换。换句话来说，在天王星两个磁极附近的地方，极夜和极昼会分别持续42年。同样的，夏季和冬季会持续等长的时间。然而，由于大气循环的急转，冬天比夏天要稍微暖和一点，虽然两个季节在云顶层温度都是很少超过－101℃的。

像木星和土星一样，天王星是另一个被由氢和氦组成的云所包围的世界。然而，它的大气也有微量的甲烷气体。甲烷吸收红、橙、黄光同时散射蓝光到我们眼里，因此让这个行星显现出蓝色。

1977年，天文学家正在观测天王星，等它从一个遥远的恒星前通过。在这个过程中当恒星被天王星挡住后它的光会变暗，科学家可以趁机推断出一些关于天王星外部大气的结构的结论。然而，在行星和恒星成一条直线之前，恒星的光闪耀了几次。天文学家们恰当地推断出这个现象是因为围绕在行星附近的很薄很暗的环状系统引起的恒星光的“蚀”。这个过程就像期望的一样在恒星通过行星后面时又重复了一次。从闪耀的次数和持续时间来看，天文学家估计天王星被9个很薄的环围绕。

1986年，达到我们才第一次真正地看见了天王星的环。“旅行者2号”接近到足够距离去高清晰地绘出天王星的环。为了能这个目的而特别制定的计划下，科学家们仔细地决定“旅行者2号”的位置，让它能看见另一颗恒星从天王星环后面掠过。“旅行者2号”的照相机确定了蜘蛛网般的很薄的环，并且增加了地球上没发现的特别模糊的第十号环。“旅行者2号”同时也证实了一个很好的关于为什么这些环在地球上从没被真正观测到过的假设。不仅仅是因为它们很薄，而且它们全跟木炭一样黑。一个可能的假设解释说这些组成环的粒子也许涂上了一层当太阳光照射时就会变暗的甲烷冰外衣。跟木星和土星的环一样，天王星的环被束缚在行星的赤道面上，所以它们跟天王星一样，以一边绕着太阳旋转。

天王星有一个我们已经知道怎么摇摆的磁场。地球、木星和土星，它们的磁极非常接近行星的转动轴。但是天王星给我们证明了不是所有都是这样的。天王星的磁极与它的转动轴有59°的夹角，只要天王星转动下去，我们就能重复看到2个磁极。

像木星和土星，天王星上不同纬度的地方旋转速度不一样，所以仅仅是一天有多长就决定于你在哪里。但天王星是完全没有特色，以至于科学家们经常用磁极的转动速度当它的转动速度。实际上这也从一个方面说明了这个行星的核转动得有多快，磁极也被这熔融的铁芯所束缚。然而我们不能直接看见内部的核，“旅行者2号”上叫磁力计的仪器能感应出天王星的磁场并绘出磁场图。

1787～1948年，天王星5个最大的卫星在地球上被发现了。1986年，“旅行者2号”在这个行星的飞越点上发现了10多个以113千米到不足32千米的距离排列的卫星。

在太阳系所有的卫星之中，天王星的“米兰达”是最大的无主珍宝。然而“米兰达”直径仅仅大约480千米，在这个微小的地方的边界到处是悬崖、绝壁、峡谷和只能被描述为混乱的地形。科学家们相信在早期“米兰达”至少被一个质量大到可以把它撞成碎片的物体撞过一次。在碎片间的引力作用下它们有重新合在一起了，但不是依照它们原来的排列，因此产生了一个类似于三维七巧板的卫星。

“米兰达”的冰的悬崖不仅是地质奇迹，几乎没有地质特征能与“米兰达”上的垂直冰的悬崖相匹敌，其中最高的一个，维罗纳·鲁比，高14.5千米，并且宣称是太阳系里最峻峭的落差。如果你在山顶跨一步到太空中，你会发现这个小星球的引力是如此的小以至于你得花接近半个小时才能到达谷底。

海王星

在天王星发现后1个世纪里，当这个行星绕太阳运行足够远的距离后，天文学家发现它没有按他们所预计的那个轨道运行。一个叫J.C.亚当斯的刚从剑桥大学毕业的英国天文学家，计算出这颗行星不正常的行为可以解释为在天王星更远处有另外一个行星在用它的引力牵引着天王星。亚当斯甚至算出这个未知的行星可能出现的位置，但是在英格兰没人愿意去找它。一年以后，一个叫U.李维尔的法国天文学家独立地做了同样的计算得出了同样的结果，但是也没有一个法国天文台为他找这个行星。失望之余，李维尔把他的计算结果在1846年秋天带给德国柏林天文台的天文学家J.G.加勒。加勒把他的望远镜指向那片天区，在第一晚就找到了这颗星。

海王星是深蓝色的，所以用海神的名字命名。像天王星一样，它的大气包含了甲烷气体，这种气体吸收太阳光谱中的红光并把其他的反射到我们这里，让海王星成为了深蓝色世界。然而，与天王星不一样的是，海王星的大气不是被一层厚厚的雾挡住的，有时会显示出一种难以置信的动态排列特征。

1989年，“旅行者2号”飞过了海王星并拍到了一个巨大的盯着右后方的黑蓝色“眼睛”。被称为“大黑斑”的这个东西足足有太平洋般大，并且已经确定它是一个巨大的暴风系统，在海王星顶部的云盘弄了一个很深的“井”，让我们能通过这里窥探到更下面的更暗的深蓝色云层。“旅行者”号单独成像的大黑斑的定式影像显示了它的流动性。实际上，随着时间的流逝，它也会改变形状，时而长时而短，时而圆时而扁，总之，看上去像一条“巨大的蛞蝓”。

除了大黑斑，“旅行者2号”也发现了一个被科学家们称为“小黑斑”的一个比较小的黑斑。更进一步地受海王星大气上白色的云一直聚集在这深蓝色“井”中间的启发，科学家们给这个现象取了一个“巫师之眼”的绰号。由甲烷冰晶体构成的白色的云，跟地球大气上部的卷云（就是所谓的马尾云）很相似。另一个突出的白色云因为它绕着海王星跑得比其他的云都快，被取了“海王星风暴”的绰号。“旅行者号”拍到了投影在深蓝色云层顶部的白色条纹。它们是可以从纽约延伸到巴黎的由甲烷冰晶体构成的巨大云层。

木星上的急流速度在480千米/时以上，在土星上的则超过了1600千米/时，然而海王星的喷流最高速达到了令人惊骇的2250千米/时——太阳系里最快的风。如果地球上有这么强的急流，它会在仅仅2个小时内横扫美国。

1994年，维修过的“哈勃”提供了自从1989年“旅行者2号”飞过海王星以后的第一张海王星的特写图案。这幅图显示了很多戏剧性的变化，包括海王星北半球完全消失的大黑斑和南半球突然出现的一个同等大小的黑暗风暴！一同消失的还有“巫师之眼”和海王星风暴。“哈勃”所得到的更多的最近的照片暗示海王星不知为什么可以在几周这么短的时间里经受如此猛烈的变化。但是最新的图片显示海王星在变得更安静更温和。“哈勃”1995～1996年的照片显示所有的大的小的暗斑全消失了，海王星大气里只有那些很亮的云还在。

当1989年“旅行者号”到达海王星发现非常活跃、有好几个黑暗风暴的大气层时，太阳正处于太阳黑子周期的极大年。到90年代中期，海王星的大气已经没有风暴时，太阳黑子周期也正处于极小年。这之间有联系吗？接下来这几年“哈勃”更多的观测会告诉我们答案的。

从1612年12月开始，在伽利略的笔记本里有一幅木星和它4个最大的卫星的素描图。同样包括了一个他认为是恒星的物体。如果他更仔细地观测一下，他会发现这个物体每晚上在缓慢移动进而意识到这是一个行星。如果这一切发生了，这个太阳系第八号行星就会在第七号行星之前被发现了。

在海王星和它的卫星所处的离太阳48亿千米的没有太阳温暖刺激的地方，科学家们几乎不期望能找到有活动迹象的地方。然而，海王星和它最大的卫星“特赖登”没有让科学家们失望。“旅行者2号”和“特赖登”相遇后，喷射推进实验室的地质学家Larry Sodelblum在记者招待会上以“太阳系尽头是多么遥远啊！”作为开场白。这个直径2700千米的粉红和灰白的世界有变化多样的地形。在几处有宽480千米的交叉过陨石坑地形的冰封谷，并且整个半球看上去是被一种像哈密瓜外皮一样的地形所覆盖。它的形成原因仍然困惑着科学家们。

在“特赖登”背面半球上，有一个很大的几十千米长的暗条纹群。在一些条纹内部的运动被看见以前，这些奇怪的特征一直令科学家们困惑。“旅行者2号”发现了大量的喷出氮烟雾的活动喷泉。这些烟雾被风吹着形成了很长的暗条纹外貌。

在－240℃左右，“特赖登”的表面是到现在为止太阳系里最冷的地方。表面覆盖着冰的地表也反射90％多的照射到这上面的微弱太阳光，使“特赖登”成了太阳系里最亮的地方。

当“旅行者2号”最初于1977年从地球发射时，它的主要目标是木星和土星。科学家们知道可以利用非常难得的行星相对位置的机会把“旅行者”号送到天王星和海王星那里去，但他们不相信用60年代末的技术在70年代初建造的太空船到了这些行星附近时还可以工作。然而，到1986年为止，当它到海王星时，“旅行者”号工作状态仍然良好。然而，在“旅行者”号从天王星传回有用的信息以前，有一个需要解决的问题：由于离太阳太遥远，在海王星上的光强仅仅是地球的0.025倍。为了得到效果较好的照片，必须进行长时间曝光，照相机必须要在太空船运动时对行星进行跟踪。

当“旅行者”号离开地球时，它仅仅带了刚好够它这漫长旅行的燃料。但科学家们利用170年以上才会出现一次的巨行星罕见的位置排列和重力援助技术。重力援助是在太空船以恰当的距离和角度经过行星时起作用的，让太空船改变航线，到通往下一颗行星的航向上。

“旅行者”号经过木星时恰好以一个特殊的航向，可以让这颗巨行星的引力改变它的轨道，把它送上当它到土星轨道时正好遇到土星的轨道。轮到土星时，土星也扮演同样的角色，把它送到5年后几十亿千米远与天王星相遇的航道。天王星也同样如此让太空船和海王星相遇。所有这一切仅仅需要一点点的火箭助推来微微调整飞行方向就可以实现了。在电脑精确导航的情况下根本不需要发动机来进行调整。在这样精确的设计下，天文学家看见了4颗行星和更多的卫星，而不是2颗。做到这一切的技术相当于在35千米长的台球桌上打台球。

美丽的土星环

自从1610年伽利略发现土星光环以后，人们又陆续发现了其他一些行星的光环。在这些光环中，最为神奇的，要算是土星光环了。

从土星光环被伽利略发现之后，观察、研究土星光环的工作就一直没有放松过。1675年，法国科学家卡西尼发现土星光环之间有一圈又细又暗的缝隙，人们将其命名为“卡西尼环缝”。最初，人们只发现了土星的3个同心光环，即A环、B环和C环，又称外环、中环和内环，卡西尼环缝就在A环和B环之间。后来又发现了D环和E环。之后，新的发现层出不穷，在B环和C环之间，发现了法兰西环缝和A环之间，发现了恩克环缝。1979年，“先驱者11号”宇宙探测器又发现了F环和G环。F环与A环之间的空隙，被命名为“先驱者环缝”。这样，土星的光环就增加到了7个。

可是在1980年11月12日，当人们看到“旅行者1号”宇宙探测器发回的土星照片时，照片上的土星光环让人们大吃一惊，它远比人们在地球上观察到的要复杂得多。人们用望远镜看到的那几条大光环，原来是由数以百计的小光环组成的，小光环里还有更小的光环。就连在卡西尼环缝里，竟然也发现了20多条地球上看不到的光环。发现不到1年的F环，原来也是由F－1和F－2两条光环组成的，奇怪的是，这两条光环像发辫一样由几股细环扭结在一起。光环的形状还有螺旋形的、轮幅状的。环的大小相差极为悬殊，最小的连环与环之间的界线都分不清。人们还发现土星的光环是由细小的冰粒或带冰壳的岩石颗粒组成的，它围绕着土星旋转。

“旅行者1号”宇宙探测器还发现了3颗新的土星卫星，这样，土星的卫星就有15颗了。有趣的是，在F光环的里侧和外侧各有1颗土星的卫星，一个是土卫14，一个是土卫15，它们像牧羊人保护羊群一样，把F光环夹在中间，有人便给这两颗卫星取了个动听的名字——“牧羊人卫星”。

寻找土星光环的工作并未就此停止，1983年，美国天文学家明克预言，在离土星85万～115万千米的地方可能还有光环。事隔1年左右，印度天文学家按图索骥，果然在这里找到了一些土星的外环。

木星和它的卫星

木星号称“行星之王”，是太阳系所有行星中最大的一颗，也是除金星之外天空中最亮的行星。它的直径约有14.3万千米，是地球的11倍之多。地球只拥有月球一颗卫星。木星却拥有木卫一、木卫二、木卫三和木卫四四颗卫星。其中，木卫一和木卫二最具特色。

木卫一上的火山

木卫一是400年前由伽利略最先发现的。木卫一表面的火山很活跃，是太阳系内火山运动最剧烈的星体之一。有科学家认为这是木卫一距离木星最近，因此同木星之间发生的交互作用也最强的缘故。木卫一上火山喷发时的温度高达1600多摄氏度，而地球上火山喷发的最高温度也不会超过1000℃。对这种差异，科学家们至今没能做出合理解释。

木卫二上的冰川

令科学家们困惑的是：与木卫一上火山剧烈喷发的情景形成鲜明对照的是木卫二上冰川堆积，寒冷寂静。木卫二的地势非常平坦，最高的丘陵才50米。它的表面覆盖着一层晶莹剔透的冰盖。科学家经研究推测，木卫二有一个带冰壳的固体核心，而且在冰壳和核心之间，可能有一层液态水。正是这种构造，形成了木卫二上平坦的冰川地形。

木星大红斑与土星的光环的奥秘

1975年，美国所发射的木星探测器拍摄到了木星外形的彩色照片。人们从照片上发现，木星表面有一个色泽鲜艳的大红色斑，处于木星的南半球。这个大红斑的位置并不是固定不变的，而是在不断地移动。它的南北宽度经常保持在1.4万千米，东西方向上的长度在不同时期有所变化，最长时达4万千米左右，一般长度在2000～3000千米。

大红斑是由什么构成的

这个色彩鲜艳的大红斑立刻引起了科学家们的兴趣。它到底是由什么构成的呢？科学家们早已知道木星周围有一层很厚的大气，由氧、氦、甲烷等物质构成。但是从木星探测器所发回的资料来推测，木星的内部温度很高，从中散发出来的热量为从太阳光中吸收的热量的2.5倍。所以有的科学家就据此推测，大红斑可能就是木星内部温度最高的部分呈柱状的漩涡不断朝外喷射的地方。大红斑喷出之后，柱状漩涡与大气中的甲烷等物质产生化合作用，从而形成了橘红色的物质团——大红斑。

对大红斑的探索

大红斑位于南半球，正好在木星赤道的下方。它大得可以轻松地装下整个地球。当科学家认识到木星表面不是固态而是由液化压缩气体组成时，原来认为大红斑是山峰或高原的想法便受到了怀疑。探测表明，大红斑的形状没有太大变化，一般呈椭圆形，就像木星上长着的一只眼睛。但大红斑的颜色却常有变化，有时鲜红鲜红的，有时又略带棕色或淡玫瑰色。

土星的光环

土星是一个巨型气体行星，是太阳系中的第二大行星。土星直径11.93万千米，表面是液态氢和氦的海洋，上方同地球一样覆盖着厚厚的云层。土星美丽，是因为它拥有漂亮的光环。虽然天王星和木星也有光环，但都比不上土星的光环那样美丽壮观。

美丽的光环

土星的光环柔和、美丽，看起来就像土星的“草帽沿”，位于土星的赤道面上。2004年，美国“卡西尼”号探测器穿越土星时，用其自身携带的紫外线光谱成像仪第一次拍下美轮美奂的土星光环。科学家在分析“卡西尼”号探测器发回的土星光环照片后发现，土星的内侧光环夹杂着大量石块和灰尘物质；外侧光环则呈绿松石色，主要由冰晶构成。根据现有的资料，科学家们认为：数百万年前，土星卫星与彗星相撞，相撞产生的碎片被土星引力拉入土星轨道，从而形成了土星光环。科学家根据光环发现的顺序以英文字母A到G为光环做了命名。

光环的奥秘

尽管从地球上看，土星的光环是连续的，但实际上这些光环是由无数个微小物体构成的。这些物体大小不一，有的1厘米左右，有的几米，还有一些直径为几千米。它们都有各自独立的运行轨道。土星的光环特别薄，尽管它们的直径有25万千米甚至更大，但最多只有15千米厚。光环的倾角度每年不同，当光环的平面面向地球时，无论使用多大倍数的望远镜，从地球上都是看不到的。这种情况在土星公转一周里发生2次，而土星公转的周期是29.46年，因此从地球上看，每隔15年，土星的美丽光环就会消失一段时间。

土星的卫星

土星除了光环之外，还拥有一些卫星，截至2005年5月共发现了46颗。1656年，在发现土星光环的同一年，人类第一次观测到了土星的一颗卫星。2个世纪以后，这颗卫星才被命名为“泰坦”，这就是著名的土卫六。除土卫六外，土卫家族中较有“个性”的就是土卫八了。

“穿棉袄”的土卫六

土卫六是太阳系的第二大卫星，体积比水星和冥王星都大。可是我们却无法看到它的表面，因为它被一个非常厚的不透明的大气层包围着，就像是穿了一件大棉袄，在可见光下根本看不到它的表面。于是，科学家们不得不通过“哈勃”太空望远镜的红外线观测设备，来观测它的地表特征。土卫六的大气层非常值得关注，其大气的主要成分是氮，和地球上生命诞生初期的大气成分很相似。它的地表气压大于1.5个地球大气压，而且地表可能会存在很厚的烟雾。

土卫八的“阴阳脸”

早在1671年，土星的第八颗卫星就已经被人们发现，当时人们注意到它有一个特别之处——西边要比东边亮2个星等。今天人们通过观测发现，土卫八较亮的部分覆盖着大面积的冰层，较暗的一面则被一种类似陨石的碳化物所覆盖。有学者经过研究认为，大约在1亿年前的某个时刻，一颗彗星撞击了土卫八的东半球，冰层汽化散失了，但在以后的100万年里，粉碎的彗核尘埃物质回聚到东半球上，因此形成了现在的模样。

冥王星

19世纪40年代中期，天王星奇怪的偏离正常轨道的行为导致了海王星的发现。然而到了20世纪早期，天文学家们测量出海王星的轨道也偏离了正常轨道，所以大家自然就假设在海王星外还有一个行星。经过长时间系统地寻找，小小的冥王星被美国亚利桑那州弗拉格斯塔夫市的罗尼尔观察站的天文学家Clyde Tombaugh找到。起初，Tombaugh简单的把它叫做X行星。全世界的人们给它提了很多正式的名称，但国际天文联合会最后把它正式定为“普路托”（冥王星）。“普路托”事实上是英格兰的一个小女孩起的，不是来自米老鼠里那只狗的名字。但因为“普路托”是希腊神话里地狱的神，因此看上去很适合作在如此遥远如此黑暗的地方的行星的名字。

半径仅仅略多于2250千米（比纽约到丹佛的距离还要短），冥王星成为太阳系里最小的行星。事实上，冥王星比月球、伊娥、欧罗巴、盖尼米得、卡利斯托、泰坦和特赖登这7颗卫星还要小。到现在为止，“哈勃”只给了我们很少的关于冥王星的细节。冥王星实在是太远太小了，以至于在地球上最大的望远镜里看上去跟一个斑点差不多。在我们地球纷乱的大气层外的“哈勃”最近能分辨出冥王星地表的一些细节。在这里，地表上最大的特征也被描述为明暗的光斑。它们真正的地质特点要等某一天太空船去观测。

在1989年“特赖登”的大量数据开始从“旅行者”号传回来时，科学家很快注意到了“特赖登”和冥王星之间的一些基本的相似之处。“特赖登”直径大约2730千米，同时冥王星半径是2250千米多一点。它们的密度也十分接近（都是水的2倍）。另外，这两个天体大部分的轨道上离太阳的平均距离差不多。所有的这些导致的结论是如果有一天我们我们发射一个太空船到冥王星去，我们会发现一个跟“特赖登”差不多的天体。讽刺的是，当“旅行者”号和“特赖登”相遇后，科学家们多多少少开始认识到冥王星的不同。现在“特赖登”已经证明它自己有迷人的，多种多样的地形和活跃的地质与气候。冥王星也开始被很多人认为是潜在的更有趣的地方。几个发射小型太空船到冥王星去的计划已经提到议事日程上了。在21世纪前20年里，我们也许可以与这个遥远的天体做第一次亲密接触。

如果你叫70年代入学的人一次说出全部行星的名字，他们很可能会说：“水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星”。然而，这个答案彻彻底底是错的。还有一种情况。冥王星的轨道是十分扁的椭圆以至于这颗小卫星会周期性的比海王星离太阳还近。从1977年开始，冥王星已经比海王星更接近于太阳了，直到1999年海王星再次处于第二远的地位。所以在1999年，小记忆术“My Very Educate Mother Just Send Us Nine Pizzas”将再次帮助你以正确的顺序记住九大行星（现冥王星已不在列入太阳系行星行列，故太阳系现有八大行星）的名字。（然而应该注意的一点是，海王星和冥王星的轨道并不交叉。因此，说近期它们会相碰是不可能的）

冥王星既不像原来认为的那样大，也不像原来认为的那样亮。70年代以前印刷的天文教科书都把水星列为最小的行星。但这是建立在对冥王星不正确的假设上的。天文学家假设冥王星没有卫星，所以把来自天空中那个斑点的所有光线都认为是来自冥王星的。然而在1978年，一颗围绕着冥王星旋转的卫星被发现了。科学家们意识到以往部分归于冥王星的光线和体积现在必须轨道它的卫星身上。冥王星“普路托”是以地狱的神来命名的，所以它的卫星当然就命名为“卡戎”——把死去的灵魂摆渡过冥河的艄公。

冥王星和“卡戎”看上去更像小型的双行星系统而不是一个行星和它的卫星。直径分别为2300千米和1200千米，冥王星和“卡戎”在体积上比太阳系里其他行星和它们的卫星都接近。此外，它们间的距离只有1.93万千米，使它们看上去向一个由一个无形的轴连接着在太空里翻滚的小杠铃。

在发现冥王星后不久，一些科学家们提出疑问说冥王星的质量太小了，不足以解释天王星和海王星所有的轨道偏移。他们猜测冥王星外还有一颗第十行星。既然九号行星现在有了名字，在第十颗行星就应该被称为X行星，并开始搜索。几十年间，世界各地的天文学家们仔细的搜索了天空来找这个难以捉摸的物体，但都失败了。最终，在1992年他们知道原因了。加利福利亚喷射推动实验室的一个科学家复查了一下旧的天王星和海王星的资料，发现它们没有被正确分析。修正这个错误后，他发现天王星、海王星和冥王星的存在恰好解释外层行星的轨道偏移。再也没有人有好的理由去找第十号行星了，因为它根本就没存在过。

然而，一些科学家仍然相信在冥王星外有被冰覆盖的物体。那些物体直径不是几十就是上百千米，就像冥王星和“卡戎”一样。你可以叫它们小行星、“冰侏儒”或者其他的更带有口头语言的名字。如果它们存在，冥王星也许某一天会被看做这些太阳系里的流浪者里的最大和最近的一个而已。1996年，一个被命名为1996TL66的这样的物体被发现了。它的直径480千米。更多的发现很可能接踵而来。

太阳系外的世界

什么是恒星？恒星是依靠自身内部核反应产生的能量维持生命的气体天体。

与太阳白天在天空中运行一样，恒星在夜晚穿过天空。每天太阳看上去东升西落，当然这只是现象，这实际上是地球自转造成的。当然夜晚恒星也表现为如此的运动。这种感觉就像是在一个巨大的旋转木马上，你感觉自己没有动，而是周围的东西在绕着你转。这种假象，使许多古人相信地球是不动的，这个宇宙都围绕着地球运动。

在夜晚恒星的视运动似乎比白天太阳的运动显得复杂。在晴朗的夜晚到户外找一颗在东方地平线附近的星。过1个小时左右你再出去看看它，那颗星已经升高了（就像早晨太阳从东方升起）。而在这1个小时里，西边的星也会落得更低了，南方的星也是从左到右穿越天际。这种独立的恒星的运动就是由地球自转造成的恒星视运动。因为地球绕过北极星附近一点的轴自转的，所以天空中所有的恒星看起来都是绕北极星转的。

你只需要一台35毫米相机和一个三脚架就可以拍到恒星的周日视运动。你只要把相机对着天空的任何方向，但为了得到最好效果，请指向北极星。用便宜的敏感胶卷（ASA或ISO 200就可以），挑一个晴朗无云，风也不大的夜晚。把相机固定结实，光圈调大，镜头调到最大，把快门设为“定时”，然后曝光1～2小时。洗出来后，你会看到照片上每颗星有一条曲线的痕迹。每条轨迹都是地球自转时恒星在天空中扫过的轨迹。如果你把相机指向南方或东方、西方的地平线你同样可拍到恒星是运动的照片。如果你使用的是彩色照片，你还能拍到亮星的不同颜色。

晚上用肉眼你能看到多少恒星？要看你观测地的天空的晴朗和黑暗的程度。在纽约或东京的市区，你能看到几十颗星就是很幸运的了；但是在乡村晴朗无云的夜晚，视力好的人凭肉眼就可以看到3000多颗星。

从新石器时代，人们就试图破解天上秩序的本质了。第一眼看去，漫天星斗乱作一团，都慌里慌张地在天空中穿越。你的第一反应很可能是想知道天文学家如何找到星星各自的路，并把一切搞懂的。再看看，情况并非那么糟糕。你的眼睛和思想已经配合在一起，下意识地在星之间连成图案，结果就是做了一个简单的“连点成图”的智力游戏。在有文字记载以前人们就开始这么做了。今天我们根据这些图案或者说是星的分组划分了星座（constellations，来源于拉丁语的“cum”和“stella”意思分别是“在一起”和“恒星”）。

对许多早期居民，星座的图案都有特别的意义。祖先们很快就注意到恒星在天空中不断运动，而且同一星座在天上的位置在每年同一时刻是不变的。因此星空成了最早的时钟和日历。它告诉可以识别星座的人何时可以播种、何时可以收获以及何时可以捕获迁徙的动物。可以不夸张地说，对我们的祖先来说天象知识关乎生死。

在一些文明里，具有天文知识就意味着拥有力量。古埃及的大部分经济都依赖尼罗河每年一次的大水，以及大水退去后留下的肥沃土壤。每年，埃及的预言家们回去拜访法老，并准确地预言如此重要的洪水何时会发生。他们似乎享有神灵们妻子传达的神谕。事实上，他们不过是一些细心的天象观测者。他们注意到了天狼星正好在日出前升起那天后，尼罗河的洪水就快到了。所以他们每天严密监视拂晓前的天空。如此一来，他们使人们相信他们据有掌握国家命脉乃至超越法老的魔力。

现代天文学家们把天空划分成88个星座。现在全天被分为88区域，叫做星座。很多人把星座画成以星为端点的短线组成的图案（而不是连点的图）。对天文学家而言，星座更像是国家的疆界。就好像美国分成48个州，任何一个城镇都可以用它所在的州描述。所以全天分为88星座，任何一颗星都可以用它所在的星座描述。星座本身并不包含科学知识，它们只是人为强制画出的边界。如果一个天文学家谈到他的研究对象属于某个星座，其他天文学家就可以从中获得正在谈论的天区的大概情况。

星座的名字并不是通常想象到的东西。当让一个人说出个星座名称时，大勺子可能是他的首选。说出来可能会使许多人大吃一惊，不过在88星座中确实没有大勺子，也没有小勺子。它们都是某个星座的一部分，“大勺子”是大熊星座的一部分，而“小勺子”是小熊星座的一部分，没有勺子单独构成的星座。这些在天空中已被识别的形状叫做星群。在中国古代，天空不是划分为88星座的，而是分为300多个星群。有些是小组恒星，而有些是1对或单独的1颗亮星。

黄道星座是其中比较著名的一组星座了。在西方传统中，黄道星座是环绕天球一整圈的一组共12个星座。黄道十二星座包括：双鱼座、白羊座、金牛座、双子座、巨蟹座、狮子座、室女座、天秤座、天蝎座、射手座、摩羯座和宝瓶座。英语中Zodiac（黄道）一词来自希腊语，意思是“动物的带”。黄道十二星座中大部分为动物，但双子、室女、天秤、宝瓶都不是动物，而射手座通常也绘成半人半兽。

黄道十二星座对天文学家和占星学家都是很有意义的。黄道星座十分著名就是因为太阳、月球和可见的行星都在这一区域内运行。对占星学家们这个区域之所以重要，是因为他们把这些神圣的天体在某一星座的出现看做是对这一星座的影响。对于天文学家来说，这个区域提供了一个了解太阳系形状和物理性质的视角。黄道星座占据了天空中相对狭窄的一条带，这提供了许多关于太阳系形状的信息。它说明太阳系一定是比较扁平的。从另一个角度说，这意味着太阳系所有的行星轨道和月球的轨道都近似在一个平面内。事实上，除了冥王星其他行星的轨道平面的夹角都很小。换句话说，太阳系的形状就像是一个以太阳为中心的煎饼。这是由角动量守恒这一自然法则决定的结果。我们在观测其他恒星周围类似太阳系结构的形成过程中，也看到了类似的盘状结构。

一些星座是古代的，还有一些是现代的。一些星座如狮子座可以追溯到古埃及的法老时代。另外一些星座是1600年左右由两名荷兰旅行家Pieter Keyser和Frederik de Houtman命名的，这些星座主要分布在南半球。当时他们在作环球旅行，看到了在欧洲不曾见过的星空，然后创造了一系列极具想象力的动物的名字给这些星座命名。1个多世纪后，Nicolas de Imcaille为了纪念一些在工业革命中发明的工具，把南天一些零散的星组成了新的星座：熔炉座、唧筒座和显微镜座。当然，很早以前南半球的土著民对自己头顶的星空也有自己想象的图案，那是他们的星座。

在安第斯山脉的居民中，有些星座是暗的而不是亮的。在南美洲安第斯山脉，在一定的时间银河看上去是一条跨过头顶的明亮的带，上面交错着斑斑点点的暗的洞或条，这是宇宙中暗尘埃遮挡星光造成的。安第斯山脉的居民不仅创造了由恒星连线组成的星座图案，还特别创造了以这些黑暗区域形状想象出的暗星座。因此我们在一些地方能看到这样的“黑暗星座”：狐狸座、母鸡座。有一个叫做美洲驼的星座，它是由1块黑暗区域和2颗亮星组成的，半人马座的α和β被当做了美洲驼的两只眼睛。

有些时候相同的星组成的图形在不同人的眼中是不同的。非土著北美居民眼中的大勺子被英格兰人称为耕犁，而被中国人想象成有三匹马拉的四轮马车。在一些土著美洲部落，大勺子的斗被想象成一头熊，而勺柄被想象成在追逐猎物的猎人们。（视力好的人可以看出勺柄中间的那颗星实际上是2颗星，它们在天空中看起来太近了，因此这2颗模糊的星被看成一个猎人带着烹调用的罐子。）在西方人眼中，天空中那条由星组成的曲线是天蝎座；而在波利尼西亚土著居民眼中，那是被Maui神掷到空中的大鱼钩。Maui神就是用这个鱼钩把土壤从深海钓起，形成了太平洋上美丽的岛屿。

当被问到天空中最亮的星时，许多人会回答“北极星”。这是一个普遍的概念性错误。在亮星列表中，北极星勉强能排近前50名。北极星有名不是因为它出奇的亮，而是由于它在天空中独特的位置。在目前这个时期，北极星是最靠近北天极的星。北天极在地轴的北极方向，因此，随着地球自转，所有恒星看上去都缓慢地绕着北天极在转动。结果就好像所有星都在绕着北极星转动，而北极星在天空中的位置基本不变，它总是指向北方的。

北极星曾经不在北天极附近，也不会永远在那里。北极星近似地在地球自转轴所指的点。随着时间的流逝，地轴也会慢慢地摆动，就像一个旋转的陀螺，这种运动叫做岁差。岁差变化很慢，一个周期要26000年。它是地轴在这26000年间在天空划一个很大的圈。目前地轴指向北极星，但是过去和将来，我们的北极星将不是现在这颗星，而是一颗在岁差圆上或其附近的星。在法老统治埃及时期，天龙座中的Thuban是当时的北极星。而到了公元14000年织女星将成为我们的北极星，它现在在夏季星空中在我们天顶附近，是一颗明亮的蓝白色恒星。

如果北极星是在北天极的星，那么南天极的星是那一颗呢？地轴从地心到北极延长出去直行北极星附近，向南从南极延伸出去也可以指到天空中。但你到南极去不会找到南极星，因为那个天区没有亮星或半亮的星。澳大利亚和南美洲的居民可以看到南天的许多漂亮星，可是没有南极星。

在北半球，只要有北极星和你的拳头，你就可以估算出你所在地的纬度。因为地轴几乎是直到北极星上的，所以北极星的地平高度也就是大地的地理纬度。以纽约为例，大概在41°N北极星，也大概在北方地平线以上41°左右。把你的一只手伸出一臂距离，握紧的拳头在你看来宽约10°，因此就纽约而言，北极星大概在北边地平以上“4拳”高的地方。与此相比，在迈阿密，纬度为26°N，北极星的高度只有26°左右，也可以说在地平以上“两拳半”的地方。在北极点纬度为90°N，北极星就在正天顶；在赤道，北极星位于北方地平线上；而在赤道以南，北极星在地平线以下，永远看不到。

相同纬度的人能看到相同的恒星。因为北极星的高度是由观测地的纬度决定的，一次在同一纬度的人不管在世界的什么地方，在同一晚相同地方时看到的星空是相同的。因此在纽约、马德里、安卡拉和北京的人（他们大体处在同一纬度上），尽管彼此间距离很远，但一年中同一晚看到的星空是相同的。

居住在不同纬度的人在夜晚看到的星空有很大不同。举例来说，一个来自纽约的人到里约热内卢或澳大利亚度假，他就看不到大勺子和小勺子及其他一些北极星附近的星座，因为这些星座总在地平线以下。但是，像南十字座那样他不曾看到过的星座会很常见。另外一些他在纽约时看到在南方的星座会颠倒地出现在北方天空。

从地球观测宇宙时，会有些“廉价席”。地球上观测站的效果是不同的。以北极为例，北极星一直挂在天顶，应为所有星的视运动都是绕着北极星的，所以每颗星都在自己的高度上终年可见。简而言之，在北极的天空中，星没有升起和下落。在南极也是一样，不过在南极天空中的星与北极相比是完全不同的。换句话说，在地球的两极，我们看到的都只有半个宇宙。在南两点光测到的只是全天的一半，它们就是“廉价席”。

观测恒星最好的位置在哪里呢？观测恒星最好的位置在赤道上。因为北极星在地平线上，两个半球分别可见的星一年中都会慢慢进入视野。在赤道只要是肉眼可见的星就一定能被看到，没有星会降到地平以下。

想象在屋子中间放一盏灯作为太阳，你自己绕着灯转圈，就像地球的公转。某一时刻，在任一点，你的身体将一半被照亮，另一半在阴影中。这样你就模拟了地球上总是一半在白天，一半在黑夜的状态。如果在墙上画上星，灯光很亮时，你在某一时刻只能看到一半的星，应为耀眼的灯光使你看不到它所在方向的星。同样，在夜半球冬天和夏天看到的星不同，秋天和春天的也不同。结果我们在一年的不同时间看到了不同的星座，而且通常在每年同一季节看到的星座是相同的。

一些星座总在天空中。因为天空中所有恒星看上去都围绕北极星运动。所以一些星会常年出现在天空中。以纽约为例，纬度为41°N，北极星在北方地平线以上41°高的地方几乎不动。因此所有距北极星41°以内的星绕北天极转永远到不了地平。它们在纽约全年可见，被称为拱极星（circumpolar，来自拉丁语，意思是“围绕着极点”）。在迈阿密26°N，只有具北极星26°以内的星是拱极星。推到极限，在北极所有的星都是拱极星，而在赤道没有星总在地平之上，所有的星都有升有落。

天空中许多亮星实际上都有独特的名字。这些名字有许多来自1000年前的阿拉伯，当时阿拉伯天文学家为天文学做出了巨大贡献，制出了当时最精致的星图。一些阿拉伯语的名字就被我们原封不动的沿用下来了，其他的经过几个世纪时间的洗礼也融入西方文化了。这两种情况都使得许多亮星的名字很奇怪甚至可以听出是外来语。例如，Deneb（天鹅座α）阿拉伯语的意思是“尾巴或尾巴上的羽毛”，它标出了天鹅身体结构的一部分。双鱼座有一颗星叫Alrischa，在阿拉伯语中是“绳结”的意思，这指的是星空中把两条鱼拴在一起的绳子上的结。有些星的名字听上去还很有节奏感，从左到右猎户腰带上的3颗星都有各自动听的名字：Alnitak、Alnilan和Mintaka。

另一个星表中就没那么多外来词。专业和业余的天文学家都喜欢这个更通用的星表。规则很简单也很有逻辑性。每个星座里最亮的星用希腊字母表的第一个字母α表示，后面跟着是星座的拉丁文名称的形容词形式。例如：金牛座最亮的星Aldebara，在这个星表里名称为αtTauri（十分准确的表达了“金牛座最亮的星”）。在它边上猎户座最亮的星有一个听起来很有趣的名字Betetgeuse，但它是猎户座最亮的星，所以它叫做OLOrionis。每个星座里第二亮的星用希腊字母表的第二个字母β表示，后面也跟着星座的拉丁文名称的形容词形式。例如，明亮的猎户左脚Rigel也被叫做βOrionis（意思是“猎户座的第二颗星”）。

很不幸，希腊字母表中只有24个字母，而每个星座里的星都远超过24颗。有时2颗以上星在天空中很近时，它们都用同一个希腊字母，但要加标注。因此天琴座的双星叫做ε1Lyrae和ε2Lyrae。变星用别的字母表示，通常用常用字母表示，如RRLyrea。但是望远镜越造越大，我们看到了越来越多的恒星，目前的星表远远不够用了。有一个做法，就是在建立星表时只简单地给每颗星一个号码。一颗星可能叫做HD213468，它是哈佛大学Henry Draper编译星表中的第213468号。另一颗星会在Smithsonian天体物理观测站星表中被叫做SA0347981。实际中星表太多了，大部分星只有号码，而同一颗星在不同星表中会有不同的编号。这可能很不人性化，但却解决了很大的问题。

最近几年，少数公司和一些研究机构利用“以人名给恒星命名”赚了很多钱。许多情况是你付了很多钱，得到一张看上去很漂亮的证书和一张“你的恒星”所在天区的照片或星图。那也许是一个不错的表示，也是一个“极品礼物”，但之后天文学家会在自己的研究和学术论文中引用这个名字吗？答案是毋庸置疑否定的。一张附有你名字的纸可以被保存在瑞士银行的保险柜中，但决不会被收录到某天文台或大学科研用的目录或出版物中。如果想把你的名字留在天上，那么走出去，发现一颗彗星吧。许多业余和专业的天文学家都成功过，如果你发现一颗彗星，专业天文学联合会真的会用你的名字命名。但要是一颗恒星，你就不能仅仅购买命名了。

当我们仰望星空时，我们会强烈感觉到星星就像是附着或是凸起在遮避我们头顶的一个球顶上的圆点。事实上在许多古代文化中就曾有这种想象，而现代天文观中那种逼真的人造星空也是用这个方法的。其实，恒星到地球的距离都不相同而是分布在一个三维的空间中的。另外，星光传到地球所用的时间是有限的，对天空中观测也意味着对第四维度的观测，也就是时间。

在地球上，我们有时会看到现在的物品，而听到它过去发出的声音。如果你坐在露天看台上认真地观看棒球比赛，你会发现你听到击球手击球的声音是在你看到他击球之后的。同样地，你事先看到闪电然后听到雷声。这两种情况都是由于声音传播的速度远小于光速造成的。在室温下，声速是335米/秒，而真空中的光速是约30万千米/秒（与空气中传播的速度差不多）。这意味着你听到较远处的声音是在它发生之后的，但它一发生你就能看到它，至少在地球上如此。

我们对宇宙观测时，看到的是它过去存在的方式。比起我们在地球上看到的东西，宇宙中天体与我们的距离太远了，即使是光传到我们这里也要经过相当长的时间。因此我们看到的不同天体是它们在过去各个时刻的状态。举例说来，光从距我们大概40万千米的月球到地球大概要花1.5秒，所以，我们看到的月亮不是现在的它，而是1.5秒之前的月亮。在1.5亿千米处的太阳，我们看到的是它8分20秒前的状态。（如果太阳神秘失踪了，我们在地球上过了8分20秒才能知道。）不同行星在我们看来，是几分钟甚至几小时之前的状态，而我们看到的恒星是几年前的状态，星系是几百万乃至几十亿年前的状态。所以说，我们仰望星空时，也是在回顾历史！

太阳系的构成

太阳系是由太阳、8颗大行星、66颗卫星以及无数的小行星、彗星和陨星组成的。

行星由太阳起往外的顺序是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。

离太阳较近的水星、金星、地球及火星称为类地行星。宇宙飞船对它们都进行了探测，还曾在火星与金星上着陆，获得了重要成果。它们的共同特征是密度大（>3.0克/厘米3），体积小，自转慢，卫星少，内部成分主要为硅酸盐，具有固体外壳。

离太阳较远的木星、土星、天王星、海王星及冥王星称为类木行星。宇宙飞船也都对它们进行了探测，但未曾着陆。它们都有很厚的大气圈，其表面特征很难了解，一般推断，它们都具有与类地行星相似的固体内核。在火星与木星之间有10万个以上的小行星（即由岩石组成的不规则的小星体）。推测它们可能是由位置界于火星与木星之间的某一颗行星碎裂而成的，或者是一些未能聚积成为统一行星的石质碎块。陨星存在于行星之间，成分是石质或者铁质。

行星运动定律

德国天文学家开普勒是丹麦著名天文学家第谷的学生和继承人，他与意大利的伽利略是同时代的两位巨人。开普勒从理论的高度上对哥白尼学说做了科学论证，使它更加提高了一大步。他所发现的行星运动定律“改变了整个天文学”，为后来牛顿发现万有引力定律奠定了基础。开普勒也被后人赞誉为“天空的立法者”。

开普勒根据第谷毕生观测所留下的宝贵资料，孜孜不倦地对行星运动进行深入的研究，提出了行星运动三定律。

（1）行星运动第一定律（椭圆定律）：

所有行星绕太阳的公转运动轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。

（2）行星运动第二定律（面积定律）：

联接行星和太阳的直线，在相等的时间内扫过的面积相等。

（3）行星运动第三定律（调和定律）：

行星绕太阳运动的公转周期（T）的平方与它们的轨道半长径（R）的立方成正比。即T12/R13＝T22/R23＝T32/R33＝……＝常数。

提丢斯—波得定则

18世纪，德国数学家提丢斯提出一个公式，能十分精确地表示出各行星之间相对距离的数字关系。这个公式，在1772年由柏林天文台台长波得公布于众，被称为提丢斯——波得法则。

这个法则认为，行星轨道大小若用天文单位来计算，可以由下列经验公式表达：

αn＝0.4＋0.32n－2

其中n为行星序号，不过水星应取-∞。按这个公式，在n＝5的地方缺一颗行星，后来发现了小行星带；木星和土星的n应分别为6和7；在n＝8距离上发现了天王星；在约相当于n＝9的距离上发现了海王星。20世纪30年代发现的冥王星距离按说应该是n＝10，但实际上仍接近于n＝9，很可能和它形成的情况有关。冥王星之外是否还有真正相当于n＝10的大行星，虽然一直引起人们的兴趣，但至今尚未有定论。

太阳系的起源

太阳系形成至今至少有46亿年。这一点已被公认，然而，太阳系的成因尚属探讨中的问题。太阳系由何而来？至今已有50多种不同的学说或假设，但就其实质而言，大致可归结为两大阵垒——灾变说和星云说：①灾变说的实质是认为太阳系大体是在一次突然的巨大的剧变中产生的，太阳先于行星和卫星形成；②星云说则主张整个太阳系包括太阳都是由同一块星云物质凝聚而成的。从最近半个世纪的发展看来，星云说取得了很大的进展，占据了主导地位。

太阳系的特点

为了说明太阳系的成因，必须认识太阳系的以下特点：

（1）行星运行轨道都接近圆形（近圆性），并几乎位于同一轨道平面上（共面性），只有水星和冥王星的轨道有较大倾斜。

（2）行星绕太阳运行的方向除金星外都是逆时针的。大多数卫星也按相同方向绕行星运行。

（3）太阳的质量占太阳系总质量的99.8％，但太阳的角动量很小，不超过太阳系总角动量的2％，角动量的分配与各星体的质量很不协调（角动量分配异常）。

（4）类地行星与类木行星在体积、质量、密度、旋转速度、卫星数量方面具有系统性差别。

（5）其他星球上已知的元素，地球上都存在，即具有组成元素的一致性。

（6）撞击坑形成作用在石质行星及卫星表面具有普遍意义。

（7）大多数行星与太阳的相对距离符合提丢斯——波得定律。

上述特点是相关联的。因此太阳系起源的假说都是从解释太阳系的这些特点得出的。

太阳系的交通规则

太阳主宰着太阳系的运动。太阳的引力是随着距离太阳半径的增加而减小。也就是太阳的引力场，距太阳越近，引力越强；距太阳越远，引力越弱，直至消失。其范围达到了1光年。由于距离太阳越远，其引力越小，自由度越大。通常越远离太阳的行星自转速度相对要快一些。

同样，因太阳的旋转，其引力场在太阳的赤道面上最强，并随着其倾角的增大而逐渐减弱。

太阳系作为一个整体，所有行星都朝着相同的方向绕太阳转动。这一方向也是太阳绕轴自转的方向。而且，几乎都在一个旋转面上（冥王星的轨道对太阳旋转面倾角为17°，而其它行星轨道对太阳旋转面的倾角没有超过7°）。这说明今天的太阳仍然充满活力。随着太阳能量的逐渐丧失，其转速的逐渐减慢，行星绕太阳旋转的倾角也会逐渐增大。

德国天文学家开普勒，当用哥白尼的匀速圆轨道计算火星时，发现计算出火星的位置，与观测值偏差了8'。他经过大量的分析计算，发现火星的轨道不是正圆轨道，而是椭圆轨道。火星的运行也不是匀速运动。并且，总结了行星运动的三大定律。从开普勒第三定律之后，牛顿才确立了万有引力定律。这个定律告诉我们：所有的物体（质点）都相互吸引，吸引力的大小与两物体（质点）的质量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。（即F＝GoMoM2/R2）

前面所说，太阳星云盘形成行星的过程，已经成为历史了。但是，这个星云盘还仍然存在。这就是说太阳的引力场，不仅随距离的增大而减小，而且，太阳旋转面的引力场，也随其倾角增大而逐渐减弱。就好像一条条隐形的轨道，作用于行星的运动中。

比如：当一个球在较窄的轨道上运行时，虽然这个球自转较慢，但它通过的路程却较长。而同样这个球在较宽的轨道上运行时，虽然其自转较快，但它通过的路程要短一些。这就是外侧行星自转较快，运行距离较慢。而内侧行星则自转速度较慢，而公转速度较快的原因。

当然，行星的自转与公转，不仅与距离太阳的半径有关，与其体积、质量等参数都有关系。就如同我们发射的卫星，是近地卫星，还是同步卫星，就相应使它们的速度、高度、质量等的不同而不同。

太阳就是这样带动着太阳系在太空中遨游。太阳系各星体之间的引力叠加作用，及与外太阳系的引力作用，使得星体运动的轨道不可能标准。就如同围绕太阳旋转的木星，其引力作用于太阳。使得太阳在中心位置，摆动距离就有80万千米。科学家们就是根据这种摆动现象，来测算遥远恒星周围存在的行星质量状态。就好像一个链球选手，当他摇动链球时，虽然看不清链球本身，但通过对链球运动员的摆动状态，就能够计算出链球的质量及运动速度。这种引力的多重叠加以及星体之间的碰撞，都会对星体的运动状态产生影响。

所以，不管行星以何种状态存在，我们都不必奇怪。时间的磨合有了我们今天的太阳系，有了我们的今天。

太阳系形成的星云假说

太阳系的形成据说应该是依据星云假说，最早是在1755年由康德和1796年由拉普拉斯各自独立提出的。这个理论认为太阳系是46亿年前在一个巨大的分子云的塌缩中形成的。这个星云原本有数光年的大小，并且同时诞生了数颗恒星。研究古老的陨石追溯到的元素显示，只有超新星爆炸的心脏部分才能产生这些元素，所以包含太阳的星团必然在超新星残骸的附近。可能是来自超新星爆炸的震波使邻近太阳附近的星云密度增高，使得重力得以克服内部气体的膨胀压力造成塌缩，因而触发了太阳的诞生。

太阳系演化的原理

被认定为原太阳星云的地区就是日后将形成太阳系的地区，直径估计在7000～20000天文单位，而质量仅比太阳多一点。当星云开始塌缩时，角动量守恒定律使它的转速加快，内部原子相互碰撞的频率增加。其中心区域集中了大部分的质量，温度也比周围的圆盘更热。当重力、气体压力、磁场和自转作用在收缩的星云上时，它开始变得扁平成为旋转的原行星盘，而直径大约200天文单位，并且在中心有一个热且稠密的原恒星。

对年轻的金牛星的研究，相信质量与预熔合阶段发展的太阳非常相似，显示在形成阶段经常都会有原行星物质的圆盘伴随着。这些圆盘可以延伸至数百天文单位，并且最热的部分可以达到数千瓦的高温。1亿年后，在塌缩的星云中心，压力和密度将大到足以使原始太阳的氢开始热融合，这会一直增加直到流体静力平衡，使热能足以抵抗重力的收缩能。这时太阳才成为一颗真正的恒星。

太阳系中的八大谜团

木星如何诞生？火星为什么炙热？月球为何离地球越来越远？

水星如何诞生

太阳系中的水星、金星、地球、火星，是以岩石为主要成分的“地球型行星”；木星、土星、天王星及海王星，是大量气体包围的“木星型行星”。

最靠近太阳的行星是水星，它是如何诞生的呢？有两种说法：①由于水星最靠近太阳，科学家认为水星是在原始太阳系星云中的高温区域，由凝固的金属铁及其他富含物质的材料物质堆积而成。②水星是在巨大的原始行星互相碰撞的时候，由彼此的金属铁融合而成。

金星为什么灼热

据人类目前所知，相对于火星来说，金星的自然环境要严酷得多。其表面温度高达500℃，大气中的二氧化碳占到90％以上，时常降落狂暴的具有腐蚀性的酸雨，还经常刮比地球上12级台风还要猛烈的特大热风暴。金星的周围是浓厚的云层，以至于20余年（1960～1981年）间从地球上发射的近20个探测器仍未能认清其真实面目。

3个关于月球的未解之谜

形状不规则

“谜团在于月球太扁了，”美国麻省理工学院地球物理学与行星科学教授玛丽亚·T.朱伯在讨论关于月球的见解。

20世纪六七十年代，太空探测器发现，处于月球与地球地心连线上的月球半径被拉长，也就是说，如果沿赤道把月球分成两半，截面不是正圆，而是像橄榄球一样的椭圆，“球尖”指向地球。但迄今无人能就月球当前形状的成因给出完全令人信服的解释。

质量不均匀

一般认为，45亿年前，一个火星大小的天体撞击地球，产生的部分碎片形成月球，但这也仅限于推测。

月球形状的另一个谜团是，月球面对地球一面在物质构成及外貌方面与背对地球一面差异很大：前者地壳比另一面地壳薄许多，并拥有由玄武岩构成的广阔平原，这些平原被称为月海，这是很久以前月球表面火山喷发的结果。背对地球的一面地壳厚很多，有更多陨石坑，几乎没有月海。

一定程度上，月海中密度较高的玄武岩使月球的质量中心不在几何中心，偏离了约1.6千米。但是，迁移的发生过程尚不清楚。

月地渐远离

法国人拉普拉斯在18世纪末发现月球形状不规则难能可贵，然而，他没有看到的是，月球正在逐渐远离地球。月球每年远离地球约3.8厘米。

现在的月球自转和公转周期相同，所以它的一面总是朝向地球。科学家估计，和现在约38万千米的距离不同，早期的月地距离可能只有约2.6万千米。由于天体运行轨道半径与天体转速有关，按照这一假设，1∶1的自转公转周期比可以解释当前月球形状不规则的现象。

还有一些科学家假设，月球形成初期的自转公转周期比为3∶2，也就是公转2周期间自转3周，这种情况至多持续了几亿年，最后因为潮汐力而自转降速，自转公转比稳定为现在的1∶1。计算结果表明，这段自转比公转快的时期可能提供足够的力，为月球形成目前的形状准备了条件。

真的有火星人吗

1996年8月美国航空太空总署研究小组发表研究成果说火星曾有生命存在，证据是掉落在南极大陆的火星陨石。

研究小组在陨石中的碳酸盐部分检测出有机物，推断远古时代的火星，应该像30多亿年前的地球。那时地球已有生命，因此不能否定火星曾有生命的可能性。

木星为什么有大红斑

木星是太阳系星之冠，它的直径达14.28万千米，体积是地球的1316倍，质量是地球的318倍。从地球上看木星，总放射着金色的光芒。表面有许多连绵不断而明亮的条纹，以及奇妙的大红斑点。

地球人观测位于木星南半球的大红斑，已经有300多年了。大红斑差不多有2个地球那么大。

大红斑是反时针旋转的高度压云形成的巨大漩涡。它之所以呈现红色，是因为云下层的磷化氢被搬运到上空，受到太阳紫外线照射而转化为磷的缘故。大红斑是如何形成的呢？目前科学家还不清楚。

为解开木星之谜，美国于1989年10月18日发射了“伽利略”木星探测器，开始了对木星的专门探索。

“伽利略”木星探测器对科学界意义重大，因为科学家认为，了解木星有助于揭开行星系统的起源之谜，找到太阳系形成和演化的模型。

1994年7月22日，“伽利略”到达距木星1亿多千米的地方，观测到了苏梅克—列维9号彗星的碎片与木星相撞的壮观景象，并发回了第一张相撞的图像。它还捕捉到最后一块彗星碎片撞击木星的情景。这在当时轰动了全球。

1998年10月，“伽利略”发现木星的2颗卫星上存在海洋，因而很可能有生命。

卫星为什么有环

木星、土星、天王星、海王星全部有环，各不相同。土星的环又薄又暗，由岩石粒子构成。土星的环又大又亮，由水冰构成。环的成因，有几种不同的说法。其中一种是：过去存在的卫星或彗星被行星的潮汐力破坏，分裂成小碎片，有的碎片进入环绕行星公转的轨道，因而形成了环。

冥王星以外有什么

以前有人主张，冥王星以外可能有第十颗行星。

1992年夏天，科学发现冥王星轨道外面有一颗直径250千米左右新天体接着41颗轨道长半径大于海王星的天体陆续现身。

此外，1950年，天文学家欧特统计了当时已经观测到的周期彗星的轨道，结果发现绝大多数周期彗星都是从距离太阳几万天文单位的地方全方位飞来，可能有一个呈球壳状包住太阳系的彗星巢。整个彗星巢，叫做“欧特云”。

太阳系尽头在哪里

科学家说，太阳会喷出高能量带电粒子，称为“太阳风”。太阳风吹刮的范围一直达到冥王星轨道外面，形成一个巨大的磁气圈，叫做“日圈”。日圈外面有星际风在吹刮，但是太阳风会保护太阳系不受星际风侵袭、并在交界处形成震波面。

日圈的终极境界叫做“日圈顶层”，这就是太阳所支配的最远端，可以把这里视为太阳系的尽头。

至于日圈层顶距离太阳有多乐？它的形状如何？航海家1号和2号已分别飞到距离太阳66和51天文单位的地方，希望日后能够揭开太阳系最远的面貌。

探索第十大行星

当哥白尼提出日心说的时候，土星是太阳系的边界，后来，随着天王星、海王星和冥王星的发现，太阳系行星的边界一次次向外延伸。那么，冥王星之外是否还可能存在太阳系的第十颗大行星？为此，天文学家做了十分艰苦的搜寻和计算工作。

冥王星的发现者天文学家汤博，曾经花费了14年的时间，用发现冥王星的方法寻找冥外行星。但是仍然一无所获。1950年，有人在计算一颗遥远彗星的轨道时，认为在冥王星之外应当存在一颗大行星，并计算了该行星与太阳的距离是77天文单位。然而，天文学家用望远镜搜索了好几年，也没有找到这颗预想中的大行星的踪影。

另外，人们也曾怀疑在水星轨道以内存在绕太阳运行的所谓“水内行星”。但是，“水内行星”即使存在，也会由于离太阳太近而很难观测，迄今为止也没有任何发现。

太阳系家族中究竟有没有第十颗大行星，目前还是一个待解之谜。

水星

水星是离太阳最近的一颗行星。水星离太阳表面的平均距离仅5800万千米，是太阳最邻近的行星。

水星既冷又热。白天，在太阳的直射下水星表面温度达426℃，能熔化锡和铅；晚上温度可以降低到－176℃。其主要原因是它没有大气保温。

地球上看水星，它像个小型探测器。水星很小又靠近太阳，使我们难以观测它。太阳刚落下，它也落下；太阳刚升起，它也升起。它的微小使得观测它的表面十分困难。水星与地球最近时在地球与太阳之间，但朝我们的这一面还没被太阳照亮。

水星只给了我们昏暗的阴影，我们只有一个大概的草图，此时天文学家对水星日多长还有争议。1974～1975年，我们对水星的认识有了飞跃。“水手10号”空间探测器三次从水星表面传回了关于水星的大大小小多幅照片，在水星表面行走了近320千米。传回了几百张生动的照片及地形图。

水星与月亮有所异同。乍眼看去，水星与月球十分相似，由成千上万的弹坑覆盖，但不如月球上的密集，并且比月球上的更平坦。这可能是由于水星没有太多的玄武岩平原。明显的是，月球上有伽利略环形山，水星上有冲击谷，都是由很久以前与大天体的碰撞造成的。这个冲击谷被一圈山脉环绕，长约1280千米，像一支巨大的公牛眼睛。

水星上也有许多“不可思议的地形”。这不是描述性的说法，而是人们对那些地方的实际称谓。这个名字来自它所展示出来的纵横犬牙交错的模样。这片区域与我们发现的部分正好处在水星上相对的方向并不只是个巧合，而是由它内在原因。事实上，那些来自太空中的形成的物体在撞击水星时所产生的地震波在整个水星上传播，最后汇聚在与撞击部位相反的地方，形成了这种地形。

水星上的悬崖是从环形山直穿过去的高达2千米，绵延长达300千米的峭壁。其中已知的最壮观、最大的是“发现之崖”。

水星上的悬崖地形可能与地球上的类似地形的形成方式不同。地球上的悬崖常常是由于直到今天还在继续的地壳板块运动的结果。可是水星上并没有这种板块构造的地形，很可能取而代之的解释是，水星内部深处的活动造成了这种地形。科学家们的理论是这样的：当水星年轻的时候，它应该有一个熔融状的内核，随着时间的推移，其内核开始凝固收缩。这种收缩并不是均匀各向同性的，从而造成了水星外壳上有的地方塌陷，有的地方隆起，形成今天水星那让人过目难忘的奇特地形。

水星的磁场比地球的磁场要弱100倍。但是这磁场仍然足以证明水星内部埋有一个直径1100千米的大铁核。这个铁核使得水星的平均密度要比地球大很多。

水星只需要地球上的88天就可环绕太阳1周，所以，88个地球日是水星上的1年的长度。可是水星自转的非常慢，需要59个地球日自转1圈。这两种运动的组合意味着对于水星上的观察点来讲，从一个“满月”到下一个之间所流逝的时间是176个地球日，所以水星上的一天的长度事实上是其上面1年的2倍。

水星在绕太阳公转时，自转轴会来回摆动，并且水星的公转轨道是一个特别椭的椭圆。这两个原因加起来造成水星上某些地方会看到奇特的日出现象：太阳在早上升起，然后停在半空中，又顺着原路落了回去。

水星上也许保留着太阳系起源的线索。最近，雷达探测到水星极地附近环形山内有亮的反射斑。科学家推测这是由很久以前撞击水星的彗星留下的冰层造成的。这些冰层在环形山内得到很好的保护，有可能保留有46亿年前原初太阳系组成的物质形态、元素组成的信息。

水星的小质量使得它在早期很难有足够的引力吸引住它的大气层。更进一步，它与太阳离的太近了，水星过高的温度和强大的太阳风使得水星不可能保留住它的大气层。没有空气和水，就像我们的月亮一样，水星一直是一个拒绝生命存在的星球。

金星

金星就是最漂亮、最常见的启明星和长庚星。因为金星的公转轨道在地球轨道的内侧，从地球上看起来，金星在太阳的两侧摇摆。因此，金星日落后在西南天空待1～2个小时，然后又在日出前跑到东方的天空呆上几个小时。在那些时间里，除了太阳和月亮外，金星也可以成为天空中最亮的物体，闪耀着紫色的柔光。

相比太阳系中的其他行星，金星与地球走得要更近些。金星是太阳系由内到外数的第二颗行星，它那近似圆形的公转轨道距太阳表面有6700万千米。大概每19.5个月金星从地球旁边经过一次，这是它与地球的距离只有2600万千米。而地球另一侧的火星，距地球最近则有3500千米。所以说，金星是与地球走得最近的行星。

很长时间来，金星被称作地球的“姊妹星”。金星的直径仅仅比地球的直径小408千米，加上金星的公转轨道与地球很相近的事实，使得人们有理由相信金星不太可能与地球的构造有很大差异。早期的科幻小说家幻想着金星上充满了水，然后演化成一个由恐龙统治的混乱的世界，然后到有高级工们居住的星球。但是当科学数据积累后，科学家知道，这两个星球的共同点只有那差不多大小的尺寸而已。

金星并不是地球的“姊妹星”，它更像是个悬在空中的地狱。早先人们用望远镜观测到金星上持续变化的很精细的结构。不久，人们明白了金星完全被银色的云彩包围着，人们完全看不到它的表面。这面纱使人们可以尽情的想象，那面纱的底下是不是有蒙娜丽莎的迷人微笑？可是，科学探索发现金星的大气里没有充足的可供生命呼吸的氧气，而是富含着温室气体——二氧化碳。这个发现最终使得科学家完全放弃了金星可能与地球很相似的那一点点希望。

金星的云层有很精细的结构。金星上层大气有一种精致的条纹样式，使人们联想起地球上喷气式飞机喷出的气体尾巴。那实际上是以非常快的速度绕金星转的气流，大概每4天绕金星1圈。

当前苏联和美国的宇宙探测器于20世纪70年代和80年代造访金星时，都发现了一个让地球人窒息的金星大气，它的表面大气压是地球大气压90倍。而那里的温度，不管白天还是黑夜，都在470℃左右。更惊人的是，在金星的大气中找到了比汽车电瓶中的硫酸还要浓的浓硫酸液滴。古罗马人被金星发出的漂亮的光所感动，遂以他们的爱和美的女神的名字Venus来给金星命名。可是现代的天文学家们更喜欢以“太阳系中的地狱”来称呼它。

金星上气温非常高，使得那里是不可能下雨的，但是硫酸雾还是会发生的。就像地球的云层主要是由水蒸气构成的一样，小硫酸液滴是金星云层的主要组成部分。最近的宇宙探测器的观测表明，金星大气中的硫酸所占比例有上升的趋势。金星上活动频繁的火山向大气中喷入了巨量的硫化物，这可能是酸液的来源。

金星上的温度有如此之高是很容易用温室效应来解释的，同时也可以用来分析经典的温室效应。从太阳来的光有一部分透过了金星的大气层，落到了金星的表面上，被金星上的岩石和土层所吸收。岩石和土层升温后，又把一部分热量重新辐射到了金星的大气中。这些热量有一部分被大气吸收，也有一部分又被反射或是散射回地面上。就这样，大气层起到了保温的效应。高密度的大气把热量不偏不倚的传向整个星球，使得整个星球的昼夜近乎没有温差，也没有类似地球上的赤道和极地那样的温差。

与地球上的云相比，金星上的云层所处的位置的要更高一些。地球上大多数的云都分布在距离地面7～8千米的地方，而金星上的云层却高耸到距离星球表面40千米的地方。在那之下还会有2～3层云或薄雾，但是到海拔19千米以下地方天空就不会有云了。由于只有一小部分太阳光可以穿过金星大气，金星上的白昼不像地球上这样明朗，其亮度很像地球上的阴天。

几个世纪以来，金星的云层让我们不能得到金星表面的真实图像。随着大功率雷达的发展，我们可以通过从地球上，或是围绕金星运行的探测飞船上的雷达探测到金星的表面形状和物质组成。通过接收、分析金星表面反射回来的电磁波，我们已经可以绘制金星的表面图，类似地球上足球场大小的物体都在图上标了出来。另外，几艘俄罗斯的飞船已经成功克服了高温高压，降落到金星表面，并且发回了它们着陆点附近的岩石标本图样。

金星表面不像月亮和水星那样部满环形山，在很多地方是绵延起伏的巨大平原。另一些地方有一些山脉和高原，大多数的高度和地球上的山脉相比有些逊色。不过，其中最高的麦克斯韦尔山，高11270米，比珠穆朗玛峰还高。两个叫做“α区”和“β区”的山地区被认为是有很多火山口的地区，其中一些火山可能具有周期性的喷发活动。

金星上也有一些环形山，不过大多数都是火山口，而不像月球上的环形山是与星球外飞来的物体相撞击产生的。这主要是因为金星有浓密的大气保护，金星外飞来的物体大都在与大气摩擦的过程中烧尽了。

从拍摄的金星上的照片来看，金星的天空是橙黄色的，云也是橙黄色的；金星上的物体大部分看起来也是橙黄色的，有的微带绿色，蓝色的很少，金星的世界真是一个金黄的世界。科学家认为，这是由于金星大气吸收了太阳光中的蓝色部分，使得金星看上去是一个金黄色的世界。

金星上有独特的“薄饼”状的火山岩丘陵。那些火山岩丘陵，每一个绵延约15千米，很可能是熔化的火山岩浆从地面上的裂缝涌出，而后又退了回去所遗留在地面的产物。

金星的演化方式与地球有天壤之别。金星上太热，以至于不可能在它上面形成液态水，也就没有河流、海洋了。地球的原初大气也有很多二氧化碳，就像今天的金星一样。但是，地球上的二氧化碳都被海水吸收了，防止了温室效应的失控。金星就不一样了，它上面的二氧化碳将永远留在大气中，造成了温室效应的失控。

很多地质学家相信金星表面和地球在1亿岁时的表面是一样形状的。在那时，地球上的火山开始喷发，地壳相对来说还很薄，地壳下的熔浆开始向外溢出，造成了地壳板块的运动。

水星和金星都没有它们自己的卫星。在18世纪初，有几个天文学家发现了金星有一颗卫星，并为它命了名。事后不久，人们发现那只不过是由于它们使用的望远镜有问题，如果他们有更好的望远镜就“发现”不了那颗卫星了。

金星每4个月就会从地球与太阳之间穿过，天文学家称这种现象为“内行”。因为地球与金星公转轨道并在不同一个平面内，所以金星并不总是从太阳正表面上穿过。金星从太阳表面正上方上穿过称为金星“凌日”，人们用肉眼就可看到有一个小黑点从太阳上缓缓经过，那个小黑点就是金星。上一次是2004年6月8日，下一次将是2012年7月6日，再往后就要等到22世纪了。

火星

古希腊人叫它阿瑞斯（希腊神话中的战神），波斯人叫它尼尔高，罗马人称它马尔斯。人们经常把距离太阳第四近的火星同与他们掌管战争的神联系起来。主要原因是，火星看上去是红色的，让人联想起血的颜色。实际上，这红色来自于不是那么红的金星图中的氧化铁、硅酸盐等。简单地说，火星生锈了。

当天文学家开始用望远镜观测火星时，他们没有感到像观测金星时的那样失败。因为，火星的大气非常干净，只是偶尔会有云，所以天文学家可以直接看到火星表面。他们看到的是橘红色（并不是真的红色）的荒漠世界，其中散布着黑色的大陆状的斑，和两个若隐若现的极冠。

当人们可以看到火星的表面特征后，就可以测火星的自转周期了。火星上的一天有24小时37分，比地球略长半个小时。火星的自转轴与它的公转平面有一个25.2°的夹角（黄赤交角，地球的黄赤交角是23.5°），这使得火星上也有一年四季的变化。由于火星围绕太阳公转一圈约2年（地球上的年），火星上的各个季节长度也相当于地球上季节长度的2倍。

火星上季节的更替可以从极冠的变化看出来。每年到一个半球的春季时，该半球的极冠就会收缩变小。产生黑色的纹漫延到赤道，有人猜测这是极冠的冰化成水，随着水从极地流向赤道，火星上的植被开始了新一年的生长。当然，后来证实这个猜想是错误的。

火星的公转轨道椭得非常厉害。它离太阳的平均距离是1亿多千米，可是在一个火星年中，它离太阳的实际距离会有3000万千米的变化（对地球来说，这个变化距离只有300万千米）。

地球以更快的速度绕太阳转（因为它离太阳比火星近），大概每2年从火星附近经过。天文学家把这个过程称为“冲”（古中国天文学家命名，西方人把它称为Opposition，即“相反，对面”的意思，指这时火星在天上处在与太阳相对的位置）。在冲的时候，火星整夜可见，它也处在离地球最近的地方，所以这个时候是我们观测这颗红色星球的最好时机。

有一年，一个意大利天文学家乔·斯基亚巴雷利报告说，在一个非常好的火星冲的观测中，他发现了火星表面上有河流状的黑暗条纹，他把那些条纹称为“通道”。不久，其他天文学家也观测到了那些条纹状的东西。这个消息也激励了一大批人加入观测火星的行列。其中之一，美国人Lowell在美国的亚利桑纳州建了Lowell天文台，专门用来观测火星。

Lowell把那些通道当成是火星上智慧生物修建的运河，用来把极冠溶化的水引向他们需要的地方。这个消息轰动了全球。

火星上有智慧生物的想法立时成了19世纪末科幻小说的主题，他们描绘了各种火星生物的形态和他们的生活方式。“火星通道”也成了最流行的东西。人们绞尽脑汁，用各种方法给火星人问候的信息，让他们知道地球上也有人居住。想法从点燃巨大的通信的狼烟，到上万人在撒哈拉沙漠上同时举起镜子把太阳光反射向火星。1892年，法国科学院悬赏10万法郎给能和火星人联系上的人。当时，人们认为10万法郎太多了，因为和火星人联系是如此容易的任务。

1898年，H.G.Wells出版了他的新书《世界大战》：火星人不甘居住在满是沙漠的火星上，他们把贪婪的目光瞄向了绿色的地球。在1938年的万圣节（基督教的宗教节日）前夕，他们发动了战争。当然，这是虚构的，但还是有很多人看完之后感到毛骨悚然。

在20世纪四五十年代，关于火星上生命是否存在的争论仍在继续。有一些声誉卓著的天文学家称他们看到了运河，可也有同样著名的天文学家称他们一条也没看到过。火星大气和火星温度的科学分析结果也开始让人们对火星生命的存在产生了疑问。

测量表明火星赤道地带的温度白天有28℃左右，晚上就下降到-132℃，这主要是因为火星的大气很薄，不能保持火星上的热量。这种气候是不适合生命存在的。

当然，我们不是亲自去的。我们是派我们的探测器飞船去的。在20世纪60年代中期，美国的“水手4号”飞掠火星，它发回来的照片显示火星上有许多环形山、火山和沙漠。这让那些期待火星生命的人彻底失望了。70年代，其他探测器进入了环绕火星的轨道，前苏联的“火星3号”还放出了着陆舱在火星上着陆，更为详细的观测了火星，以图发现火星上的生命迹象，可他们一无所获。

塔塞斯高地几乎有北美洲那么巨大，比周围的平原高6千米，是这个星球上最年轻的（约20亿～30亿年）地区，因为这里有很多巨大的活火山。

虽然火星的直径只有地球的1/2大，表面积只有地球的30％，可是它却拥有一大批值得自豪的自然奇观。“水手9号”从巨大的沙尘暴中首先看到的是几座巨大的熄灭的火山顶部。其中最大的火山是“奥林匹斯之雪”，可以覆盖整个科罗拉多州（美国的一个州）。它的火山口直径有55千米。

火山的高度主要是受它所在星球的重力决定的。这是因为火山的高度是受它支持自己重量的能力决定的。金星和地球的大小和质量相似，所以其上的火山高度相当。火山上的重力只有地球的38％，所以它上面的火山高度有2.5倍地球上的高。

火星上有巨大的峡谷，其中最大的是“水手谷”。此峡谷绵延5000多千米，宽200千米，比周围地面低6～7千米，谷壁十分陡峭，它比地球上最大的峡谷——科罗拉多大峡谷（长46千米，深1.8千米）大得多。它不是由于水的冲蚀形成的，而是由于地质断层形成的。

约有1/4的火星表面有环形山分布，特别是在南半球。实际上，这正好是地球上来的探测器掠过的地方，所以给了人们留下火星很象月球的印象。火星上的环形山比月球上的浅，而且很少有直径小于3千米的火山存在，这都是风蚀的结果。

从火星上海拔最低的贺拉斯盆地到海拔最高的泰瑞斯高地，海拔相差了21千米。在地球上，从最低的马里亚纳海沟到珠穆朗玛峰只有12千米。

除了水手谷能和Lowell的火星运河地图对应上外，造访火星的探测船没能发回任何运河的照片。那些“运河”，被证实为望远镜的光学像差，只存在于那些想观测运河的天文学家脑中。火星运河的例子表明训练有素的科学家是怎样愚弄他们自己“看到”他们想看到的东西。

被很多天文学家看到的火星上季节更替现象到底是什么？那些从极冠到赤道地区蔓延的黑色纹被证实是由于火星上的季风带着浅色的灰尘覆盖黑色的岩石，或者把浅色的灰尘移走所造成的颜色变化。

火星大气很薄，以致液体水不能存在。极冠包含有冰和干冰，可是在火星上的春天，极冠不会融化，而是直接气化。水雾有时会形成，可是没有火星雨下。简单地说，火星比撒哈拉沙漠还干燥。

火星上的恶劣气候仍不足以使一些科学家放弃火星上有生命存在的希望，因为地球上就有生命生存在那样恶劣的环境中。在1976年夏，美国的“海盗1号”和“海盗2号”着陆在火星的表面，它们都可以挖掘火星上的岩石并且分析岩石组成。可是没有积极的结果发现。

因为美国的“海盗”探测器没法移动，只能检测它的着陆点附近是否有生命存在的证据。所以并不能否认其他地方会有生命存在的证据。而且它们只是检测是否有类似地球的生命存在的迹象，也许火星生命的组织方式与地球生命的不同。可是，“海盗”没有发现有机物的存在，有机物被科学家认为是生命存在的必要物质。因此，总的来说，这些结果还是被科学家接受为火星上不存在生命，至少在着陆点不存在生命的结论。

尽管已经熄灭了，火星上的巨大火山在长年累月的喷发中还是给大气提供了充足的二氧化碳。充足的二氧化碳可以保持火星的温度在一个更高的水平上，而更高的温度就为液态水的存在创造了条件。实际上，火星上确实有像被河流冲蚀的河道存在，而那些河道大小与地球上的主要河流相仿。

火星极冠中的水并不足以提供那些曾经流遍火星全球的水。大多数科学家认为，火星上的水以冻土层的形式存在，即水存在于土中。

月球环形山周围的地面是干燥的岩石和灰尘组成的混合物，可是火星环形山四周似乎有液体流过的痕迹。这就是火星表面下的冻土层在高温下液化的表现，它支持了冻土层存在的假想。

地球公转轨道形状的逐渐变化造成了地球上周期性出现的被冰雪覆盖的冰河时期，然后再解冻的现象。同样的道理对火星也适用，火星轨道也在变化，目前它很可能处在它的冰河时期，等到解冻回暖的那一天，火星上的春天也许就会回来了。

两艘“海盗”号飞船（“海盗1”和“海盗2”）传回来的成千上万张照片中有一幅非常引人注意的有趣照片，那是一个非常像人脸的岩石照片。不幸的是，这张照片被许多伪科学者利用大造声势。这件事的解释也很简单，这只是一个巧合，就像你在看一朵云时，会联想到很多不同的事物，像动物呀、物品等一样，你再看岩石和它的影子组成的复合图像时，也会感到它像某种你所熟悉的东西。而这张照片会让你联想到一个人的脸的图形，没什么奇怪的。

美国的两艘探测飞船将从1997年开始到火星进行探测。“火星全球探测器”在1997年9月进入火星轨道，它的照片可以看清火星表面5米左右的细节。同时，通过确定火星上的重力分布情况，它也会探测确定火星上的矿藏分布。

“探测者”号飞船于1997年7月4日着陆到火星表面，并放出了一个机器人探测器“逗留者”对火星表面的岩石进行详细分析。同时，“探测者”会每天记录着陆点的天气情况。通过互联网，你可以查到火星每天的天气报告。将来，美国和俄国还会有飞船莅临火星进行考察活动。

没有飞船从火星上带岩石回到地球来，可是仍有科学家相信他们拥有的岩石是从火星来的。原因是20年前的“海盗船”探测器曾经分析了火星的岩石特点，其中有一些特征与地球上的岩石特征是很不相同的，所以那些科学家相信他们拥有的是火星石。这些火星石可能是在一次火星被撞击的过程中散落到太阳系中，然后长途跋涉来到地球。

这些岩石有和水相互作用过的特征，大多数携带有盐和黏土。总的来说，它们帮助确认了火星曾经有一个更厚的大气层，表面上流淌过水。在1996年，一个科学小组发现其中一些岩石中有由于火星的原始生命造成的微结构进一步的检测。

人类“第二方舟”——火星

人类为什么要探索太空？人类是否真的需要移民外星球？国际权威的科学杂志在回顾太空探索历史时回答了这个问题——人类逃不过地球生物有灭绝周期的命运，所以必须未雨绸缪，寻找可供生存繁衍的天外“第二方舟”。

我们舒服地生活在一个行星上。在太阳将地球烤焦前，我们还可以在这儿继续生活若干年。那么，人类在地球上生活1万代后，将会变成什么样子？通过研究太平洋岛屿上的土著，我们发现随着时间的流逝，一些部落已经失去了航海穿越大海的能力，我们会不会因为拒绝探险而面临同样的命运？这其实并不是什么新话题。在当代最伟大的理论物理学家霍金看来，这个问题的结论很简单：我们必须寻找另一颗可以生存的行星。根据他的观点，我们最多还有数千年的时间来寻找。

科学家预测，根据地球生物的灭绝周期，人类最短1500年，最长780万年就要因为某种未知灾难而从地球上消亡。地质史显示，地球历史上的大灭绝事件可说是家常便饭，恐龙只在地球上存在过几百万年，哺乳动物平均地只在地球上繁衍了200万年的时间。人类也许已经征服了地球，但在宇宙中来说，地球只不过是个微不足道的“孤岛”。根据科学经验，任何局限于孤岛中的物种，很快就会被列入濒危动物的名单。

拯救人类走向灭绝的方法之一，就是移民外星球。不过科学家也无法预知，在人类有能力移民外星球前，是否就已经会先遭遇不可观测扑面而来灾难，导致大灭绝。

有一件事可以肯定，那就是50亿年后，太阳将变成一颗红巨星，即使太阳到时不会吞没地球，也会将它烤成焦炭。在此之前，人类可能已在一场小行星或彗星撞地灾难、一场气候巨变灾难、一场核灾难甚至一场病毒爆发中走向毁灭。

人类离开地球，比如在火星创造一个自给自足的殖民地，就可以增加人类在宇宙中生存的概率。也许1000年后，人类的火星后裔会发起移民外太空的挑战。

根据哥白尼法则，人类在宇宙中的位置并不是独特的，那么人类必将会在某个时刻灭绝。根据统计学理论，人类会在本种族已经进化时间的1/39时间内到39倍的时间内遭遇灭绝灾难，这一概率发生的可能性是95％。根据贝叶斯定理统计学技术，也得出了和哥白尼法则相似的结论。

即使以780万年计算，780万年的人类寿命相对于还有50亿年的太阳寿命来说也显得太短了，所以一些科学家称，人类必须在走向灭绝之前，先在太空中找到可以赖以生存的“第二地球”，让人类种族能在那儿繁衍。有了征服外星球的能力和经验，人类才能在茫茫宇宙中走得更远。

人类移民外星球的首选是火星。由于火星拥有重力、太阳能，以及生命赖以生存的所有化学物质，所以火星完全可以成为一个能自给自足的人类外星基地。在火星地底下10米处生活，可以帮助人们免受宇宙射线和太阳风暴的影响。

火星与地球在地理特征上相比有很多相似之处。它有高山，有峡谷，有平原和高原。

火星南、北半球的地形有着强烈的对比：北方是被熔岩填平的平原，南方是曾受过多次撞击的古老高地。在地球所见到的火星表面，根据不同的反照率而分为2种区域：布满尘埃和沙土的平原因为富含红色的氧化铁，而曾被幻想为火星上的“大洲”。而黑暗的部分曾被认为是海洋。地球上能看见的最大的暗区叫“大流沙”。

火星外表呈现火红色，火星的直径相当于地球的半径。体积只有地球的15％。质量只有地球的11％。地表温度白天有28℃，夜晚低至-132℃。

火星“心里有底”

美国宇航局火星勘测轨道飞行器拍摄到火星上的一个黑点，科学家表示这个黑点可能是火星表面一个深洞或地下洞穴的入口。但最新的研究称这个洞穴并非之前所认为的深不见底，可能只是一处凹陷，不能成为未来宇航员的庇护所。

2007年5月5日，美国宇航局的火星调查轨道器用随机携带的高清晰科学实验成像照相机，拍摄了一张火星地表照片，天文学家正是通过这张照片第一次发现这个150米×157米的黑色区域。从高处垂直向下观测，这个黑色斑块没有显示出四周有墙壁和底部的迹象，因此一些负责高清晰科学实验成像的科学家开始怀疑这是一个洞的入口。

这一发现引起了极大的轰动，因为这么大的洞穴可能是寻找生命现象的最佳地点，这是因为它们阻止了太阳发出的强紫外线辐射。它还能为未来登陆火星的人类提供庇护所。然而，这张新图片显示，这个黑色区域可能只是火星表面的一处凹陷，只不过凹陷的四壁与地面垂直而已。

现在人们还不清楚这处凹陷有多深，因为科学家通过图像并没发现它的底部。但是“高清晰度科学实验成像”科研组表示，它可能至少有78米深。当夏威夷地下深处的熔岩慢慢枯竭时，在火山相交处形成了相似的“深坑”，导致叠加的岩石向下坍塌，形成四壁。虽然这个特殊的图像最终证明不是一个洞穴的入口，但是火星上可能有尚未被人发现的“熔岩管道”——当地下熔岩被排干后，有时就会形成很长的、管道形状的洞穴。

火星上应该有一些坍塌的熔岩通道，因此用不了多久，一些保存完好的洞穴可能会呈现在我们的眼前。科学家已经设计出小型跳跃式机器人，将来可以用它研究火星洞穴。

探寻火星生命

对地外生命的探索是当代科技的重大问题。根据对地球生命的产生和发展研究，科学家找到了生命产生和存在的3个要素：有机物、水和温度。有机物是构成生命的基本物质，温度提供生命活动的能量，水是生化反应必须的介质和内外的环境。自从20世纪60年代发现星际有机分子到现在，我们已经在星际空间、流星、彗星上发现了各种各样的有机分子，从简单的甲烷到复杂的氨基酸。可以认为，有机物在我们周围的宇宙空间中是很多的，足以满足产生生命的需要。据此，有的科学家甚至提出地球生命起源于地球之外的观点，比如，有人推测地球上的早期生命是彗星带到地球上来的；温度也不成问题，银河系约有1500亿颗像太阳一样的恒星，恒星周围的地带都沐浴在恒星温暖的光芒里；三个条件中最不容易满足的是水，只要找到水，我们就有相当大的把握断定，寻找生命存在。特别在太阳系里面，寻找生命的首要任务是找到水，有水就有可能找到生命。

火星是太阳系第四颗行星，一个世纪以来，火星一直是人类视线的焦点。因为火星是太阳系中最像地球的行星。火星的直径约6750千米，是地球直径的1/2多一点点，把它和地球并排放在一起，看上去就像一个乒乓球放在一个大苹果旁边一样。它的质量只有地球的1/10。火星上每年有687天，每天有24.5小时。像地球一样，它也有南、北极的“冰帽”（极冠），也有春、夏、秋、冬。当然，由于它离太阳比地球远1.5倍，所以，在它的赤道上，中午最热时只有－21℃，而在两极半夜最冷时可达－103℃。从宇宙角度来看，它和地球之间的这点差异可以算作微乎其微。无怪乎科学家都把发现地外生命的希望寄托在火星上。

要在火星上寻找生命，首要的任务也是找水。但是，火星的引力太小，几乎拉不住空气，火星上的大气非常稀薄，其密度大约和地球上30～40千米高空的一样。所以，火星表面保存不住液态水，它们会很快蒸发掉。从火星传回的照片上可以看到火星表面荒芜而凄凉、遍地是红色的细沙和砾石。狂风起时沙尘满天，甚至遮蔽了整个星球。从1997年起，人类开始重返火星，宇宙飞船给我们发回来了丰富的资料，使我们对火星的认识和了解进了一大步。但是，真正给我们带来振奋人心的好消息的，是美国的“奥德赛”火星探测器。它于2001年4月7日发射升空，同年10月23日深夜进行环绕火星轨道。

“奥德赛”的一个重要任务就是找水。它携带了高能中子探测器和中子分光仪，其功能是详细探测火星的近地表层，确定火星地表以下2米内的含水区域。高能中子探测器能够探索测出火星地表中子流的动能差别，并且捕捉到中子释放出的热能，进而判断水的存在。

2002年3月，“奥德赛”探测器发现，从冰冷的火星南极绵延至南半球纬度60°处、从冰冷的火星北极至北纬50°之间，甚至北纬30度附近都有水的分布，尽管这些水分只覆盖了很少的火星表面。科学家发现，火星上的水呈固态，这冰冻水在火星地表以下1～2米、甚至更深的地方，其厚度超过1米。与火星南半球的冰冻水相比，其北半球的冰冻水更厚，分布更广。

火星上发现大面积水的分布，是近年来火星控测的最大收获。它告诉我们，火星很可能有生命存在，这是最鼓舞人心的。其次，它预示着今后人们到火星上去探险，可以不用从地球上带水去，这将大大减轻飞船的重量，节省大量的能源。火星水以固态存在于地表之下，也解开了长期以来困扰科学家的一个难题：火星上的水是从哪儿来的，又流到哪儿去了？研究表明，大洪水是火山爆发，随岩浆喷发出大量的水分，加上熔岩的热量又使大量地表的固态水融化而形成的。这些水分一部分蒸发散失到太空里，另一部分通过疏松的火星表面渗入地下，又重新冻结并存储起来。

这样看来，赖以生存的水源在火星上确实存在过，火星生命的存在不仅仅只是科学幻想而已，一切都还有待于科学家的探索与发现。

“水星”变火星

有的科学家认为，火星上曾拥有面积约占该行星1/3的大片海洋。火星北半球2条长长的、类似海岸线的岩石带边缘被认为是最有力的证据，但也有专家争辩说，两条岩石带边缘多有起伏，无法说明它们就是古代海洋遗留的、理应平缓的海岸线。

一个令人吃惊的小小突破使上述观点有了重大转变。

有科学家曾宣布：由于火星的大幅度倾斜，一度平坦的海岸线遭到扭曲变形。火星岩石带的扭曲隐藏了曾经存在海洋的确凿证据，毕竟火星的海洋已经消失了长达20亿年之久。

该研究的发起人之一、加州大学伯克利分校的泰勒·佩伦说，火星上现存2条主要的海岸线各几千千米长，一条是由较古老的阿拉比亚海遗留的，另一条是由较年轻的都特罗尼斯海遗留的。阿拉比亚海当时的蓄水量可能是现在地球南极冰蓄水量的2～3倍。沿线的某个地区朝北倾斜50多度，火星很可能失去一些水，因而都特罗尼斯海露出了海岸线。佩伦指出，海水量太大，不可能全部蒸发到太空。因此我们认为火星上仍存在地下水库。

遗留下的海水可能一直存在于曾经是阿拉比亚海的低洼平原地带下，但是该低洼平原朝北倾斜了近40°。

当行星自转的时候，最沉重的物质往往会朝赤道地区移动，因为沉重的物质在赤道地区是最稳定的。地球也是这样，在赤道地区有着凸出的地形。火星上多火山的塔西斯地区是沿火星赤道的一片广袤的隆起地带，证明了行星自转的作用原理。

佩伦说，这正是该发现特别有力的证据所在。10亿多年以前发生了这样的情况：火星上质量的分布导致失去平衡的部分移向赤道，使大范围的火星海岸变形。佩伦称，他们发现了移动路线的迹象，该迹象跟海岸线的变形相吻合。

在向心力的作用下，一颗行星接近赤道地带的表面呈现相对平坦的隆起地形。但是在赤道地带以外地方，岩石会表现得富有弹性，常常起皱，就像正在放气的气球表面。佩伦和他的研究小组推测，火星的海岸线一度在赤道附近，在随着倾斜的星球向北移动的过程中变形为起伏不平的岩石高地。

该小组的另一研究者马克·理查兹指出：像火星和地球这样的行星都有一个弹性外壳，这种固体表面是可发生变形的，发生变形的方式可以预测。该行星研究小组通过对变形部分进行计算，发现这些山脊曾经是平坦的，正像海岸线一样。佩伦和他的同事们还不能确定是什么引起了火星的倾斜，但他们认为这是地表以下的力量所致。地表覆盖物可能经历过大规模的变化，致使火星变成了目前的地形。

“勇气”、“机遇”发现水

关于火星上过去是否存在地表水的问题，美国宇航局的“勇气”号和“机遇”号火星探测器对此进行了研究。

2005年1月，“机遇”号火星探测器对第一块在其他行星上发现的陨石进行了鉴定。这块陨石静静地躺在距离它的坠落地点——火星上的梅里迪亚尼平原仅1.6千米的地方。“机遇”号发现第一块陨石并非侥幸。为了测定它们的年代，“漫游”者探测器自2004年1月开始，每8个月对坠落在火星表面的陨石进行一次鉴定。从结果可以看出，火星好像成了太空陨石经常光顾的“垃圾场”。

由于这颗红色星球上的风化速度非常慢，因此它们能够保留很长时间。在南极洲发现的类似陨石每年可达数百颗。坠落在地球其他地方的陨石可能隐藏在植被中，最后被风化掉。在向心力的作用下，一颗行星接近赤道地带的表面呈现相对平坦的隆起地形。但是在赤道地带以外地方，岩石会表现得富有弹性，常常起皱，就像正在放气的气球表面。佩伦和他的研究小组推测，火星的海岸线一度在赤道附近，在随着倾斜的星球向北移动的过程中变形为起伏不平的岩石高地。

陨石在地球上可以在地震和火山等地质作用下，与地球融为一体。然而，火星上没有植被，而且风化速度非常慢，地质活动也很少。

跟躺在南极雪原上的岩石一样，与周围环境相比，火星上的铁陨石毫无遮掩，非常容易发现。对火星车上的微型热辐射光谱仪来说，它们看起来就像火星天空表面刚孵出的雏鸟。由于这些物体反射天空中光谱的特征，让人产生错觉。这些铁块曾经是年轻行星的内部结构，随后的一些原因让这些正在形成的世界发生破裂，一些碎片投向太空，落入火星。虽然这些陨石与火星岩石不同，但是它们与火星环境相互影响，因此能推测过去火星上水资源丰富的证据应该写在了它们的表面。

有关专家说，火星表面正在进行剧烈的氧化，但我们没从这些铁块上发现被氧化的迹象，确实令人感觉奇怪。水的确能加速氧化过程，水的缺失可能得以让这些物体长期存在。两个火星探测器都收集到过去火星生存在水的证据，因此没有发现氧化迹象让人很费解。当然，现在的未解之谜是，这些陨石已经在火星上存在多长时间，以及从它们坠落到火星上后，这些陨石一直暴露在什么样的环境中。也许它们已经在火星上停留数百万年，或者可能是几十亿年，但这只是猜测。

如果到目前为止，这些被发现的铁陨石中的任何一些接触了液态水、冰或水汽，我们应该能从它们表面看到在其他星球表面看到的锈迹斑斑的颜色。可能这两个火星探测器发现的这些陨石只在火星表面停留了非常短的时间。火星表面的沙丘移来移去，大气外的精细灰尘降落下来，因此这些陨石确实有可能被掩埋在地下，然后又重新出现在人们的视线中。在很多地方，它们可能在火星表面静静躺了数百万年，没被掩埋到地下。

风吹微粒对这些铁陨石表面造成的磨损，可能是研究人员没在它们表面发现氧化迹象的原因。虽然铁陨石很容易被发现，但是它们可能不是证明过去火星上有水存在的最好证据。

石质陨石的表面与它们的内部保持一致，任何被水改变的证据都能很好地保存在它们的内部。也许科学家已经在火星上看到石质陨石，只是没有认出它而已。圣路易斯华盛顿大学的雷·阿韦德森说，大部分石陨石的基本化学成分与火星上的岩石相似，然而我们只仔细地分析了“机遇”号发现的一小部分陨石资料。未来的火星探测器将有时间和能力解开这些岩石的秘密。

火星“尘暴”

在火星上，由于大气非常稀薄，它常常产生强大的“尘暴”，其影响的区域可遍及整个火星。尘暴持续的时间也很长，可把火星弄得几个月内都是“昏天黑地”的。通常，尘暴发起于火星南半球的“诺阿奇斯”地区。当火星达到近日点时，“诺阿奇斯”地区接受的热量最多，这就会引起一次大尘暴。因此，按火星绕日周期算，约2个地球年发生一次大尘暴。1971年9月～1972年1月的大尘暴持续了近4个月，当时美国的“水手9号”飞船恰好于1971年11月飞达火星，大尘暴使这艘飞船根本就无法拍照。这次大尘暴是迄今观测到的最大的一次火星尘暴。

火星尘暴是如何形成的呢？一般的解释是，太阳的辐射加热起了重要作用，特别是火星运行到近日点，太阳的辐射非常强，引起火星大气的不稳定，使昼夜温差加大，而加热后的火星大气上升便扬起灰尘。当尘粒升到空中，加热作用更大、尘粒温度更高，这又造成热气的急速上升。热气上升后，别处的大气就来填补，形成更强劲的地面风，从而形成更强的尘暴。这样一来，尘暴的规模和强度不断升级，甚至蔓延到整个火星，风速最高可达180米/秒。在地球上，12级台风的风速定为35米/秒，而18级的特大台风其风速也不过60米/秒。由此可见火星尘暴的厉害。

然而，火星尘暴的分布很特别，尘暴的发源地多半在火星南半球，特大尘暴发源地更局限在某几个地区，特别是“诺阿奇斯”地区。为什么会这样呢？这是上面的解释所说不通的。

实地探测火星是人类登上月球后的又一目标，当人类踏上火星建立基地之后，解开尘暴之谜也许是轻而易举之事。

金字塔之谜

我们从1976年美国“海盗”1号飞船发回圣多利亚多山的沙漠地区上空的照片上，可以清楚地看到，在一座高山上，耸立着一块巨大的五官俱全的人面石像，从头顶到下巴足足有16千米长。脸心宽度达14千米，与埃及狮身人面像——斯芬克斯十分相似。这尊人面石像似仰望苍穹，凝神静思。在人面像对面约9千米的地方，还有4座类似金字塔的对称排列的建筑物。

从此，火星“斯芬克斯”便成了爆炸性消息。科学家对人面像究竟是如何出现在火星的问题，依然非常谨慎。认为这不过是自然侵蚀的结果，由一些自然物质凑巧地形成的，或者是自然物体在光线影响下及阴影的运动造成的。但是，仍有很多人相信“火星人面”是非自然的，他们宣称，用精密仪器对照片进行分析，发现人面石像有非常对称的眼睛，并且还有瞳孔。霍格伦小组认真分析对比认为，最有说服证据的是“对称原理”，一个物体正因为符合绝对对称后才证明其出自人手，而非自然天成。五角大楼制图和地质学家埃罗尔托伦同样说：“那种对称现象自然界根本不存在。”人们继续对这些照片研究，又有许多发现，火星上的石像不止1座，而有许多座，并且连眼、鼻、嘴，甚至头发都能看得很清。金字塔同样有许多座。在火星的南极地区，美国科学家发现有几何构图十分方整的结构体，专家们称之为“印加人城市”。在火星北半球的基道尼亚地区，在类似埃及金字塔东侧发现奇特的黑色圈形构成体。还有道路及奇怪的圆形广场，直径1千米。道路基本完整，有的道路在修建时特意绕过坑坑洼洼。在火星尘暴漫天的条件下一般道路在5000～10000年内消失无影。估计建成时间不会太长，研究者将火星上金字塔与地球上金字塔作比较，认为两者相似，火星金字塔的短边与长边之比恰恰符合著名的黄金定律，肯定和地球上建立金字塔过程中运用了相同的数字运算。只是火星上的金字塔高1000米，底边长1500米。地球之最高的第四朝法老胡夫的金字塔才高146.5米，不过也相当于40层高的摩天大楼了，但它在火星金字塔面前却相形见绌。火星照片上那些奇特的图像都集中在面积为25平方千米的范围内。

专家们估计，人像、金字塔有50万年历史了。50万年前的火星气候正处于适合生物生存的时期，因此他们推断，这很可能是火星人留下的艺术珍品。甚至可能是外星人在火星上活动所留下的杰作。

事隔20年，在火星轨道上进行测绘任务的美国“火星观察者”太空飞船又飞越了“火星人面”区域拍到了更为清晰的照片。与1976年相比，这次的图片将“火星人面”放大了10倍，并是在逆光中拍摄的。它像什么呢？

负责“观察者”号太空飞船任务的科学家、加州科技学院的阿顿·安尔比断定是自然形成的图案。他说：“它是自然岩石形状，只是一片独立的山地，只不过是峰峦沟谷在光线的影响下形成了‘人面’。”并说，这种现象坐在飞机上的任何人都会遇到，从华盛顿到洛杉矶的飞机上就可以看到很多像那样的景色，而非人工建筑。地理学家也认为，形成“人面”的山上和阴影部分只不过是光线变化所致，也很可能是几百万年来气候变化的偶然结果。

但是，仍有很多人坚持“火星人面”是非自然的。科学家马克卡罗特是“行星科技研究学会”的成员，他指出，人脸的比例十分真实。还说：“这不是一张夸张搞笑的脸，也不是张笑脸，它的口中有牙齿，眼眶中有瞳孔。”通过计算机放大处理后，眉毛及头巾上的条纹也都清晰可辨，“人面”看上去更像人工建造的了。卡罗特也承认这只是偶然的证据，卡罗特说，这不是有力的证据，但可以积少成多，由弱变强，我们想了解更多。

“怪物”之谜

现代探测表明，火星表面所以呈红色，是由于火星大气能够发出红外线激光，使火星形成一个巨大的气体激光器。火星地表亦富含氧化铁而呈红色。

多少年来，人们一直幻想着“火星人”的存在。但实际上，火星远不具备地球上的生存环境。这里的大气极其稀薄，只相当于地球3万米高空的大气；同时大气成分以二氧化碳为主，而且异常干燥。火星赤道地区全年平均气温仅达到－15℃。春季的大风暴异常猛烈，可在火星上空形成经久不散的、面积极大的“大黄云”。火星表面类似月球，球形山密布，大约有几万座。

经过地球人的探测努力，尽管未能发现“火星人”的现实踪影，但从“人面石”到金字塔等古建筑物的发现，已经表明火星上确有文明遗迹的存在。而最先为揭示火星文明秘密提供证据的，是美国于1976年发射的火星探测器“维京1号”。

1976年7月31日，“维京1号”拍下了著名的火星表面照片，这就是火星“人面石”照片。从照片上看，一处巨大的建筑犹如五官俱全的人脸仰视着天空。该照片受到了美国宇航局的重视，为此还成立了由3名技术人员组成的专门研究小组，来分析这令人莫名其妙的画面，以鉴别是否属于自然侵蚀或自然光影所致。

专门研究小组成员采用计算机最新的处理技术对火星“人面石”照片进行分析。他们认定：“人面石”是修建在一个极大的长方形台座上，刻有轮廓分明鼻子以及左右对称的眼睛，还有略张开的嘴巴。“人面石”全长（从头顶至下巴颏）为2.6千米，宽度为2.3千米。

美国宇航局共存有6张火星“人面石”的照片，这是当初“维京1号”在不同的时间、从不同的角度拍摄的同一物体。此外，从这些照片上还发现有类似金字塔的火星古建筑，它们地处“人面石”西南向约16千米处，其边长是埃及金字塔的10倍、体积超过其1000倍。它们对称排列在“人面石”的对面；除了塔形建筑，还有其他形状的一些建筑。

门森德·伊比特罗是美国宇航局电子工程技师，也是专门研究小组的成员之一。他在介绍对火星“人面石”的检测情形时说：“眼睛部分里面有眼球，也就是有瞳孔。眼睛部分经用计算机进行处理分析，看出内部面积很大。越往外越狭小，明显地能看出刻有半球似的眼珠。更有趣的是，仔细一看眼睛下方还刻有像眼泪似的东西。这意味着什么就弄不明白了……”

专门研究小组对于“人面石”照片上出现的塔形物体和排列在其附近的人工建筑物，也进行了放大处理和仔细分析。分析结果表明，火星上的金字塔和埃及金字塔相同，都是面向正北方修建的。研究人员还在照片上发现，在类似古代都市遗迹的建筑物和金字塔群附近，有人工修建的城堡似的墙壁向前延伸。其墙壁的一面长达2千米，呈V形耸立。从形式上看，就像地球上的古城堡似的，不知用途何在。

对于火星上出现人工建筑物的事实，由于有已向公众公开过的火星“人面石”照片为证，是不容否认的了。前不久，美国加利福尼亚州和马萨诸塞州的一些火星研究专家，将他们从旧资料堆中偶然发现的一组有趣的火星照片公布在报纸上；这些照片都是1976年由“维京1号”、“维京2号”探测器在飞临火星上空时成功地摄取下来的，只是因为当时照片太多而被积压下来。在这些拍摄于30多年前的火星照片上，人们可以看到一尊尊石头人像（眼、鼻、口甚至头发都清楚可辨）；一座座高耸的金字塔；一片片类似城市废墟的奇迹。

显然，在久远的火星历史上，曾有过智能生物的大规模的文明活动。那么，这些智能生物究竟源于火星本土、还是来自于火星之外的世界呢？对此，没有任何可供追究与探索的凭据。不过，应该肯定的一点是：火星的自然环境已发生过不可逆转的悲剧性演变。

据美国宇航局的科学家们的调查分析，在距今5亿年前，火星上不仅有辽阔的海洋和大陆，而且空气同地球上一样湿润，空气成分也同现在的地球几乎相同，因此很可能存在与人相似的生物。在一次记者招待会上，美国宇航局艾姆斯研究中心的火星问题专家说：“火星上的水，比一般人一度所认为的要多得多，而且火星上仍发生类似地球上的季节变化。”“火星的水，足够填满一个10～100米深的海洋。”

尽管对于有关火星残存生态环境的情报，美国与前苏联都采取了秘而不宣的态度，但既然美国科学家已说明火星上发现了大量水的存在，那么显而易见，作为水的载体，河流海洋以及其间鱼类等生物的存在，也就不是不可能的了。

最近，美国宇航局也宣布说，在处理和分析火星照片时，发现有的照片上出现了三角形的“怪物”，火星上的这些“怪物”显然是会移动的。它们究竟是生物变异的产物，还是某种机械装置呢？难以判明。

不过，无论怎样说，如今火星上的智能生物或者说火星人早已是不存在的了。那么，这些在火星上留下了众多的石头建筑杰作的智能生物到底哪里去了呢？难道火星“人面石”的眼泪是在说明火星主人的命运悲剧么？

1989年，瑞士天文学家帕沙向报界披露了有关火星“人面石”的新的内幕消息：火星上的巨型人面建筑是报警的象征；它的内部装有一部电视发射机，它至少在50万年前已向地球不断地发出一项不祥的警告。据说，该电波显示了数以10万计的人死在街上的惨景，似乎表明火星蒙受了一场灭顶之灾，使得火星人个个面黄肌瘦并死于饥饿和干渴。

帕沙提到，来自世界各地的50位科学家已看过这段触目惊心的电视片，而苏联和美国的科学家看到该片已逾数年，其中不足90秒的部分清晰而没有受到干扰。

这是耸人听闻么？

美国宇航局成立的火星“人面石”特别研究小组成员认为：古代火星人的灭亡确实是由于遭遇到了某种灭顶之灾，而这种灾难可能来自于大气臭氧层的破坏。门森德·伊比特罗结合地球南极出现臭氧空洞的实际说：

“臭氧层一破损，来自太阳的有害紫外线，就会直射到地球上，地球上的生物就会发生皮肤癌，也许很快就会死亡。而更可怕的是，这些有害的紫外线会把水分解成氢和氧。结果，分量轻的氢气会逃往宇宙空间，长此以往，水就会消失。留下的氧，会使土地酸化，使地表的颜色变红。火星上那人脸一般的人工建筑的眼泪，也许就是向整个宇宙生物发出的警告。”

格里吉利·林耐尔也认为：“如果现在我们人类不立即停止排放废气，防止臭氧层遭到破坏，那么，我们不久就会走向与火星相同的命运。”

无须赘言，火星巨型人面建筑的眼睛及其古老的电波讯息，既是对昨日火星不幸灾变的纪念，也是对今朝地球可能命运的警示，并非杞人忧天。为了防止地球文明重蹈火星文明的覆辙，我们人类必须对此有所准备。

从这个意义上说，1989年7月20日，美国总统布什所宣布的将建成以月球为基地的实现载人飞船火星的宇宙计划，其内涵是不言而喻的。

水源之谜

1964～1977年，美国对火星发射了“水手号”和“海盗号”两个系列共8个探测器。1971年11月，“水手”9号对火星全部表面进行了高分辨率的照相，发现了火星上有宽阔而弯曲的河床。不过，这些河床与轰动一时的运河完全是两回事。这些干涸的河床，最长的约1500千米，宽达60千米或更多。主要的大河床分布在赤道地区，大河床和它的支流系统结合，形成脉络分明的水道系统。还可以观测到呈泪滴状的岛、沙洲和辫形花纹，支流几乎全部朝着下坡方向流去。科学家们分析，只有像水那样的少黏滞性流体才能造成这种河床，这是天然河床，绝不是“火星人”的运河。

那么，火星上的河水流到哪里去了呢？这便成了当代“火星河之谜”。

今天的火星表面温度很低，大部分水作为地下冰存在于极冠之中。极稀薄的大气，使得冰在温度足够高时只能直接升华为水蒸气，自由流动的河水是无法存在的。

火星河床说明，过去的火星肯定与今日的火星大不相同。有一种假说认为，在火星历史的早期，频繁的火山活动喷出了大量气体，这些浓厚的原始大气曾经使火星表面温暖如春，造成了冰雪融化河水滔滔的景色。后来火山活动减少，火山气体逐渐分解，火星大气变得稀薄、干燥、寒冷，从此，河水干涸，成为一个荒凉的世界。

另一种假说认为，在火星的历史早期，自转轴的倾斜度比现在更大，因而两极的极冠融化，大量二氧化碳进入大气，大量的水蒸发并凝成雨滴在赤道地区落下，形成河流。

当然，对于火星河流的形成还可以提出更多的猜想与假说。然而，科学家们最关心的问题是：滔滔的河水跑到哪里去了？有人提出，从巨大的江河到今日滴水皆无，这说明火星的气候发生了根本的变化。

生命之谜

一位天文学家接到了一家报纸编辑的电报，内容是：“请用100字电告：火星上是否有生命？”

这位天文学家回电说：“无人知道！”并且重复了50遍。

这件事情，发生在人类对宇宙的探索之前。后来，到了1965年7月，美国宇航局首次成功发射的“水手4号”太空探测器，近距离地飞过了火星，并且向地球发回了22帧黑白图像。这些图像显示：这颗神秘的星球上布满了令人恐怖的深坑。并且显然和月球一样，是个完全没有生命的世界。以后数年中，“水手6号”和“水手7号”也飞过了火星，“水手9号”对火星做了环绕飞行。它们向地球送回了7329幅照片。1976年，“海盗1号”和“海盗2号”进入了长期轨道的飞行，在这期间，它们发回了6万多幅高质量的图像，并且将一些登陆车组件放在火星表面上。

到1998年初，尽管当时人人都热衷于写作，但对“火星上是否有生命”这个问题的回答，却依然仅仅可能一直是“无人知道”。不过，科学家们手头上已经掌握了更多的资料，并且对这个问题形成了一系列见解。

火星的外表虽然伤痕累累，现在却已经有许多科学家认为：火星地表之下，有可能生存着最低级的、类似细菌或病毒的微生物有机体。另一些科学家虽然感觉到火星上现在根本不存在生命，但并不排斥这样一种可能性：在某个极为遥远的古老时期，火星可能曾经出现过“生物繁盛”的时代。

这些争论的范围不断扩展，其中的一个关键因素就是：从作为陨石到达了地球的火星碎片或岩石当中，是否找到了一些可能存在过的微生物化石，是否找到了生命过程的化学证据。这个证据，必须连同对生命过程进行的那些肯定性试验结果，一同被认定下来——“海盗号”登陆车就曾经进行过此类试验。

探索火星上的生命的故事中，存在着诸多令人困惑的因素，其中包括美国宇航局发表的官方结论：1976年，“海盗号”对火星的探测“没有发现任何有说服力的证据，表明火星表面存在着生命”。

但是，吉尔伯特·莱文却不能接受这个说法，他是参与“海盗号”计划的主要科学家之一。他进行了“放射性同位素跟踪释放”实验，而这个实验则显示出了准确无误的积极读数。他当时就想如实公布这个结果，但是，美国宇航局的同事们却阻止了他。

1996年，莱文博士对此评论说：“他们提出了一些解释来说明我的实验结果，但那些解释没有一个具有说服力。我相信，今天的火星上存在着生命。”

看来，莱文的同事们之所以阻止他公布自己的实验结果，是因为他的试验与另外一些试验得出的负面结果相对立，而那些试验是一些更年老的同事设计的。

“海盗号”上的质谱分光仪并没有探测到火星上的任何有机分子，这个事实受到格外的重视。不过，莱文后来证明：这个探测器上的质谱分光仪的工作电压严重不足——在一个标本里，它的最小灵敏度是1000万个生物细胞，而其他正常仪器的灵敏度却可以下降到50个生物细胞。

1996年8月，美国宇航局宣布，他们在编号ALH8400的火星陨石中，发现了微生物化石的明显遗迹。只是到了这个时候，莱文才受到了鼓舞，公布了自己的实验结果。美国宇航局公布的证据，有力地支持了莱文本人的观点，即这颗红色星球上一直存在着生命，尽管那里的环境极为严酷：“生命比我们所想象的要顽强。在原子反应堆内部的原子燃料棒里发现了微生物；在完全没有光线的深海里，也发现了微生物。”

英国欧佩恩大学行星科学教授柯林·皮灵格也同意这个观点，他说：“我完全相信，火星上的环境曾一度有利于生命的产生。”他还指出，某些生命形式能够生存在最不利的环境中，“有些能够在零度以下相当低的温度中冬眠；有的试验证明，在150℃高温里也有生命形式存在。你还能找到多少比生命更顽强的东西呢？”

火星上冷得可怕——各处的平均温度为－23℃，有些地区则一直下降到－137℃。火星上能供生命生存的气体极为匮乏，例如氮气和氧气。此外，火星上的气压也很低，一个人若是站在“火星基准高度”上（所谓“火星基准高度”，是科学家一致确定的一个高度，其作用相当于地球上的海平面），他感受到的大气压力相当于地球上海拔3万米高度上的压力。在这些低气压和低温之下，火星上即使有水存在，也绝不可能是液态的水。

科学家们认为，没有液态水，任何地方都不可能萌发生命。假如这是正确的，那么，火星过去和现在存在着生命的证据，就必然非常明显地意味着：火星上曾经充满过大量的液态水——我们将看到，有无可辩驳的证据能够证明这一点。火星上的液态水后来消失了，这也无可置疑。但是，这并不必然意味着任何生命都不能在火星上存活。恰恰相反，最近一些科学发现和实验已经表明：生命能够在任何环境下繁衍，至少在地球上是如此。

1996年，一些英国科学家在太平洋海底4000多米的地方进行钻探，发现了“一个欣欣向荣的微生物地下世界……（这些）细菌表明：生命能在极端的环境里存在，那里的压力是海平面压力的400倍，而温度竟高达170℃”。

研究海底3000多米处的活火山的科学家也发现了一些动物，它们属于所谓髭虎鱼属动物，聚居在布满各种细菌的领地上，而那些细菌则在从海床上隆起的、沸腾的、富含矿物质的地幔柱上，繁茂地生长。这些动物通常只有几毫米长，样子很像蠕虫，而在这里，其尺寸畸形发展成为巨大的怪物，样子使人联想到神话中的蝾螈，那是传说生活在火里的一种大虫子或者爬行动物。

髭虎鱼属动物赖以生存的那些细菌，其模样也几乎同样古怪。它们不需要阳光来提供能量，因为没有阳光能够穿透到这样的深海下面。但它们却能利用“从海底冒出来的、接近沸腾的水的热量”。它们不需要有机物碎块作为营养，而能够消化“热海水中的矿物质”。这样的动物被动物学家归入极端变形的“白养生物”类属，它们吃玄武岩，以氧气为能量，并且能从二氧化碳中提取碳元素。

科学家们的报告声称：

另外一些自养生物被发现于海底3000米处，那里惟一的热源是岩石的热量……在113℃的高温中能够发现这些生物……在酸流中也能发现这些生物；在苯和环乙酮等物质的有害环境中，在马里亚纳海沟11000米的深海里，都能够发现这些生物。

可以想象，火星上有可能存活着这类生物，它们也许被封闭在了10米厚的永久冻土层当中。人们认为，火星地表下面存在着这种永久冻土层，它们也许已在火星悬浮的大气里存在了无比漫长的时期。

在地球上，休眠的微生物被琥珀包裹了数千万年而保存下来。1995年，美国加利福尼亚州的科学家曾经成功地使这些微生物复活，并把它们放在了密封的实验室里。另外一些有繁殖能力的微生物有机体，已经从水晶盐当中被分离了出来，它们的年龄超过了2亿年。

在实验室中，“细菌孢子被加热到沸点，然后被冷冻到-270℃，这个温度范围正是星际太空间的温度变化范围。等温度条件一好转，这些细菌孢子立即恢复了生命。”

同样，有些病毒即使在此类生物组织外面没有活力，也能够在细胞中被激活。在其休眠状态下，这些可怕的小生物（其身体比可见光的波长还短）可以说几乎是永远不死的。经过仔细检查，科学家发现它们都极为复杂，并具有由1.5×104个核苷组成的基因组。

随着美国宇航局对火星的继续探索，科学家们相信，火星和地球之间存在交叉感染的情况是极为可能的。的确，早在人类开始太空飞行时代以前很久，可能已经发生过这种交叉感染的情况了。来自火星表面的陨石落到地球上，同样，有人认为因小行星的撞击而从地球“飞溅出去的”岩石有时也必定会到达火星。

可以想见，地球上的生命孢子本身就有可能是由火星陨石携带过来的——反之也是如此，生命孢子也可能被从地球上带到火星。阿德莱德大学的保罗·戴维斯教授指出：

对地球上的生命来说，火星并不是一个特别有利于生存的地方……然而，地球上发现的一些细菌物种依然能够在火星上生存下来……如果生命在以往遥远的年代里曾在火星上牢牢地扎根和发展，那么，当其生存条件逐步恶化的时候，生命也就有可能逐步地适应其更为严酷的环境。

火星上到底有没有生命？也许，直到人类的脚印踏上火星之前，它永远不会有一个明确的答案。

月球——我们最近的邻居

荒无人烟的月球是我们宇宙中最近的邻居。月球的直径是3476千米，和美国东海岸到西海岸的距离差不多。这是一个没有空气没有水的地方（除了南极附近有少量的冰），从来就没有生命在这里存在过。地球和月球的平均距离是38.3万千米。

白天的时候月球上很热，而夜晚则很冷。一个行星或卫星的大气越厚，早晚的温差就越小。因为月球没有大气，平常的温度计在这里根本无法使用。在月球赤道上，中午的温度在116℃左右，然而在同一地点，午夜时的温度将下降到刺骨的－139℃。

月球的特征

月球最典型的特征是环形山。月球上有数以百万计的环形山，大多数都是被小行星、流星和彗星撞击形成的。这些碰撞大部分发生在很久以前。还有一些碰撞现在仍在发生。月球没有大气保护，所以这些物体以几十千米/秒的速度无阻力的撞到月球表面上。许多环形山都能用小型望远镜观察。环形山有很小的，也有直径160千米的很大的。一些环形山的边缘有6100米高。

月球上有许多小坑，小的坑里有更小的坑……一直到无穷多个。如果我们要数月球上到底有多少个不同大小的坑，我们能找到少量的大坑，但是我们能找到很多的小坑。原因是在宇宙空间里小体积的物体比大体积的物体多的多。另一个原因是不同大小坑是怎么形成的。简而言之，这不是一蹴而就的。首先形成的是当流星或其他物体撞击月面形成的初始坑。当撞击发生的时候，月球上的小块岩石被砸向初始坑的各个方向。这些小块的物体再次撞击月面，形成第二次的撞击坑。碎片再次被抛出去，重复前面的过程就形成了更小的坑……

像第谷和哥白尼这样的月球坑放射明亮的光线，远到几百千米长，就像是轮子。这种装饰性的效果是月球坑形成的时候被抛出去的浅颜色的物质造成的。放光的坑是新形成的，随着时间的推移，它们将因为月球昼夜的温差，和月面的扩张和收缩而逐渐消失。

研究月球特征能帮助我们判断它们相关的年龄。一些环形山有尖锐的，明显的轮廓。其他一些则呈现出破碎的轮廓，前者是新形成的，而后者显示了流星碰撞时的信息，也能显示因为昼夜巨大温差而造成的固体扩张与收缩而导致的一种叫月球“侵蚀”的相关信息。有时候我们看到两个环形山有些部分重叠在一起。一个环形山穿过了另一个的边缘或者在另一个的内部，很明显这个陨石坑是新形成的。

如果你有20/20的视力，你能裸眼分辨出月球的一个环形山。正如你所想的，你裸眼能看到的那个就是月球上最大的环形山，它叫格里马迪。它暗色的基底使它能在周围浅色的环境中被分辨出来。如果你把一轮圆月想象成一个表盘，在9点方向月球的左边缘你就能找到它。它看上去是一个小的暗的椭圆，但实际上它的直径超过160千米。

地球经受的撞击远比月球多得多，然而只有很少的陨石坑。因为具有更大的质量和体积，地球在它的一生中将比月球吸引更多的流星。然而月球看起来才是一个真正的陨石坑世界，而地球则不是。地球的气候和地壳运动始终是使它变得平坦的方向努力，而月球则缺少这种力，所以它一直保持着它早年留下的伤疤。

月球也有范围很大的山脉。月球有一些山脉，亚平宁山脉是其中最著名的几个之一。它的一些山峰比珠穆朗玛峰还要高。不像地球，月球没有盘状构造也没有风或雨的侵蚀，因此一旦山峰形成，除了碰撞造成的粉碎，高度一般都不会改变。

月球也有被称为“海”、“峭壁”、“河”的特征。月海不是实际的水体，而是大范围绵延数百千米的暗色的固化的互相连接的平滑的熔岩链。在别处，我们找到了数十千米高的峭壁和蜿蜒的叫做“河”的谷地。“河”可能是月球表面下熔岩的通道塌陷造成的。

月球的表面不同的区域呈现不同的亮度。即使是用眼镜或裸眼看上月亮一眼，你也会发现月面各个地方的亮度不是一样的。月球某种程度上是杂色的。浅色区是月球上的高地。大多数这样的区域都是多山的或遭受严重撞击的地区。

月球也有暗区。月球上的黑暗地区形状大多数都是圆形的，就是俗称的“月海”。这个名字能回溯到早些时候，那时候平坦黑暗的外观让一些天文学家猜测它们可能是水体。今天我们意识到它们是从月球演化早期，从表面下很深地方涌出、留向洼地的相当大的固化熔岩链。月海这个词现在仍在使用，然而它们大多见于诗句，就像“平静的海”、“云海”。

是什么造成了“月球人”的幻觉？浅色的高地区域和深色的熔岩链（月海）的相互影响创造了所谓的月球人。两个月球的熔岩链，“平静海”和“宁静海”（太空人第一次在月球着陆的地方）构成了左眼，而“雨海”则构成了右眼。亚平宁山脉构成了鼻子，其他一些聚集在一起的链，其中包括“蒸汽海”弯曲成了人的小嘴。许多不同的文化把亮和暗的区域用其他的方式来解释，于是就有了“嫦娥”、“月兔”，甚至是“月雾”的叫法。这些都使得月球看起来像一种宇宙的墨迹测验。

月相景观

月球有定期的月相循环。每29.53天月球完成一次月相的循环。这个循环的主要的点分别叫做“新月”、“娥眉月”、“上弦月”、“盈凸月”、“满月”、“亏凸月”、“下弦月”和“残月”。循环的起点是“新月”。

什么是渐满的月亮，渐亏的月亮？当月球渐满的时候，它每晚都比前一晚变得更圆。当月球渐亏的时候，它每晚都比前一晚亏得更多。在新月和满月之间，月亮渐满；在满月和新月之间，月球渐亏。

你可以通过每晚的观察看到月相循环变化的过程。除非日食，否则我们看不到新月。因为在这个月相的时候，月球处在地球和太阳之间，所以太阳照亮的是月球背向地球的一边。新月过后的几天内，我们将在日落后西方的天空中看到细细的渐满的月亮，这是“娥眉月”相。之后每晚月亮都变得丰满一些，直到新月之后的1个星期多一点的时候，我们将在南天正好看到月亮右边的一半。这叫做上弦月，月球完成了月相循环1/4。过了这一晚，月亮变得更圆，形状开始变得像一个鸡蛋了。这叫做“盈凸月”相。新月过后的15天再多一些的时候，从地球上看，月球正好在太阳的相反的一边，这时太阳照亮了月亮的整个半球，我们看到了“满月”。在接下来的2个星期里，月球从“盈月”相——从越变越圆变成越变越不圆的“亏月”相。从这天开始，我们将看到一个越来越小的月亮。首先是月亮左半边越来越平的“亏凸月”相。新月过后的3个星期多一点的时候，我们看到了被太阳照亮了左半边的月亮，这时我们经过了月相循环的3/4，它叫做下弦月。在月相循环的最后几天，月亮变得越来越细，这就做“残月”相，我们在黎明前可以看到它。最后它又来到了下一个新月的位置。

你能通过一个球和灯的关系来理解月相是怎样变化和为什么变化的。理解月亮是怎样进行月相循环和为什么进行循环的是一件很有意思的事情。在一间黑暗的屋子里通过一个球和一盏灯你就能马上证明给自己看。你所需要的仅仅是一个球（任何大小的都可以）和一个能造成尖锐阴影的无影灯。把灯放好然后打开，使灯泡与你的肩膀同高。关掉屋里的其他灯。把球拿在手，身体离灯要有一定的距离。灯代表太阳，球代表月亮，你的头就代表地球。把手臂向前伸直，把球举到与肩同高的位置。然后你开始缓慢地转圈，同时保持刚才的姿势。当你旋转的时候，你将能看到球类似于月亮的像的变化。实际上灯、你的头和球的位置关系就是太阳、地球和月球的位置关系。当你把球拿到你和灯之间的时候，你将看到球切断了来自于灯的光线，形成了“日食”。当你正好处在灯和球之间的时候，你头部的影子落在了球上，形成了“月食”。这样的实验很有趣，一定要试一试！

明暗界限在日出和日落时在月球上留下晨昏界线。当月亮渐满的时候，明暗界限将出现在日出的方向。每晚都用望远镜观察，你将能看到这条线逐渐向西移动。就像地球上一小时一小时地流逝。当月亮逐渐变小的时候，明暗界限出现在日落的方向。每晚观测，这条线逐渐向西移动，并且吞噬更多的月面使月亮越变越小。

当月亮渐缺的时候，地球反照是一个相当美丽的现象。在新月的前几天或后几天，月亮在天上相当的小，但是当你用双眼仔细观察的时候，你将会看到被地球影子遮住的部分仍然隐约可见。这种现象就叫地球反照，是太阳光照在地球上然后反射到黑暗中的那部分把月亮照亮造成的。当提及在黄昏出现的娥眉月时，这样的现象有时在诗里叫做“旧月亮在新月亮的怀抱”。

如果你知道正确的位置，你能经常在白天看到月亮。当月亮由亏转盈，它在日落前升起，所以至少在下午的时间里看到它。当娥眉月时，你将在快到晚上的时候，在西南方天空中找到它。上弦月可以在下午的东南或南方的天上找到。盈凸月在一天的晚些时候可以在东方或东南方向找到，它十分明显。在满月过后，月亮在日落后升起，在日出后落下。所以在早上西方的天空中可以看到亏凸月。下弦月在一天中早些时候的南天可以找到。残月基本上就在太阳的方向。

我们在地球上看到的总是月球的同一面。月球总是以同一半球对着地球。这意味着我们看到的总是同一个月面。如果你在新月的时候发射强大的探测光照亮月面，你将发现它和满月的时候是一样的月面。

随着时间的流逝，月亮展示给我们的不止半个月面。当月亮以同一个面对着我们的时候，它的转动轴有微小的震动。这种振动是天平动。这使我们能交替的看到它的东边缘和西边缘。而且因为月球绕地球转的轨道和地球绕太阳转的轨道有一定的倾角，我们有时也能瞥到它的上下两极。总之这让我们看到了59％的月面，而不是50％。

月球朝向地球的一面和背向地球的一面有很大的不同。朝向地球的一面既能表现光又能表现阴暗，而背向地球的一面则有很少的阴暗区，更多的坑和高地。没有人知道这是为什么，但是大撞击可能开始的时候只发生在一个半球。猜测这和地球有一定的关系可能很有诱惑力。但是大撞击可能发生在月球减慢自转，使一个面朝向地球之前。

月亮在地平线的时候看起来比在空中的时候大。从学术角度讲，月亮在地平时比升上天空的时候距离地球要远上6400多千米。但是一个升起的满月确实会看起来很大。这种涉及月球幻想的现象更多地来自于心理。这种幻想是大脑首先把从地平升起来的月亮想象成月球变得越来越近的思想放了进去，意识将不同程度的影响前景物体造成错觉。这种离奇的东西没有一种解释得到了公认，但是下一次你看到满月刚刚升起的时候，不要说它比升上去的时候大，这只是个幻觉。

当满月的时候，月亮在空中的位置总是和太阳反向。正因为此，满月总是在太阳落下西方地平的时候在东方升起。当月亮在第二天早上从西边落下的时候，太阳正好从东边地平升起。

满月会很亮，但是月亮在天上可以很亮，事实上它是一个很暗的物体。它的大多数岩石和土壤是灰色的，月亮只反射太阳照到它上面的大约7％的能量。其他行星的卫星大多数都反射太阳照在它们上面的80％的能量，因为它们是由大量的冰构成的。我们可以想象一下，如果我们也有一个冰月亮绕着我们转，我们的夜晚将会多么明亮啊！

在谈论月球或其他行星及其卫星的亮度的时候，天文学家常用一个叫“照度”的词。一个物体的照度就是该物体反射或散射太阳辐射的百分比。所以我们也可以说月亮的照度是7％。而外层行星的卫星的照度通常是80％。

不同的满月以不同的路径穿过空中。因为地球的转轴与它的轨道有一定的倾角，而月球绕地球的轨道也有一定的倾斜，与地球绕太阳的轨道也存在倾角，所以月球以不同的路径经过空中。在中纬度地区寒冷的冬夜里，满月能爬到中天，而夏天刚开始的时候它只能很低的划过南天。在一些地区，在一年的雨季里我们将透过很多水气看到这个6月份的月亮。水气散射掉蓝光和紫光，这样月亮看起来是桔黄色的。毫无疑问这样的“蜜月”与一年中结婚的传统有关。

我们“月份”的说法就衍生于“月”。月相变化1圈就是1个月，这一点都不奇怪。这变成了一样很方便的计算时间的方法，并且存在于很多文化之中。

因为在天空中的位置，月相真的对农民收庄稼有帮助。因为月球的轨道面与地球的轨道面存在倾角，所以在一年中月亮升起来的时间会不太一样。春天刚刚到来的时候，月亮每天都会比前一天正好晚升起一个小时。然而，在秋天刚开始的时候，情况正好反过来了，月亮好几个晚上都在同一时间升起。这个“Harvest Moon”在太阳从西边落山的时候，在东边给农民们一个光的延迟效应，而这个时候正好是一年中农民花最多时间收庄稼的时候。

每年“Harvest Moon”的日期由另一个天文事件决定。“Harvest Moon”是接近秋分点的满月，换句话说它出现的时间最接近秋季的第一天。因为秋季的第一天是9月22日或9月23日，而满月通常发生在这个日期的前半个月或后半个月。“Harvest Moon”可能在9月7号到10月7号之间的任意一天出现。史蒂夫万德的歌《I just called to say I love you》有一句歌词是这样的：“No harvest moon to light one-tender August night”这是一首好听的歌，卖出了几百万的唱片，但是按照资料的记载，Harvest Moon是不可能出现在8月的。

今天的许多风俗仍然用阴历来定宗教节日和一些严肃事件的时间。中国人、印度人、犹太人、穆斯林和其他一些种族的人仍然在用阴历。拿穆斯林的斋月为例，它是第一眼看到娥眉月的时候开始，到下一个娥眉月为止。同时犹太人的盛大节日逾越节甚至是今天的复活节也由月亮决定。复活节的日期每年都不同，但是总是在春分和第一个满月后的第一个星期天。复活节和逾越节通常在一年中的同一时间到来。

用望远镜观察月亮最差的时间就是满月的时候。满月很浪漫，但是当用望远镜观测的时候却很令人失望。当满月的时候，月亮表面的中心地带正在经历正午（被太阳照出的影子最短）。因为没有阴影把月球的地形显示出来，所以月球的表面几乎没有什么特征。用望远镜观测月亮的最佳时期是靠近上弦月或下弦月的时间的时候，那时候月球坑和环形山呈现出浮雕式的效果。尤其是沿着月球平坦的边缘，它们将投出很显著的长长的影子。

月亮整晚都在天上的理念一个月只出现一天。这个夜晚就是满月的那个夜晚。大部分时间我们只能看到月亮的一部分，而且3/4个月是这样的。在月相是新月的时间的附近，天上根本看不到月亮。如果你在任意晚上的任意的时间出去，你将有只有1/2的可能性能找到月亮。

从一个满月到下一个满月的时间是29.53天。这就意味着除了2月份，如果满月发生在一个月的最开始，我们就将在这个月里看到第二次满月。一个月里的第二次满月就叫做“蓝月亮”。平均来说，蓝月亮每2.5～3年出现一次。当然，“蓝月亮”不是看起来是蓝色的，它只是个名字而已。那么月亮能有一个蓝色的影子吗？答案是肯定的。生火出来的烟和火山爆发时喷出来的烟都可以散射月亮上来的红色和橙色的光，这样月亮看上去就穿上了蓝色的外套了。

月球绕地球转的轨道不是一个规则的圆。像所有其他的天体，月球的轨道是一个椭圆。在历时一个月的轨道中，它与地球间的距离在356405～406680千米之间变化。近地点和远地点在轨道上缓慢地移动，所以，月相不是与一定的距离有联系的。所以，有的满月的时候，月球离地球近些；有的新月的时候，月球离地球近些。

月食的原因是什么？月食发生在地球，月亮和太阳在一条直线上，并且地球处在它们中间的时候。当月食发生的时候，月球正好通过地球在空间投下的影子，并且我们看到这个影子缓缓的从月球表面爬过。所以月全食只有在满月的时候才出现。但月全食不是每个满月的时候都发生。这是因为月球绕地球转的轨道与地球绕太阳转的轨道有一定的夹角。这使得一些满月的时候，月球刚好从阴影的上面或下面通过。

月食的现象证明了地球是圆的。地球上不同纬度的人可以看到相同的月食，并且可以看到地球投在月面上的影子是圆的，尽管在不同纬度的人在月食时看到的月亮在天空的不同位置，但这种情况说明地球只可能是圆的而不是平的。实际上这个争论早在公元前350年的时候被古希腊哲学家亚里士多德证实了。在哥伦布时期，除了哥伦布每个人都相信地球是平的。

月食可以有全食和偏食。地球的影子由全黑的本影区和灰色的半影区组成。当月球全部进入本影区的时候，月全食就发生了。如果月球只有一部分进入了本影区，那么将发生月偏食。当月球进入了半影区的时候，也将发生月食。只不过半影区比较微弱，效果不太明显罢了。

当月食发生的时候，地球同一边的人都能看到。因为地球上一半的地区在黑夜的时候在任何时间都是黑的，当月球进入地球影子要发生月食的时候，地球上处于黑夜的那个半球都面对着满月。所以，只要天气允许，成千上万的人都能在同一时间看到月食。

你很容易就能想到可观测的月食比它们实际发生的时候少。除非你故意满世界地跑，在正确的时间到达正确的地点。否则你看到的月食的次数比它实际发生次数要少。因为月球在进入地球的影子要发生月食的时候，你必须在地球上是黑夜的那个半球才可能看到月食。所以有时月食发生时我们处在黑夜，这样我们可以看到；而有时我们正在白天看不到。这意味着地球上另半边的人代我们享受了一次月食。

有些时候月食很暗，有些时候很亮甚至是有颜色的。在一些情况下，月全食会很暗，以至于在天上我们根本看不到它。但有些时候它是可见的，甚至是它在通过本影的中心区域时。那时它呈现出红色或者古铜色。这些现象与月球无关，而与月食发生时地球大气的状态有关。阳光穿过环绕地球的大气照到月球上，地球的大气散射掉太阳发出的蓝光和紫光而允许红光和橙色光通过，它们照到月球的表面上，其中的一部分再被反射到地球上，所以全食时的月亮有时看起来像个缓缓燃烧着的灯笼。在大型火山活动的时期，地球的大气中就有大量的灰尘和烟，这些颗粒吸收所有的太阳光，所以它们能使月全食时的月亮看起来很暗。

月食可以持续很长时间。当月亮只有一部分经过本影区的时候，这使得月食是一个相当短的过程。但是因为地球本影的直径是月球直径的2倍还多，而且半影区也在本影区旁边，所以月全食从开始到结束可以长达5小时（全部在本影区可以持续2小时）。

观测月食是安全的。不像是观测日食，月食的观测不会伤害你的眼睛。毕竟看满月是安全的，而且它很久以前就被无数对恋人们凝望过。月球通过地球的阴影，很少的光能射到你的眼睛里。

月球引起了潮汐，这是普遍的观点。但实际上，太阳在其中也扮演了角色，虽然只是很小的影响。尽管日地距离远大于地月的距离，但太阳的巨大的质量仍然产生了显著的引力影响。

在地球上同一点每天发生2次潮汐。这是因为月球使地球升起两个大水球——一个面对着月亮，另一个正好背对着月亮。地球在这2个潮汐球下旋转，每转一次产生2次潮峰。在两个“水峰”正中间的地方有2个相对应的槽，形成2个低潮。所以，在高潮中间与之相对应的低潮每天也伴随出现。高潮和低潮的出现的次数每天都会有一些改变，因为月球一直在自己的轨道上前进。当月亮升到很高的时候，每天都会提前一点。

面朝月球方向的潮汐球很好理解，但在相反方向为什么会有潮汐球有些令人费解。理解为什么在相反方向会有潮汐球的关键在于是什么引发了潮汐。大多数人认为月球的引力引起了潮汐，但是这不完全正确。真正的原因是因为月球对地球前面和后面引力总量上的不同造成了潮汐。月球对地球的引力作用与地月之间的距离有关。地球上的近月端比远月端距离月球近12870千米。这就意味着月球对地球的近月端的引力最大，而对远端的引力最小，地球中间的部分受的力在最大力和最小力之间。月球把地球面向它这边的水向自己的方向吸引，形成了面向月亮的潮汐球。下面是一个很有意思的地方，就是月球对地核的拉力作用比对远端要强，所以地核就被拉向远离远月端的水体，这样就形成了第二个潮汐球。

涨潮和落潮是宇宙的拔河比赛。当月球，地球和太阳拍成一条直线的时候（这时是满月或者是新月），月球和太阳在同一条直线的相反方向吸引着地球，这样的作用增强了潮水，叫做涨潮。在地球上看，当月球和太阳之间呈直角关系的时候，它们互成角度的引力使得潮水减小，这叫做落潮。

尽管影响潮汐的主要是月球，但认为月亮也会使人类产生潮汐，并且影响人类的行为是错误的。理解这个经常被人们误解的理念的关键在于潮汐是月亮对近月端和远月端的作用力不同产生的。对于地球来说，这个引力上的差异会很明显，因为地球的直径差不多只有12870千米，所以近月端比远月端距离月亮要近12870千米。对于人类来说，身高平均不到1.83米，大约只有31厘米宽。所以对你从头到脚的影响，左肩到右肩的影响都是微乎其微的。人体内部的力是这个吸引力的好几百万倍，所以察觉不到月球对人的作用。

但是真的没有证据证明月亮从一个满月到下一个满月的时间与人的生理周期没有任何关联吗？是巧合而没有影响。毕竟很多的物种都显示出生理周期，但是只有一些与月相的变化周期相近。并且对于人类的生理周期，每个人都有显著的不同。

许多产科的大夫和护士都声称出生率和一胎多生在满月的时候都明显上升。这是一个有趣的事情，并且你可以对此进行实验来看看是否是这样的。在数年前的一次研究中，加州理工大学的天文学家乔治阿贝尔博士决定找出答案。过去的几年中他查看出生记录并且记录月相变化。那么结果呢？根本就没有关联。看来人类是一种有趣的动物。

一些人提出在满月前后的几天是暴力犯罪和不正常行为的高发期。同样的，运用大量数据研究的时候，大多数关于这种情况的科学实验显示这其中并没有什么关联。在这种情况下，我们必须区别月亮真正的影响和人们乐于相信月亮对他们行为确实起作用的影响。简而言之，如果一个人非常相信满月对他或她的行为有强烈的影响，那么他或她的行为就非常可能存在一些异常。还有一点非常重要，就是我们要区别月亮的力量和人类意识的力量。一个伟大的哲学家如是说：我们看到一种现象，它就是我们自己。

月球的形成

月球很可能是地球被空间中的巨大物体碰撞后形成的。在我们了解板块构造论（大型地壳的运动）之前，一些人注意到，月球和太平洋的大小差不多，并且开始推测月球可能就是原来地球上的这个部分。其他人推断月球于早期太阳系的其他地方形成，在靠近地球的时候被地球俘获。今天掌握的最普遍的理论则认为在太阳系的早期，一个火星大小的物体与地球发生了一次猛烈的碰撞。物质被驱散，并在地球周围形成了一个环，最后结合成了月球。但那个时候的地球仍处于熔融的状态。

月球的历史很悲壮！在过去经常受到撞击。月球由气体云和尘埃在46亿年前构成。当月球固化的时候，小型的空间碎片不停地被吸入。在39亿年前到42亿年前的这段时间中，这个大碰撞时期产生了我们今天看到的月球表面的坑。38亿年前，月球中心的放射性物质引起了内部的加热，并且使月球变成熔融状态，引发了月球表面的火山爆发。熔岩流到月球表面，它们流向地势低盆地，形成了月海。31亿年前，火山活动期过去了，熔岩固化了。除了偶然的流星碰撞，月球就变成了我们今天看到的样子。

月球内部是多块状的。当飞船第一次被送到空间去环绕月球的时候，科学家们注意到飞船在特定的点被意外地减速或加速。科学家们当即推测速度的变化是由于大密度的流星体碰撞月球并且深入了熔融状态的月球。高密度的地方在它的周围产生了更强一些的引力，这样飞船就被加速了。对月球探测器运动的认真计算使得科学家们可以准确地描述出月球内部看不见的部分的质量分布。

月球的内部还可以通过阿波罗宇航员留在月球上面的测震仪来进行研究。近10000次的月震被探测器记录了下来。一些是因为物体高速撞击月球引起的，但绝大多数还是因为地球潮汐力引发的月球内部的变化。大部分的月震发生在月面以下640～1200千米。在这个深度下面是大多数科学家认为还处于熔融状态的月核。在月震区的上面是月球的覆盖物和月壳。月壳的平均厚度只有72千米。

先后一共有12位宇航员在月球表面行走过。他们每两人一组，共6组，通过阿波罗计划11到17驾驶飞船在月球降落。本来会有更多的着陆计划，但是它们被美国国家航空和宇宙航行局（NASA）取消掉了。不走运的阿波罗13只绕着月球转了几圈而没有成功地着落，像有名的同名电影中描述的一样。一些苏联在冷战时期保密的资料表明：苏联也曾尝试把宇航员送到月球附近，但由于各种原因，这些计划在实施前都夭折了。

宇航员总共从月球上带回了381千克（840磅）的物质。这些物质尺寸迥异，大到人的头颅，小到尘埃颗粒，并且来自月球上从平原到山地的广袤地域。带回的岩石中，最年轻的只有31亿岁，而最老的已有44.2亿岁，接近太阳系自身的年龄。

月球上岩石的年龄一般比地球上的大。月球在31亿年前地质已经不活跃了，许多区域已经不再活动。与之对比，那时地球上火山仍十分活跃，地壳运动直到现在还未停止。因此，地球上的岩石年龄大都远小于30亿年，月球上的岩石年龄大都在40亿年甚至更多。这样一来，研究月球上的岩石，而不是地球上的岩石，可以使我们了解太阳系早期的历史。

从月球上带回的岩石的类型都是地质学家所熟悉的。在阿波罗宇航员探测的谷底和高地上，找到了角砾岩，即不同类型的岩石在压力作用下“焊接”在一起的混合物。在谷底找到的岩石多是玄武岩，一种含有金属和硅酸盐的颗粒状岩石。

分析月球的岩石可以得出：虽然月球岩石样本中不含水，而含有大量铀、钍等地球上的稀有元素，但地球和月球在化学成分上是相似的，至少在表面上是的。也许有一天，在月球上采矿从经济上来看是可行的。

因为质量远小于地球，月球表面的重力加速度也远小于地球。是地球表面的六分之一。一个在地球上重100千克的人在月球上重还不到17千克，这是由于月球对人的拉力是地球对人的拉力的1/6。宇航员利用一种漫步兼跳跃相结合的方法来使自己在月球上尽快地移动。如果不是身上宇航服的影响，他们能够跳得比地球上高6倍，远6倍。让运动员们穿上灵活的服装，在月球上举办奥林匹克运动会，一定会被录入吉尼斯世界纪录！

在月球上从同一高度放下一把铁锤和一片羽毛，它们将同时着月。如果你现在在身边做这个小试验，很明显，铁锤先着地，因为羽毛表面积与重量之比远大于铁锤，它在下落时受的空气阻力使羽毛减速快。在月球上，没有空气的存在，铁锤受的力比羽毛大，但这个力正好使惯性大的铁锤具有与惯性小的羽毛一样的加速度。惯性取决于物体质量的大小，是表征使物体运动或静止的难度。例如一辆凯迪拉克车的质量比曲棍球大，使凯迪拉克从0千米/秒加速到60千米/秒远比曲棍球难，再使它停下也比曲棍球难。虽然月球上铁锤受的力比羽毛大，但这只能使具有和羽毛一样的加速度，因此铁锤和羽毛将同时着月。

从月球上看地球，将会看到类似月相圆缺变化的“地相”。与从地球上看见月相变化的原因一样，从月球上看地球，地球也会有“地相”变化。而地相与月相正好互补。换句话说，当我们看到满月时，月球上的宇航员将看到新月状的地球；当我们看到1/4月亮时，宇航员将看到3/4的地球。当然，从月球上看到的地球比从地球上看到的月亮大4倍。

一个有趣的现象是：月球正逐渐远离地球。虽然月亮围着地球转，但它以30厘米/年的速度远离我们而去。

地球和月球的距离

天文学家们目前通过对珍贵的化石、标本以及岩石的样本的变化规律分析研究后，发现了地球、月亮和太阳在数亿年前的变化规律。科学家们表示，鹦鹉螺壳、珊瑚年轮等都是非常稀有的活化石，通过对它们的分析研究，证实地球正在越转越慢，而月球正在逃逸。早在4亿年前，地球和月球的距离大约只有现在的1/2。

鹦鹉螺壳看上去和普通贝壳差不多，贝壳表面有一圈圈的纹路，就像是风车起舞，它出现于5.3亿年前，到4.7亿年前迎来自己的昌盛，历史上共演化出了2500多个品种，到如今，它已经渐渐走向灭亡，只剩下4～5个品种，然而这个在世界上日渐衰落的生物，通过和它4亿多年前的化石相比较，专家们却发现了一个惊天的秘密，月球确实正在远离地球。

科学家们介绍称，通过对现存的几种鹦鹉螺化石研究中发现，贝壳上的波状螺纹具有和树木年轮一样的性能，螺纹分许多隔，虽宽窄不同，但每隔上细小波状生长线在30条左右，与现代农历1个月的天数完全相同。这种特殊生长现象使科学家得到极大启发，他们又观察了古鹦鹉螺化石，惊奇地发现，古鹦鹉的生长线数随着化石年代的上溯而逐渐减少，但相同地质年代的螺壳生长线却是固定不变。研究显示，现代鹦鹉螺的贝壳上，生长线是30条，中生代白垩纪是22条，侏罗纪是18条，古生代石炭纪是15条，奥陶纪是9条，由此推断，在距今4.2亿年前的古生代奥陶纪时，月亮绕地球一周只有9天。根据推测，专家估计，在奥陶纪时，地球与月球之间的距离，只有现在的43％左右。

珊瑚也有年轮。科学家们发现，珊瑚每年长有365条轮线，而4亿年前的珊瑚化石上每年长有400条年轮线。这说明，4亿年前，地球每年是400天，那时，地球每自转一周的时间为21.5小时，比现在要快3.5小时。

那么地球的自转为什么会变慢呢？据科学家们分析，主要是潮汐作用引起的。通过牵引，地球的自转能量被月球一点点地“偷”走了，因此每隔100年自转周期就减慢1.5毫秒。地球把部分自转能量传给了月亮，使月亮的动能增加了，这也和鹦鹉螺壳透露出来的月球逃逸的结论基本一致。据专家测算出，月球正在以每年3.8厘米的速度远离地球。

伽利略的发现

1609年，意大利科学家伽利略研制了一架望远镜，这架望远镜的直径不到3厘米，清晰度不高，但毕竟可以用来观察天体。伽利略用这架望远镜所做的第一件事就是瞄准月球。那时，正统的天文学宣称，月球是一个完美的球体，像水晶一样光滑。然而，伽利略从望远镜里望去，看到的全然不是这么一回事。

月球是一个表面凹凸不平的球体！伽利略为自己的发现感到震惊。他在《星际使者》中描述所见到的情景：“新月之后四五天，当月球现出亮亮的尖角时，明暗两部分之间的界线，完全不是完美球面上那样的圆滑。相反，分界线并不平整，也不规则，充满锯齿形。”

在明暗之间的界线附近，明亮的区域里有些小黑块，阴暗区域中则有些亮点，随着界线移动，黑块减少，亮的部分增加。这现象恰如在地球上，当太阳升空时，山峰照亮的部分增加，山谷阴暗的部分减少。显然月球上有山！

月球上这些山峰和山谷，伽利略把它们描绘成“好似孔雀尾巴上的圆斑”，背着阳光的边缘上有一道黑色带，面向阳光的那一边则照得通明。这应是一些圆形的幽谷，四周围绕着山脉，也就是我们今天所称的“环形山”。

伽利略从确定影子的长度开始，终于算出这些山的高度。他认为某些山高达7000米，超出当时已知的地球上任何山峰的高度。月球比地球小得多，却有更高的山，因此月球表面更加高低不平，他还在自己写的书中绘了插图。

那么，既然月球表面如此高低不平，为什么它明亮部分的边缘呈如此完美的圆形，而不是锯齿状呢？伽利略这样回答：那是因为在明亮部分的边缘上（我们永远只能见到月球的一个侧面）有许多山脉并列着，在我们看来，一条山脉的凹陷部分被另一条山脉的隆起部分填满了，因而边缘部分就呈现出圆形。这就像波涛汹涌的大海，从远处看去，海面似乎是平的，因为所有的波峰高度相同，遮掩了隔开它们的波谷。

现代望远镜发明后，天文学获得了极大的发展。通过望远镜和光学分光镜，人们不但认识到月球是与地球相似的天体，而且发现两个天体的物质都是相同的。于是，许多人开始讨论地球的多样性问题，猜测其他天体是否具有像人一样的生命。

月面地形

月面的地形主要有：环形山、月海、月陆和山脉、月面辐射纹、月谷（月隙）。

月球环形山

月球上坑坑洼洼的表面是在距今38亿～41亿年前受到宇宙中的小行星或岩石的强烈撞击而形成的。环形山这个名字是伽利略起的，它是月面的显著特征，几乎布满了整个月面。撞击月球表面的太空岩石叫做陨石，环形山的深度、直径和特征都取决于冲撞而来的陨石的大小和速度。

最大的环形山是南极附近的贝利环形山，直径295千米，比海南岛还大一点。小的环形山甚至可能是一个几十厘米的坑洞。直径不小于1000米的大约有3000个，占月面表面积的7％～10％。有个日本学者1969年提出一个环形山分类法，分为克拉维型（古老的环形山，环山上都面目全非，有的还山中有山）；哥白尼型（年轻的环形山，常有“辐射纹”，内壁一般带有同心圆状的段丘，中央一般有中央峰）；阿基米德型（环壁较低，可能从哥白尼型演变而来）；碗形和酒窝形（小型环形山，有的直径不到1米）。

月球上的环形山，几十亿年来基本没有受到侵蚀，这主要有两个原因：①月球的地质不太活跃，因此这里无法像地球上那样由于地震、火山爆发和造山运动而形成千变万化的地形地貌；②由于月球几乎没有大气层，也就没有风和雨，因此表面侵蚀作用就很少发生。

月谷（月隙）

地球上有着许多著名的裂谷，如东非大裂谷等。月面上也有这种构造，那些看来弯弯曲曲的黑色大裂缝即是月谷，它们有的绵延几百到上千千米，宽度从几千米到几十千米不等。那些较宽的月谷大多出现在月陆上较平坦的地区，而那些较窄、较小的月谷（有时又称为月溪）则到处都有。最著名的月谷是在柏拉图环形山的东南联结雨海和冷海的阿尔卑斯山的大月谷，它把月面上的阿尔卑斯山拦腰截断，很是壮观。从太空拍得的照片估计，它长达130千米，宽10～12千米。

月海

月海绝大部分分布在月球的正面，只有3个分布在月球背面，4个在边缘地区。肉眼所见月面上的阴暗部分，实际上是月面上的广阔平原，也就是月海。由于历史上的原因，这个名不副实的名称保留到了现在。已确定的月海有22个，此外还有些地形称为“月海”或“类月海”的。在正面的月海面积略大于50％，其中最大的“风暴洋”面积越500万平方千米，差不多等于9个法国面积的总和。大多数月海大致呈圆形，椭圆形，且四周多为一些山脉封闭住，但也有一些海是连成一片的。其他海的名字分别是：雨海、静海、澄海、丰海等。关于月海和月坑的成因，大多数学者都主张陨石（或小行星和彗星）撞击说。据计算，雨海可能是由一个直径为20千米的小行星体以2.5千米/秒的速度轰击月表形成的，即所谓的雨海事件。“阿波罗14号”的登月舱正好在雨海盆地的冲击溅射堆积物上着陆，采集的岩石样品几乎全部由复杂的角砾岩组成并显示明显的冲击和热效应特征，这对雨海盆地的陨石撞击成因说是一个有力的证据。除了“海”以外，还有5个地形与之类似的“湖”，它们分别是梦湖、死湖、夏湖、秋湖、春湖，不过有的湖比海还大，比如梦湖面积7万平方千米。月海伸向陆地的部分称为“湾”和“沼”，都分布在正面。湾有5个：露湾、暑湾、中央湾、虹湾、眉月湾；沼有3个：腐沼、疫沼、梦沼，其实沼和湾没什么区别。月海的地势一般较低，类似地球上的盆地，月海比月球平均水准面低1～2千米，个别最低的海，如雨海的东南部甚至比周围低6千米。

月面上高出月海的地区称为月陆，它一般比月海水准面高2～3千米，由于它返照率高，因而看起来比较明亮。在月球正面，月陆的面积大致与月海相等。但在月球背面，月陆的面积要比月海大得多。从同位素测定知道月陆比月海古老得多，是月球上最古老的地形特征。在月球上，除了犬牙交差的众多环形山外，也存在着一些与地球上相似的山脉。月球上的山脉常借用地球上的山脉名，如阿尔卑斯山脉、高加索山脉等，其中最长的山脉为亚平宁山脉，绵延1000千米，但高度不过比月海水准面高三四千米。山脉上也有些峻岭山峰，过去对它们的高度估计偏高。现在认为大多数山峰高度与地球山峰高度相仿，最高的山峰（亦在月球南极附近）也不过9000米和8000米。月面上6000米以上的山峰有6个，5000～6000米20个，4000～5000米则有80个，1000米以上的有200个。月球上的山脉有一个普遍特征：两边的坡度很不对称，向海的一边坡度甚大，有时为断崖状，另一侧则相当平缓。除了山脉和山群外，月面上还有4座长达数百千米的峭壁悬崖。其中3座突出的在月海中，这种峭壁也称“月堑”。

月表物质及内部构造

从月球表面采回的岩石样品分析大致可分为3类：①结晶质火成岩；②角砾岩；③月壤和玻璃粒。岩石类型有月海玄武岩、非月海玄武岩和富克里普岩，其中已发现3种地球上没有的新矿物：静海石、铁三斜辉石和低铁假板钛矿。与地球玄武岩相比月玄武岩的K2O、Na2O和Al2O3含量较低，FeO和Cr2O3，含量较高。月岩不含水，无三价铁，但含金属铁和陨硫铁（FeS）斜长岩是月球上的古老岩石，主要由富钙的斜长石组成，含Al2O3约35％。月壤（直径小于1毫米的颗粒）由不同比例的结晶质岩石、角砾岩碎片、矿物颗粒及玻璃组成。

月球表面的地质作用

从月面地形特征和月球样品物质组成的研究表明，火山及撞击成坑作用，对月表的形貌和月表物质的分布特征起重要作用，太阳风和宇宙线对月表物质起侵蚀作用。陨石体撞击月表时形成撞击坑，并引起基岩破坏、月壤和角砾岩的形成以及月表物质的再分配。月表物质的暴露年龄测定结果表明（见宇宙线暴露年龄）：月壤的平均暴露年龄约为4.00×108年，个别的可达1.70×109年；月岩的暴露年龄范围为1.00×106～7.00×108年，绝大部分集中在2.00×107～2.00×108年之间。在最近3.00×109年以来，很少或没有火山作用。

月球内部构造

月球没有磁场，局部月岩的剩余磁场强度约为6～300纳特，表明月球内部可能无金属核，月球中心的温度不超过1500℃。月震每年释放的能量约为地震释放能量的1/100万，其震源的深度为800～1000千米。月球是一个分异天体，它的内部构造大致可划分为：0～60千米为月壳；60～500千米为上月幔；500～800千米为中月幔；800～1000千米为月震带，1000～1600千米为下月幔；1600～1738千米（月球中心）为月核。月球深度1000千米以下为软流层，其上为岩石层。

月球科考的“智能管家”

“嫦娥一号”卫星要探取月球的宝贵信息，就需要在地面上有一个“管家”，告诉其怎样使用各种科学探测仪器；当探测的信息源源不断从天外发回地球时，地面上的这个“管家”还要接收、处理和管理这些信息。这个连接着“天”与“地”的“管家”，就是“嫦娥工程”中的地面应用系统。

地面应用系统的核心任务是进行数据处理。以数据为纽带，地面应用系统分为5个分系统，即运行管理分系统、数据接收分系统、数据预处理分系统、科学应用和研究分系统、数据管理分系统等。

第一，运行管理分系统

该系统负责指挥调度数据采集。通俗地讲，运行管理分系统就像地面应用系统这位“管家”的“大脑”。“嫦娥一号”卫星上的很多探测仪器就如各种“器官”听从“大脑”调度。研究人员通过运行管理分系统制定并分发各种计划，协调测控系统和整个地面应用系统的任务，完成预定的科学探测与实时数据接收、处理和各种探测产品的生成，以及天地对接试验和月球探测的在轨测试。

第二，数据接收分系统

该系统负责数据收集。在运行管理分系统的调度下，探测仪器采集的数据经过数据传输天线发回地面。“嫦娥一号”卫星的地面应用系统建设了2座大口径天线（射电望远镜）用于接收数据，位于北京密云的50米射电望远镜，是目前我国口径最大的数据接收天线；另一个，位于云南昆明的40米望远镜。这两座天线把从“嫦娥一号”卫星传送来的信息全部收集起来，通过与天线配套的接收系统，送到落地存储系统中保存。

第三，数据预处理分系统

该系统负责数据预处理。通过天线接收的数据是二进制的，不是广大科学家能使用的图像、谱线等，还需要进行数据的预先处理。这个系统的最大特点是实现全自动化作业，像流水线作业一样按照预先设定的程序自动生产出合格的数据产品。这些产品就像工厂里的标准件一样，称为标准数据产品。

第四，科学应用和研究分系统

该系统负责数据深加工。通过预处理的数据是广大科学家都能识别的标准数据，但还不能为公众所理解。需要对这些数据产品进行“深加工”，形成直观地反映月球表现各种特征的图。这个系统是整个探月份工程数据处理的最后一道工序，把“嫦娥一号”卫星传回的信息转变成看得见、摸得着，形象生动的图件和文章。

行星与恒星目录

前言

水星上的自然条件

水星近日点日常进动

水星凌日

金星大气的温室效应

明亮的金星

地球的孪生兄弟

火星探测

荒凉的火星表面

火星大冲

木星的体态

木星上的大红斑

木星的卫星

彗木大碰撞

恒星的亮度与星等

恒星的光谱

恒星的体积有多大

恒星的质量和密度

恒星的自行

恒星光行差

恒星周年视差位移

恒星的孕育

青壮年星

老年星

恒星之死

赫罗图的创立

恒星的能源之谜

美丽的目视双星

奇妙的食变双星

分光双星

亲密无间的密近双星

聚星

星团

关于星座

北天星座

秋季星座

冬季星座

春季星座

夏季星座

关于恒星

星光的分析

恒星光谱的花样

恒星的温度

巨星与白矮星

恒星的大小

变星

恒星演化

新星

中子星

黑洞

认识土星

土星的大草帽

庞大的家族

蓝绿色的天王星

躺着旋转的行星

天王星的发现者威廉·赫歇尔

海王星的物理特征和运动规律

海王星的大黑斑

海王星的引力推算过程

冥王星被降级

流星雨是怎样形成的

狮子座流星雨

一年中可以看到哪些流星雨

小行星的分布及命名

小行星会撞地球吗

恐龙灭绝之谜

彗星的结构

彗星的轨道

彗星的命名

如何观测彗星

20世纪十大著名彗星

脉动变星

造父变星与“量天尺”

新星不是刚诞生的星

宇宙中的“明灯”——超新星

热而小的白矮星

神奇的“小绿人”——脉冲星

脉冲双星及引力波的验证

星协：恒星间松散的兄弟关系

融入无垠

星团的产生：束缚的纽带

星团的一生和死亡

当恒星死亡触发恒星产生的时候

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宇宙瞭望书坊

行星与恒星

李宏　主编

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前言

人类是宇宙演化的杰作，宇宙是神秘莫测的存在。当宇宙的精灵与莫测的神秘结合在一起时，便碰撞出无数精彩的篇章。人类对宇宙的解读和探秘跨越了千年，宇宙的面貌也越来越清晰地展现在人类面前。千百年来，人类的“触角”不断伸长，从伴我们昼夜运行的太阳、月亮到布满夜空的繁星，从对于我们来说浩瀚无比的太阳系到巨大的银河系乃至河外星系，甚至试图触及宇宙的边缘。如果把宇宙当做一个生命体的话，她的诞生自大爆炸始，从那一刻起她便开始了不息演变。她体内生活着众多的“物种”，从随处可见的行星到炙热的恒星，从瑰丽的星云到多姿的星系，还有超越光速的类星体和让人望而生畏的黑洞等等，他们一起构成了浩瀚而充满生机的宇宙。人类已不满足于地球上不同人种间的交流，人类对地外的文明充满了渴望，甚至已然接收到了来自外星的神秘信号。人类甚至不满足于现有的宇宙，我们还猜想宇宙之外还有宇宙。让我们通过本丛书详细为你解开宇宙之谜，让你尽览宇宙的神奇。

水星上的自然条件

水星是离太阳最近的大行星，与太阳的平均距离为5800万千米，而且水星的椭圆轨道是很扁的，它与太阳的角距不超过28°，经常淹没在太阳的光辉中。尽管水星很亮，人们却很难用肉眼看清它。据说哥白尼因从未见过水星而抱憾终生。1973年，美国发射的“水手10号”探测器3次逼近水星，发回大量的图像和数据，才逐步揭开这颗行星的秘密。

水星半径是地球半径的38.3％，质量是地球质量的5.62％，因而平均密度与地球相近，为5.46克／厘米3。人们推断，水星有一个较大的铁核。每一个行星表面都有一定的逃逸速度（第二宇宙速度），地球的逃逸速度为11.2千米／秒。水星质量小，逃逸速度也小，只有4.2千米／秒。

从“水手10号”探测器传回的5000多幅水星照片来看，酷似月球的照片，表面布满大大小小的环形山或撞击坑，直径100千米以上的环形山有上千个，其中最大的一个取名为卡路里盆地，直径达1400千米，它是水星表面最明显的特征。盆地四周环绕着山，山比盆地外围的平原高2千米，盆地底部有明显的裂缝和起皱。仔细观察水星照片，可以发现水星表面有着延伸几百千米和扇形悬崖，称为舌状悬崖。据推测，这是在几十亿年前，水星慢慢冷却收缩时，外壳起皱的结果。这样的地形在其他类地行星上并不明显。

通常人们认为水星表面没有水，和它的名字完全不符。但最近科学家用雷达探测水星时发现，在水星极地有20多个宽14.5千米、长达120千米的地区反射回较强的雷达波，这或许标志着冰块的存在。科学家认为，水星赤道地区的温度虽高达近430℃，但极地区域环形山口内的温度可低到-150℃，所以水星形成初期的水能以冰的形式长期保留下来。如果这一猜测被证实，就如同发现珍宝一样令人鼓舞。

“水手10号”还有一个惊人的发现，那就是水星磁场的存在。科学家认为，天体的磁场与其内核密度和自转速度密切相关，既然水星自转速度如此之慢，它理当不存在磁场。然而水星不仅有磁场，而且是一个与地球磁场类似的偶极磁场，且两个磁场也分别与地理极接近。水星磁场在太阳风的作用下，形成了弓形激波与包围水星的磁层。尽管水星磁场远不如地球磁场强，只有地球磁场强度的1％，但要对其产生原因做出解释也不是一件容易的事。我们企盼着地球的使者再去拜访它！

水星绕太阳的公转周期为88日，原先人们认为水星自转周期也是88日。如果真是这样，水星总是固定的一面朝着太阳，另一面背着太阳，即水星有着永远的向阳面和永远的阴暗面。但在20世纪60年代初，天文学家发现从水星的阴暗面发射出大量的无线电波，这表明阴暗面的温度比预料的要高得多。于是人们从地球向水星发射一束束无线电短波，根据它反射回来的情况，确定水星的自转周期是58.7日，恰为水星公转周期的2/3。

水星近日点日常进动

牛顿的万有引力理论在天文学中得到广泛的应用和验证，取得了辉煌的成果。但是根据牛顿万有引力定律计算的水星近日点进动值与观测值存在分歧。1859年，法国天文学家勒威耶发现水星近日点进动的观测值，比根据牛顿定律算得的理论值每世纪快38″，并猜测这可能是一个比水星更靠近太阳的水内行星吸引所致。可是经过多年的辛勤搜索，这颗猜测中的行星始终毫无踪影。纽康测定这个值为每世纪43″。他提出，这可能是那些发出黄道光的弥漫物质的阻尼所造成的。但是，这种假设又不能解释其他几颗行星的运动，于是纽康就怀疑万有引力定律中的平方反比规律有问题。为了能同时解释几颗内行星的实际运动，纽康求出了引力应与距离的（2+1.574）×10-7成反比。19世纪末，电磁理论发展的早期，韦伯、黎曼等人也都曾试图用电磁理论来解释水星近日点的进动问题，但均未能得出满意的结果。

1915年，爱因斯坦发表了著名的广义相对论，成功地解释了这个问题。根据广义相对论，行星公转1圈后近日点进动为：

Δω=24π3a2/c2T2（1-e2）

式中：c为光速，T、a、e分别为轨道周期、半长径和偏心率。对于水星，此值与牛顿万有引力定律所得的差值为每世纪43″.03。这与观测值十分接近，成为天文学对广义相对论的最有力的验证之一。

但是，这里仍存在两个问题：①根据牛顿定律，水星近日点应有每世纪Δω2=5557.62角秒的进动，其中的90％是由坐标系的岁差引起的，其余的部分是由其他行星，特别是金星、地球和木星的摄动引起的；而实际观测值Δ∞0=5600.73角秒，二者相减得每世纪43.11角秒。因此，岁差常数的任何微小变动，如有万分之一的变动，都会直接影响到对广义相对论的验证，而这种变化是完全可能的。②影响水星近日点进动的因素很多，任何一个微小的因素，例如太阳的扁率，对它都有直接影响。因此，这个问题尚需继续研究。

水星凌日

水星绕太阳运行的公转轨道在地球轨道之内，当水星运行到太阳和地球之间时，在太阳圆面上会看到一个小黑点自东向西缓慢穿过，这就是罕见的“水星凌日”。

水星的会合周期为115.88天，水星凌日平均每世纪发生13次，1999年11月15日发生一次，其上一次发生在1993年11月6日。当然，水星凌日是有严格规律的，它必须同时满足两个条件：①水星正好位于太阳和地球之间；②此时地球和水星同时运行到水星轨道与黄道的交点附近。由于轨道交点有两个，所以水星凌日只可能在5月8日和11月10日这2日前后发生，其道理与日食类似。不过，水星比月亮离地球远，视直径仅为太阳的1/90万，水星所能遮住太阳的面积太小，不足以使太阳亮度减弱，所以，肉眼是看不到水星凌日的，只能通过望远镜进行投影观测。

在人类历史上，第一次预告水星凌日是“行星运动三大定律”的发现者、德国天文学家开普勒。他在1629年预言：“1631年11月7日将发生稀奇天象——水星凌日。”当日，法国天文学家加桑迪在巴黎亲眼目睹到有个小黑点（水星）在日面上由东向西徐徐移动。1631～2003年共出现50次水星凌日，其中，发生在11月的有35次，发生在5月的仅有15次。每100年，平均发生水星凌日13.4次。

观察水星凌日必须借助望远镜，它与观察太阳黑子的方法相似。通常有两种方法：①投影法。通过望远镜，把太阳投影到一张白纸上进行观察。②目视法。在望远镜的物镜（前方）装上滤光镜，再进行观察。天文爱好者可以用烧电焊用的黑玻璃，也可以用X光底片或电脑软盘的磁片，几张重叠起来制成眼镜，戴上它用双筒望远镜观察水星凌日。

金星大气的温室效应

人们早就正确地判断金星表面有着浓厚的大气，但大气的主要成分是什么，浓厚云层底下隐藏着什么秘密，人们对此充满着幻想。虽然金星比地球距离太阳近，但被大气反射掉的阳光也比较多，所以以往有人认为金星表面的温度可能和地球差不多，也许有生命存在，甚至是一个鸟语花香的世界。随着地面观测手段日益完善，以及空间技术的发展，特别是近30年来，有18个探测器先后飞越金星或者成为金星的人造卫星，有17个探测器软着陆在金星表面上。1989年，由航天飞机释放的“麦哲伦号”金星探测器，已围绕金星飞行了15018周，并用合成孔径雷达透过金星上空厚达几十千米的浓云，对金星98％的地貌进行了长达5年的测绘，绘编出分辨率达0.25千米的金星地形图。“麦哲伦”探测器于1994年落入金星大气层，它所发回的数据超过以往所有空间探测器发回数据的总和，被公认为是迄今最成功的空间项目。人们终于揭开了“维纳斯”的面纱，获得关于金星的基本知识。

金星大气密度几乎是地球大气的100倍。在金星表面上，大气压为地球表面大气压的90倍，相当于地球上海深1千米处的压力。金星大气中CO2的含量占97％以上，此外还有极少量的CO2、SO2等。我们知道CO2可以让可见光透过，但能阻挡红外光。金星大气把3/4的阳光反射出去，其余的穿越大气，到达金星表面，并把它烤热。受热的金星表面将发出红外线，而红外线又不能透过以CO2为主的大气，所以CO2大气像一层厚棉被那样把热量包住了，这就是CO2的温室效应。地球大气中的CO含量只有约0.05％，由此引起的温室效应已引起世人的关注。金星大气中的CO2是如此之多，由此产生的温室效应的强烈程度是十分可怕的。1985年，前苏联“韦加”1号和2号探测器向金星大气释放2只气球，在离金星表面53～54千米的高空漂浮。科学家对它进行了持续46小时的跟踪，从而得知金星表面温度高达465～485℃，而且没有昼夜、季节、地区间的差别。在这样高的温度下，金星表面找不到一滴液态水，就连锡、铅、锌之类的低熔点金属也熔化了。硫、氯、氟等元素从被烤得发焦的岩石中逸出，形成硫酸、盐酸和氢氟酸气体。离金星表面30～70千米高处密布着厚几十千米的浓云，但不是水滴或冰晶，而是由硫酸滴组成的云。在高30千米上下则是浓硫酸雾层。再往下，大气则异乎寻常的清晰。从许多宇宙飞船发回的照片来看，金星的天空带有橙色，大气中存在激烈的湍流，还有强烈的雷电现象，有人推算金星上的风速约达0.1千米／秒。金星大气的温度随高度变化很大，金星云层顶部的温度为-23℃，云层顶部与金星表面的温差可达500℃。现在还不清楚CO2是通过什么途径使金星大气上层降温。另一奇怪的现象是，金星两极温度反而比赤道地区温度高5℃，这与地球上的温度情况恰恰相反。这可能是由于金星自转慢，科里奥利力小，大气流动偏转小，结果造成赤道地区的大气受太阳直射，温度升高后上升流向两极的单极循环所致。

金星成为太阳系中温度最高的行星，而且它的温度常高不下，几乎不受昼夜、四季、纬度变化的影响。这样一个高温、闷热、令人窒息的世界，实在令人瞠目结舌。

明亮的金星

人们常常在朦胧的曙光中，在东方天空看到一颗非常明亮的星星，中国古代称它为启明星。有时又在苍茫的暮色里于西方天空看到同样非常明亮的星星，中国古代称它为长庚星。史书中载有“东有启明，西有长庚”，其实这是同一颗行星——金星。金星素以明亮而著称，中国古代还称它为太白金星。从地球上看去，天空中除太阳和月亮外，就数金星最明亮了，它的亮度达到-4.4等。它比全天最明亮的恒星——大犬座中的天狼星还亮14倍。如果通过天文望远镜观察金星，金星表面的情况一点也看不到，这是因为金星有一层浓密的大气好像面纱一样包围着金星。然而，如果连续观测金星的话，就会注意到金星有酷似月亮一样的圆缺变化：有时像弯弯的月牙，有时呈半个圆面，有时又类似一个小椭圆面。这主要是因为金星把被太阳照亮的一面以不同的角度朝向我们的缘故。

金星位于水星轨道和地球轨道之间，它在一些方面很像地球。比如，地球赤道平均半径为6378千米，金星赤道平均半径为6052千米。从质量看，地球质量和金星质量比是1：0.81，地球平均密度是5.52克／厘米3，而金星的平均密度是5.25克／厘米3。地球有浓厚的大气层，金星也有较厚的大气层。金星是一个典型的类地行星。难怪有人称地球和金星的关系为孪生的“姐妹行星”。然而，这对“姐妹行星”还是各具风采，有鲜明的个性，在一些方面迥然不同。首先表现在运行方面，金星自转一周要243个地球日，是八大行星中转得最慢的。而且黄赤角为179°，即逆向自转，这在太阳系中也是独一无二的。所以若能在金星上看日出的话，太阳则是从西边出来。不仅如此，稠密的金星大气还造成了一种奇特的光学现象，即大气折射使接近地平线的太阳光弯曲达180°。因此，在金星上即使背朝太阳也可欣赏到“日出西山”的奇景。另外，金星的公转周期为224.7个地球日，金星的一昼夜相当于地球上116日18时，真是度日如年。

从1961年到现在，人类发射了数十个探测器专门对金星进行探测。但是，由于金星表面地狱般的恶劣环境，致使不少探测器不能正常工作。虽然约有二十几个探测器得到了一些成果，但远远比不上对其他行星探测的结果。根据资料已绘制出金星表面图，已知金星表面比月球和水星表面都要平坦得多。金星上起伏不大的平原面积约占整个金星表面的65％，高地约占8％。主要有2个高原区，它们是阿芙洛蒂得高原和伊希太高原。在金星赤道区发现有大裂谷，金星表面没有液态水。当然，金星上不可能有任何类似地球上的生物。

地球的孪生兄弟

火星是地球轨道外的第一个大行星，在夜空中，它是一个与众不同的亮度变化很大的暗红色星球，吸引了一代又一代的观星者。人们对火星情有独钟不无道理，因为它与地球有许多相似之处。它距离太阳22794万千米，约为日地距离的1.5倍；它的公转周期为686.98天，约为地球公转周期的1.9倍；它的自转周期为1.025957天，即24小时37分22.6秒，几乎与地球自转周期相同。最有趣的是，它的自转轴也像地球一样与黄道面斜交，黄赤交角为24°，与地球的23.5°很接近，并由此形成了火星的四季变化。火星有大气；火星两极地区被冰覆盖；火星上的平均温度为-23℃，与地球南极洲的平均温度（-25℃）相差不多，在八大行星中，它的平均温度与地球最接近。这些都是人们愿意相信火星也像地球一样，是生命的栖息地。

火星探测

1996年8月6日，美国国家航空和航天局在华盛顿召开的新闻发布会上宣布，该局的一个研究小组在对一块被认为是来自火星的陨石的研究分析中，找到了火星早期存在的生命证据。科学家们在研究时注意到，在该陨石斑驳的体表有一条小裂缝，继而发现其中沉积有一些像是水管里的水垢似的碳酸盐微粒，在对这些微粒进行详细研究后，人们不禁大吃一惊！因为发现其中含有一种称为“多环芳香烃”的有机分子。当科学家们把陨石切片置于高倍电子显微镜下进行研究时，又发现在碳酸盐粒中还夹有一些像是蚯蚓般的管状物。它们最短的有20纳米，最长的有200纳米左右，正是这些管状物使研究者们确信，它们就是火星原始生命的遗迹。据科学家们推测，36亿年前，火星有低级生物存在，当时火星的状况和地球基本相似。火星上的生物是独自形成的，还是与地球上的生物有一个共同的起源？“一石激起千层浪。”为了揭开火星上是否存在生命这个谜团，人们又对火星进行了多次的探测。人类为什么对火星这么“钟情”呢？因为研究火星的现状及演化史，对了解地球及其环境的变化趋势是很有意义的，说到底，人类研究的最终目的是对火星的开发和利用。1997年7月4日，历经7个月航行的“火星探路者”号飞船，在火星上名为“阿瑞斯谷地”的地区着陆成功。在短短几天中，它发回了数千张火星橙红色的地表景观照片，发回的信息使人们对火星岩石和土壤有了进一步的了解，还支持了存在“火星生命”之说。1998年12月10日和1999年1月3日，美国宇航局又分别发射了“火星气候探测器”和“火星极地登陆者”无人探测器，前者分别勘探水蒸气和尘埃在火星大气中的运动情况，后者为寻找火星南极土壤中的水冰，并希望证实火星上是否有生命。

由于火星与地球很大程度上的相似，它们就是孪生兄弟，随着地球上人类生存的危机逐渐加重，火星是未来宇宙开发的重要目标之一，人们开始想象在未来能向火星移民。

荒凉的火星表面

地球轨道外侧的近邻就是火星，是最典型的类地行星，肉眼看上去，荧荧如火，发出暗红色的光芒。天文学家对火星进行了多方面的观测研究，特别是近30多年来，空间探测器对火星进行逼近、环绕和着陆等多种实地考察探测，收集到极详细的火星资料，证实火星的表面异常荒凉。

火星表面干燥荒凉，其中75％布满了沙漠，土壤成分是硅酸盐、褐铁矿等铁氧化物，其中氧化硅约占45％，氧化铁约占18％，氧化镁约占8％，氧化钙约占6％等。火星表面的土壤和沙石中含有这么多红色的铁、硅酸盐和其他金属的氧化物，这些物质在阳光的照射下呈现出引人注目的红色光辉，所以远远看去，火星是一个橙红和棕红的世界。火星上环形山遍布，峭壁峡谷相互交织。最庞大的火山是奥林匹斯火山，火山口直径为600千米，高达26千米，是地球上珠穆朗玛峰的3倍。火星赤道以南有一条巨大的峡谷，名叫“水手谷”，它由许多峡谷组合而成，长4000千米以上，宽100～300千米，最深处达7千米。此外，火星表面到处可见沙丘和干枯的河床。奇特的河床纵横交错，有数千条之多，其中最长的达1500千米，宽60千米。这表明，大约30亿年前，火星上曾发生过特大洪水。

火星大气非常稀薄，表面气压只有地面气压的0.6％，在一些火山的顶峰上只剩下0.1％。由于空气稀薄，对外交换的热量小，所以昼夜温差常常超过100℃，远大于地球上昼夜温差的幅度。火星大气里由温差引起的气流速度很快，达到30～60米／秒，经常刮起表面的尘土形成强烈的沙尘暴，所以季节性、周期性的沙尘暴成为火星上奇异的景观。差不多一个火星年，即每当火星位于近日点附近时，南半球正值夏季，烈日形成的强大气流卷起沙尘，就要发生一次大的沙尘暴。尘暴开始于南半球，然后迅速蔓延，乃至席卷整个火星。大的尘暴来临时所形成的尘埃云，可持续数月之久。特大尘暴发生时，风速可达180米／秒，几乎是地球上12级台风的6倍。据估计，一次火星大尘暴扬起的尘埃总量可以达到100亿吨，火星上空数千米被滚滚黄尘所笼罩。1971年，“水手9号”在环绕火星运动时恰逢尘暴，无法观测火星表面，于是退居到轨道上等待。

火星南、北极区的白色覆盖物，称为“极冠”。它是荷兰学者惠更斯于17世纪发现的。用望远镜观测，极冠的大小随火星的季节而变化，冬天增大，夏天消融。空间探测表明，极冠主要由凝结的二氧化碳干冰和部分水冰构成，温度为-70～-139℃，而且有分层结构，每层厚度为10～50米。科学家认为，可能是因为火星气候的冷暖交替致使极冠的冻结和融化而形成的。

火星大冲

太阳系中，比火星更远的其他4颗行星（木星、土星、天王星、海王星）有时合称为外行星，它们没有内行星那样的位相变化，也不受早晚出现的限制，游弋于黄道附近，它们可以出现在夜间任何时候。从地球上看去，外行星同太阳的角距在0°～360°之间变化。外行星相对于太阳的视运动也有4个特殊位置：合、冲、东方照、西方照。合是外行星位于太阳的背面，即外行星和太阳在同一个方向上，我们看不见它。“合”是指外行星与地球分居太阳两侧，二者相距最远，且无法观测的时刻（因与太阳一起东升西落，出现在白天）。合之后若干时间，外行星西移到离太阳有一定角距时，日出前出现在东方地平线上，行星在太阳以东90°成为东方照。以后行星西移至太阳西方90°成为西方照，在后半夜都可以见到。“冲”是外行星隔着地球同太阳相对，当外行星运动至与合相反的位置，正好使地球位于外行星与太阳中间，这种位置天文学上称为“冲日”，简称“冲”。当外行星到达冲的位置时，太阳刚落山它就从东方升起，整夜都可以观测到，这时的外行星距离地球最近。过冲后，外行星继续西移，又移到东方照、西方照，外行星连续2次合或冲的时间间隔叫做会合周期。

火星的轨道偏心率为0.0934，远日点距离是24920万千米，近日点距离是20670万千米。火星在椭圆轨道上运行时同地球的距离变化很大，火星与地球的会合周期是779.94天，即大约每隔这样一段时间，火星接近地球一次。虽然每次火星冲日前后，火星同地球的距离接近，但是每次的距离又不相同，火星冲日时与地球的距离在5500万～12000万千米之间变化。当火星冲日又在距离地球最近（可达5500万千米）时，称为“火星大冲”。平均说来，火星每15～17年间出现一次大冲。上一次大冲发生在2003年8月27日，火星与地球相距不到5576万千米，是5万年来地球最接近火星的一次，也是未来21世纪、22世纪火星最接近地球的时刻。

火星大冲时显得特别明亮，且整夜可观测到，是观测研究火星的最好时机。通过天文望远镜观察，火星两极始终为白色物质所覆盖——称为火星极冠，随着季节的变化，火星极冠也随着寒来暑往消长。早在1870年，法国有个名叫良依斯的天文学家指出，火星上观察到的一些暗区，很可能是植物带。1877年火星大冲的时候，意大利天文学家斯基帕雷里发现火星表面的一些特征，主要是一些细而长的黑线条，他当时称之为“canal”（水渠），结果许多人因此想象那些线条是火星上的“人工运河”。进而把所谓“火星人”想象得比地球人还聪明。

木星的体态

木星是太阳系八大行星中第二类群体——“类木行星”中离太阳最近的一个，在八兄弟中，这是一个鹤立鸡群的庞然大物。它的赤道半径为142984千米，是太阳直径的1/10强，是地球直径的11倍多；在它的肚子里能“吞”下1316个地球。它的质量也大得惊人，是地球质量的318倍；如果把太阳系其他七个兄弟和全部小天体都加起来，也抵不上它的一半。由于“个头”大，木星“力气”也大，木星表面的引力是地球引力的2.64倍。西方人称木星为“Jupiter”，其源于罗马神话，朱匹特是神话中最大的天神，它相当于希腊神话中的天神宙斯。

在我国古代，木星被称为“岁星”，岁星在恒星天空背景上（绕太阳）运行一周要经过大约12年，古籍云“十二岁而周天”，古人把黄道天空分为“十二次”，因其“岁行一次，谓之岁星”，并用以纪年；又因其五行中属木，故称“木星”，如《史记·天官书》中就有“木星与土合”的记载。由于木星的公转周期为12年，所以，几乎每年地球都有一次机会位于太阳与木星之间，在此期间，日落时木星正好升起，人们整夜都可见到它。

木星这个大个子行动起来却并不笨拙。它距太阳77833万千米，大约是日地距离的5.2倍，绕太阳转一圈的时间相当于11.86年。然而它的自转速度之快却堪称八兄弟之冠，自转一周只需0.41354天，即9小时50分左右；按此计算，它赤道上的线速度高达12.66千米／秒，比地球的第二宇宙速度还要大。受快速自转的影响，木星是一个扁球体，其赤道直径与两极直径之比为100：93。木星也被一层厚度超过1000千米的浓密大气包裹，由于它能把40％的太阳光反射出来，因此在夜空中显得很明亮，亮度可达-2.7等，仅次于金星。早在17世纪，天文学家在用望远镜观测木星时，就发现了木星大气中有一系列明暗相间的云带，在木星赤道南侧，则分布有卵形的“大红斑”。这引起了人们的兴趣，并一直对其坚持观测，发现“大红斑”不仅在几百年中一直存在，而且其分布范围、明暗程度等均在不断变幻。

通过探测器对木星引力场的探测，人们发现，木星竟是一颗液态行星，它没有像地球岩石圈那样的固体外壳，在木星浓密的大气层下面，是由液态氢组成的“海洋”。这个“海洋”分为2层，上层是温度相对较低的液态氢分子层，厚约14000千米；下层是温度相对较高的液态金属氢层，厚约45000千米，它能像金属一样导电。在木星内部也存在一个由铁和硅组成的固体核。1979年3月，“旅行者1号”探测器临近木星时发现，它有一条薄薄的光环；4个月后，这一发现进一步被“旅行者2号”所证实。木星环又薄又暗，最大直径达25万千米，但厚度却仅有20来千米；最外侧的相对亮些，称作亮环。木星光环由尘埃和许多大小不一的碎石块所组成，由于这些环内物质对光的反照率很低，故显得很暗。它是继土星和天王星后第三个被发现的太阳系大行星环。

木星上的大红斑

木星最引人注目的标志要算是大红斑了，这是17世纪60年代法国天文学家卡西尼（1625～1712）发现的。此后，不少天文学家对大红斑进行过时断时续的观测，但一直未对其给以太多的注意。到了19世纪，人们未见到大红斑有任何削弱的迹象，这才成为愈益令人瞩目的现象。

木星大红斑位于赤道南侧，呈蛋圆形，长达2万多千米，宽约1.1万千米，可以轻松地装下3个地球。当科学家认识到木星没有固态的表面后，便肯定大红斑不是木星上的山峰或高原，而是大气中产生的现象。大红斑的经度围绕木星运转而变化，而纬度保持不变。大红斑一般保持鲜红而略带棕色，有时较为暗淡且模糊。“旅行者号”探测器揭示了大红斑的真相，原来它是木星大气中特大的漩涡，由于气旋中含有红磷化合物，故呈现红色。这个漩涡至少未见衰减地逆时针旋转了300多年，它究竟始于何时，无人知晓。进一步观测表明，大红斑上面和下面的风以100米／秒的速度相向刮过，但大红斑的运动速度只有每秒几米。大红斑夹在两股高速气流之间，好比搓在两个手掌之间的滚珠。由于木星自转很快，在惯性和离心力的作用下，木星大气成一个扁球形，所以木星大气的条纹也沿赤道伸展。

1976年，美国加利福尼亚大学的两位科学家提出大红斑是一个庞大孤子的假说。孤子现象是由一位名叫罗素的人于1834年偶然遇见的，罗素最初把他的发现称为“平动波”，现在被称为孤子波。孤子波在任何地方物理量都没有陡峭的变化，而且不会弥散，它实际上是流体力学的一个解。20世纪60年代初，通过计算机计算及实验，证实了孤子波相互碰撞以后，两个孤子波完整地复现。可见孤子波似乎是一种“孤立”的客体，因此人们又把孤子波称为孤子。孤子有两种形式：一种叫做E孤子或凸波；另一种叫做D孤子或凹波，是一类反孤子。大气孤子不仅在地球大气中可以观测到，在其他行星上也可以观测到。早在几十年前人们就已知道木星大气有一个重要的特征，即南热带低气压，它看来像一个D孤子。19世纪50年代这一低气压区开始靠近大红斑，进入大红斑后便消失了，然而却在大红斑的另一边保持着原来的形状像变魔术似的又出现了。于是科学家提出一种关于大红斑模型：大红斑是一个陷于两个D孤子之间的庞大的E孤子。按这一模型，大红斑的位置并不很深，它漂浮在木星大气的上面。后来通过计算机模拟和用快速旋转的水桶实验证实：由于快速旋转的木星，造成了有适宜条件的切变风，因而在大红斑附近会偶然形成小漩涡，这样就可以补充大红斑因摩擦而消耗的能量和因对流而减少的质量，逐步揭示了大红斑长寿的秘密。例如，1972年人们从地面观测到木星北半球出现一个小红斑，十几个月后，“先驱者10号”探测器飞掠木星时发现它已向大红斑靠近。一年后，“先驱者11号”探测器经过木星时，这个小红斑已无影无踪了。

木星的卫星

迄今确认木星有16颗卫星，其中最亮的4颗（木卫一～木卫四）是伽利略在1610年用他自己制造的第一架望远镜发现的，后来这4颗卫星被称为“伽利略”卫星，以纪念他的不朽功绩。

木卫一的直径约3600千米，离木星很近，只有42.2万千米。“旅行者1号”探测器惊奇地发现木卫一至少有8座活火山，其中一座正在猛烈地喷发，火山尘埃和气体等物质以400多米／秒的速度直冲到450千米的高空，火山喷发的强度比地球上大得多。火山口的温度在38～93℃之间，周围地区温度为-162℃。以往在地球之外还从未发现过有活火山的天体，这是首例。木卫一火山喷发非常频繁，正因为如此它的面貌在不断地改变着，它表面的地形一般比较年轻，缺乏古老的陨石坑。空间探测表明，木卫一还具有富含硫的石质表面，没有水；有广阔的平原和起伏不平的山脉，还有峡谷和陡坎。

木卫二是诸木卫中第四大卫星，距木星67万千米。它与完全干燥的木卫一相反，表面几乎被纯冰覆盖着，因而闪闪发亮。表面温度约为-145℃，但在它的下面可能是在潮汐加热作用下，一直流淌着深达100千米的海洋。“旅行者”探测器飞越木卫二上空时，发现木卫二明亮的表面有许多纵横交错像乱麻似的黑色条纹和淡黄色暗区。据分析，那些黑色条纹可能是宽达几千米、深0.1～0.2千米的冰壳裂缝，另一些更宽的冰缝则形成冰湾。那里的环境与地球上的北极颇为相似，因此人们猜测在木卫二的冰壳裂缝的水中可能生长着海藻或其他有机物，因而呈现出褐色的基调。1995年，美国的一个研究小组，利用哈勃空间望远镜的观测资料证实，木卫二有一个含有少量氧气的大气层。据分析，木卫二氧气的产生与生命活动毫不相干。尽管如此，在将来人类大规模探索地外生命的时候仍会把木卫二作为候选目标之一。

木卫三距木星107万千米，是太阳系内最大的卫星，直径约为5300千米，体积大于水星，但略小于火星。木卫三的密度为1.9克／厘米3，由此可推测水在木卫三中占30％～50％。它的表面反射光的能力不强，因此它的表面可能是脏冰和岩石的混合物。其中明亮的部分可能是被流星撞击后从深处翻出来的干净的水。木卫三表面有明显的山脊和峡谷，但没有高山和盆地。它还有一层不太厚的大气，压力小于10-6帕。

木卫四距木星188万千米，是木星的第二大卫星，密度最低，只有1.79克／厘米3。木卫四表面的最大地形特征是存在一些有同心圆环围绕着的大盆地，从盆地可放射出亮光，这说明其表面覆盖着厚冰。木卫四表面有许多撞击坑，没有火山，看不到熔岩，所以表面地质年龄非常古老，可能有40亿年。“旅行者”探测器还发现在面向木星一侧的表面上有25个陨石坑排列成一条直线，可能是分裂后的彗星撞击的结果。由于木卫四表面地势起伏不大，又没有火山活动，是一个比月球还寂静的世界，人类将来可能会在木卫四上建立星际飞船的基地。

正当有人以为木星大概只有以上这4颗卫星的时候，1892年美国天文学家巴纳德发现了木卫五。它呈不规则形状，最长线度为270千米，最短线度只有150千米，是离木星最近的卫星，距离为18万千米，所以不容易被发现。

木星除了规则卫星外，其他11颗为体积很小的不规则卫星，它们的轨道偏心率很大，以致它们的轨道有一部分相互缠在一起；轨道的倾角也都比较大，以致有一些是逆行卫星。

彗木大碰撞

彗星在获得“长尾天使”美称的同时，也常被人们称作是会给人类带来灾难的“扫帚星”，今天，人们自然不会再相信这种说法。不过，出没无常、到处游逛的彗星，也确实给太阳系家族带来过麻烦。1994年7月16日发生的彗星连珠撞木星的事件，就曾震撼世界，至今人们还记忆犹新。这次事件的肇事者，就是“苏梅克—列维9号”彗星。

“苏梅克—列维9号”彗星是1993年4月24日由美国天文学家苏梅克夫妇和天文爱好者列维发现的。此彗星样子很怪，彗核分裂为21块，一字排开，像一串糖葫芦。彗核碎块大约以60千米／秒的速度撞入厚厚的木星大气，但仍没有很深地穿透木星大气层和液氢层。在溅落点的局部地区瞬间可产生接近3万度的高温，诱发剧烈爆炸，掀起了有地球这么大的黑色蘑菇云，直冲到1000多千米的高空。可惜的是撞击点是在木星的背面，所以我国天文学家只能使用上海天文台佘山观测站的1.56米望远镜观测彗星撞击木星时木卫的反光，这等于从“镜子”里看到了彗星撞击产生的火光，从而准确地测出了撞击的时刻。彗星各碎块撞击时刻的最精确测量是由“伽利略”探测器得到的。“伽利略”探测器只测得6次撞击时刻，其他撞击时刻只能按羽状物出现时刻来推算，还有3次却无法推算出来。撞击点虽在木星的背面，但由于木星自转很快，所以撞击后十几分钟，地面天文台就看到了木星云端的变化。

直径约1千米的第一块彗核于北京时间1994年7月17日4时15分撞击木星，并在木星表面留下了大如地球的撞击痕迹——黑斑。最大的第七块（G块，直径约3.5千米）于北京时间下午3时30分撞击木星。令人不解的是，它产生的火球寿命相当短暂，在数分钟之内升到了最大高度（3100～4100千米）之后又急速下落，最后缩为一片阴暗的烟云漂浮在木星大气层中。南京紫金山天文台于19日晚观测到了相应的疤痕，那是一个直径达2万多千米的“大坑”，在其上空出现由尘云构成的一个隆起的抛物面，抛物面内又有一个黑色圆圈，它可算是当时木星最显著的识别标志。木星在受到连续十几次猛烈撞击后，已不是300多年来一直没有太大变化的那种面貌了，在木星南半球上伤痕累累。这些伤痕要经过2～3年时间才能逐渐消失，人们通过观察它如何消散，便可获得有关木星的气候和风向的信息。科学家分析彗星掀起的尘云发出的光谱中，发现了氨、氮、钠、硫、二硫化碳、硫化氢和氰化氢等。但意外的是，被普遍认为是彗星应有的挥发物质，例如水冰、一氧化碳等却格外少，硫却远比彗星多。“苏梅克—列维9号”具有典型的彗星外貌，包括彗发、彗尾。专家原先预料，彗星碎块相撞后会分崩离析，从而产生可见的流星雨。但观测表明，彗星碎块却出乎意料的坚固。

总之，彗木相撞是千载难逢的宇宙奇观。全球天文学家在观测中取得了够他们忙好几年的数据，从中可以获得许多有关彗星和木星表面及深层的物理和化学的信息。许多天文爱好者在这次有充分准备的观测中，都接受了一次深刻的科普洗礼，广大群众对天文学的兴趣也油然而生。

恒星的亮度与星等

晴朗的夜晚，点点繁星，有明有暗，有的非常明亮，例如天狼星、牛郎、织女、北斗七星等；有的星几乎看不见。

天文学家用“视星等”来区分它们的明亮程度。整个天空肉眼能见到的恒星约有6000颗，天文学家把它们分为6等。肉眼刚能看到的最暗的定义为6等星，比6等星亮一些的为5等，以此类推，亮星为1等，更亮的为0等以至负星等。太阳是-26.8等，满月的亮度是-12.6等，金星最亮时可达-4.8等。星等差1等，亮度差2.512倍。1等星的亮度恰好比6等星的亮度大100倍。把一根蜡烛搁在相距1000米的地方，那么它的光就差不多和1等星的光一样强。视星等的大小并不能说明恒星的真实发光能力，因为恒星与我们的距离相差悬殊，距离越远的恒星，看起来就越暗，这是不言而喻的事实。

为了知道恒星真正的光亮程度，需要把它们放到同一个位置上来比较。“绝对星等”就是设想把恒星都放在32.6光年（10秒差距）的地方所得出的亮度。太阳的视亮度是绝对冠军，但是太阳的绝对星等只有4.8等，这意味着如果把太阳放到离地球10秒差距的地方，它的亮度只有4.8等，仅仅是一颗肉眼看起来相当暗的星。有些恒星实际上相当亮，可以比太阳亮成千上万倍，但由于它们离我们太遥远了，所以看上去并不怎么亮。天狼星的视星等是-1.58，绝对星等却只有+1.3。老人星看起来没有天狼星亮，视星等只有-0.86，绝对星等却是-3.5，说明老人星的真实光度比天狼星大差不多85倍。不过老人星的距离比天狼星大12倍以上，所以老人星看起来还没有天狼星亮。

天文学家把真实光度大的恒星叫做巨星，把光度小的称为矮星，光度比巨星更强的叫做超巨星。从表面积越大光度也越大的规律可以知道，光度大的巨星，体积也大；光度小的矮星，体积也小。

恒星之间的光度差别非常大。以太阳为标准来比较，织女星的绝对星等是0.5等，它的光度是太阳的50倍；超巨星“天津四”的绝对星等大约是-7.2等，其光度比太阳强5万多倍；还有一颗在夜空中极不起眼的天蝎座ξ，视星等只有3.8等，但它的绝对星等是-9.4等，它的光度几乎是太阳光度的50万倍；甚至还有光度比太阳强100万倍的恒星。

太阳是一颗黄色的主序星，相比之下光度比较弱，但还有比它更弱的矮星。如著名的天狼星伴星是一颗白矮星，它的光度还不到太阳的1/10000。

恒星的光谱

夜晚的星空，粗看起来星星都是亮晶晶的，但仔细看来有的发红、有的发黄、有的发蓝，也有的发白。我们有这样的常识：蓝白色的火焰温度高，红色的火焰温度低。天上的星星也是如此。它们的不同颜色代表表面温度的不同。一般说来，蓝色恒星表面温度在10000开以上，如参宿七、水委一和轩辕十四等。白色恒星表面温度在1100～7700开，如天狼星、织女星、牛郎星、北落师门和天津四等。黄色恒星表面温度在6000～5000开，如太阳、五车二和南门二等。红色恒星表面温度在3600～2600开，如参宿四和心宿二等。新建的光谱L型矮星的表面温度在2000～1500开。

根据“哈佛分类法”，当时有240000颗恒星被分为7个大类，依温度从高到低分别称为O、B、A、F、G、K、M型恒星。另外还有R、N和S三个子型，它们是分别从G型和K型中细分出来的。各型恒星的颜色、表面温度、谱线特征及代表星如下：

O型星，淡蓝白色，25000～40000开，吸收线相对少，由于温度很高，有电离氦和其他元素的电离谱线，但氢线很弱。代表星参宿一、参宿三。

B型星，蓝白色，11000～25000开，出现中性氦谱线，氢线较O型星变强。代表星猎户座113（参宿七）、室女座α（角宿一）。

A型星，蓝白色，7500～11000开，有很强的氢线，出现一次电离的镁、硅、铁、钛、钙等的谱线，也有一些微弱的中性金属线。代表星大犬座α（天狼星）、天琴座α（织女星）。

F型星，白色，6000～7500开，氢线变弱，但仍然明显，一次电离金属线和中性金属线同时存在。代表星小犬座α（南河三）。

G型星，黄白色，5000～6000开，电离钙线非常明显，其他电离金属线和中性金属线同时存在。代表星太阳、御夫座α（五车二）。

K型星，橙黄色，3500～5000开，以中性金属线为主。代表星牧夫座α（大角星）、金牛座α（毕宿五）。

M型星，红色，约3500开，中性金属线很强而且开始出现分子谱线。代表星猎户座α（参宿四）、天蝎座α（心宿二或“大火”）。

又有天文学家根据各型中某些特定的吸收线强度的差别，把每个光谱型分为10个子型。例如，G型被分成了G1、G2、G3、G4等。还有人注意到，同一光谱型中的恒星，不只谱线的强度有差别，谱线的宽度也很不相同。根据物理学中“压力展宽”的机制，恒星谱线的宽度一般可以作为确定恒星大气压力大小依据之一。所以，大气压力最小的恒星谱线最细，例如巨星和超巨星；反之，大气压力最大的恒星谱线最宽，例如白矮星。于是，又把7个基本光谱型中的每一个按谱线宽度分为7个子型，用罗马字母表示。它们依次是，Ⅰ—超巨星，Ⅱ—亮巨星，Ⅲ—巨星，Ⅳ—亚巨星，Ⅴ—主序星和矮星，Ⅵ—亚矮星，Ⅶ—白矮星。

有了这样完善的光谱分类，我们一看到一颗恒星的光谱型，就可大致知道它的温度、压力等物理状态。如太阳的光谱型是“G2V”，我们则可马上想到太阳应是一颗黄色的、温度和压力都适中的主序星。

恒星的体积有多大

表面看来，星星在望远镜中也只是一个不大的光点。其实，这一小小的光点可大了，太阳已经是一个庞然大物了，它的半径为695990千米，它的“身躯”内可装130万个地球，然而太阳这样的个儿在恒星世界里算不了什么，许多恒星比它大。

恒星的大小相差很大，有的是巨人，有的是侏儒。地球的直径约为13000千米，太阳的直径是地球的109倍。巨星是恒星世界中个头最大的，它们的直径要比太阳大几十到几百倍。超巨星就更大了，红超巨星心宿二（即天蝎座α）的直径是太阳的600倍；红超巨星参宿四（即猎户座α）的直径是太阳的900倍，体积相当于10亿个太阳。假如它处在太阳的位置上，那么水星、金星、地球、火星统统都要装进它的肚子里去。它们还不算最大的，仙王座UV是一对双星，它的主星A的直径是太阳的1600倍。目前已知体积最大的恒星是御夫座ε（中文名柱一），其伴星比主星还大，直径是太阳的2500倍，体积相当于90亿个太阳，把土星的轨道也都包括进去了。这些巨星和超巨星都是恒星世界中的巨人。

看完了恒星世界中的巨人，我们再来看看它们当中的侏儒。在恒星世界当中，太阳的大小属中等，比太阳小的恒星也有很多，其中最突出的要数白矮星和中子星了。白矮星的直径只有几千千米，和地球差不多，中子星就更小了，它们的直径只有20千米左右，白矮星和中子星都是恒星世界中的侏儒。我们知道，一个球体的体积与半径的立方成正比。如果拿体积来比较的话，上面提到的柱一就要比太阳大90多亿倍，中子星就只有太阳的几百万亿分之一。由此可见，巨人与侏儒的差别有多么悬殊。

天文学家是用天文的和物理的方法计算出恒星的体积。一颗恒星，温度越高，体积越大，离我们越近，看起来就会越亮。天文学家经过多年的观测和研究，已经掌握了恒星的亮度、距离、大小和温度这四者之间的准确关系。因此，只要用其他方法得到了恒星的亮度、温度和距离，就很容易算出它的大小了。

通常所使用的方法有：①干涉法。利用光学技术测量来自恒星不同部分的星光之间相互干涉产生的条纹，来测量恒星的角直径。②月掩星法。月亮穿行在恒星之间，某个恒星被月轮挡住的现象称为月掩星，在月轮从刚开始与恒星相切到完全被挡住这个很短的过程中，恒星的亮度有微小的变化，用非常灵敏的光电仪器测量这一变化，可以换算出恒星的角直径。③光度法。根据物理定律和恒星的光度数据得知恒星的直径。前两种方法比较可靠，但只适应于较近的恒星。

恒星的质量和密度

恒星的质量是恒星的物理量，是恒星结构和演化的决定因素。利用双星的轨道运动是确定恒星质量最根本、最可靠的方法。一般恒星质量在0.05～120个太阳质量。多数恒星在太阳质量的0.1～10倍，处于银河系旋臂中的多数大恒星，质量大都在6～60倍。如果质量再大的恒星，它就很不稳定，难以存在。如果恒星质量过小，它的中心温度和压力不够，难以产生持久高效核反应提供能量，即不能成为具有恒星性质的天体。

现在已知质量最大的恒星之一如HD93250星，它的质量大约是太阳质量的120倍。HR2422双星的主星和伴星质量大约都是太阳的59倍，角宿一双星的主星质量约为太阳的10倍，五车二双星中两星质量各为太阳的2.7和2.6倍，天狼星主星质量为太阳的2.1倍。质量最小的恒星是鲸鱼座的VV星，它是一对双星，大的一个质量是太阳质量的8％，小的一个只有太阳质量的4％，这个小的已经失去了作为恒星的资格。75％的白矮星质量为太阳的0.45～0.65倍，许多红矮星的质量不到太阳的一半乃至小于太阳的1/10。可见，在恒星世界里，太阳质量也居中等地位。当然，目前已准确测出质量的恒星还不多，还有许多研究工作要做。

以体积除质量就得到平均密度。恒星之间的直径相差1亿倍以上，而恒星之间的质量相差仅几千倍。由此可见，恒星质量差别比体积差异小得多。不难想象恒星之间的密度差别是何等惊人了。地球的密度是水的5.5倍，太阳的平均密度则只有水的1.41倍。比太阳早的主星序的恒星的密度都小于1，比太阳晚的矮星密度都大于1。

作为恒星世界中的巨人红超巨星，它们的体积比太阳大几百万、几亿倍，而质量却只比太阳大几十倍，它们的平均密度仅仅为水的百万、千万甚至亿分之一，其稀薄程度可想而知了。例如，仙王座VV红超巨星的平均密度几乎跟实验室的真空相差无几。在恒星世界中，密度大得惊人的要数中子星和白矮星，白矮星密度达101千克／米3，1立方厘米这样的物质的重量就有好几十吨，它们的体积小得出奇，质量却和太阳不相上下。中子星的密度达10117～1018千克／米3，这是实验室无法达到的超密态。

恒星的自行

古代，人们看到天上的星星组成的各式各样的星座图案似乎永远不变，便认为天上的星星是永恒的，是静止不动的。于是便把它们称为恒星。

恒星真的是永恒不动的吗？要想测定恒星是否运动，必须精确测量恒星在天上的位置是否有变化。许多天文学家都测量过恒星在天上的运动，但在他们的有生之年，却没有发现恒星在天上有任何移动。

历史上第一个发现恒星运动的人是英国天文学家哈雷，他曾经因发现哈雷彗星而闻名世界。1676年，年轻的哈雷在牛津大学毕业之后，只身一人漂洋过海，到南太平洋的一个荒凉小岛（圣赫勒纳岛）上去测定南天恒星的位置。经过艰苦的努力，哈雷于1679年发表了第一部南天恒星位置星表，成为有名的天文学家。1710年，他把自己所测量的恒星位置的数据和古代希腊天文学家在公元前100多年所测量的结果进行了比较，发现绝大多数恒星的位置都没有什么变化，但有3颗亮星的位置有些“反常”，金牛座α（毕宿五）的位置比古希腊天文学家星表上的位置偏北20′，天狼星的位置偏北22′，牧夫座α（大角）的位置偏北33′。这是怎么回事呢？是不是古代天文学家的测量有错误？那是不可能的！因为古希腊星表是三个天文学家各自独立测量的，不可能三个人不约而同地发生错误，更不可能观测错误同时都发生在相同的三颗星上。

会不会是恒星本身在运动呢？哈雷认为，由于这三颗恒星比较明亮，它们肯定距离地球比较近。如果它们本身在运动，虽然移动很微小，但经过漫长的1800多年，人们是可以看出它们的位置变化的。为了进一步证明自己的想法，哈雷又检查了丹麦著名天文学家第谷·布拉赫所测量的恒星位置星表。结果发现在第谷的星表中天狼星也有4′的“误差”。第谷是以观测精确而著称的天文学家，是绝对不会发生这么大的误差的，正确的结论只能是恒星本身在运动！

由于恒星距离我们十分遥远，在几十年、几百年的时间内，人们是无法看出恒星位置的明显变化的。难怪长时期以来人们一直认为恒星是永恒不动的。恒星一年中的位置变化（用角秒来度量）叫做恒星的自行。恒星自行的数值是很小的，已经测定出20万颗恒星的自行，其中自行最大的恒星是巴纳德星（美国天文学家巴纳德首先测量出这颗恒星的自行），它的自行是每年10″31，经过180年，这颗星在天上移动的角度只有月亮的角直径那么大小。自行大小仅次于巴纳德星的是卡普坦星，它的自行是每年8″54。

恒星的自行虽然很微小，但经过几万年、几十万年之久，天上恒星的位置是会发生明显改变的。有人根据北斗七星每颗星的自行的大小，预测出经过5万年以后，我们熟悉的勺子状的北斗七星将变成一把尖刀的形状。

光谱分析发明之后，从光谱谱线的位置移动，人们可以测量出恒星在视线方向的速度（叫视向速度）。首先测定恒星视向速度的人是英国天文学家哈金斯，他未受过正规教育，30岁以前一直经商，后来自学天文学成为著名的天文学家。他用照相方法拍摄恒星的光谱，然后测量谱线的位移大小，进一步计算出恒星的视向速度。现在已精确测定出3万多颗恒星的视向速度。绝大多数恒星的视向速度都在-20～+20千米／秒之间。“+”号表示恒星沿视线方向远离我们，“-”号表示恒星沿视线方向趋近我们。已知视向速度最大的恒星叫CD—29.2277，视向速度为543千米／秒。视向速度次之的是武仙座VX星，它的视向速度为-405千米／秒。你绝对不会想到，那些在天上好像一动不动的恒星，实际上在以巨大的速度飞奔呢。

恒星光行差

1728年，英国天文家布莱雷德发现了光行差现象。他观察到，恒星在一年的不同时间内观察位置会发生变化。也就是说，在地面观测某颗恒星时，望远镜的倾角要做相应的周期变化。

为了更好地理解光行差是怎么回事，我们先来看看日常生活中的一个有趣现象。大家一定会有这样的经历，在一个无风的下雨天，雨是垂直下落的，如果你打着伞站着不动，雨就淋不着你。但是如果你把雨伞仍然竖直举在头顶而跑步前进的话，那么你的衣服就会被淋湿，在你看来，这时候的雨并不是垂直下落的，而是倾斜着向你飘落下来。

光行差的道理也是一样的，恒星是不动的，但是地球却在以每秒30千米的速度绕太阳公转，因此，对于一颗正在头顶上方的恒星，在地球上看来，光线并不是垂直照下来的，而是有一定的倾角，这个角度被叫做光行差常数，它与恒星的距离无关。

根据简单的合成原则，有：k=v／c。式中：c为光速，v是地球绕太阳公转的速度。

光行差是由英国学者布莱雷德观测发现的，他的初衷是为测定恒星的周年视差，却于失败中意外发现了光行差。1725年，他测出天龙座的一颗星存在以一年为周期的20″的微小位移，可是位移的方向与预期的视差位移不同。他成功地解释了这种物理效应，并把它定名为光行差。α约为20.5″，将α的观测值和地球的公转速度代入上面的公式，就可以得出：

c=3.1×108米／秒。

这是历史上首次得到的较为准确的光速值。

奇怪的是，从丹麦天文学家雷默于1676年测定光速，到1725年布莱雷德发现光行差，相隔达半个世纪之久，竟没有人想到光的传播速度对恒星视位置所产生的这种极其简单的影响。

恒星周年视差位移

由于最近的恒星同我们之间的距离也有4.22光年，所以地球围绕太阳的周年运动对大多数恒星来说，不能引起任何显著的位置变化。对于可以测出视差位移的恒星，视差值只有1秒的十分之几或百分之几。这在观测仪器不精密的中世纪，是根本无法测定的。直到19世纪30年代，三位天文学家几乎同时各自独立地测出了恒星的周年视差值，为哥白尼的学说最后找到了严格的证明。

设想观测者先在太阳S上观测黄极附近的恒星α，它位于天球上的α′处；然后，观测者再移到地球A去观测α，由于观测者的位移，就引起恒星α的视差位移，它向着太阳在天球上从α′移到α点。在一年中观测者随地球沿着轨道ABCD绕太阳运转一周，他便看见恒星α在天球上画出圆轨迹abcd，圆的半径等于该恒星的周年视差。

恒星的周年视差是以太阳到恒星α的距离r为弦，以地球同太阳距离α为最小边的盲角三角形内的最小内角π。

sinπ=α/r，π=α/r

测定恒星距离的方法，只需将上式改写成：

r=α/π=206.265α/π″

式中：α为天文单位，若以206.265α为1秒差距，则r=1/π″秒差距。

测定恒星的周年视差不仅可以证明地球的绕日公转，而且恒星的周年视差一经测定，便立刻得出该恒星的距离。恒星周年视差位移的轨迹在形态上与光行差类似：位于黄极上的恒星的周年视差位移轨迹为半径等于该恒星周年视差的圆；黄道上恒星的视差为一弧段，其一半为该恒星的周年视差；天球上其他部位的恒星的视差为半长轴等于该恒星周年视差的椭圆，恒星的黄纬愈小，椭圆的扁率愈大。

周年视差与光行差比较，具有不同的特点：光行差常数对于所有的恒星都相同，周年视差却随着恒星距离的增加而减小；光行差指向与太阳黄经相差90°的一点，周年视差的指向与太阳黄经相同；光行差常数的数值大，周年视差的数值总是很小，因而视差位移表现为使光行差椭圆有微小的变形。

恒星的孕育

根据弥漫说的理论，恒星形成可分为两个阶段，开始时先由极其稀薄的物质凝聚成星云并进一步收缩成原恒星，然后原恒星才发展成为恒星。星际空间普遍存在极稀薄的物质，由于分布不均匀往往分裂成团块，并向中心凝聚，成为弥漫星云。弥漫星云在逐步凝聚收缩过程中进一步分裂，变成体积和质量更小而密度却更高的小球状星云。星云很庞大，半径起码有好几光年。它的外缘物质自由地向中心坠落，收缩进行得相当快，但也需几百万年的时间才能落到中心区。随着快速收缩过程的进行，星云内部的密度迅速增大，温度快速升高，气压也相应增强，随之发生一系列的反应，使外缘物质下落的速度和小球状体的收缩速度减缓，即进入慢收缩阶段。

一般把处于慢收缩阶段的天体称为原恒星。慢收缩开始后，中心区受强烈压缩而升温并发出热辐射，直到最后中心温度升到700万～1000万度，由氢原子核聚变为氦原子核的热核反应提供足够的能量，使内部压力与引力处于相对平衡状态，一颗恒星就正式诞生了。原恒星进一步形成恒星的收缩过程要持续几百万到几千万年。

设想在银河系里，远离我们几千光年的某个地方，一团巨大的星际气体和尘埃云寂静地穿越近于完全真空的空间。这团星际云的稀疏边缘向四周黑暗延伸几千千米之遥。星际云占有如此广漠的空间，尽管它具有巨大的质量，但原子在星际云的庞大体积里的分布是很稀疏的。某个特定的时候，在来自宇宙空间冲击波的作用下，相距很远的原子突然紧紧地拥挤在一起，星际云本来是透明的，但由于原子靠近在一起，微弱的星光不再能穿透通过，这时星际云变成了暗星云。冲击波的另一个作用效果是使有些地方含有比平均数稍多的原子数，有些地方含有比平均数略少的原子数，含原子数多的地方引力大，会把附近的原子吸引过来。以这种方式，星际云开始瓦解成团块或球状体。球状体是不稳定的，在引力作用下球状体开始收缩，变得越来越小，其核心的压力越来越大，温度也随之不断上升。当温度上升到一定程度后，它内部深处的气体开始发光，这时球状体不再是暗黑的了，它已转变为一颗原恒星。原恒星继续收缩，当原恒星中心的温度达到1000万度时，氢燃烧了，4个氢原子核结合在一起生成了氦核，这就是我们常说的热核反应（氢核聚变）。在这个过程中，减少的质量转换为纯粹的能量。由于氢燃烧释放出巨大的能量，原恒星最终能支撑住它的外层质量，于是收缩停止了，一颗恒星由此诞生了。

青壮年星

恒星发光发热的源泉是由氢原子核转变为氦原子核的核聚变反应，维持核反应的阶段就是恒星的壮年期，天文学上称为“主序星”阶段。质量不同的恒星维持核反应的时间大不一样，大质量恒星的核心温度更高，核反应消耗氢的速度比小质量恒星快得多，因此其生命历程相对来说要短得多。比如，质量等于太阳质量的15倍、5倍、1倍和0.2倍的恒星，处于主序阶段的时间分别为1000万年、7000万年、100亿年和1万亿年。太阳现在的年龄为46亿多年，所以太阳在主序阶段已经过去了一小半的时间，还要过50亿年才会转到另一个演化阶段。

当恒星中心温度达到700万度以上时，开始核聚变反应，恒星停止收缩，形成了正常的恒星，进入了主序星阶段。主序星阶段占恒星一生寿命的90％，是恒星最稳定的阶段，类似于人类的青中年时期。主序星内部的化学成分基本相同，产生能量的机制也基本相同，都是由氢原子核转变成氦原子核产生能量。

主序星的稳定性只是相对的。太阳从整体说来，是一个很稳定的恒星，它在进入主星序以来的40多亿年中，光度没有什么变化。如果有过较大变化的话，这一定会在地球上反映出来。但是，太阳上局部区域在一定时期内会出现很大的变动，这就是太阳活动。太阳活动的规模、释放的能量比地球上最猛烈的台风和最猛烈的火山爆发都要大得多，但却没有大到足以影响整个太阳的程度。

有些早型主序星也会不稳定，例如，它们可以由于某种原因而长时间地抛射大量物质，成为沃尔夫一拉叶星或天鹅P型星。自转很快的B型主序星会在赤道区抛射物质，形成一个环绕恒星旋转的星云环。由于环里发生发射线，它们被叫做B型发射星。一般的B型主星序在光学波段只有吸收线，没有发射线。

老年星

随着核聚变的进行，恒星中心的氦核越来越大，氦核周围的氢越来越少，当氦核质量占到恒星质量的12％时，恒星结构出现重大变化，氦核收缩，而恒星外层膨胀，体积急剧增大，表面温度降低。当中心的氢逐渐燃烧完后，一颗恒星的生命就接近尾声了。此时星体核心会迅速收缩，相反地，外层的氢却开始燃烧并迅速膨胀，这是恒星生命中一个十分有趣的阶段，星体的体积大大增加，比如太阳这样的恒星会膨胀数百倍，膨胀的结果导致恒星表面温度下降，颜色变红，同时表面亮度却会大大增强，天文学上习惯于将光度（即恒星的本质亮度）大的天体称为“巨星”，因此这一阶段的恒星的典型特征就是“红巨星”。

红巨星或超新星——恒星进入老年期。在这阶段，恒星的内核已经不再发生热核反应，即使外壳对核的压力增大，内核也得不到充分的压缩而引起聚变，但内核周围的氢层和氦层继续燃烧，并且向外扩展，这种情况下，引力与排斥力开始不稳定，恒星便开始一鼓一缩的脉动，红巨星稀薄的包层向外以星风的形式逃逸，形成同心圆结构；随着红巨星大气的丧失，中心星由于极高的密度和温度产生类似爆发的高速星风，将剩余的气体与尘埃抛出，形成不规则的块状结构和气泡结构。

相对而言，“红巨星”阶段是很短暂的，此后由于核心的收缩导致温度进一步升高而引发氦原子核聚变为碳原子核的反应以及此后一系列更为复杂的核聚变反应，恒星快速地走向死亡。太阳将来在红巨星阶段大约将停留10亿年时间，光度将升高到今天的好几十倍。到那时候，地面的温度将升高到今天温度的两三倍，北温带夏季最高温度将超过400℃。

在这个时期中，恒星的亮度并不稳定，时明时暗，比如猎户座的超巨星参宿四就是这样。前面已经讲到，这个恒星的直径是太阳的1000倍，可是不久以后，由于收缩，变到太阳的700倍左右。同时，它的亮度从0.4等变成1.4等。这个恒星以大约5年零8个月的周期，时而膨胀，时而收缩，发光的强度也在变化。我们把这样的星叫做变星。天蝎座的超巨星心宿二（大火星）也以4年零10个月的周期，从0.9等变成1.8等星。在变星中有的与这些星不同，是以非常短的周期改变着亮度。例如武仙座的δ星就是其中之一，它仅以5.4天为周期，亮度从3.7等变成4.4等星。还有天琴星的RR型变星，仅以12.5小时为周期，亮度变化于7～8等。

恒星之死

恒星走向死亡的途径因质量的不同而有很大的不同，像太阳这种中等质量的星体其死亡是比较“温和”的，在红巨星阶段之后，恒星的外壳一直向外膨胀，核心则持续收缩，发出紫外光或X射线，高能射线激发外层气体发出荧光，形成美丽的行星状星云。外壳气体逐渐消散在星际空间，成为下一代恒星的原料，中心部分在收缩到一定程度后，停止了一切核反应过程，变成一颗冷却了的、密度却极大的白矮星，其中1个方糖大小的物质，重量可与一辆卡车相当。

质量较大的恒星走向死亡的途径往往是十分壮烈的，通常质量大于太阳8倍以上的星球，不会平静地演化为白矮星，而是引发一场震天动地的大爆炸，星体的亮度突然增亮几十倍甚至几百倍，这就是所谓的超新星爆发，星体粉身碎骨，核心遗留下来2种特殊形态的天体——中子星或黑洞。中子星的质量和太阳差不多，但半径只有10千米左右，可见其密度更比白矮星高得多了。超新星爆炸后，如果残留的核心质量仍较大，则会形成密度更为惊人的黑洞，任何物质甚至连光线都无法逃脱它强大的引力场，我们无法直接看到它，这也正是其名为“黑”的由来。

恒星在引力塌缩后形成哪一种致密星，主要取决于它前身星的质量和它损失质量后的剩余质量的多少。一般认为，对于质量小于8倍的太阳质量的恒星，当剩余质量小于1.4倍的太阳质量时，就形成白矮星。对于质量8～25倍的太阳质量的恒星，当剩余质量为1.4～2.5倍的太阳质量时，就形成中子星。对于质量为25～100倍的太阳质量的恒星，当剩余质量大于3.2倍的太阳质量时，平衡态不能存在，星体将继续塌缩下去，形成黑洞。

正如动植物的死亡将成为下一代生命的原料一样，恒星的死亡也都有一个共同的特征，即将其本体中的大量物质抛射到星际空间中，这些物质逐渐弥漫在宇宙空间中，以气体或尘埃的形式成为新一代恒星的原材料。同时正是在恒星的演化过程中通过核聚变形成了许多构成生命所必需的重元素，这些重元素在恒星死亡后弥散在宇宙空间中，才有可能导致像人这种生命的诞生。

赫罗图的创立

恒星种类繁多，各具特色，它们的性质主要由两个参数决定：①恒星表面的温度；②恒星的光度，也就是恒星的绝对星等。

1911年，丹麦天文学家赫兹伯仑和美国天文学家罗素先后发现恒星的光度与表面温度有一定的联系。他们把光度与温度作成一个图，图的横坐标表示恒星的光谱型，因恒星的光谱型与表面温度有关，因而横坐标也就表示恒星的表面温度。纵坐标表示恒星的绝对星等，因绝对星等是光度的一种量度，因而纵坐标也表示恒星的光度。

他们把大量的恒星按照它们各自的光谱型和绝对星等在图上点出来，发现点的分布有一定的规律性。图的上方到下方大致沿着对角线点的分布很密集，成带状，占总数的90％，天文学家把这条带称为主星序，带上的恒星称为主序星。主星序表明，大多数恒星，表面温度高，光度也大；表面温度降低，则光度随之减小。但是，在图的右上方，有一个星比较密集的区，这里的星光度很大，但表面温度却不高，呈红色，这表明它们的体积十分巨大，所以叫红巨星。图中巨星的上面是超巨星。图的下方也有一个星比较密集的区，这里的星表面温度很高，呈蓝白色，光度却很小，这表明它们的体积很小，所以叫白矮星。这张图反映了恒星演化的一种规律性，人们称它为赫兹伯仑—罗素图，简称赫罗图。赫罗图是天文学家研究天体演化的重要工具。

在赫罗图上，主星序上的恒星，有效温度越高的，光度就越高。我们熟悉的太阳、牛郎、织女等都是主序星。在主星序右上方有一些恒星，称为巨星或超巨星。像北极星（小熊座α）、大角（牧夫座α）属于巨星，心宿二（天蝎座α）就是著名的超巨星。在主星序左下方，有一些温度高而光度低的白矮星，天狼B（即天狼星的伴星）就是最亮的白矮星。

在主序星内，恒星的质量和它的光度有关，也就是存在质光关系，即质量大的恒星光度也高。在赫罗图中的主星序斜带上，左上端的恒星光度高、质量大，越往右下方，光度越小，质量也越小。

赫罗图在恒星演化的研究中十分重要。由于恒星内部能源的不断消耗，恒星要发生演变，光度和温度都要发生变化，这就导致它在赫罗图上的位置也要发生变化。天文学家根据赫罗图描绘了恒星从诞生到成长再到衰亡的演化过程，并从理论上给出恒星从诞生到主序星、红巨星、变星、新星（超新星）、致密星（白矮星或中子星或黑洞）的演化机制和模型。这是人类认识恒星世界奥秘的一个重大突破。

恒星的能源之谜

一直到20世纪30年代末期，人们才确定了太阳和恒星的主要能源是在它们内部进行着的热核反应。目前的太阳，其内心进行着的热核反应是由4个氢核在温度高达1000多万摄氏度的条件下聚变成一个氦核。1克氢转化为氦时释放出的能量大到6×1011焦，相当于15吨煤燃烧时释放出的热量。氢是恒星上最丰富的化学元素，对于刚形成的太阳，氢约占质量的78％，所以用氢作燃料。对于太阳，可以在约100亿年的时间内供应全部所需要的能量。氢消耗完以后，氦还可以聚变，还能够提供能量。

像太阳那样，恒星在其一生的大部分时间，辐射的能源是由其中心区热核反应提供的。很多恒星最重要的热核反应是氢核聚变为氦核（氢燃烧）。氢燃烧有两种反应：①质子—质子反应的产能率大体上正比于温度的4次方；②碳氮循环的产能率正比于温度的18次方。中心温度高于1.6×107℃的恒星，碳氮循环占优势；中心温度较低的恒星，以质子—质子反应为主。当温度低于7×106℃时，这两种反应都不起作用。

在恒星演化的后期阶段，发生其他的热核反应。例如，温度接近2×108℃时，3个氦核可聚变成1个碳核（氦燃烧）：34He→12C+y（y代表光子），因为α粒子就是氦原子核，这个反应又称为“3α反应”。碳核又可通过更复杂的反应聚变成氧、钠、镁……碳之后的反应对恒星能量的贡献很小，它们主要的作用在于恒星内部合成了重元素。

英国著名天文学家爱丁诺在1920年指出，恒星内部的核心是具有产能作用的热气体球，并以辐射的方式向外传输它的能量。恒星内部的物质越向中心密度越高，一般来说，恒星内部温度在几百万至数千万摄氏度的状态，不断地向宇宙空间辐射巨大的能量。那么，恒星如此长期消耗能量，靠什么来补充？1938年，美国物理学家、诺贝尔物理学奖得主贝特指出，热核反应是长期维持恒星能量消耗的主要能源。恒星内部的产能方式是4个氢原子核聚变为1个氦原子核的原子核反应。现已弄清，氢是恒星演化第一阶段内部产能的“燃料”，氦是恒星“烧完的灰渣”，碳则是“燃烧”过程的“催化剂”。当然，更进一步的研究发现在核心氢燃尽后，形成的氦又可以聚变产能，但维持的时间就要短多了。

美丽的目视双星

恒星之间也存在引力，这使得有些靠得比较近的恒星互相绕转。被引力系在一起、互相绕转的两颗星就叫物理双星。有些物理双星凭目测就能发现，有些必须借助精密仪器，通过细致分析才能发现。前者叫目视双星，后者叫分光双星。

目视双星是指通过望远镜，用人眼或照相能直接分辨出由两颗子星所组成的双星。这类双星，两颗子星相距都较远。它们相互绕转的轨道半径比较长，自然绕转周期也较长，一般都在1年以上，绝大多数都长于5年，有的可长达万年以上。目视双星的颜色是绚丽多彩的，如天蝎座α（心宿二），主星为红色，伴星则为绿色；狮子座α（轩辕十四），主星为白色，伴星为浓蓝色。

一些比较明亮的目视双星，用小望远镜就可以看出它们，或者红黄相伴，或者白青成双，或者黄蓝辉映，或者白紫对射。如果你拥有一具小型天文望远镜，建议你观测下列恒星：仙后η、双鱼α、猎户ζ、猎犬α、双鱼ζ、双子α、狮子γ、天鹅β、大熊ζ、狮子c、半人马γ、室女γ、半人马α、牧夫ζ、天蝎8、武仙δ、天琴ε1、天琴ε2、天鹅δ、宝瓶ζ，你面前将展现出一幅幅壮丽的双星奇观。

现已发现目视双星8万多对，它们之中互相绕转的轨道周期，最短的有1个月，最长的在几百年以上，绝大多数的轨道周期为几年。

奇妙的食变双星

食变双星是指2个子星相互绕转彼此掩食（一颗子星从另一颗子星前面通过，像月亮掩食太阳）而造成亮度发生有规律的、周期性变化的双星。这类双星的轨道面与视线几乎在同一平面上，因此，会产生掩食现象。又因其亮度会产生有规则的变化，因此，又可称为食变星。如大陵五、渐台二等。双星的光变周期就是它们的绕转周期。现在已经发现食双星有4000多对，它们的轨道周期都很短，绝大多数短于10天。轨道周期最长的食双星是御夫座ε，轨道周期为27年；最短的是猎犬座AM，它的轨道周期只有17.5分钟。英仙座的大陵五是最先发现的一颗食双星，最亮时为2.2星等，最暗时为3.4星等，光变周期为2天20小时49分。大陵五中两星相距2000万千米，离我们150光年。

分析食双星的光变曲线可以得到恒星大气的部分物理参数，当发生全食时，我们可以确定两个恒星的有效温度的比值。在某些特别的例子，我们甚至可以确定恒星的直径。要得到恒星的直径不仅需要光变曲线，还需要两个恒星的光谱，由光谱的谱线位移得到恒星的径向速度变化，如此可以得到恒星直径的绝对值。虽然只有少数的双星可以利用上述方法得到直径，但是像这样的观测是很重要的，因为我们可以直接测量出恒星的直径而不是由理论所计算出来的。

有一些食双星系统我们可以更详细地分析其中一颗恒星的大气，例如御夫座的X双星。这个双星系统由一颗光谱形态为K型的巨星（半径为太阳的245倍），以及一颗B型的主序星所组成，由于B型星较亮，我们只能观测到B型星的辐射。在巨星的外围有很大的大气层，因为恒星的大气层是半透明的，当B型星慢慢绕到巨星之后时，观测B型星穿过巨星大气所产生的光谱，就可以详细分析巨星不同层的大气变化。此外，详细分析某些食双星的光变曲线，我们还可以得到食双星的自转速度。

1969年前苏联出版的《变星总表》中收有食双星4000多对，但真正研究清楚的只有其中很少一部分。食双星要求双星轨道面刚好与视线在一个平面上，这毕竟是难得的巧合，所以食双星只占双星很少的一部分。

分光双星

分光双星是指通过对某天体谱线位置变化的观测分析，能判断出的双星。因为这类双星的2颗子星间的距离很近，绕转周期也很短（大部分小于10天），因此，通过望远镜，用肉眼或照相方法都不能分辨出它们的两颗子星。

根据多普勒效应，恒星接近我们运动时，其谱线便移向紫端；恒星远离我们运动时，谱线便移向红端。随着两子星的绕转，恒星光谱的谱线便发生有规律的移动，据此，我们可以发现双星。如果两子星一颗亮、一颗暗，这时能看到一颗亮星的光谱线做周期性的移位，另一颗较暗的光谱线看不到，这样也能发现双星。这些方法发现的双星都称为分光双星。

光谱中能看到2个子星谱线的叫双谱分光双星，只看到1个子星谱线的叫单谱分光双星。视向速度随轨道运动位相的变化而变化，由此得到视向速度曲线。由视向速度曲线的分析，可以得到一些轨道要素，尤其是双谱分光双星，能得到恒星的质量、半径等基本参量。

现已发现分光双星5000多对，轨道周期最短的分光双星是天箭WZ星，轨道周期为82分钟；最长的是蛇夫座70星，轨道周期为88年。大多数分光双星的轨道周期为几天。

亲密无间的密近双星

子星相距很近，以至于一个子星的结构和演化受另一个子星的影响，这种双星叫密近双星。一般把分光双星和测光双星（包括食双星和椭球双星）统称为密近双星。

根据子星是否充满洛希瓣，密近双星分为分离双星（2子星都不充满洛希瓣）、半接双星（1个子星充满洛希瓣）和相接双星（2个子星都充满洛希瓣）。一个子星一旦充满了洛希瓣，它的物质就能通过内拉格朗日点流向伴星的引力范围。密近双星系统中引力场和质量转移影响着子星作为正常单星的演化，同时质量转移又是子星演化的结果，按照恒星演化理论，在中心氢燃烧、壳层氢燃烧和中心氦燃烧3个阶段，恒星膨胀，都可能充满洛希瓣，开始质量转移。已知的各类密近双星都可看成不同的初始条件（主要是子星的质量和子星之间的距离）的双星演化到不同阶段的产物。

密近双星的运动周期，较长的有12年以上，也有短到只有17分钟。其中一子星如果像超新星一样爆发时，不少情况下仍保持为双星，但也有拆散的。密近双星是恒星世界中一种普遍存在的天体，恒星的1/2以上是双星和聚星的成员，双星中约1/2是密近双星，在聚星、星协、星团、行星状星云、河外星系中都发现过，在天文学研究中意义很大。除了提供可靠的恒星参量以外，也为研究恒星大气、星周物质、星风、质量转移、吸积过程以及各种高能现象提供了良好条件。

天狼星是分离的双星系统，天狼星A目前仍在主序星阶段；而伴星天狼星B则已演化成白矮星。这样的结果与我们所知的恒星演化理论相矛盾，我们可以解释为：天狼星A原来是质量较小的星，质量较大的天狼星B先演化到红巨星阶段，部分质量转移到天狼星A，而由天狼星B目前是白矮星的事实来看，天狼星B经过质量转换后所剩下的质量应小于1.4倍的太阳质量。在双星系统中的质量转移可以发生很多次，且质量转移的方向并不一定固定不变。

位于英仙座的大陵五（英仙座β星）则是另一个反论。这是一个三星系统，其中2颗星为食双星，周期是2.87天；另一颗星则以1.86年的周期绕着食双星转。在大陵五的食双星系统中，大陵五A是蓝色的主序星，光谱型为B8；大陵五B则是红色的巨星，光谱型为G或K，且已膨胀到充满洛希瓣，这是一个半分离系统。大陵五B质量比大陵五A小一些，但却已演化到末期，这可能是由于大陵五B有大量的质量转移到大陵五A上，这个质量转换的过程目前还在持续，但非常缓慢。在大陵五A附近的气体流已经被观测到，在1971年曾观测到射电的发射有不规则的变化，可以解释为由大陵五A到大陵五B的气体流所产生的，质量转移过程也使得轨道周期有微小的改变。

计算密近双星的演化提示：演化的最后结果由系统中较重恒星的质量多少来决定，如果质量小于15个太阳质量，则主星将演化成白矮星；如果质量大于15个太阳质量，则演化过程将会十分不同，最后主星将演化成中子星或黑洞，当物质经由吸积盘进入中子星或黑洞时会辐射出X射线，因而也称为X射线双星。在目前已知的黑洞观测方式中，双星观测是直接发现黑洞的唯一方法。

聚星

聚星是由几颗相互有物理联系的恒星组成的恒星系统。有时也按成员星的数目，称为三合星、四合星等。例如，北斗柄中间的那颗大熊座ζ星，中文名开阳，是由7颗星组成的聚星系统。在开阳近旁有一颗肉眼可见的，中名叫“辅”的暗星，相距约1.9万天文单位，用小望远镜可以看到。开阳本身是个双星，两子星ζ′和ζ″相距400天文单位。由光谱分析，ζ′、ζ″又都是分光双星，后来发现ζ″实际上是个三合星，辅星也是个分光双星。大多数聚星或者是两颗星靠得很近，第三颗离得远些；或者4颗星分成两对，隔开一段距离；或者3对中，2对比较靠近，第三对离开很远。

也有少数所谓四边形聚星，理论研究和观测表明，四边形聚星成员间的距离相差不多，成员星的运动各有不同的方向，没有周期性，这个系统是不稳定的。最著名的四边形聚星是猎户座四边形聚星。位于猎户座大星云中央的猎户座θ，用望远镜看，它由4颗亮度和光谱型都差不多的子星构成一个边长接近相等的四边形。这类年轻系统常存在于星协中，和年轻星团一起组成星协的核心。

上面所说的大熊星座中的开阳星，是一颗有名的聚星。首先，它是一颗肉眼可以分辨开的目视双星。主星大熊星座ζ星是2等星；伴星大熊星座80号星中名辅星，是4等星，离开大熊星座z星11角分（1角分是圆周上1°的1/60）。多年观测表明了这两颗恒星之间有力学联系。用望远镜观测大熊星座ζ星，可以发现它本身就是一颗目视双星，两子星相距14角秒（1角秒是1角分的1/60），大熊星座ζ星的伴星绕主星转动的周期是20.5天，离开主星的距离只有地球到太阳距离的1/3左右。

星团

星团是指由10颗以上恒星组成的，彼此又具有物理联系的恒星集团。许多较亮的星团，用肉眼或小型望远镜就能看到。看起来，它们呈现出一个模糊的亮点。星团可分为球状星团和疏散星团两类。星团中相邻的恒星彼此靠得很近，空间运动大致相同，很可能是具有相同起源的集合体。不同的星团形成于不同的时代，经历了不同的演化过程。组成星团的恒星也各有自己的特色，有高温的，也有低温的；有质量大的，也有质量小的。演化速度和过程也都不一样，虽然在同一时刻，但都处在不同的状态下。有的恒星会因种种原因脱离星团集体而单独行动，也有一些外来的天体会突然闯入星团。总之，作为恒星集体的星团，也有产生、发展、瓦解和死亡的过程。

球状星团是指形状呈球状对称或扁球状对称的星团，规模较大，成员星一般由几千颗到几十万颗。结构较紧密，由边缘向中心高度密集。球状星团是银河系中恒星分布最密集的地方。星团内恒星的平均密度要比太阳附近的恒星密度大50倍左右，星团中心恒星的密度甚至还大1000倍以上。球状星团的大小为130～300光年。估计银河系内约有500个球状星团。星团内有很多变星，其中大部分为天琴座RR型变星。著名的球状星团有半人马座的星团，这是全天最亮的球状星团，北半球天空中有武仙座M13和猎犬座M3。

疏散星团是指具有不规则的外形、结构松散的星团，规模较小，成员星由十几颗到几百颗恒星组成。这些成员星之间距离较大，一般都能用望远镜很方便地把它们分解成单颗的恒星，因而取名为疏散星团。这种星团约有半数分布在银道面两旁银河中心区的狭带上，与太阳相距130～16000光年，因而又叫银河星团，星团直径为6～50光年。一般认为疏散星团是较年轻的星团，但它们的年龄差别很大，有的只有几百万年，有的可达100亿年。由于各种原因，例如，银道面附近的星际消光严重等，我们无法观测到离太阳较远的疏散星团。离开地球最近的疏散星团就是“大熊星团”，距离差不多80亿光年。北斗七星中间有5个星属于这个星团，就是β、γ、δ、ε、ζ这5个星。因为离地球较近，所以属于这个星团的恒星散落在天球各部分，离北斗差不多90光年的天狼星（大犬α星）也属于这个星团。据估计，银河系里这种星团可能有18000个。著名的疏散星团如“昴星团”，古人认为它是由7颗星组成“七姐妹星团”。实际上，它是由200多颗星组成的，距离我们420光年。

关于星座

我们既已完成了对于我们所居住的这一部分空间的考察，现在便要转向那辉耀诸天的群星所占据的更辽远的空间了。

平常肉眼所能看见的全天恒星数约在5000～6000之间。其中只有1/2可以同时在地平线上，这1/2中又有许多太接近地平线，因而被城市光以及那一方向更加浓厚的大气所遮蔽。在晴朗无月的乡间夜晚，平常肉眼可以立刻看出的星数大约是1500～20000。肉眼可见的星称为“亮星”（lucid stars），以别于在望远镜下我们所能看见的极大的一批恒星。

当我们见到群星在夜空闪烁时，我们很容易忘记它们并非在同一个距离上这个事实，因为看起来它们似乎都有同等的距离的。我们可以假想它们是被安在一个大圆球的内部表面上，这大圆球便将地球完全包裹。这球在它偏斜的轴上旋转的结果使星辰都出于东而没于西。但对于一个北纬中部的观测者而言，环绕北极一圈中的星永不沉没——正如我们在前面讲到的，这被称为恒显圈；而环绕南极一圈中的星却又永不上升。这大天球每一恒星日向西旋转一周，因此约为不到4分钟旋转1°。

大家都知道这是因为地球绕轴向东旋转才使天上景物每天向西转的。同时又因为地球绕太阳做公转，太阳又看来仿佛在众星间缓缓向东移动，每天差不多够1°，一年绕黄道1周。这种种地球自转结果都在前面已经讲过了。

由于太阳的向东移动，依地球自转为准的恒星日一日便差不多比太阳日一日短4分钟了。每夜的星辰都比前一夜早起约4分钟；而在同一小时内也要较前偏西1°。四季轮流下去，因此所有的星辰都交替逐渐从夜空中经过。

星辰也并不是平均分布在天上的，它们都聚成一团一团。其中有一些，例如北斗或飞马座大正方形，都是非常醒目，使人一见不忘。古人也和我们一样对于天上显著的星群非常熟悉。宇宙的样貌在几千年中是很少变化的，古人给这些星群起了名字，因此开始有了星座。

我们的星座是远自古希腊人传下来的（其间当然有了修改和补充），而古希腊人又大概是从美索不达米亚的居民那里学来的。远在公元前9世纪古希腊诗人荷马就提到了大熊座、猎户座及其他著名的天上形象。古代星座（约共50个）的最早最完全的描写可以在马其顿王的宫廷诗人亚拉图斯作的Phenomena（公元前270年所著）中找到的。星座的名称都是神话中英雄和鸟兽的名字，也都与一些很熟悉的故事有关联。

现在公认的星座有88座，其中有18座环绕南极，在北纬中部不能见到。这些原有星座的补充是用来填补古代星座之间的空白，还有些在南极附近的星座也是古希腊人看不见的。

天文学家仍保存了星座的拉丁旧名字，但旧有的英雄及鸟兽的图像却不见于现代星图中了。为了实际的方便，星座成为天上的包括不同星群的区域，有我们任意定下的疆界，正如同地上的国界一样由国际间的共同协定。星座的疆界都要对天球赤道平行或垂直。所有在这一星座疆界内的星都属于这一星座。而任何时候若有行星或太阳或月亮在其中时，也说它是在这星座中。

因为月亮和行星以及太阳大都不会离开黄道太远，它们便常常和依循黄道的黄道带上12星座连在一起了。这12星座的名称是：白羊（Aries）、金牛（Taurus）、双子（Gemini）、巨蟹（Cancer）、狮子（Leo）、室女（Virgo）、天秤（Libra）、天蝎（Scorpio）、人马（Sagittarius）、摩羯（Capricorn）、宝瓶（Aquarius）、双鱼（Pisces）。黄道带是环绕天球的一道16度宽的带子，黄道正在其中。平均分为12区域便是黄道12宫，从春分点向东数起，12宫的名字便是那12星座的名字。2000年前每一宫都正好包括所属星座。但因为有岁差的缘故（我们已经说过的），黄道12宫已向西移动，因此12宫已不与同名的12星座完全相符合了。

这里所讲的是在北纬中部一年之间可见的主要的星座。其中大半都有特殊形状的星的连合，例如正方形、十字形、勺子形，都很容易依据星图和解说从天上认出来。每一季都有自己的夜天星座，从哪一季开始认起是无关紧要的。不论是谁，只要开始认起星座大概总会继续下去，直到一年中认识全天的，因为不断地有熟悉的星座向西方消逝而新的星座由东方出现。

为方便起见，我们把天上可见区域分为5区。首先是北天星座，环绕天极永不没落，因此在北纬中部终年可见。其余4区的星座都有出有没而且大半经过天顶之南。我们现在划定每一季中下午9时经过子午圈的星座。星图中我们大半只画出较明亮的星，为的是避免混淆，也因此免除了星座的疆界。

北天星座

北天星座的中心是天球北极，星辰环绕它按逆时针的方向旋转，周期是23小时56分钟。要星图正合晚上9时的天空，可把图转动使本月份现于顶上。

首先是大熊座（Ursa Major），其7颗亮星合成我们熟悉的勺子形。这一群星终年可见，只有秋季太近地平线或许不能看到。注意勺子顶端的2颗星，这便是所谓“指极星”（Pointers），因为这两星形成直线直指北极星，北极星（Polaris）靠近图的中心，到极的距离在1°以内，因此正好成为北天极的大致不差的标志。

北极星属于小熊座（Ursa Minor）。正在勺柄的末端，座中除勺边2星外都很微弱。那2颗星称为极的守卫，因为它们不息的绕着极旋转。

如果不见指极星时，要寻找北极星可以直向北方望去，它离地平的度数正和观测地点的纬度相等。因此在北纬45°的地方，北极星正居于天顶到地平的正中间。

在北天极的另一边，方向正和大熊座相反，距离北天极也大致和大熊座相等的是仙后座（Cassiopeia）。有5颗亮星形成一个W或M字母。再加2颗较暗的星，便成了仙后的宝座；只是该宝座的背非常弯曲，怕是要填上一个座垫才能舒服。

在仙后座前方的是仙王座（Cepheus）。有人觉得它像教堂的尖顶，尖冲着极。在仙王座之前，差不多在北天极与大熊座之间的是天龙座（Draco）的V形的头部。这龙的身躯都是些较暗的星，可以凭借星图找到它们。它围绕着北天黄极，这黄极约在从北极星到龙头的2/3的地方。这一点上没有亮星，它却正是天极因地球自转的岁差而非常迟缓地画着大圆的中心。

以上是北天5大星座。认识了它们以后，我们便转身向南，选择合我们观测季节的星图。姑且假定是在秋季。

秋季星座

秋季点缀南天的主要星座。垂直看来，月份下方是本月晚间9时经过子午圈的星群，从天顶（靠近上边）到南方地平（靠近下边）。

飞马座（Pegasus）的大正方形是秋季天空最易辨认的符识。秋初它出现于正东方。10月1日前后晚9时它在南天最高处。这大正方形是由4颗2等星合成，每边约15度。正方形东北角的东北方是仙女座（Andromeda）的大星云。这是最明亮的远在银河以外的漩涡星系，以后要讲到的，在肉眼看来它仿佛是一块长的雾状光斑。如果我们假想飞马座大正方形是勺子的斗，东北方的仙女座的亮星便成了这勺子把柄。但把柄末梢的星却是另外一个星座（英仙座）的星了。

英仙座（Perseus）正在银河中，星组成箭头状对着仙后座。在这2星座之间我们见到一块云状光斑，用小望远镜甚至望远镜都可把它分为2个星团。这便是所谓英仙座双星团。箭西边有一排3颗，中央一颗最亮，便是变星Algol（大陵五），是蚀变星的代表。

我们现在所考察的区域内有黄道3星座：宝瓶座、双鱼座、白羊座。黄道赤道相交处的春分点（太阳于3月21日在此处）差不多在飞马座正方形的东边线延长1倍的地方。2000年前春分点还在东北方白羊座。白羊座主要的星成为一扁三角形。

双鱼座之南是大星座鲸鱼座。这星座以其中红色双星Mira（薴藁增二）著名。这颗星肉眼平常看不见，一年中只能见到1～2个月。秋季星座这一部分我们已弄清楚了。其中只有1颗1等星，这便是南鱼座（Piscis Austrinus）中的Fomalhaut（北落师门），它约在10月中旬晚9时经过子午圈。

冬季星座

冬季星座，这是全天最光辉显赫的一部。其中亮星在凄冷的漫漫长夜中闪烁成各种颜色，仿佛要补偿这一季中日光的缺少似的。

猎户座是所有星座中最辉煌的。4颗星构成一长方形，我们看来它正直立于南方。红色巨星Betelgeuse（参宿四）在上方东角，蓝色的Rigel（参宿七）在下方西角。横在长方形中部的3颗亮星成了这位英雄的腰带，而下面3颗暗星做了它的佩刀。3颗暗星的中央一颗其实并不是星，只是一个最美丽的星云，猎户座大星云是望远镜中的伟观。

猎户的腰带引领观测者的眼光到南方Sirius（天狼）上去。这是全天最亮的恒星，它属于大犬座（Canis Major）。在猎户座东方，与天狼及参宿四形成等边三角形的是一颗1等星Procyon（南河三）。这颗星在小犬座中。

顺猎户腰带上溯，我们便见到了V形的毕宿星团（Hyades），再过去便到更紧密的“七姊妹”昴星团了。两者都是疏散星团的例证，以后我们要讲到的。毕宿星团在金牛座的头部，红色亮星Aldebaran（毕宿五）是牛眼，而东边另2颗亮星便是角尖。这2颗星上面是御夫座（Auriga），其中黄色大星Capella（五车二）是北半天球3颗最亮的星之一。

金牛座、双子座、巨蟹座是本区中的黄道3星座。本区中黄道是最北的一部分。

双子座形状也是长方形，东边一端有2亮星Castor（北河二）和Pollux（北河三）。1930年发现的冥王星便在本座中。名称代表北回归线的巨蟹座倒是不大明亮的，其中最有趣味的部分是在肉眼看来像云斑的Praesepe星团（鬼宿星团）。望远镜也可看出它是一疏散星团。

冬季星座区中也包括一部分银河，这也使一个晴朗的夜间星空更加美丽，虽然它并没有我们在夏天所见的那一部分那样明亮动人。

春季星座

当冬季这些明亮的人物消逝到地平线下的时候，便有另一些比较欠显赫的春季星群来代替。狮子座是这一区天空的领袖，它在傍晚的东天出现，在许多民族看来都是春天将到的先驱。4月中当晚9时前后它高高悬在南面天空。

认识狮子座可以注意它的7颗星所成的镰刀形，其中最明亮的一颗是镰刀把末端一颗1等星Regulus（轩辕十四）。镰刀之东是一直角三角形，三角形的最东一颗是Denebola（五帝座一）。有的人便由这星座中的星想象出一只狮子的轮廓来。

从五帝座引一直线到大熊座勺子柄末端，中间经过2个不显著的星座——后发座及猎犬座。前一座中有1星团，其中有的星可以被肉眼看见。有大望远镜的观测者对这一部分天空是极有兴趣的，因为其中挤满了漩涡星云和我们星系以外的非常遥远的系统。

最长的星座横在春季的南天，像一道由星排成的不规则的线，从巨蟹座南一点差不多直到天蝎座。在它的中部附近有2个很有趣味的星座，一是巨爵座，像一只杯子；一是乌鸦座，现为由相当明亮的星组成的四边形。

暂时再回到北天一下。本季中大熊座高于北极而且勺形倒转来了。依勺柄的曲线向南延长。不久便逢到一颗很明亮的橙色的星，再沿曲线延长下去约再过这样远，便又遇上略欠光彩的另一颗蓝色亮星。前者是牧夫座中的arcturus星（大角），后者是室女座中的Spica（角宿一）。牧夫座像个风筝，大角是正在系尾巴的地方。

室女座是黄道星座中较大的一座，但其中的星没有组成可以使我们记得的一定形态。角宿一和五帝座一和大角形成一大等边三角形。从角宿一引到轩辕十四的线便差不多表示本区天空上的黄道一段。而在这根线上2/5的地方也便差不多就是秋分点，太阳在9月23日要从天球上这一点经过。

夏季星座

最多变幻而且最富兴趣的天界景物是在夏季。牧夫座东面紧邻的便是北冕座，可以立刻认出。这是一群星组成的半圆形，缺口对着北方。

再向东去便是武仙座的一部分，有的人看来觉得像一只展开翅膀的蝴蝶。此处有一个恰好为肉眼所见的球状星团，在望远镜中却是壮观之一。这一个恒星组成的大球是在北纬可见的这一类东西中最壮丽的。武仙座东部中便是“太阳向点”，以全星系眼光看来太阳系全体都正向这一点运动。

武仙座之东便是天琴座，其中有蓝色亮星Vega（织女一）。再往东便是北方大十字形，中轴正顺着银河。这是天鹅座，其中最亮星是Deneb（天津四），正在十字形之顶。此处银河分为平行的2支流。我们且顺流而南下看看。

我们经过2小星座的旁边，一是天箭座，一是海豚座。再过去便是较大些的天鹰座。其中最明亮的星Altair（河鼓二，即牛郎星）和2颗较暗的星排成一直线。银河的西支流直到现在都是较亮的，在此却暗淡消隐，到南方再重新显现。同时东支流变得亮起来了，在人马座中汇成了许多大的星云。这一黄道星座的特色是其中的6颗星组成的倒转的勺子。

人马座之西又是一黄道星座——天蝎座，这是最动人的夏季星座之一。它约在7月晚9时经过子午圈。其中最明亮的星Antares（心宿二）是真正的红色，这是已知的最大恒星，直径约有太阳的400倍以上。在南部低空的天蝎座与此时接近天顶的北冕座之间的一大块空白由2星座填补——巨蛇座和蛇夫座。

认识著名的星座非常容易而且极有意义。不仅是这些形象本身已饶有兴趣，而且当夜的天空不再是星辰的无意义的堆积，而有了熟稔的面貌时，我们就常常去仰视天空了。这时大概很容易吃惊地发觉竟有那么多有趣事件在天上不断出现，而从前居然完全没有知觉的吧。

关于恒星

人类守望星辰的一大半时代都只把星当做点缀夜空的闪烁的光点。很早就有古人注意到星辰集成种种显明的形状，尤其是星空能告诉夜间时刻和季候更为古人所常常利用。

天文学这种科学发展以来，好些世纪中差不多都还只限于直接围绕地球周围的天体，就是说太阳、月亮和明亮的行星。这些物体的特殊光明以及它们在星的天球背景上的运行都使它们赢得特别的注意。远处的恒星似乎是固定不变而且不可思议的，但它们却可做很适当的界标，可以标示出那些浪游者的行踪。也是因这缘故，才会很早就有了星图。

在哥白尼把太阳安放在它理应有的行星系统的中心统治者地位以后，渐渐地大家才明白了我们的太阳也只是一颗恒星，亮得多只因为距离近得多。于是恒星也渐渐被看作遥远的太阳，看做极大极热而且也许有行星卫星围绕着的物体。现在我们可以很放心地这样猜测了：2002年，有人通过夏威夷的凯克望远镜在遥远的恒星旁找到了2颗比土星小的行星，从而发现了地外行星系统。

我们研究获得的太阳的一切特征大概也都可以应用在恒星上。它们都是极热气体结成的极大的球形，有光球、色球、日珥、日冕之类。它们不停地向空中倾注极多的能量。但是即使肉眼也可以看出恒星并不都是太阳的准确复制品。其中有蓝色星、红色星，以及像太阳的黄色星。

除了几件显著的特色以外，望远镜并未增加我们对恒星本性的认识。不用说，望远镜使我们多见到许多肉眼看不到的星，但是最大的望远镜也还不能把一颗恒星展开成一个圆面以便我们研究其表面的。只是在几种特殊仪器发明了应用了以后，恒星自身的现象才被我们观测到。最先应用而且今日为研究恒星最有效的设备是分光仪。

星光的分析

天文学中应用的分光仪是分析天体的光的仪器。这是借助于一枚或若干枚棱镜，或另外加一光栅，把光分散为一道色带，即“光谱”，其中的颜色和彩虹一样。从可见光谱的一端到另一端次序是紫、靛、蓝、绿、黄、橙、红，其间还有渐次的等级。

用两架小望远镜对着棱镜。第一架望远镜从平常放眼睛的一端接受光线，此处的目镜以一道狭缝替代。当分光仪连上望远镜时，这狭缝便在其目镜的焦点上。光通过了狭缝之后由第一架小望远镜（平行光管collimator）的透镜造成平行，由此通过棱镜，这样成了光谱。便用第二架小望远镜来看——但常常是摄影的。利用放在一部分狭缝上的反射望远镜，又可以随着天体的光谱摄得一已知物质（例如氢、铁等）的光谱。这种比较光谱只有用上述的狭缝分光仪才可能，但这却有一桩不方便，就是一次只能显出一颗星的光谱。

另一种物端棱镜分光仪却有可以同时显出许多星的光谱的好处。这不过是一架望远镜在物镜前加上大棱镜而已。这样拍摄到的照片是望远镜所指的天区中星的光谱，一段短光谱表示一颗星。

天体的光谱分析实际上是由夫琅和费开始的（我们已经把他当作制造大望远镜的先驱）。夫琅和费在1814年用自制分光仪考察日光，第一次见到许多细暗线经过光谱。他把光谱中从红色到紫色上面的显明的暗线用字母作符号，这系统至今还保留着。这样黄色区中两条紧紧相连的暗线便是D线。

1823年夫琅和费又第一个考察恒星的光谱。他也在其中发现了种种暗线花样，这些花样随着星的红色程度增加而复杂。这便要等到物理学家基尔霍夫来用他的著名定律解释这些暗线的意义了。我们试述这定律的结论如下：

一种发光气体的光谱平常是黑暗背景上各种颜色的谱线的花样，花样也便因构成这气体的化学元素的不同而各有特色。正像一座无线电台用各种不同的波长播音都可以通过调谐检验出来，发光气体中每一化学元素也可以由它发射的特定的光的波长认出来。

一发光的固体、液体，甚至气体在某种特殊情形下发出连续光谱，就是说它发出各色的光——白光。如果有较冷的气体夹在我们与这光源中间，它便会从白光中吸收去恰与它所发相等的波长。这样联合的光谱便会是在原先的各色连续带上的暗线花样，这暗线花样便告诉我们加入干涉的气体的化学成分。恒星的暗线光谱的意义便是有些种选定的波长已被恒星大气从恒星光球所发的白光中筛去了。

恒星光谱的花样

恒星光谱的摄影研究已在哈佛天文台及其在秘鲁的阿雷基帕分所（现已移非洲南部麻塞尔波尔）进行了差不多50年。这工作中用的是物端棱镜。全天各区的万千照片都妥善保存并且小心研究过了。这种精勤不倦的工作结果遂使25万颗以上的恒星光谱都知道了。只要查考一下H.D.星表便可以得到其中任何一颗星的亮度与谱型。后一名词需要一点解释。

在所有研究过了的恒星光谱中，线的花样除了少数例外都可归并成一相连的序列。一颗待研究的星的光谱几乎一定配上这序列中的一处。这些花样平均隔开并用任意的字母BAFGKM代表。其中间相隔处都分为10部分。譬如说，我们研究一颗恒星的光谱，发现它的线纹花样正在标准花样BA的正中间，这颗恒星的谱型便是B5。这种表示恒星光谱的方便办法是哈佛天文台初创的。这称为德拉伯分类法。

B型恒星光谱中氦线占优越地位。这种充满飞船气球的气体第一次从太阳光球中发现，因为在光谱中见到了生疏的线。氦星的例子是猎户座腰带三星正中一颗。

A型光谱，例如天狼、织女的光谱，有显著的氢线。最轻的元素氢是各型中都有的。这型星都是蓝色的，其线纹花样的连续也是从蓝到红的颜色的渐次排列。

F型星，如北极星及南极老人星，都是带黄色星。其光谱中氢线较少，而钙、铁等金属线则甚繁多。

G型星中太阳是足为代表的。它是一颗黄色星，光谱中有数千道金属线。大角星属于K型星，其光谱中金属线更为显著。这一型星以及M型星的红星，例如猎户座的参宿四及天蝎座的心宿二，其光谱中宽带褶纹及许多暗线都可看见了。

以上是光谱序中的主要部分。此外还公认了四型星，但其中的星合起来还不够全星数的1/100。从前大家以为这一序列由蓝色星到红色星就表示了恒星的生命史。于是蓝色星便在幼年，太阳一类的黄色星在中年，而红色星便注定要越来越红，越来越暗，以至于最后消灭。一种较新的学说却主张红色星中一部分代表恒星的童年时代。恒星渐老便渐变黄变蓝，最后又反转来变红，这又是老年了。还有其他的关于恒星演化的学说出现。

恒星的温度

一块金属物在热得发蓝色时的温度比热得发红色时要高，我们也可依此推断蓝色星的大气温度比红色星的高。相当的研究证明了我们的推测不错，光谱序确实也代表温度降低的次序。恒星光谱的测验不仅证实了这桩事实，而且得出了各光谱型的恒星的温度值。还有，近年来又能够测出恒星所发的热量。

测定太阳的温度可以用一片水在日光中，观测水的温度的升高而做一些计算。这种粗略的办法显然是不能适用于恒星的。帕第特与尼科尔森用另一种方法也得到了同样的结果。他们利用威尔逊山的2.5米望远镜将一颗恒星的光聚焦在极小的热电偶上，再由电流计的偏转而观察其热效应。用这种方法他们可以测出一颗比肉眼能见的程度暗数百倍的星的热量，因此测出了星的温度。他们还用这方法测定行星以及月亮表面各部分的温度。

蓝色星的表面温度约10000～20000℃，或者还要高。黄色星的表面温度约在6000℃，而最红的星的表面温度却只有2000℃上下了。但即使最冷的恒星也还是极热的。

光球之下的恒星温度随深度而大大增高，中心也许到了千百万℃。我们对恒星发光的来源有比较一致的看法，即认为其巨大光能来自中心的热核反应，氢聚变为氦，然后聚变为碳、氮、氧……直到铁才渐渐停止。

巨星与白矮星

恒星的实际亮度或说“发光本领”彼此之间是相差极大的。假如我们能把它们和太阳排在同等距离的一行上，就会发现它们的亮度有从太阳的10-4～104倍以上的差距。实际上天文学家只观测恒星如果在某一标准距离上应有的光辉。

我们且在一张方格纸上把一黑点代表在一相当地方一颗已知其发光本领及谱型的恒星。这一类的“光谱光度简图”。其中水平线代表不同的谱型，自左而右，从蓝色星到红色星。垂直线代表不同的实际亮度，以太阳亮度为单位，自下而上逐渐升高。代表太阳的一黑点属GO型。

代表大部分恒星（中有太阳）的黑点都傍着自左上方到右下方的斜线。这便是“主星序”。顺这斜线向右，星渐冷，也便渐红渐暗渐小。

在主星序之上有两群黑点代表的星。这便是发光本领平均在太阳100倍左右的“巨星”以及比太阳亮数千倍的“超巨星”。我们考察某一特殊的星，例如红色M型星。既然它们颜色相同，表面温度也相同，而它们的表面亮度每平方米也必相同。这一型星中任何一颗的表面每平方米的亮度一定与另一颗同型星上同大小的表面亮度相等。巨星与超巨星能比同型的主序星明亮若干倍，这便表示其表面要更多若干平方米了；它们亮那么多倍只因它们大那么多倍。

还有另一小群黑点分开在左下角，这便是那种“白矮星”。其中最著名的是天狼星的暗弱的伴星。它们既然比寻常白色星暗到1000倍以上，自然也必更小1000倍以上了。白矮星确乎不比主序星中红色星更暗，但要比它们更小，因为白色星的每平方米要比红色星为明亮的。不过相对中子星来说，白矮星要算大个了。中子星是恒星演化晚期产生的，是目前所知的宇宙中最密的物质了。

恒星的大小

称量恒星的方法和称量行星的方法大致相同，也是利用它们加在邻近物体上的吸引力。我们已经说过，要精确测定出一颗没有卫星的孤立的行星（例如水星）的质量是很困难的。可是若有了卫星，问题便简单多了。要测定一颗单独的恒星的质量是更困难得多的。分离恒星的空间大得使一颗恒星加在另一颗上的引力效应不能观察出来。

幸而为了完成这种称量，望远镜发现了数干对星——双星，其中有许多都是相互旋转的。分光仪又显出了许多更接近的双星。在某特定距离上，公转周期愈短，两星合并的质量也愈大。只要把平均的分离距离及公转周期测定以后，计算这合并的质量就很容易了。而且，有时还能测定这双星系中单独的星的质量。

这种双星研究的惊人的结论是恒星的质量差不多都很平衡，几乎都只是从太阳的1/5到5倍那样的差别。这些建筑宇宙的砖瓦的物质差不多都大致相等，而太阳也是其中很恰好的中等。它决不是一颗二流以下的星，如有些人要我们相信的。因此我们很可以有一点合理的骄傲了。

我们考察到了一些关于各类恒星的大小的知识了。那时会看出主序星中比太阳较蓝的要较大，较红的要较小，白矮星要小得很多，巨星要大得很多，而红色超巨星是所有星中最大的。根据我们所得的情形而做的计算也得到上述的结论，而且还得到了单颗星的直径的大致可靠的值。直接测量一颗恒星的大小，像测量月亮和行星的直径一样的方法是不可能的，因为即使是在最大的望远镜中也没有一个恒星能呈现真正的圆面。如果我们记得这一点，那就难免要惊异天文学家的聪明，居然能从我们叫做星辰的光点中搜寻出那么多的意义来了。

自1920年以来，迈克尔逊式测量恒星直径的干涉仪已在威尔逊山应用了。起先和2.5米反射望远镜连接；后来分离，这种方法有些繁复，我们只说干涉仪测量有些恒星的直径结果极可满意就够了。已经测过的最大的恒星是心宿二，其直径为6.4亿千米。参宿四是第一颗被测量的，约有它1/2大。这些红巨星的体积都是大得不可思议的。

既然恒星的质量大致平均，既然其中物质所占的空间却又大小相差如此之巨，恒星的密度也自然互相有极大不同了。在红巨星中物质的分布非常稀薄，例如心宿二就只有我们周围空气密度的1/3000。

在另一极端，白矮星却又紧密得不可思议，其密度在以前还被认为不可能的。在大小方面，它们很像行星。在物质的量的方面，它们却可以和太阳相比。天狼星的暗弱的伴星的平均密度约为水的3万倍。有人认为那颗星中的原子在那极高的温度下差不多全粉碎了，因此能有地球上不能得到的紧密的物质。

虽然有似乎不可否认的证据，这一层要得到所有的天文学家与物理学家的承认似乎是困难的。确乎大家还可以不相信天狼的伴星能比水更密3万倍的——换句话说，这颗星中一寻常玻璃杯的材料就有七八吨重——假如没有独立的证据来支持的话。依照相对性原理说，非常紧密的恒星的光谱中线纹定要大向红方移动。天狼星的光谱中的这种移动已在威尔逊山和里克天文台两处观测到了。

变星

大多数恒星的光辉都是毫无变化的。当我们想到这极大的能量是由恒星光球流出的时候，我们定要惊异于恒星内部的有效的作用居然能够一秒一秒、一世纪一世纪，毫不变化地供给能量给光球。但是有许多恒星的辐射能量却并不经常不变，这种星叫做变星。

鲸鱼座中的Mira是远在1596年第一颗被认为变星的。有时它只可在望远镜中看成9等星；有时它增亮了100倍以上，竟在肉眼看来也是一颗明星。这上下往复约11个月一周。二是许多的“长周期变星”一类的例子，这些都是红巨星或超巨星。许多别的红巨星，例如参宿四，变光很小而且极不规则。有几群星的变光却又部分可以预测。

“造父变星”是现今讨论得最广泛的一种星，它们也确有极大价值，这在下章就要说明。这名称是从仙王座8星来的，那是这种变光的最初例证之一：标准的造父变星都是黄色超巨星。它们的变光在周期和方式两方面都极有规律，周期大半在1星期左右，虽然全数排起来要从1天到50天。这些星的变光不仅在量而且在质，在最亮时它们要比最暗时还要增加光变的程度。

造父变星中约有1/2并不如上述那样标准。它们与其他恒星有许多相同点，却又有大大的不同。因为它们常出现于大球状星团，所以叫做“星团造父变星”。它们都是些蓝色星，变化周期约1/2日。其中没有一颗可以为肉眼所见。

通常假定造父变星（也许连所有的其他真变星都在内）的光的变化是起因于这些星的脉冲。最简单地说来（或许又太简单了），这学说认为变星是十分规律地一胀一缩的。内部热量的多产使恒星亮起来蓝起来。它胀大，于是冷下去，因此又暗下去、红下去。这调整一过火，星又冷得不能不变了，于是再收缩。这种脉冲一经开始，便要继续一个长时期。这简单学说的一个明显的而且不易立刻逾越的困难，便是事实上造父变星的最亮时并不在它最紧缩的时候，却在这以后的周期的1/4的时候，那时它向外膨胀得十分厉害。显然这颗恒星变光问题是与恒星本性的整个问题有密切关系的。

恒星演化

从前把宇宙演化的理论看得比现在严重些的时候，大家相信星云是宇宙间最原始的材料形态。星云又怎样产生却不能明白了。星云便是最初的混沌，有秩序的恒星、行星之群都由此而生。200多年前，哲学家康德提出第一个星云假说。他选定星云做第一阶段，因为他看来这是不能继承其他物质的最简单的形态。在他看来，演化过程便是由简趋繁，这种观点在后来的学说上也大致传留了下来。拉普拉斯的关于宇宙演化的星云假说是其中最著名的一个，他把太阳系的发展特别研究了一下。

直到20世纪30年代，大家还大致假定恒星的发展是由于明亮星云（例如猎户座大星云）的凝缩。而且大家相信不同颜色的恒星便代表不同的年岁。年轻的星最热，因此是蓝色星。它们逐渐冷却凝缩便成为太阳之类的中年黄色星。到老年更冷了，便成为红色。它们的光又逐渐变红变暗，最后便消失了光芒。这古典理论并不是尽美尽善的。我们不能明白何以最热的星能是冷的星云的第二阶段。可是蓝色星与亮星云的亲密的联结似乎又证明它们都极其年轻，例如昴星团中的蓝色星就裹在星云之中。但我们已知道这联结现在有了与前此不同的含意了。星云的明亮只因为附近有热的恒星。

恒星演化的原来的学说是一条路线的过程，从稀薄的星云到密而暗的恒星。但在1913年，罗素指出从蓝星到红星的程序有两种：①包含比太阳更大更亮的巨星与超巨星，其中的红色星是最大最稀薄的。②包含较小的主序星（有太阳在内），这些星愈红便愈小愈密。为解说这新论据，又有恒星发展的新学说出来，在其后广为采用。恒星由暗星云凝缩而成，起初是大的红星，温度低，而且表面每平方米都并不亮。可是因为它们太大，所以也就成为最亮的星了。年纪一大，这颗星就变小。有一时期它们由凝缩而生的热量比辐射出去的多。它们越来越热，从红到黄又到蓝一直变色。此时凝缩减慢了，热量得到的比放出的少了。星又渐冷却，颜色由蓝而黄而红。最后停止发光。

两种学说都是以星云始，以暗星终。两者都以凝缩为要点。考察这些学说时，我们倒要知道是否将来有一时期中全没有星云而且一切星都消失不见。不过我们要记得这是讨论到一个极烦难的题目的先驱学说。宇宙发展过程极慢，因此也极难追求踪迹，我们又没有确切证据证明恒星不断地凝缩。

恒星的演化是一个漫长而复杂的过程。我们现在认为，恒星的终态有3类：①大质量恒星的燃料用完后炸掉自己，最终灰飞烟灭，其残片又重新聚集，也为新恒星的诞生提供了条件。②超新星爆发后留下一个中心天体（中子星或夸克星），发出规则的脉冲，表现为我们熟知的脉冲星。休伊士女士最初发现这些脉冲时，还以为是外星人的信号呢。③发生引力的进一步塌缩，形成恒星级别的黑洞，这也是目前科学界的热门话题之一。

新星

“新星”是一切星中最惊人的，而且也实在是一切天界现象最惊人的。它们被叫做“新星”，其实并不是新生出的星，只是表面和大多数恒星一样永恒的暗弱的星因为我们未知的缘故突然炸裂了而已。在几小时之内，它们由不可见而一直升到不知若干倍的明亮。在它们暂时的光芒绝顶时，它们有时可以比得上最亮的恒星，而更稀少的时候竟可比得上最亮的行星的。以后它们又较迟缓地沉入比较的黑暗中去。

最美的新星在1572年出现于仙后座中。它常被称为“第谷星”，因为那位著名天文学家虽非这颗星的第一个发现者，却是第一个观测者。那颗星突然升到和金星相等的亮度以后暗淡下去，约6个月以后消失不见。蛇夫座中的“开普勒星”比木星还要明亮。这颗星在1604年出现于天空，整整一年半都可为肉眼所见——当时还没有望远镜可以继续看下去。

20世纪初有4颗很亮的新星出现。英仙座新星出现于1901年，比五车二亮一点。天鹰座新星出现于1918年，是300余年来最亮的一颗，超过所有的恒星——除了天狼。在两三天内它增加了差不多5万倍的亮度。天鹅座新星在1920年几乎和天津四一样亮，正在这北方大十字（天鹅座）之顶。绘架座新星出现于1925年，最亮时达到1等。

这些都是突然出现的明亮新星。有许多新星最亮时也不能为肉眼所见的，其中有的是借摄影而得，无疑还有许多升起衰落而未被人望见的。有人推测每年有至少20颗可为小望远镜看见的新星在我们周围恒星中突然出现，而此外还有无数颗在我们的银河系以外。

总之，新星并不是非常稀罕的，在恒星的悠长的生命中大概每一颗都可以有这样特别炸裂的时候的。但一想起我们的太阳也许有一天会这样炸裂，那就更加有趣了。这样的事件毫无疑问的要成为地球上生命的最大的灾难。我们很惊奇在恒星的平常和顺的动作中何以能生出这样的炸裂来。天文学家利用望远镜、分光仪、照片，得到了不少关于这种突变现象的资料。我们现在说，新星伴随着恒星的死亡而出现，是引力塌缩的后果。当晚期恒星的内核不再提供足够能源时，引力开始发挥巨大威力，通过一系列剧烈的物理过程，释放出巨大的能量。

恒星是什么？那位写“小星！小星！眨眨眼睛，我们真惊奇，你是什么东西？”的诗人是只安于惊奇的。天文学家也一样惊奇，但同时却坚决地要努力发现其中的道理。当然这也便是他的职责所在。他在这可以进行有效探索的短时期中所得成绩如何，我们已经看到了。

恒星是宇宙的能源仓库，是大自然建立复杂而巨大的工程的砖块。它们都是极其炽热的气体的球，其中所含的气体的量各星相差得并不太远。但在大小方面却有极大的不同，其直径排列起来要从红色超巨星的几亿千米到白矮星的几万千米。前者平均比空气轻几千倍，后者却比水还重几万倍。在其中心，至少密度是极大而温度也高得不可思议。有的恒星变光，使人想到脉动；有的会炸裂。如是便是所谓恒星。

中子星

如果你为白矮星的巨大密度而惊叹不已的话，这里还有让你更惊讶的呢！现在介绍一种密度更大的恒星——中子星。它的密度为1011千克／厘米3，也就是每立方厘米的质量竟为1亿吨之巨！对比起白矮星的几十吨／厘米3，后者似乎又不值一提了。事实上，中子星的质量是如此之大，半径10千米的中子星的质量就与太阳的质量相当了。

同白矮星一样，中子星是处于演化后期的恒星，它也是在老年恒星的中心形成的。只不过能够形成中子星的恒星，其质量更大罢了。计算表明，当老年恒星的质量大于10个太阳的质量时，它就有可能最后变为一颗中子星，而质量小于10个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。

但是，中子星与白矮星的区别绝不只是生成它们的恒星质量不同。它们的物质存在状态是完全不同的。简单地说，白矮星的密度虽然大，但还在正常物质结构能达到的最大密度范围内——电子还是电子，原子核还是原子核。而在中子星里，压力是如此之大，白矮星中的简并电子压再也承受不起了：电子被压缩到原子核中，同质子中和为中子，使原子变得仅由中子组成。而几乎整个中子星就是由这样的原子核紧挨在一起形成的。可以这样说，中子星简直就是一个巨大的原子核（表面的壳层除外）。

在形成的过程方面，中子星同白矮星是非常类似的。当恒星外壳向外膨胀时，它的核受到反作用力而收缩。核在巨大的压力和由此产生的高温下发生一系列复杂的物理变化，最后形成一颗中子星内核。而整个恒星将以一次极为壮观的爆炸来了结自己的生命。这就是“超新星爆发”。

中子星的表面温度约为100多万度，辐射出X射线、γ射线和可见光。它拥有极强的磁场，使极冠区沿着磁极方向发射束状无线电波。中子星自转非常快，有的能达到每秒几百圈。而磁极与两极通常不吻合，所以如果中子星的磁极恰好有可能朝向地球，那么随着自转，中子星发出的射电波束就会像一座旋转的灯塔那样一次次扫过地球，形成射电脉冲。我们又称这样的天体为“脉冲星”。

黑洞

“黑洞”这个名词是美国物理学家惠勒在1968年发表的一篇题为“我们的宇宙，已知的和未知的”文章中首先提出来的。他不愿意用“引力坍缩物体”这样累赘的词汇，便创造了“黑洞”这样一个较简洁、概括性较好而又响亮、有力的名词。所谓“黑洞”，指的是这样一种天体：它的引力场是如此之强，就连光也不能逃脱出来。根据广义相对论，引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时，它的引力场对时空几乎没什么影响，从恒星表面上某一点发的光可以朝着任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小，它对周围的时空弯曲作用就越大，向某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。等恒星的半径小到一特定值时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。

当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，直到最后形成体积小、密度大的星体，重新有能力与压力平衡。

质量小一些的恒星主要演化成白矮星，质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据计算，中子星的总质量不能大于3倍太阳的质量。如果超过了这个值，那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了，从而引发另一次大坍缩。

这次，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度（施瓦西半径），巨大的引力就使得即使光也无法向外射出，从而切断了恒星与外界的一切联系。于是“黑洞”诞生了。

与别的天体相比，黑洞是显得太特殊了。例如，我们无法直接观察到黑洞，只能对它内部结构提出各种猜想。根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播，但走的已经不是直线，而是曲线。

在地球上，由于引力场作用很小，这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围，空间的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间绕过黑洞而到达地球。所以，我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。

怎样才能发现既黑且小的恒星级黑洞呢？一颗巨大的恒星一旦坍缩成为黑洞，虽然一切都消失了，但强大的引力依然存在，所以，如果某个黑洞与一个亮星组成一对互相绕转的双星系统，那么黑洞的强大引力不仅可以使亮星摆动，而且还会把亮星上的物质吸进黑洞，炸成碎片。这些碎片的温度会升高到10亿℃，其结果就会发射出强烈的X射线。这样，寻找恒星级黑洞就变成寻找X射线源的问题了。

有2种类型的X射线双星：①大质量X射线双星，由质量大于太阳的亮星或中子星和黑洞组成。②软X射线暂现源，或X射线新星。当亮星物质被致密天体猛烈吸积时，X射线强度可剧增百万倍。随着这种物质输运过程的减缓，X射线的强度在6个月～1年的时间里也逐渐减弱，此后，双星系统平静下来，平静期可维持10年之久，但在可见光或红外波段仍可观察到亮度的变化，这是由于X射线束使围绕致密天体的吸积盘外区发热并使其发亮所致。

在两星都可见的双星系统中，可以通过它们的可见光谱线的红移和蓝移现象测定视向速度的变化及两星互绕的轨道周期，从而测定它们的质量。但现在，我们测不到不可见天体的光谱，所幸的是能通过一个质量函数的量来估计不可见天体的质量范围。

认识土星

土星是太阳系中最美丽的行星，淡黄色的星体周围漂浮着明暗相间的彩云，腰间缠绕着发出白色光辉的光环，使土星看上去就像戴着一顶漂亮的大草帽，优雅动人。中国古代称土星为“填星”或“镇星”，罗马神话中用农神萨图恩为它命名。希腊神话中称它为第二代天神克洛诺斯，宙斯的父亲。1781年以前，天文学家们一直以为土星就是太阳系的边疆。发现天王星以后，土星在行星世界中的位置自然就确定了。

土星的体积和质量仅次于木星，在行星世界中居第二位。它的半径为6万千米，是地球半径的9倍，体积是地球的745倍，质量是地球的95倍，土星和木星的质量之和占整个行星世界的92％。土星的密度为0.7克／厘米3，是八大行星中密度最小的行星，如果能把土星放在水中，它将漂浮在水上。为什么会这样呢？这与土星的结构和化学元素组成有关系。土星结构与木星类似，也是一个液态行星，它的固态核比木星的核更小。外层大气厚度约18000千米，主要由氢、氦、氨和甲烷等组成。土星距离太阳比地球远10倍，绕太阳一周为29.5年。赤道部分自转一周为10小时14分钟。可以想象，一个土星年等于25000多个土星的日日夜夜，白天和黑夜转得使人眼花缭乱。

土星和木星一样，它们辐射出的能量要比它们吸收太阳的能量大，这说明它们都能自身发出一部分光。尽管如此，土星表面的温度还是冷到-180℃，比木星低50℃。因此，在土星大气中的氨和甲烷都冻结成微小的晶体，形成云带，这些云层包围着土星，并绕土星运动。通过红外观测表明，云的颜色与云的温度有关系。蓝色云温度最高（它们位于最深层），褐色云的温度次之，接下来是白色云和红色云。在地球上观测土星时，看到土星赤道有许多东西向的平行暗条，它们就是土星大气层中的云带。

土星的大草帽

在太阳系的行星中，土星最引人注目的景观是那充满神奇色彩的光环。土星恰似戴在一位少女头上的一顶色彩绚丽的太阳帽，显得无比妩媚动人。若把地球放在帽檐的一端，那么月球大致落在帽檐的另一端。

人们从地球上看去，土星环似乎是个静止不动的整体结构。直到1895年，麦克斯韦从理论上证明整体的固体或液体环都不可能稳定地围绕着土星旋转，它必定是由许多小碎块物体组成的。1981年，“旅行者2号”探测器飞越土星时，发回了近1.8万张彩照，其中大部分是关于土星光环的。照片显示，由于内外物质颗粒大小不同，从而形成环的里外圈不同颜色，里圈为明亮的紫色和蓝色，外圈呈黄色和红色。意大利天文学家卡西尼发现环中还有缝，现被称为卡西尼缝。科学家们认为形成缝的原因是引力共振，位于卡西尼缝中的物体运动的角速度正好是土卫一角速度的2倍。于是它们每转2圈（约23小时）便走到土卫一和土星中间一次，土卫一的引力把它们慢慢地扫出原有轨道，从而形成缝。卡西尼缝把环分成外环和内环，后来在内环之内和外环之外又陆续发现较暗的环。于是把原来的外环命名为A环，内环为B环，其中B环最宽、最亮，可以容得下两个地球在上面“滚动”，B环之内是较暗的C环（纱环）。1969年，在C环之内又发现更暗的D环，它几乎延伸到了土星表面。后来，在A环之外，又陆续发现E环（最外）、F环以及它们之间的G环。在A环内还有另一个著名的缝——恩克缝。所有这些环都位于土星的赤道平面上，且是同心环。直到“旅行者”探测器掠过土星之前，人们对土星到底有几个环一直有争论，多数人认为只有上述7个环，“旅行者”探测器从土星环的上、下方，背着和向着太阳等不同角度进行了近距探测，这才发现环的数量多得数不清，有成千上万条，像巨大唱片上的条纹。甚至在A、B环之间的卡西尼缝中，也发现一个光亮的小环。比环的数量更引人注目的则是环的复杂结构，有的环具有像轮子那样的辐条结构，这意味着它们像固体盘那样旋转，离土星近的物质运动慢，远的反倒运动快。此外，F环好像是由几股细环编织成的，像姑娘的辫子，这被认为是由若干个绕着不同平面运行的小环引起的。“旅行者”探测器还证实了环的厚度不超过0.15千米，这可以认为是相当薄的。另外，由于环面相对于地球的位置在不断地变化，所以环的形状、大小也在不停地随时间变化。

光环的平面在土星赤道面内，与土星的公转轨道平面成26°44′的倾角。光环与光环之间相接触的部分由于摩擦、碰撞生热融化后，又在低温环境下很快凝固在一起，这些物质犹如滚雪球一样越聚越大，最终可以形成直径数十千米的小卫星。事实上，确实观察到有的小卫星在光环的边缘与光环一起绕着土星运转。

庞大的家族

土星是太阳系中拥有卫星最多的行星，周围有31颗卫星绕它旋转，它们与土星一起组成了一个庞大的土星家族。其中土卫一至土卫七及土卫十是规则卫星，其他都是不规则卫星。土星卫星的密度都在1.1～1.4克／厘米3，它们很可能是由一半岩石一半冰水构成，厚厚的冰层就覆盖在岩石核的周围。

在土卫家族中，最大的是土卫六，名叫泰坦，是荷兰天文学家惠更斯（1629～1695）发现的。它是太阳系中仅次于木卫三的第二大卫星，也是迄今所知太阳系中唯一拥有浓密大气的卫星。土卫六的表面大气压比地球大气压大50％，大气的主要成分是氮，约占98％，甲烷还不到1％，此外还有乙烷、乙烯、乙炔和氢。再加上泰坦星表面温度低至-173℃，所以其大气密度是地球海平面大气密度的4.5倍。泰坦星表面的重力加速度是地球表面重力加速度的1/7，在这种条件下，人在泰坦星大气中，只要像鸟一样扑打双手就可以飞起来。此外，寒冷大气中的乙烷液化后滴到土卫六的表面上形成深达1千米的乙烷海，其中混杂少量的甲烷。在阳光照射下，土卫六大气中的物质可以形成有机碳氢化合物链。据推测，在其上空红褐色的云中有少量的有机分子，甚至有汽油。土卫六呈橙红色，有很厚的大气层，不少人推测土卫六很可能存在着生命。科学家们普遍认为，在相当久远的将来，土卫六将成为人类在太阳系中的第三个可去处。

“旅行者1号”飞船在飞越土星时，在卫星运动方向的半个球面上，发现由撞击形成的环形山很多，另半个球面上环形山很少。土卫一的直径约390千米，最大的环形山直径竟达128千米，环形山的底部有一座高达9千米的山峰。土卫三的直径大于1000千米，表面也有许多几十亿年前因陨星轰击而留下的“星疤”——陨石坑。其中一个坑的直径达400千米，底深约16千米，它的另一侧有一条长达800千米的既深又宽的大峡谷。土卫二直径约500千米，奇怪的是它的表面比较“光滑”，即“星疤”很少。

土卫八直径为1440千米，自1671年发现以来，一直以双色著称：一半为明亮的白色，另一半为深黑色。“旅行者”探测器揭开了这个谜，原来在白色的亮半球上，大部分为火山口状的冰块，能反射50％的阳光；而发黑的暗半球，则覆盖着一层比沥青还黑的物质，仅反射5％的阳光。土卫九不大，直径只有200千米左右。引人注目的是它绕土星运行的轨道面同土星公转轨道面的交角约为175°，因而在众多的土卫中，它是唯一的逆行卫星。天文学家猜测也许在很久以前，有一颗小行星偶尔闯进土星附近，被土星俘获而成为今天的土卫九。更有意思的是，新发现的土卫1980S26在F环的外侧，1980S27在F环的内侧，它们像牧羊人那样看管着它们环内之间的物质，使它们不跑出环外，并把它们挤进一条稠密、狭窄的带中，所以这两颗卫星被称为牧羊卫星。1980S28为A环外侧的牧羊卫星，1980S1和1980S3为共轨卫星。还有1980S25和1980S13为土卫三的拉格朗日卫星，它们的质量比土卫三小得多，跟随着土卫三一起绕土星公转，其中S13为前导，s25为后随。1980S6为土卫四的拉格朗日卫星。

蓝绿色的天王星

天王星在1781年被F.W.赫赫歇尔发现，它的赤道半径约25900千米，体积约为地球的65倍，在八大行星中仅次于木星和土星。质量为8.742×1028克，相当于地球质量的14.63倍。密度较小，只有1.24克／厘米3，为海王星密度值的74.7％。因此，它虽然比海王星大，质量却只有海王星质量的85％。在太阳系八大行星中，它的质量仅次于木星、土星和海王星，居第四位。天王星是太阳系中拥有卫星数较多的行星之一，共27颗卫星。1977年，还发现天王星有光环。

天王星存在着浓密的大气，在望远镜中，它是一个蓝绿色的圆面。用放在高空气球上的口径为90厘米的望远镜拍得的高分辨率照片表明，天王星表面除了有很强的、对称的临边昏暗现象以外，没有其他形态特征。这说明天王星到处都覆盖着厚厚的云层。早在1869年，塞奇用分光仪对天王星进行目视观测时发现了一个强的吸收带，直到1932年，维尔特才证明它是甲烷的吸收带。1949年，柯伊伯在天王星光谱的827纳米附近发现了一个弥漫的吸收带，这是氢分子带。到1978年底为止，在天王星上只有这两种分子得到确认。根据理论推断，天王星上应当存在有大量的氨分子和水分子，估计那里也可能有相当数量的氦和氖，然而至今均未找到。这可能有两个原因：①这些元素的吸收带被很强的甲烷吸收带掩盖住了；②天王星上很冷，它们可能是“雪化”的气体，存在于大气中较深的内层，光谱无法探测。

氢分子是天王星大气的主要成分，根据理论推测，天王星上的氢气的质量大约是地球上所有气体的质量的50倍。与氢相比，甲烷是少的。天王星大气中存在着云层，通过光谱、光电、无线电测量对它的顶部云层进行了一些研究。初步认为，天王星具有一个温度较高的同温层和一个很冷的对流层顶。在对流层的下面，可能有2个云层：甲烷层和氨层，基于对临边昏暗现象的观测，证明后者存在，而甲烷云层则是稀薄的或者破碎的。甲烷云层吸收红光，使天王星呈现蓝绿色的光芒，甲烷上方是结晶体组成的浓雾。据推测，在天王星的云层下面有厚约1万多千米冰幔覆盖着的、深8000千米、温度高达4000℃的海洋，海洋下面是岩石构成的核心。天王星大气层的温度为-176℃，大气中有风暴云在移动。探测时天王星的南极正朝向太阳，被浓雾笼罩着，因此，天王星的北极反而比南极温度高。此外，还发现由氢分子辐射紫外线辉光，叫电辉光。在这个寒冷的行星上，还没有发现它有内部的热源，在大气中也没有热的反向传输，而这些在木星、土星等行星上都找到了。天王星上的气候变化可能比地球上小得多，因为太阳离它很远，促使气候变化的能量是非常小的。

人们至今对天王星的了解还不多。1986年旅行者探测器从距离天王星10万多千米的地方掠过，人们对它才稍有了解。它的外围有很厚的冰幔，一直延伸到半径约2/3的地方，其中主要是冰、干冰和氨。在冰幔下面是岩石核，后来更倾向于认为冰幔可能是由小颗粒冰和气体混合构成的一种超密的雾状物。天王星的磁场比较复杂，其中以偶极磁场为主，奇特的是磁轴对自转轴的倾角大到59°，而且磁轴中心偏离其质心7500千米（约1/3天王星半径），因而天王星的磁层很不对称，且在一个天王星自转周期内有很大变化。背太阳侧的磁感应线被太阳风扭曲成螺旋式。关于行星磁场的来源，目前一般用磁流体自激发电机模型来解释，根据天王星的磁场特征，意味着对流元比较大，因而发电机处于导电率较小的液态幔区。

躺着旋转的行星

天王星与太阳的平均距离约为29亿千米，是地球到太阳距离的近20倍，是土星到太阳距离的2倍。这样一颗行星的偶然发现，便使人类对太阳系边疆的认识外推了2倍的空间范围，这是对哥白尼建立的日心说的重大发展。天王星绕太阳一周约84年，从发现到1996年，215年来，天王星绕太阳还没转满3圈。

在行星世界里，天王星有独一无二的特征，即它的赤道面与它绕太阳公转的轨道面倾角为97°55′。这就是说，天王星的自转轴几乎是倒在它的轨道面上，以躺着的姿势绕太阳运动，这是太阳家族中的又一大特例。以这样的姿势运动，使天王星上的四季和昼夜现象复杂化了。首先，天王星的南北两极基本上在它的轨道面上，赤道面与其轨道面基本垂直了。有人戏称天王星是一个“被颠倒的行星世界”。当它的南极朝向太阳的时候，南半球为夏季，南极点几乎受到太阳的直射，南半球见到的太阳距地平的高度随纬度的减低而降低。而且在天王星的自转过程中，太阳是不落山的。这就是说，当南半球是夏季时，又是日不落山的漫长的白天。相反，此时在北半球正是冬季，又是日不升起的漫长的黑夜。这里所说的“夏季”和“冬季”，仅仅是用来区别它受到阳光照射，还是背着阳光。天王星离太阳很远，表面的有效温度只有62开，即-211℃。所以，即使在受到阳光照射的“夏”季，也是十分寒冷的。天王星绕太阳运动的轨道半长径大约2.9×109千米，为土星轨道半长径的2倍左右。它的轨道面几乎同黄道面重合，二者之间的交角只有0.8°。它绕太阳公转的平均速度为6.81千米／秒，公转一周需84年，公转偏心率约为0.05。对天王星的两极来说，基本上是42年的白天和42年的黑夜，而在赤道附近，从1990～2025年，有正常的昼夜循环，每隔17小时多循环一次。在白天时，光照微弱。由于天王星比土星离太阳还远1倍多，所以从天王星看到的太阳只是一个角直径不到2角秒的亮斑，这个芝麻大的亮斑仍然光辉夺目，这确是一个非常奇妙的景象。从地球上看，天王星的视角直径很小，就是在大冲时也只有4″。这使得测定天王星的自转数值成了很困难的事，测定结果误差很大。用光谱分析方法测定天王星的自转周期是24小时±3小时。

天王星的发现者威廉·赫歇尔

200多年前，一位英国音乐教师、天文爱好者，后来成为举世闻名的天文学家威廉·赫歇尔，用自己制造的天文望远镜发现了天王星，并证明是一颗新的行星，这是人类认识太阳之家具有划时代意义的大事。

“1781年3月13日，星期二晚上10～11点钟，我正考察双子座H星附近的一群小星时，发现了一个异常明亮的星。我将它同双子座H星及双子、御夫座之间的小星做比较，发现它比任何一个都亮。我怀疑它可能是一颗彗星……当我首次看到这颗彗星时，用的是227倍的天文望远镜。根据经验，我知道恒星的直径不随放大率的增高而增大，而行星正相反。因此，我换上460倍和923倍的目镜观测……发现它的直径随放大率的增高而增大。”这是威廉·赫歇尔发现天王星的历史性记录。

威廉·赫歇尔1738年11月15日生于德国西北部的汉诺威，早年为音乐师，1757年法军占领汉诺威，遂移居英格兰。他以业余时间钻研天文学，1773年开始磨制望远镜。1779年用自制的望远镜进行巡天观测。1781年3月，在观测中偶然发现了天王星，后来又发现天王星和土星各有2颗卫星。英国皇家学会为此授他柯普莱奖章，并选他为会员。1782年，英王乔治三世聘他为宫廷天文学家。同年他从巴斯迁居达奇特，并完全致力于天文学的研究。1786年定居于斯劳。1787年制成一架焦距6米的反射望远镜。1789年又制成一架焦距12米、口径122厘米的大型望远镜（他一生制作望远镜达数百架之多）。他用这些望远镜获得许多重要发现，1821年成为英国皇家天文学会第一任会长。次年8月25日在劳斯逝世。

威廉·赫歇尔的主要贡献有：①太阳空间运动的发现。1783年分析了7颗恒星的自行，认为太阳有向武仙座方向的空间运动。其后又对27颗恒星的自行进行分析，得到太阳运动的方向指向武仙座附近。②双星研究。他为了寻找恒星的周年视差，经常测量一些彼此很近的双星的相对位置。1782年他编写了第一个双星和聚星表，其中有他发现的双星277对。1784年又刊布了第二个表，记录双星434对，其中有新发现的284对。1802～1804年，发现大多数双星中都有一星绕另一星的轨道运动。由此说明万有引力定律同样适用于远离太阳系的恒星系统。到1821年，他又发表了第三个包括145对新双星的表。③星团、星云研究。1783～1802年对星团、星云进行了系统的观测。1786年、1789年和1802年三次出版星云和星团表，记录了2500个星云和星团。他的大望远镜将过去被视为无星的许多星云分解成一群恒星。但后来他承认，有些星云是不可分解的，例如，弥漫星云和他称之为“行星状”的星云。1811年，他根据对星云形态的研究，提出从弥漫物质到凝成恒星的一系列过渡形式。他的这种分类和演化序列虽然有错误，但引起人们重视恒星起源问题的研究。④银河系结构的研究。他用统计恒星数目的方法，证实银河系为扁平状圆盘的假说。他企图测量银河系的大小，但没有成功。虽然他曾错误地认为银河系的深度是“不可测量的”，但他创立了恒星天文学的研究方法，被称为“恒星之父”。

海王星的物理特征和运动规律

海王星是远日行星之一，按照同太阳的平均距离由近及远排列，为第八颗行星。它的亮度仅为7.85等，只有在天文望远镜里才能看到它。由于它那荧荧的淡蓝色光，西方人用罗马神话中的海神——“涅普顿”的名字来称呼它。在中文里，把它译为海王星。

根据1968年海王星掩星观测得知，海王星的赤道半径为24750千米，是地球赤道半径的3.88倍。海王星的自转较快，致使形状变扁，扁率较大，为0.0259。它的赤道半径比极半径约长641千米。海王星的体积约为地球体积的57倍，质量为地球质量的17.22倍，平均密度为1.66克／厘米3。表面重力加速度比地球的略大，在两极为1180厘米／秒2，在赤道上约为1100厘米／秒2。表面上物体的逃逸速度为23.6千米／秒。

海王星的反照率为0.67。在海王星光谱中有很强的吸收带，说明有很厚的浓密云层包围着这颗行星。由于海王星离太阳很远，在它表面上每单位面积受到的太阳光只有地球上的1/900，因此，它的表面温度很低，有效温度只有46开。在这样的低温下海王星上除氨云外，还能凝聚成甲烷云。如果有氩存在，甚至可能形成由氩结晶体组成的云。从1968年海王星掩恒星BD—1704388的观测中得知，海王星最高层大气的温度达135～200开。就远日行星而言，这是相当高的。此外，还在7.8微米波段处观测到甲烷的红外发射带。美国得克萨斯大学的特拉夫顿认为这是海王星有内部能源造成的，也有人认为这是海王星大气中的甲烷在红外波段有很强的吸收造成的。现在认为海王星有一个质量和地球差不多的核，核由岩石构成，核的温度是2000～3000开。核外面是质量较大的冰包层，再外面覆盖着稠密的大气层，大气层的主要成分是氢、甲烷和氨等气体。海王星是一个狂风呼啸、乱云飞渡的世界，在大气中有许多湍急紊乱的气旋在翻滚。

海王星绕太阳公转的轨道平面和黄道面的夹角很小，只有1°8′。它的椭圆轨道很接近正圆，轨道偏心率不到1％。它的轨道半长径大约30天文单位，它在轨道上的平均运动速度为5.43千米／秒，大约要164.8年才能绕太阳公转一周。海王星的平均会合周期为367.49日。海王星除绕太阳公转外，本身也自转，它的自转是顺行的，自转周期为16小时左右。它的赤道面和它的轨道面有28°48′的交角，比地球的黄赤交角稍大。海王星上也有一年四季的变化，不过海王星的一年比地球的一年长得多，而冬季和夏季的温差不如地球显著，每一季节长达41年以上。

海王星和天王星在体积、质量方面都非常相似，它们的化学组成、内部结构也大同小异，因而人们常把它们看作是一对“孪生姐妹”。除了海卫1和海卫2这两颗人们熟悉的卫星外，海王星还有另外6颗卫星，它们是“旅行者2号”发现的。1989年8月，“旅行者2号”飞越海王星时，证实海王星周围存在着至少5条完整和比较完整的环，从最里面的环到海王星之间，还有一个很宽的主要由尘埃物质组成的壳层，其中2条双带比较明亮。

海王星的大黑斑

“旅行者2号”探测器在先后访问了木星、土星和天王星后，于1989年8月24日抵达海王星附近，离海王星最近时只有4827千米，对海王星进行了多方面的探测。观测资料向我们展示了海王星的“画卷”。海王星是一颗蓝绿色的行星，大气层内十分活跃，各层的云都在高速流动，风暴层出不穷。最令人瞩目的是，在大气层中存在2个暗斑和3个亮斑。

海王星上较大的一个暗斑，类似于木星的大红斑，因此相比较地称为“大黑斑”。大黑斑的大小在经度方向约12000千米，纬度方向约8000千米。它相对于海王星的大小，与大红斑相对于木星的大小相差无几。大黑斑位于海王星赤道以南21°，沿逆时针方向自转。在“旅行者2号”探测海王星期间，可以看出大黑斑形状是在改变的。大黑斑的转动周期是18小时，当经过7个周期时，大黑斑在经度方向延伸，抛出一串暗斑向北扩展，然后拉长。

伴随着大黑斑的是称为S1的亮斑，这片发光的白云正好位于大黑斑的南部，推测它就是喷气推进实验室的天文学家哈梅尔几年前从地面上观测的那个斑点。像大黑斑那样，S1也有所变化：增大、收缩、东西移动。虽然有一些新的云状物形成并离开S1，但S1始终留在大黑斑的南部。科学家们认为，大黑斑附近的S1和其他云是高纬度云，它们位于差不多比海王星的甲烷云层高50千米的高度。这种云是当海王星大气中的风在一种像大黑斑这样的障碍物之上被迫升高时产生的。当空气上升时，大气中的甲烷压缩，形成一片白云，所以当大气中的风掠过它时，相对于大黑斑，云仍是稳定的。不过，这种情况对研究“旅行者2号”资料的气象学家来说，却是极为不利的，因为他们不能测量在大黑斑上面和周围流动的风速。为了测量风速，需要跟踪特殊的云，而海王星的云来去匆匆，很难鉴定和跟踪。

在大黑斑的南部、纬度-41°处有一种称为S2的斑点，它的转动周期与海王星的自转周期相同，为16小时，它是诸多小白斑中最大的一个。再往南，纬度-51°处是第二个黑斑，它比大黑斑小但颜色更黑。在这个黑斑的中心飘着一片醒目的白云，云是对流的，新的物质明显地从底部往上冒，并传播开来。和海王星大气中其他的云一样，这些云形成和消散得也非常迅速，使行星气象学家来不及跟踪驱动这些云的风。照片显示，纬度-70°处有一个被视为南极特征云的复合体环绕着南极，这些经常变幻的云一天之内便几乎将南极笼罩起来，在几天后收缩成一个短弧。当这个结构存留时，构成南极特征云最后持续时间很短，不足以认证和跟踪它们的空气流。

海王星的引力推算过程

回顾18世纪中对恒星所做的观测，我们就会发现人们对天王星曾经做过几次观测，不过观测的人把它当做是恒星罢了。根据这些观测和1781年以后的观测，天文学家便计算出了天王星的运行表。

1821年法国天文学家布瓦尔（Bouvard）所刊布的天王星的运行表，对1781～1821年间的观测表示得很好，可是和老的观测就不太相合。布瓦尔猜想这不相合的原因究竟是老的观测的误差，还是由于行星在其行程里所受的某种未知的摄动。到了1830年，这后面的一个假设愈来愈显示出其正确性，因为天王星被观测到的位置又与星历表上所预推的不相合了，而且这差异迅速增大起来。有几位天文学家就严肃地考虑到这可能是由于天王星轨道之外一颗新行星所起的摄动作用。虽然从已知的行星去计算它所施的摄动成了经典的问题，但是要解决和它相反的问题，即从摄动的效果去求未知的摄动星，却是很难的问题。可是在1844～1845年间有两位天文学家同时做了这个工作，一位是英国的青年数学家亚当斯（1819～1892），另一位是巴黎天文台的勒威耶（1811～1877）。勒威耶因研究天王星运行反常的问题，做了一系列报告，送呈法国科学院。1846年8月31日，他的最后一篇论文，题目叫做《论使天王星运行失常的行星，它的质量、轨道和现在的位置的决定》。在这篇文章中，他写出这颗行星由计算得来的轨道根数。几个星期后，1846年9月25日，这颗行星真的被德国柏林的天文学家加耳所发现，离勒威耶所算出的位置相差不到1°。这颗新行星由纯粹计算而来的预测，得到这样显明的证实，引起当时的人无比的热情。建议勒威耶从事这一研究的巴黎天文台台长阿腊果说道：“天文学家有时偶尔碰见一个动点，在望远镜里发现一颗行星，可是勒威耶先生发现这个新的天体，却没有朝天一瞥，他在他的笔头的尖端便看见这颗行星了。只靠计算的力量，他决定了我们所知道的行星系的疆界之外的一个天体的位置与大小，这是离开太阳12亿里的一个天体，在最大望远镜里也看不出它的圆轮来的。”同样的计算同时在英国也被亚当斯做出，求得差不多相同的结果。不幸的是亚当斯那时还是一个很年轻的大学生，他呈交给当时御前天文学家艾里的计算，没有引起热情的支持。1864年夏季，查利斯还在剑桥天文台用目视法寻觅这颗行星的时候，勒威耶的结果和加耳的观测已经公布了。

海王星的发现又使太阳系的边界向外延展了约17亿千米。海王星的发现是牛顿奠定的天体力学的辉煌成果，是理论指导实践的典范。1989年，“旅行者2号”探测器发现海王星也有光环。

冥王星被降级

近十几年来天文观测上的新发现和理论上的深入，使人们对太阳系的结构有了新的了解，而传统上将冥王星作为第九颗大行星的提法在专业领域和部分公众中受到越来越多的质疑，给如何在明确和一致的框架内处理新发现的若干太阳系天体的分类和命名带来了困难。2006年8月24日，在捷克首都布拉格举行的国际天文学联合会（IAU）第26届大会上，天文学家投票通过联合会决议，冥王星被开除出“行星”之列，而属于“矮行星”。冥王星依依不舍，终于走下了曾经风光无限的大行星的神坛。

国际天文学联合会决定行星和我们太阳系的其他天体按下述方法定义为3个不同的类别：①“行星”是一个具有如下性质的天体：位于围绕太阳的轨道上，有足够大的质量来克服固体应力已达到流体静力平衡的形状（近于球形），同时已经清空了其轨道附近的区域。因此太阳系的行星是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。②“矮行星”是一个具有如下性质的天体：位于围绕太阳的轨道上，有足够大的质量来克服固体应力达到流体静力平衡的形状（近于球形），还没有清空其轨道附近的区域，它同时很明确不是一颗卫星。③其他所有围绕太阳运动的不是卫星的天体应被统称为“太阳系小天体”。目前这些天体包括绝大多数的太阳系小行星，绝大多数的海外天体、彗星和其他小天体。根据上述定义，冥王星是一颗“矮行星”，并且被视为海王星外天体的一个新族的标志。

随着天文观测水平的提高，对冥王星的质疑也越来越多，其中主要的问题：①它的质量太小，质量仅为地球的0.003，不及月球的质量。②是它的轨道偏心率太大，远远大于其他八大行星。它的轨道倾角为17°，轨道一端高高地上翘，另一端则在黄道面之下。除了上述众所周知的问题，冥王星被降级最关键的是，到目前为止，我们知道冥王星并不像其他的八颗行星一样，在一个很简单、很单纯的轨道上绕太阳运动，在其轨道附近存在一大堆的小天体，这些天体我们称之为海王外天体，这些天体从1992年发现第一颗开始，到目前为止，在这个带上发现接近冥王星大小的已达1000多颗。现在推断在其轨道附近，和冥王星一起绕太阳转的直径大于100千米的天体达10万颗左右，很像小行星带的情形。这么多小天体和冥王星一起在一个轨道运动，冥王星仅仅是最早被发现的，而且它也不是最大的。

人类对宇宙的探索是永无止境的，随着科学技术水平的不断提高，人类对宇宙的认识还会不断加深，这就难免会推翻一些以前被公众所广为接受的“真理”。此次将冥王星“降级”是人类在探索太阳系的过程中一个阶段性的成果，是符合客观实际的。

认识冥王星

冥王星直径只有2320千米，比月球、木卫三、土卫六都小。冥王星也很暗，它的视星等是15.12等。

冥王星轨道的偏心率、轨道面对黄道面的倾角都比其他行星大。冥王星在近日点附近时，比海王星离太阳还近，这时海王星成了离太阳最远的行星。冥王星绕太阳的公转周期约为248年，从发现至今只走了1/5圈。冥王星、海王星和天王星的公转周期存在近通约性，在大约500年中，冥王星公转2圈，海王星公转3圈，天王星公转6圈。每隔一定时间它们就会彼此接近。虽然在黄道投影图上冥王星轨道与海王星轨道交叉，但由于这两个轨道平面并不相合，所以即使在交叉点附近它们之间的距离还是很大的。冥王星的自转周期是6.3872天，自转方向与公转方向相反，由东向西，它也是太阳系家族的一个“逆子”。根据冥王星卫星的资料估算出冥王星自转轴与公转轴交角大于60°，因而是侧向自转，与天王星相似。冥王星发现后不久，就发觉它的亮度有些变化，但限于当时的技术水平，不能进行准确的测量。到了20世纪50年代，用光电方法测出它的亮度有6天多的周期性变化。1971～1973年又做了准确的测量，得出亮度变幅为0.22个等星，变化周期为6天9小时17分。这种亮度变化可用它表面反射太阳光不均匀和自转解释。

根据过去冥王星对天王星和海王星轨道的摄动来推算冥王星的质量，结果很不准确。1971年以前所定的质量值是0.8地球质量，1971年重定为0.11地球质量，直到1978年发现冥王星卫星后，才准确定出冥王星的质量值为0.0024地球质量（1.43×1025），这不仅比水星质量小，甚至比月球质量还小，但仍比小行星的质量大。冥王星的视角径太小，根据亮度和距离估计出直径下限为2000千米。目前公认值是2400～2900千米，常采用2700千米。根据冥王星的质量和直径可以算出平均密度，用1978年的质量值算出的密度约为1.5克／厘米3，这与天王星、海王星的密度相近，它们应当有相似的化学组成和性质。冥王星离太阳太远，接受的太阳辐射少，估计其日照表面的温度为50开左右，背面为20开左右。在如此低温下，绝大部分物质已凝结为固态或液态，只有氢、氦、氖还可能是气态。1988年6月9日的一次冥王星掩星观测，发现冥王星存在大气层，它分为两层，外层透明，内层不透明。冥王星大气层的发现曾在国际上引起震动，被视为20世纪80年代太阳系重大发现之一。冥王星光谱的特征与太阳相同，略红，并有甲烷的特征谱线，表明冥王星表面可能有一层甲烷冰。

1978年，美国天文学家克里斯蒂在研究冥王星的照片时发现了冥王星的卫星。1994年，由哈勃空间望远镜的观测结果证实，冥王星确有卫星。冥卫的质量约为冥王星的1/10，直径则为冥王星的1/2以上，距冥王星仅1.9万千米。据此，有人将这两个天体视为“双行星”。冥卫是迄今所知太阳系内大行星唯一的天然同步卫星，它绕冥王星旋转的周期与冥王星的自转周期相同，更有趣的是，冥卫星的自转周期也与之相同。这种“三重同步”现象在太阳系中是独一无二的。

流星雨是怎样形成的

晴朗的天空，有时会看到一闪而过的亮光，稍纵即逝，这就是流星。沿同一轨道绕太阳运行的大群流星体称为流星群。流星群与地球相遇时，人们会看到天空某一区域在几小时、几天甚至更长时间内流星数目显著增加，大大超过通常的偶现流星数，有时甚至像下雨一样，这种现象称为流星雨。

在各种流星现象中，最美丽、最壮观的要数流星雨现象，当它出现时，千万颗流星像一条条闪光的丝带。流星雨是一种有成群的流星看起来像是从夜空中的一点中迸发出来，并坠落下来的特殊天象。这一点或一小块天区叫做流星雨的辐射点，辐射点是一种透视效果。

形成流星雨的根本原因是由于彗星的破碎而形成的。彗星主要由冰和尘埃组成。当彗星逐渐靠近太阳时冰气化，使尘埃颗粒像喷泉之水一样，被喷出母体而进入彗星轨道。但大颗粒仍保留在母彗星的周围形成尘埃彗头；小颗粒被太阳的辐射压力吹散，形成彗尾，剩余物质继续留在彗星轨道附近。然而即使是小的喷发速度，也会引起微粒公转周期的很大不同。因此，在下次彗星回归时，小颗粒将滞后母体，而大颗粒将超前于母体。位于彗星轨道的尘埃粒子云被称为“流星群体”。当流星体颗粒刚从彗星喷出时，它们的分布是比较规则的，由于大行星引力作用，这些颗粒便逐渐散布于整个彗星轨道。在地球穿过流星体群时，各种形式的流星雨就有可能发生了。每年地球都要穿过许多彗星的轨道，如果轨道上存在流星体颗粒，便会发生周期性流星雨。当只有母彗星运行到近日点时才发生的流星雨，称为近彗星流星雨。这说明流星体群仍在彗星附近。周期在几百年以内的彗星所形成的流星雨多为该类型。由于行星的引力摄动作用，长周期彗星的流星体群可能与母彗星相差甚远，当母彗星不在近日点时也有可能发生流星雨，这种流星雨便是远彗星型流星雨。

为区别来自不同方向的流星雨，通常以流星雨辐射点所在天区的星座给流星雨命名。例如，每年11月17日前后出现的流星雨辐射点在狮子座中，它就被命名为狮子座流星雨。其他流星雨还有宝瓶座流星雨、猎户座流星雨、英仙座流星雨等。有的流星是单个出现的，在方向和时间上都很随机，也无任何辐射点可言，这种流星称为偶发流星。流星雨与偶发流星有着本质的不同。流星雨的重要特征之一是所有流星的反向延长线都相交于辐射点。流星雨的规模很不相同。有时在一小时中只出现几颗流星，但它们看起来都是从同一个辐射点中“流出”的，因此也属于流星雨的范畴；有时在很短的时间里在同一个辐射点中能迸发出成千上万颗流星，就像节日中人们燃放的礼花那样壮观。当每小时出现的流星数超过1000颗时，我们称其为“流星暴”。

狮子座流星雨

每年的11月14日～20日，人们都可以观测到狮子座流星雨，但通常能观察到的流星雨数目很少，每小时5～12颗。大约每33年会出现一次狮子座流星雨的强活动期，此期流星数目众多，势如破竹，似暴雨从天而降。人们把这种流星雨叫做流星暴雨。但是，狮子座流星暴雨也并非每33年都发生，这还要取决于流星体在运动轨道上受大行星的影响情况。

1866年，法国天文学家坦普尔发现了一颗新的彗星，后来这颗彗星被命名为“坦普尔—塔特尔”彗星。坦普尔—塔特尔是一颗在椭圆轨道上围绕太阳运行的周期彗星，通过计算得到坦普尔—塔特尔的周期是33年。而且，坦普尔—塔特尔的轨道与狮子座流星雨的轨道也几乎完全相同。轨道对地球黄道面的倾角为162.7°，与地球相逆运行，轨道交点在近日点附近，距太阳正好约1个天文单位，因此每次近日点都要与地球相对擦肩而过。彗星在近日点由于受太阳辐射较强，温度升高，彗核活动加强，喷射出较多的细小固体颗粒，高速进入地球大气，就成为狮子座流星雨。它曾在1799年、1833年、1866年、1966年4次形成大规模流星雨。现在，对于很多不同的流星雨，天文学家们都找到了与之相关的彗星或小行星。形成流星雨的小块物质在椭圆轨道上分布得一般都不均匀。当地球运行到轨道交点位置上、又恰好与小块物质的密集区相遇时，就会出现大规模的流星雨。对于狮子座流星雨，这种机会大约每33年才可能发生一次，这就是狮子座流星雨33年周期的由来。

德国地理学家、探险家洪保德的日记里，记录了1799年11月11日夜晚在南美委内瑞拉北海岸的库马纳目击到的一次狮子座流星暴雨的情景。他写道：“2点30分，流星最为活跃。明亮的流星从东北流出，最大的看上去直径比月亮的还大。流星的痕迹持续了7～8秒，中间有像木星那样大小的核，散发着鲜明的火花，四下飞舞，成千上万的流星和火球持续降落了4小时之久。”33年之后，1833年11月12日，从深夜到黎明，美国东部下了一场空前规模的流星雨，长达7小时之久。美国的奥姆斯特德教授这样形容它：“无数的流星流向四面八方，几乎没有空隙。有的比金星还亮，有的比月亮还大，宛如大片的雪花，纷纷飘落，每一个雪片就是一颗亮晶晶的流星。”人们注意到：流星雨是从狮子座的一点辐射出来的，估计当时每小时可以看到15万颗流星。根据它的轨道要素，认为这个流星雨将以33年的周期重复出现，他预言下一次出现的时间是1866年。果然，1866年11月13日的子夜，狮子座流星雨不负众望如期归来，世界许多人欣喜若狂。虽然此次的规模不如上次，但是每小时也能看到6万颗流星。

一年中可以看到哪些流星雨

流星的出现是很寻常的事，每年可看到很多流星雨，但最显著的有7大流星雨，分别为狮子座流星雨、双子座流星雨、英仙座流星雨、猎户座流星雨、金牛座流星雨、天龙座流星雨和天琴座流星雨。

（1）狮子座流星雨：狮子座流星雨在每年的11月14～21日左右出现。一般来说，流星的数目为每小时10～15颗，但平均每33～34年狮子座流星雨会出现一次高峰期，流星数目可超过每小时数千颗。狮子座流星雨以流量大、明亮而著称，辐射点位于赤经153°、赤纬22°。

（2）双子座流星雨：双子座流星雨在每年的12月13～14日出现，最高时流量可以达到每小时120颗，且流量极大的持续时间比较长。双子座流星雨源自小行星1983TB，该小行星由IRAS卫星在1983年发现，科学家判断其可能是“燃尽”的彗星遗骸。

（3）英仙座流星雨：英仙座流星雨每年固定在7月17日到8月24日这段时间出现，它不但数量多，而且几乎从来没有在夏季星空中缺席过，是最适合非专业流星观测者观测的流星雨。彗星Swift—Tuttle是英仙座流星雨之母，1992年该彗星通过近日点前后，英仙座流星雨大放异彩，流星数目达到每小时400颗以上。

（4）猎户座流星雨：猎户座流星雨有两种：辐射点在参宿四附近的流星雨一般在11月20日左右出现；辐射点在猎户座V附近的流星雨则发生于10月15～30日，极大日在10月21日。我们常说的猎户座流星雨是后者，它是由著名的哈雷彗星造成的，哈雷彗星每76年就会回到太阳系的核心区，散布在彗星轨道上的碎片，形成了著名的猎户座流星雨。

（5）金牛座流星雨：金牛座流星雨在每年的10月25日至11月25日出现，一般11月8日是其极大日。Encke彗星轨道上的碎片形成了该流星雨，极大日时平均每小时可观测到5颗流星曳空而过，虽然流量不大，但由于周期稳定，所以也是广大天文爱好者热衷的对象之一。

（6）天龙座流星雨：天龙座流星雨在每年的10月6～10日出现，极大日是10月8日。该流星雨最高时流量可以达到每小时120颗。天龙座是个不规律的流星雨，一般年份较平淡，但偶尔会有大的爆发，20世纪曾爆发过2次。Giacobini-Zinner彗星是天龙座流星雨的本源。

（7）天琴座流星雨：天琴座流星雨一般出现于每年的4月19～23日，通常22日是极大日。该流星雨是我国最早记录的流星雨，在古代典籍《春秋》中“星陨如雨”就是对其在公元前687年大爆发的生动记载。彗星1861工的轨道碎片形成了天琴座流星雨，该流星雨在天文学中也占有极其重要的地位。

小行星的分布及命名

小行星因质量小，绝大多数不是球形，而是具有不规则的形状。从所观测到的小行星的亮度做周期性变化来看，可知小行星也有自转。天文学家已测出70多颗小行星的自转周期，一般在2～16小时之间。小行星虽然很多，但总质量约为地球质量的4/10000。由于它们质量都很小，保留了太阳系形成初期的原始状况，所以，小行星对于研究太阳系起源具有重要的价值。

绝大多数的小行星都是在火星和木星轨道之间，而且轨道的长半轴大多在2.17～3.64天文单位之间，这一空间区域称为小行星的主环带，位于主环带里的小行星称为“主带小行星”。一小部分小行星离群索居，形成几个特殊的群体。轨道半径大于3.3天文单位的称为远距小行星，其中最著名的是脱罗央群，它们的轨道半径和木星的一样大。从太阳望去，有一些位于木星之前60°，有一些位于木星之后60°，前者叫“希腊群”，后者叫“纯脱罗央群”。另一个特殊群体是近距小行星，它们的轨道近日点深入到内太阳系，有的甚至跑进地球轨道以内，称为近地小行星。按照轨道近日点的距离和半长径的数值特征，近地小行星又被划分成阿莫尔型、阿波罗型和阿登型。阿莫尔型小行星的轨道特征是近日距都在火星轨道之内——1.02～1.3天文单位，半长径1.39～4.23天文单位，偏心率0.062～0.574，倾角2.2°～52.1°，小行星直径为0.3～38.5千米，现已发现这类小行星有70多颗。阿波罗型小行星的轨道特征是近日距小于1.017天文单位，半长径大于1天文单位，因有一段轨道与地球轨道非常靠近甚至相交，而引起天文学家的特别关注，这类小行星已发现了100多颗。阿登型小行星的轨道半长径都小于1天文单位，近日距也小于1天文单位，远日距略大于1天文单位，这种小行星为数不多，目前仅发现10颗左右，因它们的轨道与地球近似，周期也相差不多，所以比阿波罗型小行星更受到重视。

小行星是目前各类天体中唯一可以由发现者命名并得到国际公认的天体。国际天文学联合会下属的小行星中心设在美国史密斯松天体物理台，专门负责小行星的编号、命名和其他与小行星有关的工作。小行星中心在接到发现新小行星的报告并初步确认后，先给予一个国际统一格式的暂定编号：在年代后面跟两个拉丁字母和1个序号，如1996TV1。小行星的轨道周期一般为3～5年，但对于地球而言的回归周期，即发生“冲”的周期通常只有一年多一点。获得暂定编号的小行星在经过至少4次回归周期的观测，轨道又能够非常精确地确定时，它将得到一个永久性的国际编号，发布在小行星中心的通报上。在通报发布后10年内，最早发现这颗小行星并算出轨道的发现者有权对这颗小行星命名，最后由国际天文学联合会确认并予以公布。最初，人们用罗马、希腊神话中的女神来为小行星命名，显然，随着小行星的增多，这些名字远远不够。后来又相继采用人名、地名以及重大历史事件名称等予以命名。在已命名的小行星中，不乏我国古今杰出人物。

小行星会撞地球吗

近几十年来，人们遭受过几次有关“小行星可能要撞地球”的耸人听闻的惊扰。不过人们对小行星撞地球的恐惧不是没有根据的。

2004MN4是在2004年6月19日由夏威夷大学的罗伊·塔克、戴维·索尔和法布里齐奥·贝马尔迪发现的。12月18日，这颗小行星再次被澳大利亚的戈登·加勒德发现。它的直径大约为0.4千米，轨道大部分位于地球轨道里面，围绕太阳的公转周期为323天。这颗小行星与地球轨道平面的交角很小，每绕太阳转动1周在地球轨道附近穿过2次。2004MN4再次被发现后，世界各地的天文学家对它做了进一步的观测。美国国家航空航天局近地天体项目办公室把这些观测结果与6月份发现时的观测结果合在一起，用名为“岗哨”的近地小行星碰撞自动监测系统加以处理，发觉它在2029年有可能与地球发生碰撞。然而，毕竟这只是一个很初步的、很不确定的推测，近地天体项目办公室的科学家们把它发布出来，目的仅在于引起有关天文学家的注意，以便加强监测，并不需要大家都去关心这件事情。他们强调，“根据新获得的数据，碰撞的概率可能会逐日改变。十有八九，在这颗小行星得到全世界的天文学家追踪之后，碰撞的可能性最终会排除”。果然，12月27日约曼斯、切斯莱和乔达斯再次发表新闻，宣布小行星2004MN42029年撞击地球的可能性已被排除，不过确实存在着危险。

太阳系除了八大行星之外，还有大量的小行星和彗星。但有些小行星的轨道比较扁，轨道上有一两处位置很靠近地球轨道，甚至与地球轨道相交，因此有可能运行到地球附近空间来；还有一些小行星，就像2004MN4那样，整个轨道就在地球轨道附近，这些小行星均被称为近地小行星。彗星主要分布在太阳系边缘，其中少数会改变轨道，变成很扁的椭圆，运行到太阳附近来。极少数彗星也有可能运行到地球附近空间，对地球构成威胁。其实，平均每天都有1亿多块来自小行星和彗星的碎片闯进地球大气层。在通常情况下，它们之中最大的，也不过像鹅卵石那么大。这1亿多块碎片加起来质量不过几吨，它们进入地球大气层之后，就与地球大气剧烈摩擦，在几十千米高空就已经全部化为气体，成为流星。其中极少数较大的，没有全部气化，残骸落到地面，成为陨石。然而，在偶然情况下，闯入地球大气的天体可能会更大，这时会发生爆炸。

2000年1月，一块直径2～3米的太空岩石在加拿大育空地区上空爆炸，其威力相当于4000～5000吨TNT当量，这类事件平均每年发生一次。1908年6月，一颗直径约60米的小行星在西伯利亚通古斯地区上空坠落，在约6000米高空爆炸，威力为1000万吨TNT当量，将超过2000千米2的森林夷为平地，在一个世纪内发生类似这样的一次事件的可能性为10％。直径100米及100米以上的小行星，爆炸威力可达1亿吨TNT当量以上，足以摧毁一座大城市。在2100年以前发生这样一次撞击的可能性为2％。直径几百米的小行星撞击地球造成的危害将更大，如果冲进海里，引发的海啸会将沿海城镇淹没，这样的事件平均每4万年发生一次。直径超过1千米的小行星撞击地球有可能使整个人类文明遭到毁灭，其爆炸威力可达1000亿吨TNT当量，远远超过现今世界上所有核武器同时爆炸的威力，这样的碰撞平均约50万年发生一次。

为了避免小行星撞击地球造成的巨大危害，首先必须把有可能造成危害的那些小行星找出来，并对它们的运动进行监测。

恐龙灭绝之谜

地球40多亿年的漫长历史中，有一种叫恐龙的爬行动物最早出现于距今约2.3亿年前的三叠纪晚期，在距今1.95亿～1.37亿年的侏罗纪时发展到全盛时期。它们曾经称霸世界达1.6亿年之久，地球上现存的任何一种动物都无法与之相比，然而，它们却在繁衍到繁荣鼎盛之时突然间在地球上销声匿迹了！这真是令科学家百思不得其解。当时到底发生了什么？谁有这么大的威力把这些生物都“斩尽杀绝”了呢？学术界一直为此争论不休。有的说是地球磁场发生转变；有的说是从北方来的严寒，导致全球的持续、普遍降温所致；还有种族老化说、火山爆发说等。据有关学者统计，关于“恐龙灭绝”的理论迄今已不下200种。目前比较流行的则是地外天体碰撞说。

20世纪50年代，德国古生物学家得劳本费尔曾在一篇题为“恐龙灭绝的另一种假说”的文章中提出，由于天外巨型陨石冲击地球时，产生空前的“热空气”，因而导致了恐龙的灭绝。

1968年，诺贝尔物理学奖得主路易斯·阿尔瓦雷斯和他的儿子、地质学家奥尔特·阿尔瓦雷斯以及他们的两位合作者（物理学家），在美国《科学》杂志上发表文章，探讨恐龙灭绝之谜。他们认为恐龙的大规模灭绝是由一颗陨星撞入地球造成的。在与地球相撞之前，这颗陨星以小行星的身份绕着太阳运行，它的直径约10千米，质量可能在12万亿～13万亿吨之间。它本来是一颗很普通的、不大的小行星，但是在6500万年前，它偶然运行到地球附近，也许由于离得太近了，地球对它的影响使它偏离了原来的轨道，转入了一条与地球相撞的轨道。当它与地球相撞时，释放出大约130万亿吨TNT爆炸当量的能量，相当于65亿颗原子弹在瞬间大爆炸。如此巨大的能量把地球的表面炸出了一个直径100多千米的大坑，同时把百倍于小行星本身重量的大量岩石化成灰烬，与小行星的含铱较多的尘粒一起抛到地球大气层。这些大量的尘埃物质还没有沉落之前，成为厚厚的尘埃云围绕在地球周围，就像一块大幕布把地球严严实实地盖了起来，致使太阳光无法照射到地面上来，地面上几乎分不清白天和黑夜，气温剧烈下降，降到了恐龙难以承受的程度。在相当长的时间内，地球都是处于黑暗和寒冷之中。植物的光合作用几乎完全停止下来，恐龙赖以生存的食物也没有了，于是迅速地走向了灭亡。在墨西哥尤卡坦半岛的北部海岸还发现，一个名为契克苏勒伯的巨大撞击陨石坑，它隐藏在2千米左右厚的冲击物底下。这是一个宽度至少有180千米的圆形洞穴，它的年代同遍布全球的撞击异物完全一致，铱、玻璃陨石等遗物也可以从全球追踪到这个陨石坑。它是证实陨星撞击导致恐龙灭绝的有力证据。

1991年6月，在一次天文学术会议上，著名的小行星、彗星研究者苏梅克等人，对阿尔瓦雷斯等提出的恐龙灭绝于天外天体碰撞假说补充了崭新的内容：曾经有一颗大彗星在围绕太阳运行的过程中分裂了，但仍在原轨道附近运行；6500万年前，地球不幸与其中最大的一块相撞；约一两年后，地球在此与其较小的一块相撞，酿成恐龙等生物彻底灭绝的大惨案。据研究，这次较小的彗星残体撞击爆炸点位于美国衣阿华州的梅森城，在那里也确实发现了一个直径约35千米的陨石坑。年代分析表明，它与尤卡坦半岛那个大陨石坑为同一时期产物。

1991年末，一些美国科学家为天体碰撞导致恐龙灭绝提出了更直接的理由，他们指出6500万年前，一颗小行星或彗星撞击尤卡坦半岛之后，掀起滚滚尘云，使大气中含硫量过高，继而使全球气温下降，导致恐龙类等动物灭绝。据科学家估计，那颗地外小天体撞击地面时产生的冲击能量，大体相当于1994年7月“彗—木大碰撞”时所产生冲击能量总和的1万～5万倍，由此掀起的含硫物质和其他尘埃至少有上百亿吨！结果导致地面6个月时间处于黑暗冰冷状态。

另外，大多数的古生物学家对死亡大碰撞假说持否定态度。

综上所述，关于天体碰撞与恐龙灭绝的研究虽有很大进展，但仍处于探索阶段。

彗星的结构

彗星拖着长长的尾巴，在古人眼里常被视作灾难的征兆。中国民间俗称为“扫帚星”，“彗”字即指扫帚。一般彗星由彗头和彗尾两部分组成。

彗头包括彗核和彗发两部分。自1970年以来，地球大气外观测发现3颗彗星的彗发外面还有氢原子云，称为“彗云”或“氢云”。彗云包围着彗发，直径为100万～1000万千米。因此，应该把彗核、彗发和彗云合称为彗头。彗头的结构往往十分复杂，不同彗星也有很大差别。不少彗星的彗头没有彗云。有的彗星的彗头中连彗发也没有，只有彗核，尘埃组成的彗尾直接从彗核开始背向太阳延伸；有的在彗核周围稍有彗发，彗发呈球茎形状；有的彗发很亮，呈抛物面形状包围着彗核，形成锚形彗头。彗核一般难以直接从彗头中分辨开来，它的直径很小，只有几百米到上百千米，但集中了彗星的绝大部分质量。大彗星的质量为103亿～108亿吨，小彗星质量只有几十亿吨。彗核的平均密度约1克／厘米3，有些彗核的密度可能更大些，也有一些彗核密度或许只有0.01克／厘米3。彗发的体积随彗星离太阳的距离而变化，直径比彗核大得多，一般有几万千米，有的达到180万千米，比太阳还大；但彗发的质量很小，物质很稀薄。

少数大而亮的彗星走到土星轨道附近时，就可以从大望远镜中看到，但一般彗星要走到离太阳3个天文单位左右才能从望远镜中看到，这时彗星只有暗星状彗核及其周围朦胧的彗发。当它走到离太阳2个天文单位左右时，开始产生彗尾，离太阳更近时，彗尾显著地变长变大。当它过近日点之后离开太阳越走越远时，彗尾的体积很大，大彗尾长达上亿千米，宽度从几千千米甚至到2000多万千米，但物质是极稀薄的（密度只有地面上空气的十亿亿分之一）。当彗发和彗尾遮掩恒星时，一般星光不因此而减弱或偏折，但有时也观测到星光闪烁。1910年，哈雷彗星的彗尾曾“扫”到地球，地球上毫无异常现象。彗发和彗尾的总质量一般只占彗星质量的1％～5％，彗尾形状多种多样，一般总是向背离太阳方向延伸，而且常常有两条以上。彗尾可分为两类：①彗尾较直，由离子气体组成，称为“离子彗尾”或“气体彗尾”，又称工型彗尾，因含CO+离子的发射，呈蓝色。这类彗尾是太阳风的很强斥力作用于彗星中的离子形成的。②弯曲的，由微尘组成，呈黄色，称为“尘埃彗尾”，弯曲程度较小的又称Ⅱ型彗尾，弯曲程度较大的称为Ⅲ型彗尾。这类彗星是太阳光子的辐射压力推斥微尘而形成的。此外，还有一种看上去好像朝太阳方向延伸的扇状或长钉状彗尾，称为“反常彗尾”，这只是投影效应。

彗星的轨道

彗星实际上很多，为什么人们不能经常看到它们呢？这是由彗星的轨道特性所决定的。彗星的轨道有椭圆、抛物线和双曲线3种类型。到20世纪70年代初，已算出轨道的彗星共有600多颗，其中轨道接近抛物线的约49％，轨道为椭圆和双曲线的分别为40％和11％左右。彗星走过行星（特别是质量大的木星）附近，会受到行星的摄动而改变轨道。具有双曲线和抛物线轨道的大部分彗星如果没有摄动，它们原来的轨道往往是偏心率接近1的椭圆。这表明它们也是太阳系的成员，或许只有少数彗星来自太阳系外。

在椭圆轨道上运动的彗星称为“周期彗星”，它们周期地绕太阳公转。在抛物线或双曲线轨道上运动的彗星称为“非周期彗星”，它们绕太阳转个弯就一去不复返了。公转周期短于200年的彗星称为“短周期彗星”，这种彗星已算出轨道的有100多颗，它们走进太阳和地球的次数较多，观测资料较丰富、准确。这些彗星的轨道面对黄道面的倾角较小，绝大多数与行星同一方向绕太阳公转（顺行），但也有少数例外，如著名的哈雷彗星轨道面对黄道面的倾角约为162°，是一颗逆行彗星。公转周期大于200年的彗星称为“长周期彗星”，它们的轨道很扁长，e大于0.96而略小于1，接近抛物线，要几百、几千年甚至更长时间才走进太阳一次。它们的轨道延伸到八大行星范围以外很远，轨道面的取向是随机分布的，顺行和逆行的都有。例如，1965年发现的池谷—关彗星，当它穿过近日点附近时，速度为500千米／秒，2小时就跑完了靠近太阳的半边，而绕过远日点则需要1000多年的时间。由于这些轨道特性，决定了人们看到的彗星是非常少的。

由于彗星的质量很小，当它从大行星附近掠过时，容易受到大行星引力的影响——引力摄动——因而会改变彗星椭圆轨道的周期，或从椭圆轨道变成双曲线轨道，并飞出太阳系，有的甚至一头撞到太阳上而消失。例如，木星的摄动可以使长周期彗星变为短周期彗星，使短周期彗星变为非周期彗星。彗星公转周期改变的一个突出事例是P／Oterma彗星，它的公转周期在1936年以前是18年。而1937～1963年之间，它的公转周期只有8年，1963年以后又恢复到18年。有70多颗短周期彗星的公转周期为4～10年，远日距为4～7个天文单位，与木星轨道半长径5.2个天文单位相近，它们可能与木星有联系，称为“木星族彗星”。至于是否存在与土星、天王星、海王星有联系的彗星族，因彗星数目少，对这种联系的真实性，目前还有争议。

彗星的命名

据科学家估计，彗星的数量多得惊人，大约有1000亿颗，约是太阳系小行星数量的20万倍。但是，由于它们远离太阳时个头很小，难以观测；又散布于太阳系内外浩瀚的宇宙空间“各行其道”地运行，远非像小行星那样大多“纪律严明”地在火星和木星之间的小行星带上奔走；有幸在较短时间内多次回归太阳附近的大彗星数目更少，更何况它们之中还不乏受其他星体影响而改变自己轨道或形态者，这就更增加了发现与观测的困难。因此，肉眼能看见的彗星并不多，平均三五年才出现一次，而像哈雷彗星那样特别明亮的佼佼者，更是百年难遇。所以，迄今人们观测过的彗星不过一两千颗，其中只有一部分能计算出运行轨道。

然而，别看已发现的彗星数目远不及小行星多，但是要给它们造册登记与命名却并不容易。现在，这项工作也由国际天文学联合会的专门小组负责，其工作程序与小行星类似，即也要先进行临时编号，待确认它是新发现的且计算出它的轨道即过近日点的时刻后，才能给予正式编号。至于彗星的命名，一般以发现者或对其研究有重大贡献的科学家的名字命名，如哈雷彗星、恩克彗星、海尔波普彗星、百武彗星等。

国际天文学联合会（IAU）规定自1995年1月1日起所采用的新的彗星命名法是：以发现这颗彗星的公元年号，加上代表发现时间所在的那半个月份的字母（A=1月1～15日，B=1月16～31日，C=2月1～15日，……Y=12月16～31日，字母I除外），再加上代表在该半个月中发现的阿拉伯数字。在这一编号之前，可加上发现者的姓，但一般不超过3人。例如，中国科学院紫金山天文台的葛永良和汪琦于1988年11月4日发现的彗星被命名为“葛一汪1988VO”彗星。此外，为了使人们对每颗彗星的性质能一目了然，新命名法还规定在彗星名字前面加上前缀。如P／表示短周期彗星，C／表示长周期彗星，D／表示不再回归的彗星，A／表示可能是一颗小行星的彗星，X／表示尚未算出轨道根数的彗星。例如，1966年日本天文爱好者于吉百武发现的命名为百武的彗星是“C／196682”。另外，对短周期彗星在其轨道周期确认之后，按其过近日点或在其发现后在远日点附近被观测到的先后次序，在这颗彗星的名字前面冠以编号，对所有短周期彗星从1开始，顺序排列。例如，哈雷彗星为1号，恩克彗星为2号……如果一颗彗星已经分裂，则要在它的名字后面分别加上“—A”、“—B”等，如比拉彗星原来的名字为3D／1772E1，3D／1805V1……分裂后名字为3D—A，3D—B等。

如何观测彗星

想更好地观测到彗星，应做到以下几点：

（1）观测彗星的地点要有所选择。由于城市的灯光太强，所以应尽量远离城市，选择天空背景比较黑暗的郊区或者其他适当的地方。观测地点的视野当然要开阔，不要有建筑物或山脉遮挡住视线。

（2）选择合适的观测器材。其实，对于较明亮的彗星，目视观测就很好。因为人的眼睛视野最广，灵敏度也是很高的。如果使用望远镜，那么双筒望远镜是最好的选择。比如，7×50的规格，即倍率为7倍、口径为50毫米的双筒望远镜；有的超级天文爱好者会选用10×70、20×120或25×150等大型双筒望远镜来观测彗星。如果你拥有一台天文望远镜，无论是折射式、反射式或者折反射式，就应该使用40毫米或25毫米低倍目镜来看彗星，目镜倍率过大将减弱彗星表面的亮度并缩小望远镜中的目标。使用天文望远镜，能够仔细观察彗星的彗核和彗发。

（3）观测者最好熟悉天空中的各种天体。对于目视观测者来说，熟悉天空中的各种天体至关重要，尤其是那些类似彗星的星团、星云，否则，即使你真观测到了彗星，也可能辨认不清，坐失良机。如果使用较大的望远镜，则更要熟悉这些天体。因为用望远镜可以观测到上千个星系和星云，如果不熟悉，肯定会被弄糊涂的。

（4）选择合适的天气和时间。天气不晴朗，很不利于观测。时间的选择也十分重要，一轮明月高挂天空，虽然极富诗情画意，可对于观测彗星就很不妙了。月亮把天空背景弄得很亮，暗弱的天体完全被它的光辉淹没了，所以，选择初一前后的日子观测效果最好。还有，由于太阳风和辐射压力的作用，彗星在接近太阳时比较明亮，并拉出一条漂亮的大尾巴。一般彗星都是在离太阳角距90°～180°内被发现的，因此，寻找彗星时，应注意黄昏时西方太阳落下的地平线上空，黎明前太阳升起的东方地平线方向上和夜半时的北方天空。

（5）了解已知彗星的运行轨道。如果利用天文学家已经预测出来的彗星的轨道资料，就可以很容易地找到想要观测的彗星。

20世纪十大著名彗星

彗星世界丰富多彩，它们不仅运行轨道各不相同，而且形态也多种多样，每一颗彗星都有它自己的特点。20世纪的100年当中，曾出现了不少为人类带来无限惊喜的彗星，在彗星研究的历史上留下了极其宝贵的资料，也让20世纪的人们过够了彗星瘾。

（1）哈雷彗星：首屈一指、当之无愧的最著名彗星。它是人类计算出轨道并且准确预报回归周期的第一颗彗星。20世纪它回归了2次，1910年和1986年，下次回归要等到2062年了。哈雷彗星1910年回归时达到了极其壮观的程度，彗尾在天空中的张角达140°，亮度比金星还亮。

（2）威斯特彗星：20世纪出现的一颗最漂亮的大彗星。1975年11月由丹麦天文学家威斯特首先发现。1976年2月25日过近日点以后达到最亮，亮度约-3等。它的彗尾又宽又大，宛如一只洁白的孔雀在夜空中张开了它那妩媚动人的羽屏。

（3）池谷—关彗星：典型的掠日彗星。1965年9月4日由日本的两位天文爱好者池谷和关勉同时独立发现。它的突出特点是近日距极小，仅46万千米。太阳内冕的边界距日面约200万千米，所以说池谷—关彗星过近日点时要穿过温度高达百万摄氏度的日冕层，真好比是“飞蛾扑火”。

（4）海尔—波普彗星：号称“世纪彗星”的彗星。1995年7月22日由美国天文学家海尔和天文爱好者波普分别独立发现，回归周期约2000年。刚发现时它的亮度仅10.5等，它于1997年3月31日过近日点前后，实际最亮时达到了-0.8等，它的突出特点是蓝色的离子彗尾与黄色尘埃彗尾异常明显，两者组成一个30°的交角，因为赶上新世纪来临之际，因此许多人称它为“世纪彗星”。

（5）科胡特克彗星：最令人失望的彗星。捷克天文学家科胡特克1973年3月7日发现它时亮度约16等，距离太阳475天文单位。天文学家预测当它12月28日过近日点时亮度可达到-10等左右，会成为20世纪最伟大的彗星。世界各国天文学家都做好充分的准备，对它进行史无前例的全面观测。然而，当它经过近日点时远远没有达到预计的亮度。仅有短短几天肉眼勉强可见。

（6）阿伦德—罗兰彗星：拥有反常彗尾的彗星。它是一颗非周期彗星，1957年4月8日过近日点以后出现了一条很明显的反常彗尾，肉眼可见达1个星期之久。反常彗尾的方向指向太阳，也叫“逆彗尾”。它的形状先是短粗的扇形，几天后变为细长的针形，然后又恢复成扇形。

（7）莫尔豪斯彗星：变化无常的彗星。它是莫尔豪斯于1908年9月1日发现的，12月25日过近日点，轨道是双曲线。肉眼可见，出现在北部天空半年之久。它的最大特点是等离子体彗尾变化多端，在短短的几十天内就呈现出种种不同的形状。

脉动变星

脉动变星是指由脉动引起亮度变化的恒星。这些变星亮度的变化，是由于恒星体内（自身的大气层）一会儿膨胀，一会儿收缩，这种周期性的变化而引起的。恒星周期性的膨胀与收缩，必然引起恒星半径周期性地增大与减小，恒星的表面积也周期性地增大与减小，温度和总辐射能量都发生变化，因而光度也周期性地增大与减小，看起来它的亮度也周期性地变亮与变暗。另外，其颜色、光谱型和视向速度，有时还有磁场，也都随之发生变化。脉动变星的密度和绝对光度都与脉动周期有一定的关系，这些为研究恒星的物理本质和宇宙尺度提供了重要的依据。

在已发现的变星中，脉动变星占了1/2以上，银河系中约有200万个。脉动变星的周期可以相差很大，短的在1小时以下，长至几百天甚至10年以上。星等变化从大于10到小于千分之几都有。从恒星演化的阶段来看，脉动变星年轻的、年老的都有。据研究，脉动变星脉动的原因可能是恒星演化到一定阶段时，其结构出现某种不稳定性而引起的。

根据亮度变化曲线的形状，脉动变星可分为规则的、半规则的和不规则的3种不同的类型。规则的脉动变星，亮度变化曲线是固定的，按亮度变化周期长短分为短周期造父变星（如天琴座RR变星）、长周期造父变星（如经典造父变星）；半规则的脉动变星，亮度变化有一定规律但周期不定，或者平均亮度不变，如金牛座RV变星；不规则的脉动变星，其亮度没有任何规则可循。

脉动变星有很多类型，最典型的一类是造父变星，代表是仙王星座中的造父一星。这颗变星的光变周期是5.4天，最亮时亮度为3.6等，最暗时亮度为4.3等。

造父变星与“量天尺”

造父变星是变星的一种，它的光变周期（即亮度变化一周的时间）与它的光度成正比，可用于测量星际和星系际的距离。大多数这类变星在光度极大时为F型星（中等温度的热星）；在光度极小时为G型星（像太阳那样比较冷的星），典型的造父变星是仙王座δ。1784年约翰·古德利发现了它的光变现象，1912年哈佛天文台的勒维特发现了上述造父变星的周期—光度关系。造父变星现被分为两种性质不同的类型：

（1）经典造父变星，周期一光度关系很明显，具有1.5天到长达50天的光变周期，是比较年轻的恒星，大多见于星系的旋臂，属于星族Ⅰ。

（2）短周期造父变星，又称星团变星或天琴座RR型变星，光变周期短于1天，光变周期和光度之间没有明显的关系。由于天琴座RR型变星的绝对星等是相同的，因而也可用它们作为距离的指示天体。短周期造父变星属于星族Ⅱ，是年老的恒星，位于银河系的银核和银晕中。

经典造父变星的绝对星等可根据它们的光变周期估出，一旦知道绝对星等，变星的距离便可从绝对星等和视星等（可直接测得）算出。

仙王座δ星最亮时为3.7星等，最暗时只有4.4星等，这种变化很有规律，周期为5天8小时47分28秒，此为光变周期。这类星的光变周期有长有短，但大多在1～50天，而且以5～6天为最多。我国古代将“仙王座δ”称为“造父一”，所以天文学家便把此类星都叫做造父变星。人们熟悉的北极星也是一颗造父变星。

科学家们经过研究发现，这些变星的亮度变化与它们变化的周期存在着一种确定的关系，光变周期越长，亮度变化越大。人们把这种关系叫做周光关系，并得到了周光关系曲线。只要我们在星系或星团中测出一颗造父变星的光变周期，利用周光关系就可知道这颗变星的绝对星等，这颗变星看上去的视星等是很易通过观测知道的。由于天文学上星星的距离、它的视星等与绝对星等之间有确定的关系，这样只要我们知道了这颗变星绝对星等和视星等，天文学家就可计算出它的距离。因为这颗变星就在星系或星团里，所以天文学家也就知道了该星系或星团的距离了。这些变星的光度都很大，它们好像是宇宙中特殊的指路灯塔，以它变化着的光芒为信号，向我们指示灯塔的距离，好像一把天生的测量天体距离的尺子。因此，造父变星被人们誉为“量天尺”。

新星不是刚诞生的星

新星，爆发变星的一种，又称新见星、暂星、客星。新星不是新产生的星，只是这种星在爆发前比较暗，只在爆发后一段时期内才能看见，故名新星。公元前2679年我国就已经有新星的记录了。

新星光度增加阶段所经的时间不长，其光度却会突然增加到原来的几万、几十万甚至几百万倍，然后又逐渐衰减，缓慢地恢复到原来的亮度。这是恒星演化比较晚期阶段所发生的小规模爆发现象。按光度下降速度，可分为快新星、慢新星、非常慢新星3类。不止一次爆发的新星称为再发新星，爆发规模和光度增亮比新星更大的称为超新星。一般新星回复到爆发前的亮度要经历1年甚至10多年的时间。新星的光谱随光变发生阶段性的变化，从光谱可得知爆发时新星会以100～5000千米／秒的速度抛射物质。

新星在银河系中已发现200多个。中国古代有极丰富的新星观测记录，经考证约有90个。第一颗用光谱观测研究的新星是北冕座T星（1866），第一颗用照相方法研究的是御夫座T星（1891），武仙座DQ星（1934）的光学观测资料最为完整。据估计，银河系每年出现30～50颗新星。

新星在爆发前一般不可见，但一旦出现，亮度增加得极快，一两天内便显得很亮，以后慢慢地减弱，经过几十年才恢复到原来的亮度。有名的天鹰座新星是1918年6月8日发现的，刚发现时其亮度为1等星，但几小时以后，亮度便接近于天狼星的亮度（-1.46等星）了。天文学家们检测了新星出现前该天区的照片，发现在6月3日以前，该星的亮度只有1等星，6天内便达到其极大值，但以后的亮度下降却经历了极长的时间，到1919年3月仍在肉眼可见的范围内。

新星的命名通常是在星座名称前面加英文字母N，在后面加爆发年代，如NCyg1975表示1975年天鹅座新星，有时也用变星命名法表示，因而1975年天鹅座新星又记作V1500Cyg。

新星特点：它们都是双星的成员，成为新星一员的常常是白矮星。物质从较大、较冷的伴星被吸向白矮星的表面，物质堆积在白矮星的表面进而这一新物质层底部的温度和压力高到引发核聚变反应。

宇宙中的“明灯”——超新星

超新星，爆发变星的一种，又称灾变变星。爆发时，其亮度增加比新星强得多，光变幅度超过17星等，即在几天之内亮度可以增加到几千万倍到几亿倍。

这是恒星世界中已知的最激烈的爆发现象。爆发能量相当于几十亿个太阳所辐射的能量。超新星爆发是恒星“死亡”的一种形式。爆发结果使恒星或是物质完全抛撒，成为星云遗迹，结束了恒星演化史；或是抛射掉大部分质量，遗留下的部分物质坍缩为白矮星、中子星或黑洞，从而进入了恒星演化的晚期和终了阶段。

超新星爆发后形成强射电源、γ射线源和宇宙线源。超新星是一种罕见的天象。有历史记载以来，在银河系中观测到的超新星有7颗，且大多是在望远镜发明以前用肉眼发现的。其中4颗是：1006年豺狼座新星，位于豺狼座和半人马座之间的超新星；1054年中国记载的金牛座超新星（称“中国新星”，气体状，极大星等为-5等），于1054年7月4日（我国北宋时代）爆发，我国现存的好几部古代文献，对它都做了详细记载，最亮时的视星等超过了天空中最亮的金星，连续23天在白昼都能见到，目视可见期持续了650天，直到1056年4月17日才看不见；1572年第谷发现的仙后座超新星（又称“第谷新星”，极大星等-4等）；1604年开普勒发现的蛇夫座超新星（称开普勒超新星，极大星等-2.5等）。

中国历史文献中有丰富的超新星爆发记录，已得到确切认证的有公元185年、1006年、1054年、1181年、1572年、1604年和1670年发现的超新星爆发。

河外星系中的超新星于1885年在仙女座星云里首次发现，至20世纪80年代初，已发现500多颗。在银河系内大约每过200年才出现一颗超新星。像新星一样，超新星爆发时也要抛射膨胀的气体外壳，这个外壳的膨胀速度往往达到5000千米／秒左右。

关于超新星爆发机制的假设和理论有许多种，其中较为公认的是大质量恒星晚期演化阶段的核爆炸理论。超新星用符号SN表示。

热而小的白矮星

白矮星是一种低光度、高密度、高温度的恒星。因为它的颜色呈白色、体积比较矮小，故被命名为白矮星。

白矮星属于演化到晚年期的恒星。恒星在演化后期，抛射出大量的物质，经过大量的质量损失后，如果剩下的核的质量小于1.44个太阳质量，这颗恒星便可能演化成为白矮星。对白矮星的形成也有人认为，白矮星的前身可能是行星状星云（是宇宙中由高温气体、少量尘埃等组成的环状或圆盘状的物质，它的中心通常都有一个温度很高的恒星——中心星）的中心星，它的核能源已经基本耗尽，整个星体开始慢慢冷却，直至最后“死亡”。

白矮星具有这样一些特征：①体积小，它的半径接近于行星半径，平均小于103千米。②光度非常小，是正常恒星的1/1000。③质量小于1.44个太阳质量。④密度高达106～107克／厘米3，表面的重力加速度等于地球表面重力加速度的10～104倍。假如人能到达白矮星表面，那么他休想站起来，因为在他上面的引力特别大，以致人的骨骼早已被自己的体重压碎了。⑤白矮星的表面温度很高，平均为103℃。⑥白矮星的磁场高达105～107高斯。

1844年，德国的F.W.贝塞尔根据天狼星移动轨迹的波浪形，推测存在一个看不见的伴星。后来的观测证实，天狼星确是一个双星系统，伴星天狼B比主星暗1万倍，呈白色，质量为1.05倍太阳质量，半径为0.0073倍太阳半径，密度为3.8×106克／厘米3，这是最早发现的白矮星。白矮星的绝对目视星等在8～16等范围内；有效温度介于5500～40000开之间，大多数呈白色，少数呈黄色甚至红色；质量跟太阳差不多，大小跟地球相仿。白矮星可按光谱分为DA（富氢）、DB（富氦）、DC（富碳）、DF（富钙）、DP（磁白矮星）等次型。

目前人们已经观测发现的白矮星有1000多颗。1982年出版的白矮星星表表明，银河系中有488颗白矮星，它们都是离太阳不远的近距天体。根据观测资料统计，大约有3％的恒星是白矮星，但理论分析与推算认为，白矮星应占全部恒星的10％左右。

神奇的“小绿人”——脉冲星

1967年10月，剑桥大学卡文迪许实验室的休伊什教授的研究生——24岁的乔丝琳·贝尔小姐在检测射电望远镜收到的信号时无意之中发现了一些有规律的脉冲信号，这些脉冲信号的周期十分稳定，为1.337秒。起初她以为这是地外智慧生命“小绿人（LGM）”发来的信号，但在接下来不到半年的时间里，又陆陆续续发现了数个这样的脉冲信号。后来人们确认这是一类新的天体，并把它命名为脉冲星。脉冲星与类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子一道，并称为20世纪60年代天文学“四大发现”。

脉冲星全称射电脉冲星，能发射极其规则的射电脉冲，其中几个还有短节奏的可见光激变、X射线和γ射线。

脉冲星被公认是快速自旋的中子星。中子星是一种几乎整体均由中子组成的极端致密的恒星，直径仅20千米，甚至更小些。当超新星激烈爆发后，其内核向内坍缩，即形成为中子星。恒星表面处的中子衰变成质子和电子，这些荷电粒子从恒星表面释放出来，即进入环绕恒星并随恒星自转的强磁场之中。这些粒子被加速到接近光速，便产生称为同步加速辐射的电磁辐射。这种辐射从脉冲星的磁极处以强射束形式被释放出去。磁极并不和自转极吻合一致，因此，脉冲星的自转致使射束旋转摆动。每当脉冲星自转一周，射束便会有规则地扫过地球，这时地面望远镜即可检测出一系列间断的脉冲。

利用专门设计用以记录射电源快速起伏的射电望远镜，科学家们于1967年发现了第一个脉冲星，迄今已探测到300多个脉冲星。这类天体的很大一部分都朝向银河系的银道面集聚。虽然所有已知脉冲星均有此类特征，但它们的周期长短，即两个相继出现的脉冲之间的间隔却有很大不同。迄今已观测到的最慢的脉冲星的周期间隔为4秒，而1982年发现的最快的脉冲星的周期是0.00155秒，即1.55毫秒，比已知的任何一个脉冲星的周期都短了许多。这个毫秒脉冲星每秒自旋642圈，已经接近脉冲星自旋速度的极限。因为一个中子星只要自旋速度为此速度的4倍，就会作为其赤道带离心力造成的结果而飞散崩溃，哪怕引力十分强大，可使其逃逸速度达到光速的一半。精确的射电脉冲星计时表明，它们的自转正在很缓慢地减速，典型速率是每年减慢一百万分之一秒。根据一个脉冲星速度变化，可以计算出它的年龄。

在光学照片上，蟹状星云脉冲星呈现为蟹状星云中心的一个中等亮度（16星等）的星。船帆脉冲星则要暗淡得多，平均为24星等，船帆脉冲星是星空中最强的γ射线源之一。年龄较老的射电脉冲星周期减慢的速率要比年轻的慢，脉冲周期也长。根据研究，已测定出脉冲星在历经约1000万年后随着磁场的明显变弱，脉冲星的脉冲终将停止。在太阳附近空间探测出的脉冲星的数目表明，在银河系中活跃的脉冲星有上百万个。据推论，每10年应有一个这类天体诞生。

脉冲双星及引力波的验证

我们知道，带电物体在做加速运动时，都会发出电磁波（可见光是电磁波的一种）。爱因斯坦则认为，与此类比，任何物质只要它有质量（这也是必然的），当它在作加速运动时，也必然会发出引力波。遗憾的是，虽然爱因斯坦早在1918年就做出了这种科学预言，可因这种引力波实在太小了，即使像整个地球那样大的物体，所能发出的引力波也是微乎其微的，目前任何仪器都没有办法测出来。当然，当物质的质量足够大时，引力波就可以为人们所“见”了。正因为长期以来谁也没能与它打过交道，所以这个问题也使科学家们困惑了足足半个多世纪。

毋庸多言，这又非天文学莫属了。只有天文学，只有浩瀚的宇宙，只有巨大的天体，才能提供检测引力波所需要的巨大的质量和与此关联的广阔空间。经过仔细选择，天文学家一致认为，最好的对象是一种“脉冲双星”。

所谓脉冲双星，也是成双作对的双星中的一种。众所周知，恒星似乎与人一样，喜欢合群，宇宙中真正的“孤家寡人”并不多，估计只有1/3左右，最多不会多于1/2，所以在宇宙中就有许多双星。如果双星中至少有1颗子星是“脉冲星”，那它便可作科学家们的实验样品。

现在知道，脉冲星与白矮星一样，也是恒星演化到晚年后的致密星之一，但它比白矮星的质量更大、半径更小、密度更密、磁场更强、自转更快。可想而知，脉冲星的引力一定也比白矮星更强，在其表面上，逃逸速度竟然大到200000千米／秒，光速的2/3（与此相比，地球上只有11.2千米／秒）！

1974年，美国天文学家泰勒和他的研究生赫尔斯，首次发现了世上第一对脉冲双星PSR1913+16。这是一对极其罕见的脉冲双星，它的两颗子星都是脉冲星，彼此间的距离又相当近，只有200万千米，只相当于月地距离的5倍多一些，在天文学家眼里，这简直是近在咫尺，太近了，而绕转运动本身又正是一种加速运动，所以用它来检测引力波真是再理想不过了。

为此泰勒他们付出了多年的心血，他们使用了直径达305米、世上最大的射电望远镜，进行了整整4年的仔细观测，以后又分析、计算、讨论了很长时间，终于得到了这两颗星的精确轨道，它们的绕转周期为0.322997462日，由于在发出引力波时要消耗能量，所以它们的轨道半径会逐渐变小，实测的变化率为2.422×10-12，这意味着每过一年，它互相绕一圈的时间将要增长0.0000764秒。这个来之不易的数字又与爱因斯坦理论所预言的值恰恰吻合。消息传出，世界一片欢呼，广义相对论又一次得到了证实。

1990年，天文学家又找到了第二个较为理想的“样品”——PSB1534+12。这对脉冲双星也是由脉冲星构成的，2个子星的质量大致相等，均为太阳质量的1.4倍，彼此的绕转周期稍长，为0.42日，许多条件与前者大体相近，无疑又是一个天赐良机，后来也的确得到了同样的结论。现在这类脉冲双星已有了100多对，它们都为引力波的验证提供了有力的“证词”。

星协：恒星间松散的兄弟关系

人们在那些松散的暗星云复合体之中（比如金牛座内的那一个），发现了最靠近的恒星形成区，包含着几百颗在以往几百万年内形成的小质量恒星。这类集群称为T星协，名称源自年轻的金牛T型星。

绝大多数的小质量恒星诞生于聚集着成千上万颗恒星的巨分子云，而不是在T星协内。除了小质量恒星之外，这些巨分子云也孕育明亮的、大质量恒星。虽然这类大质量恒星是比较罕见的，但它们的作用犹如指示恒星近期形成的灯塔，因为它们发出的光芒几乎达到太阳的100万倍。20世纪初，人们为恒星分类创制了符号，据此这些银河系内的大质量居民被称为O型星和B型星。因此，这些大质量恒星的松散集团，与它们的小质量兄弟类似，被称为OB星协。其中一个例子是年轻的OB星和金牛T型星的集群，它们照亮了位于7500光年远处的IC1805星云。

任何人只要在5月或6月凝神眺望晴朗的南方天空，就能看见一弯银河从天蝎座从马座注入恒星富集的半人马座和南十字座，欣赏数百颗亮星撒布其间的壮丽景象。这些肉眼能见的恒星是最邻近的OB星协（称为天蝎／人马OB星协）中最明亮的成员，离我们不足400光年。

在天空的另一端横陈着猎户座，距离我们大约1500光年，许多年轻的大质量恒星是这一天区的主角。此外，猎户座内的巨分子云孕育了数万颗小质量恒星，在自从它们开始形成恒星的约1000万年时间以来。

20世纪40年代，荷兰天文学家阿德里安·布劳乌注意到猎户星云在非同寻常的恒星形成活动中产生了4个各不相同的恒星次群。布劳乌认识到这些年轻恒星已不再在它们的出生地。年轻的恒星群是很密集的，然而较老的恒星群则比较分散了。这只能说明年轻恒星诞生后开始移动并分散。

融入无垠

T星协和OB星协内带有普通原恒星印记的、松散的恒星集群并非永恒的。成员星缓慢地四散移动，这能通过仔细研究它们的运动而察觉。例如，猎户座的亮星参宿四在其1000万年的生涯中，已经从它的出生地移动了150光年。对猎户OB星协的其他成员星的测量表明，其中大多数正在以数千米／秒的典型速度从它们的出生地移开。这说明猎户座里的恒星集群是暂时的。

为什么年轻恒星会离它们的出生地而去？原因在于它们之间相互的引力作用和与它们相关的星云。分子云在孕育恒星之前受到自引力的束缚。因此，从这种星云里形成的年轻恒星也束缚于其中，并承袭了它们小的随机运动。但是正如我们所见，外流和强烈星光的作用瓦解着星云，随着星云逐渐四分五裂，星云作用在年轻恒星上的结合机制越来越弱，终于恒星脱离了固有的位置。在大多数场合，恒星之间的相互引力不足把它们束缚在母星团里，因而它们开始各奔东西。

暗星云是引力黏附剂，使年轻的恒星群结合在一起。当大部分气体消散之后，这种黏附剂便失去了，恒星群膨胀并分化瓦解。最后，年轻的成员星便融入银河内场星的芸芸众生之中。

星团的产生：束缚的纽带

一些恒星形成星团，其中星数众多，以至于即使在星云消散之后，它们的相互引力仍能把它们束缚在一起。最普通的是所谓的疏散星团，它们通常包含从几十颗到几千颗恒星。昴星团便是一例，它是金牛座内约有500颗恒星的集群，在北半球的冬夜能用肉眼看到，年龄约8000万年，它的母星云早已烟消云散。昴星团内恒星周围的云雾状羽片结构和纤维结构来源于这个星团与一个弥漫星云的偶然交会。这类交会是比较罕见的，一旦发生，我们便有机会去研究弥漫的、非形成恒星的气体和尘埃的结构和性质。M11也是疏散星团，是一个有3000多颗在2亿年前诞生的恒星的集群。

银河系内疏散星团的数量和年龄表明它们起源于质量很大的OB星协，而后者形成于异常罕见的恒星形成高峰之中。疏散星团与OB星协相比要少，这说明在太阳邻近正在形成的OB星协中，可能只有少数才会产生疏散星团。天文学家估计在银河系的这一部分，在投影到银道面上3000光年×3000光年的区域内，每1000万年会形成4个受束缚的星团。即使大多数恒星在OB星协里形成，但是大部分并不束缚在星团里。

在母星云消散之后，疏散星团里的恒星仍然受引力束缚，它们的产生要求母星云的大部分质量转化为恒星。这又要求高的恒星形成效率。星云必须有足够高的密度和压力，以便来自小质量恒星的外流和来自大质量恒星的紫外辐射不至于终止恒星的形成。在恒星的形成终止之前，直到星云的初始质量至少有1/2转化为恒星，恒星的形成一定会继续进行。那么，在星云消散后，将有充足的质量留在恒星里，正是这些质量的引力束缚住星团。虽然星团在产生后会有些许膨胀，但是疏散星团在引力束缚之下可以存在千百万年甚至几十亿年。

把恒星气体转换为恒星，要求非同寻常的环境，在大多数分子云或恒星形成复合体内，这种环境并不多见。母星云一定要有非常大的质量和密度，以便在恒星外流或产生大质量恒星的摧毁性作用下保存下来。类似的这种条件只存在于最稠密的星云核内，它只构成了巨分子云体积的一小部分。

质量超过8太阳质量的大质量恒星的产生，会激发HII区的电离辐射，这类区域是炽热的（6000～10000开），它们的组分氢离子以约10千米／秒的速度运动。若对于星云的外逸速度很低，HII区便会膨胀，产生等离子体气泡，它们能摧毁分子云母体的大部分。此外，这些大质量恒星在其产生后的3000万～4000万年里成为超新星而爆发。这样，它们与质量较小的恒星相比，对其周围环境产生远大得多的危害，即使产生一颗这类恒星，便能够摧毁分子云核。在诸如猎户星云的区域，产生几颗大质量恒星便足以阻止恒星的进一步形成。

然而，在有一些情况下，母星云相当稠密，质量很大，足以防范大质量恒星阻止恒星的进一步形成。如果星云拥有那么大的质量，以致引力的逃逸速度大于HⅡ区内离子的典型速度，那么大质量恒星的摧毁性作用能被“抑制”。为了对此做出解释，我们考虑星云核内的一颗有很大的引力逃逸速度的O型星。一颗典型的恒星将以大致可与之比拟的速度移动。当这颗O型星在星云内周游时，它不断地遇到消耗其紫外辐射的新鲜稠密气体。在这种十分稠密的区域，O型星不能过分损害星云；它的影响将局限于其贴邻的致密HII区，后者也随着它周游于星云内。留在这个游荡恒星身后的气体将不再遭受紫外辐射，并将立刻复合。若O型星的影响以这种方式受到限制，尽管存在大质量恒星，恒星也会继续在星云里形成，并终于达到足够高的恒星形成效率，产生了一个受束缚的星团。只有当1颗或多颗O型星作为超新星爆发时，星云才会被摧毁而恒星形成也因此而停止。

星团的一生和死亡

大多数恒星在诞生以后不久，就从它们的出生地四散分离。作为单星或双星加入到银盘中的普通恒星族群之内。同样的命运正在等待着我们现在所见的疏散星团中的大多数恒星。随着星团演化，尽管在引力束缚之下，星团也终于会失去它们的恒星。有若干过程会导致疏散星团的最终瓦解。

（1）星团中质量最大的成员（它们的质量超过太阳的8倍）会成为超新星而爆发。它们的遗迹是膨胀着的气体，从星团中排出。大约4000万年以后，不再留存足以成为超新星而爆发的大质量恒星。平均说来，星团的大多数大质量成员爆发的后果是损耗了它几乎20％的质量。随着星团年龄增长，质量在几倍至8倍太阳质量之间的恒星将演化成为红巨星，也把它们的大部分物质排斥到空间，虽然并不如超新星那么剧烈。即使像太阳这样的恒星，最终也将耗尽氢燃料，并将抛掷自己的外层，暴露出恒星核。这些裸露的恒星核发射的紫外辐射能使恒星的外壳电离，产生行星状星云。哈勃空间望远镜拍摄的像，展示了行星状星云NGG6751。在10亿年左右的时间内，行星状星云引起的质量损耗使疏散星团丧失其另外30％的初始质量。因恒星死亡所致的、持续的质量损失削弱了星团引力场的引力。随着星团质量的日渐下降，被放松了束缚的恒星可能散逸出去。星团除了在其老年时期失去其质量最大的恒星之外，随着束缚恒星的纽带日益削弱，也会失去一些质量最小的成员。

（2）星团内的恒星在群星密集的环境中周游，不时地与其他星团成员密近地交会。这导致恒星之间的能量交换，引起质量较大的恒星向星团中央沉落，而较轻的恒星移向外缘。偶然会发生形成聚星系的情况，三方相遇会把质量最小的成员从星团内抛掷出去。就这样，星团慢慢失去恒星，人们称之为“蒸发”。

（3）与巨分子云和其他星团的随机交会产生潮汐力，使星团外围被放松了束缚的小质量恒星加速脱离。只要这种交会足够频繁，就能使银河系内的大多数疏散星团在10亿年内瓦解。束缚力微弱的星团会更快消散。厚实的银盘逐个地从星团吸纳恒星。是它扩大成员数量的主要机制之一。

综上所述，这些过程可能在银河系的疏散星团产生后的几亿年至几十亿年期间摧毁它们。然而，既然质量远大得多的球状星团中的大多数年龄已达50亿～130亿年，那么它们的存续期远长得多。由于球状星团包含了那么多的恒星，而且那么紧密地束缚着，因此它们的寿命大于疏散星团。有些球状星团反复过分接近地经过很稠密的星云、星团和银河系内层（在银核四周约1万光年之内）的星场，人们认为只有它们才会被摧毁。

当恒星死亡触发恒星产生的时候

深陷于电离星云内部的云块，有时会被周围等离子体的压力压碎。当星光照射云块的时候，云块表层发生电离，产生强大的内向压力，压缩云块。最后，随着内部密度增大，引力会克服星云的压力，导致引力坍缩。与星云核因自身原因坍缩而引起的平静的恒星形成过程不同，附近大质量恒星的照射能驱动暴缩，从而导致恒星迅速产生。这个过程称为受触发恒星形成。

在许多OB星协里，大质量恒星形成和炽热等离子体巨泡的产生，会在贴近星云边缘的内部稠密气体中触发另一轮大质量恒星的形成。稠密的、受冲击的气体向前进入星云，到达电离前端的前方。随着这些气体积聚越来越多的质量，它们变得很不稳定，容易引发引力坍缩。这样，膨胀着的HⅡ区能在它们的壳层里诱发恒星形成。另一方面，汹涌向前的星云能超过原已存在的星云核，并推动它们超越坍缩的阈值。当由前进星云产生的压缩触发周围星云的较大部分质量全面坍缩时，这个过程是能够发生的。也许猎户星云后面现在正在进行的大质量恒星形成正是以这种方式触发的。

当这些第二代大质量恒星终于从它们的诞生地脱颖而出，便将产生它们自己的巨泡。在这个星云里会诱发进一步的恒星形成。就像野火从一棵树烧到另一棵树，受触发的大质量恒星形成会在周围的分子云里传播，这个过程称为扩散的或连续的恒星形成。

由膨胀星云产生的压缩并不是能触发恒星形成的唯一力量。随着OB星协内最大质量的恒星演化并在超新星爆发中死亡，这些冲击也能在其能量传输中急剧地压缩星云。如果过分接近爆发的星云遭受这种冲击，它会土崩瓦解。当爆发恒星的遗存物质遭遇星际物质时，冲出物质的速度逐渐减小。随着被清扫的物质的壳层滞缓下来，对于距离较远的星云的冲击会相当缓和，不至于摧毁星云，而只予以压缩。在适当的条件下，会再次造成引力坍缩，导致新一代恒星形成，而这正是大质量恒星的死亡引发的。

行星撞地球的传说目录

前言

当行星撞击地球

地球在宇宙中艰难穷行

“1989FC”小行星与地球擦肩而过

揭开小行星的真面目

地球与行星碰撞的概率

与地球撞击物的种类

地球的毁灭者是谁

一个不容回避的话题

用科学手段摸清撞击物的“脾气”

有效建立全球性的空间警戒网

将危险天体从地球轨道上赶走

防范地球遭撞击的策略

有关宇宙问题的“猜想”

地球被撞的悲剧屡次上演

地球最危险的入侵者

对地球给予致命一击的“灾星”

“黑色周期”带给地球黑色前景

“风暴中心”离地球有多远

神秘的“磁星”直撞地球

地球面对“黑洞”与“白洞”

行星活动与地震灾难

地震与月亮的潮汐周期

可怕的11年、22年黑子

彗星周期与地震周期

人类尚未攻克的堡垒

面对地震来临时刻

地球喷火吐雾的地质活动

火山的功与过

外星智慧生命的猜想

银河系内智慧生命探索

是讹传还是事实：外星人到过地球

地球人寻找地外生命之路

飞往太空的使者

在太空中寻找第二个地球

寻找地外生命的重要线索

地球上的生命来源猜想

孰真孰假的目击事件

飞碟与“外星人”

关于陨星和流星

当陨星降临

飞来的陨石灾难

掀开陨星的面纱

陨石奇观

陨星陨落伤人的概率

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宇宙瞭望书坊

行星撞地球的传说

李宏　主编

出版社：辽海出版社

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前言

人类是宇宙演化的杰作，宇宙是神秘莫测的存在。当宇宙的精灵与莫测的神秘结合在一起时，便碰撞出无数精彩的篇章。人类对宇宙的解读和探秘跨越了千年，宇宙的面貌也越来越清晰地展现在人类面前。千百年来，人类的“触角”不断伸长，从伴我们昼夜运行的太阳、月亮到布满夜空的繁星，从对于我们来说浩瀚无比的太阳系到巨大的银河系乃至河外星系，甚至试图触及宇宙的边缘。如果把宇宙当做一个生命体的话，她的诞生自大爆炸始，从那一刻起她便开始了不息演变。她体内生活着众多的“物种”，从随处可见的行星到炙热的恒星，从瑰丽的星云到多姿的星系，还有超越光速的类星体和让人望而生畏的黑洞等等，他们一起构成了浩瀚而充满生机的宇宙。人类已不满足于地球上不同人种间的交流，人类对地外的文明充满了渴望，甚至已然接收到了来自外星的神秘信号。人类甚至不满足于现有的宇宙，我们还猜想宇宙之外还有宇宙。让我们通过本丛书详细为你解开宇宙之谜，让你尽览宇宙的神奇。

当行星撞击地球

在浩瀚无垠的茫茫宇宙中，我们无疑都是乘坐地球飞船的旅行者。假设有这么一天，你突然看到有一道明亮的闪光出现在你左方的天空，当长长的闪光看起来是朝向你和地表运动时，能清楚看到一个大得惊人的1千米直径的畸形怪石。它在地球的重力拉拽下往下降落，前方产生猛烈的冲击波。这时，你听到的仅仅是因大气摩擦后，岩石一层层剥落发出的撕裂声响。随着这刺耳的巨响，冲击波接踵而来。

1988年4月15日，一颗直径10米左右的小行星在南太平洋上空撞向地球，在空中爆炸成碎片。这次撞击，被人造卫星记录了下来……

这就是可怕的小行星撞击地球！毫无疑问，此时灾难已经降临，你无可逃避，也根本不可能逃避得了，你刚被冲击波碾碎，接着就被这颗小行星的热量所化解，你周围1000平方千米以上地区内每个生命都死去了。

科学家们通过模拟实验，一致认为小行星一旦撞击地球，后果是不堪设想的：撞击引起的冲击波穿过该行星，沿着地壳上易摧毁的小断层线发生许多地震。撞击起来的尘土和灰烟迅速扩散，并在到达大气上层时使天空失去了光辉。由于盛行风的控制，这些尘埃颗粒几年都将不会落回地面。火花雨所撞击地区周围发生野火，已经呛人的空气又加入了烟雾微粒。有毒气体不仅来自撞击物体，而且还来自撞击激发的火山活动，它们将会渗入大气层。不要很长时间，也就是数天到数周时间，碰撞击倒的森林、田地和城镇的腐烂残余物将会滋生细菌和病虫害，而周围的幸存者则奋力地处理可怕袭击带来的后果。

我们可以做这样的假想：一个像形成美国亚利桑那州陨石坑那么大的物体投向地球表面，物体进入大气层摩擦产生的热量将烧焦数千米的一切。这块岩石将用它的初始速度的75％击中地球，将黑灰高高地抛向大气层并遮蔽阳光数周或数月，整个地球可能都冷清了。酸雨降落下来，野火作为碰撞的后果蔓延开来，撞击形成的陨石坑造成了总的破坏，它毁坏了其下方的小镇或部分城市。这种撞击会在几秒钟内杀死每个人和击倒所有建筑的，人们来不及去思考什么就进入了另一个世界。

我们还可以作一个假设：让一个像1908Tunguska小行星（直径30～60米，约半个足球场大小）那么大的物体投向美国一个典型的农村地区，其爆炸认为相当于4万吨能量，直接死于冲击波的将近7万人，财产损失总额近40亿美元。如在城市地区，估计会有近30万人死于同一方式，财产损失超过2800亿美元。换句话说，像英国首都伦敦大小的城市加上它的郊区将会差不多消失。这时，1945年美国用原子弹袭击日本广岛和它比较起来只是一个较小事件。

不仅如此，地动山摇的灾变对地质和气候也都有难以估量的影响。

地壳受到小行星猛烈冲击后，破坏了地壳构造的均衡性。一般情况下，地壳各点受的力相等，地壳稳定，相安无事。当这种平衡被破坏后，地球必须重新调整——一系列的造山运动和地壳构造运动开始了。

我们的地球是在渐变和灾变的交替变化中演化过来的，渐变是缓慢的变化，是宇宙中任何星体共有的规律，也是地球自身演化的基本规律。但古生物和古地质在短时间发生的巨变现象，用渐变很难解释，如沧海桑田、生物灭绝等翻天覆地的变化，对地理而言，就是“灾变”。

20世纪80年代以来，宇宙天体碰撞学说风行一时，科学家开始相信，在地球历史中所发生的重大事件都与碰撞密切相关，这些事件的爆发造成了地球环境的灾变，从而导致了生物的大规模的绝灭。这种绝灭又为生物的进一步进化铺平了道路，一些生命消失了、衰落了，另一些生命诞生了、进化了。

地球在宇宙中艰难穷行

宇宙有着形态各异的星球，那么，太空中一共有多少颗星体？关于这个问题，目前还没有人能够解答，因为宇宙中的星体可以说是难以计数的，仅我们太阳系所在的银河系中，估计就有1500多亿颗恒星。按人类目前的观测水平，已经看到了几十亿个与我们的银河系相类似的巨大星系，如著名的猎犬座漩涡星系、大小麦哲伦星系，而人类目前还无法观测到的星系，真不知还有多少！

我们所在的太阳系，地球仅是太阳的八大行星之一。在地球的周围，还有许许多多的小行星、彗星在不停地飞转着。这些可以飞到地球公转轨道附近的小行星，被称为近地小行星。已经被人类发现的400多颗近地小行星中，其中直径1000千米以上的就有近100颗。这些小行星，许多是在它们飞近地球，或者做了地球上的不速之客时才被发现的。据推测，在地球周围，尚有90％以上的直径达1000千米以上的近地小行星未被发现。而直径在50米以上的小行星，其数量竟高达100万颗！可见，在近地轨道上运行的小行星，数量是多么巨大！这些数以百万计的小行星，在地球周围空间织成了一张密密的“蛛网”，我们的地球，就在这网中穿行。

对于地球来说，如果与这上百万颗小行星中的任何一颗相撞，都将带来或大或小的灾难。有些小行星是结伴而行的，一旦冲向地球，地球将遭受多重打击。在地球表面，就发现过双小行星冲撞地球后留下的双陨石坑。

由于现代科技的高度发达、航天技术的迅猛发展，人类已经能够向太空发射各种各样的飞行器。迄今为止，人类已经将数千颗人造卫星以及其他各种飞行器、探测器送上了太空。这些飞行器全都在绕地球飞速转动着。一旦人类对它们失去控制，它们就会在接近地球的空间乱窜，随时对地球构成威胁。

1957年10月4日升天的第一颗人造地球卫星，在循规蹈矩地飞行了102天以后，便变成了一颗失去控制的人造“流星”。到1958年1月14日，它便一头栽向当初的出发地地球。幸好它的个头不大，最后终于焚毁在稠密的大气层中。而那些个头庞大的人造卫星，对于地球来说，就是严重的威胁了。1978年1月24日。装有核反应堆的前苏联间谍卫星“宇宙-954号”在轨道上发生故障，坠落在加拿大境内，造成极大的恐慌，引起加拿大和前苏联两国间关系紧张。美国科学卫星“天空实验室1号”于1979年7月11日坠落于澳大利亚以西几百千米处，这个重达70多吨的钢铁大家伙，在坠向地面时碎裂成500多块，最重的一块重达2吨。幸好美国科学家采取紧急措施，使它在空中改变了姿势，并加快了它的自转速度，使它最终避开了繁华地区，落进了太平洋。否则，势必会对地球人类造成危害。

在地球周围，正浮游着大量人类制造的太空垃圾。它们何时落向地球、落在地球的何处，还难以预料。

地球，犹如在枪林弹雨中穿行！

“1989FC”小行星与地球擦肩而过

现代天文观察表明，地球在绕太阳旋转过程中，曾有过多次与宇宙天体擦肩而过的经历。

1968年，澳大利亚教授巴特拉发出的警告曾叫世界大起恐慌。据他说，一颗直径1千米、质量10亿吨，轨道直插水星内侧的小行星伊卡鲁斯将和地球相撞，6月15日，这颗小行星在地球之外600万千米处飞掠而去，距离之近足以使人们在庆幸之余感到后怕。在此之前，小行星阿多尼斯曾以240万千米的危险距离和地球擦肩而过。更有甚者，1937年，一颗名叫赫米斯的小行星和地球狭路相逢时，彼此只隔64万千米。据计算，它和地球的最近距离可达30万千米，这意味着已经闯进了地月之间的空域。

1989年3月下旬，新发现2颗掠地小行星，暂命名为1989FB和1989FC。4月20日就发生了一个惊人的事件。1989FC（一块300米长的巨石）穿过地球轨道，距离地球约为80万千米，稍大于地球到月球间距离的2倍，以70000千米／时（19千米／秒）的速度与地球探肩而过，就像你横过马路时一辆急驶的卡车从你面前不到1米的距离呼啸而过，这足以吓人们一跳，令地球人出一身冷汗。如果地球比正常情况提前6小时（对天体运行而言，这一瞬间就如同你在行走中多走一步）到达该天体和地球轨道的交点，那么它将会经历一次能量超过10亿吨TNT当量的撞击，地球上某个地方就会被撞出一个3～4千米宽的大坑。也许某个国家就会从地球上消失。

这个致命大石块被取名为阿斯克勒庇俄斯（在古希腊神话中，是为民治病、解除民间疾苦的神医。他是太阳神阿波罗的儿子，跟从贤明的马人喀戎学习医术。他的医术十分高明，治好了无数病人，使死去的人越来越少），天文学家给它的暂时编号是1989FC，它将在2012年再次经过地球轨道。不过那时，它将和地球保持一段安全距离。

随着宇宙观测手段的日益完善和宇宙探索的不断深入，地球险些被直径为几十米大小的大圆石撞击的记录在逐渐增多。在1989年的那次事件后，还发生过许多其他类似的事件。其中较引人注目的事件之一出现在1992年。智利天文学家观测到一个小彗星体经过地球附近，据估计，这一宇宙“流浪汉”的直径为100～200米，距离地球仅2万千米。对于行星际空间的距离来说，这不过是毫厘之差，就是这段距离使地球上的某个地方避免了相当于上亿吨梯恩梯当量的“炸弹”的轰炸。

小行星阿斯克勒庇俄斯险些撞击地球；1994年7月苏梅克—利维9号彗星与木星的活生生相撞……这些事件使人们开始意识到宇宙天体的大撞击随时随地威胁着我们，而不是在遥远的未来。

揭开小行星的真面目

行星是在火星和木星轨道之间，围绕太阳旋转的为数众多的小天体。按提丢斯-波得定则，在火星和木星之间，距太阳2.8天文单位处应该有一颗大行星。众多天文学家和天文爱好者，费尽心思去寻找，但毫无结果。然而却获得了意外的收获，相继发现了众多小行星。最大的小行星直径也只有1000千米左右（如小行星Ceres），微型小行星则只有鹅卵石一般大小。直径超过240千米的小行星约有16个。它们都位于地球轨道内侧到土星的轨道外侧的太空中。而绝大多数的小行星都集中在火星与木星轨道之间的小行星带。从这些小行星的特征来看，它们并不像是曾经集结在一起。如果将所有的小行星加在一起组成一个单一的天体，那它的直径不到1500千米，比月球的半径还小。

小行星概况

小行星是太阳系形成后的物质残余。有一种推测认为，它们可能是一颗神秘行星的残骸，这颗行星在远古时代遭遇了一次巨大的宇宙碰撞而被摧毁。1801年，意大利天文学家皮亚齐（1746～1826）发现了一个新行星，命名为谷神星，它距太阳2.77天文单位，但因它的体积和质量太小，不能与大行星为伍，故称其为小行星。以后的几年里，又发现了另外3颗较大的小行星，它们是智神星、婚神星和灶神星。随着19世纪后照相技术在天文学上的广泛应用，使发现的小行星的数目急速增加。从1925年起，新发现的小行星算出轨道后。要经过2次以上的冲日观测，才能赋予永久编号和专用名称。目前有永久编号的小行星已达1万多颗。巡天观测发现亮度大于21.2星等的小行星有50万颗。

小行星中最大的是谷神星，其他小行星的直径和质量都很小。小行星的亮度有周期性变化，这是由于它们表面各部分的反照率不同及它们的自转引起的。小行星典型的自转周期为8～9个小时，小行星的自转轴取向毫无规律，呈随机分布。有的小行星还有自己的卫星。按表面反照率的不同，小行星可分为C类（碳质，反照率较小）和S类（石质，反照率较大）；另外还有少数小行星的金属含量很高，称M类。少数小行星的轨道半长径比火星小或比木星大。小行星靠反射太阳光而发亮，它们的视亮度跟它们同太阳和地球的距离有关，也跟它们的表面反照率有关。最亮的小行星是灶神星，目视星等为6.5等。

大多数小行星是一些形状很不规则、表面粗糙、结构较松的石块，表层有含水矿物。它们的质量很小，按照天文学家的估计，所有小行星加在一起的质量也只有地球质量的4/10000。这些小行星和它们的大行星同伴一起，一面自转，一面自西向东地围绕太阳公转。尽管拥挤，却秩序井然，有时它们巨大的邻居——木星的引力会把一些小行星拉出原先的轨道，迫使它们走上一条新的漫游道路。在近年对小行星的观测中，还发现一个有趣的现象，有些小行星竟然也有自己的卫星。

在1991年以前所获的小行星数据主要是通过基于地面的观测。1991年10月，“伽利略号”探测器经过951号小行星，从而获得了第一张高分辨率的小行星照片。1993年8月，伽利略号又飞经了243号小行星，使其成为第二颗被宇宙飞船访问过的小行星。1997年6月27日，近地小行星探测器与253号小行星擦肩而过。这次机遇使得科学家们第一次能近距离观察这颗小行星。宇宙探测器经过小行星带时发现，小行星带其实非常空旷，小行星与小行星之间分隔得非常遥远。如同陨石一样，由于小行星是从早期太阳系残留下来的物质，科学家对它们的构成非常感兴趣。小行星都富含金属，属于S型小行星。

著名小行星

1．谷神星

谷神星是第1号小行星，也是最早发现的小行星。1801年1月1日由意大利天文学家皮亚齐发现。直径约770千米（直接测量），质量为（11.7±0.6）×1023克，占所有小行星质量总和的1/2，是最大和最重要的小行星。反照率为0.06，属碳质小行星。谷神星的轨道半长径为2.77天文单位，轨道偏心率为0.079，轨道倾角10.6度，公转周期1681天。谷神星的目视星等为7.4等。

2．智神星

智神星是第2号小行星。1802年由德国奥伯斯发现。直径约为490千米（直接测量），质量为（2.6±0.8）×10为克，体积与重量仅次于谷神星，居第二位。智神星是V型小行星（即不属于任何可分类的类型）。智神星的轨道半长径为2.77天文单位，轨道偏心率0.23，轨道倾角34.8度，公转周期1686天，自转周期9～12小时。目视星等为8.0等。

3．婚神星

婚神星是第3号小行星。1804年由德国天文学家哈丁发现。直径约为195千米（直接测量），质量为2×1022克。轨道半长径为2.67天文单位，轨道偏心率0.255，轨道倾角13度，公转周期1594天，自转周期7小时13分，目视星等8.7等。婚神星的反照率较大，达0.2。

4．灶神星

灶神星是第4号小行星。1807年由德国的奥伯斯发现。直径约为390千米（直接测量），质量为（2.14±0.2）×1023克。轨道半长径为2.36天文单位，轨道偏心率0.088，轨道倾角7.1度。公转周期1325天，自转周期5小时20分31秒。灶神星的反照率很高，达0.24。目视星等为6.5等。是最亮的小行星。

5．大力神星

大力神星是第532号小行星。为第一个被发现有卫星的小行星。1976年6月7日，在观测这颗小行星掩恒星时，发现了它的卫星1978(532)，大力神星和它的卫星的直径分别为243千米和45.6千米，相距977千米。

6．伊卡鲁斯

伊卡鲁斯是第1566号小行星。1949年6月26日由美国天文学家巴德发现。直径约1.5千米，轨道半径长为1.08天文单位，轨道偏心率很大，达0.83，轨道倾角为23度。公转周期1.21年。是距离太阳最近的小行星，近日距离只有0.187天文单位，比水星更接近太阳。远日距离约1.98天文单位。每个公转周期中它的表面要经历剧烈的温度变化。

7．中华星

中华星是第1125号小行星。1928年11月22日由中国天文学家张钰哲在美国工作时发现，并根据张钰哲的建议命名为“中华”。中华星的轨道半长径为3.1465天文单位，轨道偏心率0.2025，轨道倾角为3.03度，平均冲日星等18.4等。

小行星的命名

2001年10月6日，在北京师范大学校园，国家天文台副台长王宜宣布：“经过了中国科学院的特别批准，将一颗新发现的小行星命名为‘北师大星’，用于庆祝北师大的百年校庆，以彰显北师大在中国教育科技事业方面的重要贡献。”此前，2001年7月，有一颗小行星被命名为“金庸星”。璀璨的星空中，还有“巴金星”、“陈景润星”、“希望工程星”等小行星在沿着自己的轨道运行，它们早在1999年就得到了命名。

小行星可以由发现者进行命名，最终需得到世界公认。对小行星命名既是为了科研工作的方便，也是鼓励观测者投身于小行星发现领域。天文学家们观测到一个小行星后，不能马上确定它是颗新的星，不知道别人是否发现过，这时就需要给它一个临时编号，这是第一个名字。这同一颗小行星在不同的夜晚被观测到，并报告国际小行星中心之后，确认了它是个新的，它会得到第二个名字——一个国际统一格式的“暂定编号”。当一个小行星在至少4次回归中被观测到，并且它的运行轨道被精确确定后，这个新的小行星就有了第三个名字——国际小行星中心给的永久编号。比如，“北师大星”的永久编号为第8050号，“金庸星”的永久编号为第10930号。一颗小行星的第四个名字，按照惯例，由发现者在发现10年内命名。

早期小行星的命名多选自神话中的人物，后来演变为发现者表达自己意愿的方式。当然，小行星的命名有一定的规范，比如政治家、军事人物或者政治、军事事件必须在逝世或出生100年以后才能命名。所有小行星的命名，必须经过国际天文学联合会由13人组成的小天体提名委员会批准，由国际小行星中心发布通报国际社会。截至2000年，北京天文台施密特小行星组，已经有了275颗小行星的命名权。

地球与行星碰撞的概率

如果有人认为，与撞击物体有关的风险难以确定，那就听一听科学家们在确定小行星碰撞可能性上的努力吧。

因为地球的大部分由水体覆盖，所有碰撞有70％的机会发生在海洋上。正如说过的那样，较大的小行星或彗星将会通过溅起指向空中的圆形水墙并生成蒸汽的方式，造成暂时的局部化的气候变化；假如这一撞击靠近陆地，类似于地震海浪或海啸的海浪将会淹没海滨城市，淹死几百万人。

但是大的近地球小行星碰撞地球的客观机会是多大呢？我们不要悲观地认为“我们是下一个”，因为地球是广阔的宇宙中的一个极小的目标，要出现这样的碰撞，是需要很多复杂的自然因素的相互影响才能促成。

那么，地球遭遇灾难性碰撞的概率到底有多大呢？在这个问题上，各国的学者有着各自不同的见解，莫衷一是。

·大卫·A·罗瑟利在他的《外层行星的卫星》一书中阐述道：“全世界每1000万平方千米面积（相当于欧洲或美国大小）有直径1千米以上的陨石坑形成，平均来说，每25万年有一次；而直径大于10千米的较大陨石坑则是每1000万～2000万年一次。”

·根据NASA埃姆斯研究中心的大卫·莫瑞森和行星科学研究所的克拉克·R·查普曼1990年写的文章的见解，50～100千米范围的陨石坑每1000万年在地球上出现一次（相当罕见的大碰撞）。

·编辑《空间防护调查：ANSA国际近地球物体探测讨论会报告》的科学家们在他们的报告中提到，具有5千米或5千米以上直径的物体的碰撞大约每1000万～3000万年出现一次。

·根据康纳尔大学克里斯托弗·奇巴和NASA埃姆斯研究中心的凯文·扎恩勒的计算，大气层的空气阻力使较大物体受到很大压力。如果该物体破裂，它就要覆盖行进沿线更多的面积而产生额外的空气阻抗。其结果是小行星的破碎，在爆炸中减缓速度。在15千米以上高空，不存在对地球表面及其人口的实际伤害。但如果物体是由较坚固的材料构成，如超50米直径的石质小行星，它在撞向地球时，将具有10个百万吨级核弹的能量。这类爆炸被认为至少每个世纪在地球上空出现一次。

·在由《空间防护调查》的科学家们所做的另一估算中，全球灾难性的撞击间隔为50万年。对通古斯卡型的撞击来说，可能性较小。地球总计的碰撞平均间隔是300年；地球上有人口居住地区的碰撞平均间隔是3000年；城市地区的平均间隔是10万年；而美国城市地区的平均间隔仅为100万年。

他们还列出另一张表来阐明他们对一年一度的撞击死亡风险的预测。对全球灾难性的撞击来说，地球总计的撞击之间的平均是50万年，即一年的撞击概率为1/50万。个体死亡概率按1/4来算，那么单个人一年的死亡概率则为1/200万。

对于通古斯卡型的撞击来说，该比率有变化。整个地球的撞击之间的平均间隔是300米，假定被破坏地面面积为5000平方千米左右（地球表面积的1/100130左右），单个人死亡的年度概率仅为1/3000万。虽然这种算法看起来落后，但它是真的；统计数字表明，几千米直径的较大撞击者比较小的通古斯卡型撞击者的年度风险大约大15倍。

世界科学界有一个趋势，倾向于以撞击物体的规模为基础进行可能性讨论。大多数叙述趋向估计是，直径大于1千米的较大行星每100万年碰撞1次或2次，直径约90～1000米较小行星平均每300年撞击一次地球。常被用作引证的是南太平洋1978年的一次爆炸，一度曾以为它是核试验，但现在认为它是冲撞水体的小行星，自然是以前说到的通古斯卡型撞击。另一个共同的想法是，地球被大得能摧毁世界性农作物的彗星冲撞的全部机会约为1/10000，类似于外科手术时死于麻醉或任何6个月时距中死亡于汽车事故的概率。

在每次这样的情形中，主要肇事者是近地球小行星。但是，还有另一个问题，它是最近才显露出来的，尤其是就苏梅克—利维9彗星撞击木星而言：假如一双连小行星（或破坏彗星）在撞向地球的路途中被拦截会怎样呢？

当然，我们已探测到小行星的大多数看来是单个的，但似乎有点奇怪的是，我们选择调查的其他小行星有一颗小月亮。在大多数情况下，小行星的自然结构主要是由高速碰撞的结果决定的。不过有些科学家相信，一些靠近地球旋转的破碎小行星也许已降为“飞行中的碎石堆”，较大的一些或许是单个小块并且模样几乎依然是老样子。

如果小行星接触双体将碰撞地球，会发生什么情形呢？拿近地球小行星4179Toutatis作例子，它的直径为3千米，可以解释为是接触双体小行星，有1.3千米和2.7千米附加叶瓣。即使该双连小行星在它接近地球时以某种方式分离，撞向两个方向，其影响也会是双倍破坏性的。不管情形如何，两者一起撞向陆地或海洋，或一颗冲撞海洋而另一颗冲撞陆地，最后的大灾难对我们世界都将产生破坏性的影响。

与地球撞击物的种类

1992年美国航空航天局主办的一个讨论会研究了危险性与撞击物体大小的关系，其成果为《太空监护调查：NASA国际近地球物体探测讨论会报告》，由会议主席大卫·莫瑞林编辑。根据该报告，投射造成的灾害可按撞击物的大小或功能划分成3大类。

第一类：直径10～100米的撞击物

该类中的撞击物体通常在到达地面前就已破裂，直径介于10～100米。物体爆炸产生了相当于5～10吨TNT的功能（基于20千米／秒进入大气层的速度），这类大小的撞击物体的功能全部消耗在大气层中。

这一尺寸范围中较小的物体似乎每10年要碰撞一次地球。10米大小撞击者很少能穿过大气层产生陨石坑，只有铁或铁石类的物体能坚持下来，它们类似于陨石中知名的那一种。不过，这样的情形出现很少。事实上，石质物体也幸存不下来，它们破碎后减低速度，致使岩块慢至自由落体速度，而动能转换为大气冲击波。其中一些冲击波能量会转变为机械波；另一部分则变为通常被认为是火球的突发光和热。它引发的爆炸往往出现在大气层的相当高度。在地面或海洋中则很少或没有这种情况。因而，当它经过观察者时，通常看到发出破裂声的火球和听到冲击波产生的震动。

当物体大小接近100米标准时，影响会变得更糟糕。这样的碰撞在地球上每千年发生几次，均相当于1亿吨TNT。这种实际投射有较大的机会到达地面，或者由于它体积较大而能到达大气层的较低处消散。

由于爆炸位置较低，转换为冲击波的能量也相应的大一些。如果冲击波的压力和冲击辐射能（大多数以过量热的形式）相合，后果将是极度破坏性的。这样一种临界状态的最好例子1908年曾出现在通古斯卡大爆炸事件之中，那次释放出了巨大的能量，破坏了西伯利亚超过2000平方千米的旷野地区。

这一种类中较大小行星的撞击对地球意味着什么呢？其结果将会是局部影响，不过对撞击位置周围地区依然是破坏性的。风暴性大火将会盛行，它们由小行星及其撞击燃烧火星点燃。虽然氧化氮和尘埃不会影响到全球，但可以经过大气穿越到很远的地方。与火山喷发一样，这些气体和尘埃可以几个月使日落带色。如果该物体穿过大气撞击地面，那么所在地区的自然变化是明显的——地面上的洞穴和地面下挤压埋没的一切。假如它出现在小镇或城市上空，半径20千米范围内的建筑物将被击倒，而油气管线将由于撞击产生的热量而着火。成千上万的人因挤压撞击或冲击波或喷出物而丧身——自然轰击将物质猛掷向撞击位置周围的每一个人。假如同样的撞击发生在海洋，热天体碰击水体产生的蒸汽将会滚滚向上，由于大气中潮气大量增加，将会引起短期气候的改变。

第二类：直径100～1000米的撞击物

在外观上，第二类撞击物的直径从100米到1000米，它平均约每5000年与地球碰撞一回。对地球上的我们来说，其最好的情况说明就是水、冰和挥发物的彗星。科学家们相信，这样的天体在它实际撞击地面前将会在地球厚密的大气层中破裂和分解。这种彗星的影响将会造成最大的定位破坏。它主要来自分解物体穿过大气层时的大气冲击爆炸。这类撞击彗星将会造成与通古斯卡大爆炸事件相近的破坏。

不过，假如小行星将同样大小的物体投向地球，也许会引起我们更多的顾虑：金属小行星或许会到达地面并产生一个小撞击陨石坑，而石质小行星则必须有大约150米以上规模才能造成同样的陨石坑。

在该尺度较小尾端（近100米大小），撞击将会引起局部的破坏，与第一类高数值一端小行星的影响相类似，撞击物的能量将会在陨石坑形成期间被地面吸收。

对于较大撞击者（接近于1000米）的碰撞，尤其是撞击陆地，掘起物质的溅泼将覆盖直径约为10千米的地区。就像猛力掷一块岩石进泥土，喷出物得在一个特定方向溅泼（取决于撞击角度）并覆盖了一切，溢向四处。破坏也可由撞击造成的陨石深坑产生。该物体会有约2千米的直径，它将会破坏掉撞击下方以前存在的所有事物。而且，这一破坏将不限于爆炸投影点。撞击物的大气层爆炸将破坏到几百千米范围内的建筑物、森林和大部分自然环境。估计认为，这样的撞击将会包括整个州或整个国家。如果这一袭击出现在人口密集地区，死亡人数将达数千万。

如果较大的小行星撞向海洋，这个未受损的物体会造成严重破坏。巨大的物体将产生出水墙，把蒸汽和海水高高地抛向天空。其结果会造成天气方面的局部变化（特别是降雨），它将影响世界上其他的系统运转。这一撞击波非常强大，将会掀起类似于地震活动引发地震海啸那样的巨大海浪。就像卵石掉进池塘，波纹会以同心圆方式向外移动，它可能淹没附近的海岸线。波浪就这样造成强烈的滨岸侵蚀。但更大的破坏将是消灭整个的海滨城市和城镇，杀死人烟稠密的海岸线一带的成千上万人口。

科学家们相信，第二类高数值一端小行星的总体影响会相似于核式爆炸，规模近于多年来核武器试验中百万吨级中较小的档次。不过，这种近1000米大小物体撞击的实际影响纯属推测，我们没有真实的办法来确定它的实际影响。科学家们只能猜想，其根据是近年中已落在地球上的撞击造成的局部化影响。

第三类：直径1000～5000米的撞击物

一个最可怕的情况得出自第三类撞击。这些撞击物直径范围从1000米到5000米，以数十千／秒速度行进。它们在太阳系的早期曾比较活跃，从月球、水星、金星以及我们地球上许多较大的撞击陨石坑就可看到，但这并不意味着它们已不再存在。这样大块的岩石撞击地球形成陨石坑的比率是低的，就陆地而言，它们约每30万年出现一次。

地球怎样同这类撞击抗争呢？一般来说，由第三类撞击物产生的陨石坑约是投射体大小的10～15倍。例如，一个10～15千米的陨石坑会有1千米大的小行星造成，一个50～75千米大的陨石坑会由5千米大的小行星造成。虽然它们看起来是个小数字，但实际上并不是。一个15千米大小的陨石坑将会消灭可以比得上从洛杉矶国际机场与加州佛罗伦斯之间直径圆圈内的一切，撞击中规模最大的那类陨石坑会比得上以美国马里兰州巴尔的摩与华盛顿哥伦比亚特区之间距离为直径的圆圈那么大。这些撞击会造成地方影响，而实际的伤害将会遍及全世界。

虽然不知道确切的大小，但1000米或1000米以上的撞击物体将会把地球推向全球性灾难的境地。如果这种撞击出现在陆地或海洋上，其结果将会是地球综合平衡体系的打破。形成陨石坑的撞击将会使尘埃遍及全球，足以使世界气候产生短期的重大变化，加上撞击地区的破坏性的爆炸影响。

那么，大的小行星撞向地球时会发生什么情况呢？就第三类小行星中较小的而言，破坏将会是无限巨大的。至于该类系列中较大的撞击物一旦撞向地球，人类文明自身即便不是全部被消灭，也将会受到威胁。幸运的是，正像我们迄今所了解的，一个约5000米直径的较大小行星同地球的碰撞的机会是天文意义上的。

但是，几千米直径小行星碰撞的可能性却增加了。简单来说，这种撞击物会伴随有大规模的爆炸，足以击碎并部分化解地面上撞击者下方的投射物和场所。大约半个小时后，来自撞击物体的高速投射物将会产生足够的热量烧毁它周围所有有生命的东西，并形成吞没周围一切的风暴性大火（引发自灼热和降落的燃烧碎块），接着会迅速地蔓延至整个大陆。由于撞击物火球中的硝酸进入大气并覆盖部分地表，许多湖泊、河流、工地和一些海洋表面将变得发酸。

主要问题将起源于进入大气上层（平流层）的尘埃和岩屑。这种尘埃会被盛行风带到全世界，它散布开来，遮蔽了很大一部分阳光。日落和日升将出现令人惊异的灼热，而尘埃的移动白天像一个屏幕。缺少阳光会引起气温下降摄氏数十度（根据许多气候学家对全球变暖的研究，全世界温度下降几度能够引起戏剧性的气候和自然变化，会导致组成极地冰盖的冰的增加）。这会缩短生长季节，甚至会缺失一个或一个以上的生长季节，造成世界性的大规模作物减少。

这一切灾难不会很快就结束。几个月以后，影响会转换，水气和二氧化碳将增加，将温室效应推到人人知道的全球变暖的关口。这时气温升高，也许增高10℃。当地面加温使对流层（大气层最低一层，是我们住居地所在）的温度增高时，温室效应明显了。这又进入了可怕的循环，当海洋被提温时，它会释放二氧化碳，从而增大了全球的温室加温作用。这样的地球循环使生物圈使用过度变得压抑，减少了所有生物体幸存下来的机会。

在惨剧的中间，人类将会被推到尝试活下去的限度。撞击后寒冷的天气将冻死农作物，相应结果是缺乏食物，包括因缺少饲料而失去牲畜和野生动物（它们在许多情况下成了食物的竞争者）。这样一来，很少的粮食就将引起全世界的饥荒。同时发生的将是疾病的传播，它不仅来自饥荒，还来自死于撞击的有机体的腐烂。燃料将受到重视并处于高度的需求之中，当消费了更多的燃料时，这些资源将会在极限程度被征税，不仅有实际的税收，而且可能还有留下来的政治结构的征税，它要求我们为难以找到和运输燃料资源付税。白天时间不间断的昏暗也会促使这一状况的加剧，温暖阳光的缺少磨灭了重建的希望。

几个月以后，温室气体增加了，它形成的较温暖的气候只是用来加剧已经破坏的情景。变暖将持续数十年，刚好造成了相反的影响，冰盖将会融化，淹没海滨城镇和城市，人口将搬到内陆。这些热量增加了大气的负担，在许多地区造成干旱或雨水成灾。全世界水汽将会增加，许多剩余的土地转变为热带似的丛林。另外的大气水也增加了世界周围暴风雨的强度，风和猛冲的降雨引发广泛的洪水泛滥和破坏。人类和野生动物又将被迫逃生，为最好的土地争斗，寻找那些有足够食物、隐蔽处和水的地方。伴随对缩小着的供给物质的争夺，生物体总数将猛烈下降。

即使是较小的撞击者，造成的影响也不会几个世纪都不消除，或者说，它甚至能改变地球未来的地质活动进程，就像白垩纪——第三纪边界情况那样。在上述情况中，撞击改变了行星演化的进程，而让哺乳动物作为生物体的主宰控制地球。如果今天出现这样大的撞击，根除的大多数也许是哺乳动物，有谁知道什么物种将会逃脱这样的大灾变重新主宰地球呢？

地球的毁灭者是谁

对于小行星撞击地球并给地球造成毁灭性灾难的话题，关键的不是会不会的问题，而是在什么时候的问题。200多个巨大的环形陨石坑和数十亿年的地质痕迹都提供了大量充分的证据，表明小行星或彗星的爆炸性撞击，一次又一次地给我们的地球造成了巨大灾难，毁灭了地球上的大批物种，甚至给地球上的生物的生存构成威胁。天文学家也都明白，还有更大的威胁物仍在太空中穿梭飞行，它们当中的有一些最终注定会和地球发生撞击。

尽管这一切似乎很可怕，但灾难也不是不可避免。地球上经历了近40亿年的生命进化，有一个物种已经足可以阻止下一次灾难性撞击的发生。这一物种就是我们人类。

那为什么还要担忧呢？毕竟，历史上的灾难还是给我们带来了一些阴影。6500万年前最臭名昭著的那一次撞击，造成了恐龙的灭绝。以地质学的标准来说，算是“当代”的一次撞击，发生在49000年以前，一块铁陨石炸开了美国亚利桑那州一个8平方千米的大型陨石坑，造成周围数百平方千米范围内的一切生物的灭绝。1908年，一块流星陨石在西伯利亚的通古斯卡地区8千米高的上空爆炸，击倒树林，引发火灾，使2500平方千米范围内的野生动物无一幸免，惨遭灭绝。如果这样的一次爆炸发生在纽约或伦敦上空，那至少会造成数十万计的人死亡。

小行星掠过地球，有没有幸免于难的呢？1996年，一颗直径大约为500米的小行星从距离地球45万千米的空中飞过，以天文学的标准来说，那已经是极短的距离了。这颗小行星是人类观测到的、如此近距离飞过地球的最大的小行星。如果它撞击地球的话，它会造成相当于50亿～120亿吨梯恩梯的爆炸力。特别令人丧气的是，人们在小行星飞越地球的4天前才发现它！因此，人们特别有理由期望一套探测系统，能够及早发现小行星，确定它们的飞行路径，提前很多年就能预测它们究竟会不会给地球带来真正的威胁。

令人振奋的是，这样的系统虽然起步较晚，但发展却很快。美国有4个小组的天文学家通过潜心研究，利用一些现成的设备制造了专门的望远镜，观测太空，不断发现“近地物体”。近地物体是指那些阶段性地飞过地球或接近地球轨道的小行星或偶尔出现的彗星。如果某一近地物体飞过地球时斜穿过地球轨道，而地球在沿自己的轨道运转时又恰好在这个时候经过这里，那就有可能是某个大都市或某个地区，甚至整个地球文明的灾难，就看来犯者的个头大小了。

1997年，由美国空军和麻省理工学院林肯实验室专家组成的一个联合小组加入了搜寻近地小行星的行列，他们还得到了美国五角大楼的慷慨资助。利用美国空军设在新墨西哥州的卫星探测望远镜和装备了麻省理工学院设计的先进的电荷双耦器件的照相机，这项完全自动化、电脑化的行动很快就发现了更多的、大大小小的行星和彗星，甚至比其他几个小组发现的总数还要多。后来，美国空军还部署了第二台行星探测望远镜，发射了一系列的微型卫星，对近地小行星进行更好的探测。

如果真的发现了有小行星或彗星正朝地球撞过来怎么办？尽可能早地发现——当然能在多年以前就发现是最好不过的，我们就可以发送一个探测性的宇宙飞船，去探明来犯者的性质。洛斯阿拉莫斯和劳伦斯利弗莫尔这两个美国国家实验室的科学家已经勾画出了一系列巧妙对付来犯者以保卫地球的方法。依据小行星或彗星的大小、组成成分，科学家们利用特殊的核爆炸法将小的小行星或彗星摧毁，使大的转向偏离地球。只要有足够的时间，并在适当的环境下，一些不那么激烈的措施也完全是可行的。有的方案只需要常规的爆炸法，有的则需要火箭发动机或太阳帆去改变小行星或彗星的运行轨道，让它安全地飞过地球。

据估计，直径在1千米左右的近地小行星有500—1000颗，但直到2000年初，人们探测发现的仅为估计量的1/2左右。这种大小的小行星足可以给全球带来毁灭性的灾难，而某一个我们还没有发现的小行星甚至可能正朝着地球撞过来。周期长的彗星往往较一般的小行星来得大，撞击速度是小行星的2倍多，因此对地球而言具有更大的威胁。而且，这样的“不善来者”通常只有飞行到木星轨道附近甚至更近的时候才能被发现，而这时候离它飞过地球轨道也只有几个月了，最多也不超过18个月，留给我们采取防卫性措施的时间也就不是很多。何况，对那些虽然个头更小但数量却更多的近地物体，我们知道的还仅仅是极少的一部分。这些小行星当中同样会有都市的潜在杀手、海啸地震的制造者。

为了防止这种可怕的灾难性场面的出现，我们实在有太多的理由去探明、跟踪每一颗近地物体。1993年，国际天文界发出警报：苏梅克—利维9号彗星，在经过木星时被木星强大的引力拉成了21个碎片，这些碎片大的直径有3千米，小的也有500米左右。它们像一排大雁列队前行，预计在绕太阳一圈后再次靠近木星时，将一个接着一个地撞向木星，碰撞的时间大约在1994年7月15～22日。后来果然发生了举世震惊的彗木碰撞。这无疑是一件大事。其重要性还在于彗星既然可以撞到木星上，也就有可能撞到地球上。何况能够靠近地球的，除了彗星，还有众多的近地小行星。

1997年1月20日，中国科学院北京天文台施密特CCD小行星项目组使用北京天文台60/90厘米施密特望远镜发现了一颗潜在危险小行星，这是我国发现的第一颗近地小行星。其轨道与地球轨道的最近距离是0.0001天文单位（约15000千米），是当时的96颗潜在危险小行星中第三颗这么近的。尽管如此，它在今后相当长的时间内（至少在我们的有生之年）不会对地球构成真正的威胁。发现后引起国际小行星观测者的极大关注，不仅成为当年被观测次数最多的小行星，也是有史以来被观测最多的暂定编号（1997－BR）小行星之一。捷克天文学家对它的测光观测得到其自转周期为33小时。

1997年12月6日，美国亚利桑那大学空间观测组的天文学家金·斯科梯在观测中发现了一颗前人未知的小行星。随后，根据日本的天文爱好者和其他学者提供的1998年3月的最新观察数据进行了计算之后，哈佛中心宣布：这颗直径为1.609千米，最新被命名为1997XF11的小行星，正在以7.24万千米／时的速度朝着地球方向飞来。它将在2028年，在离地球仅48290千米处掠过。以上消息公布之后，在全世界引起一阵轰动。

据美国洛斯·阿拉莫斯研究所天文学家的计算，如果这颗小行星与地球正面相撞，其能量将高达3000万兆梯恩梯，相当于在地球上空投掷了2000万枚类似广岛级的原子弹。如果小行星与地球的海洋部分相撞，将产生数百米的海啸。这将淹没全世界所有的海边城市。如果它与地球的陆地部分相撞，将产生一个直径为48千米的陨石坑。大量土石被抛上天空，使得在地球上有数周乃至数月不见天日。

以上消息在全世界引起了一阵研究小行星的狂热。美国国家航天航空局的喷气推进实验室的天文学家仔细重新查阅1990年的相片底片，终于找到了XF11的踪迹。按照它在8年前的位置和今天的数据，最后得出的结果，即XF11在2028年与地球的最近距离是96.54万千米。因此，小行星XF11与地球相撞的可能性等于“零”。

2126年8月14日的预测

“2126年8月14日，世界末日？”

这是马萨诸塞州剑桥哈佛—史密斯天体物理学中心天文学家和国际天文学联合会的天文电报中心处主任布莱恩·马斯登1993年一篇文章中的开头，他提出了斯韦夫特—塔托勒（Swift-Tuttle）彗星有一天将会与地球相撞的可能性。这一预断后来收回了，但这个故事具有代表性，它说明，确定远在太阳系外空的小物体的长期运动位置是一件令人害怕的问题。科学家们在面对这类问题时出现疑虑。

Swift-Tuttle彗星是近地球天体，也是其中最大的一个，直径约10千米，它的轨道相交叉于地球轨道。马斯登1973年认为，1862年看到的彗星可能与耶稣会传教士伊格拉提斯·科格勒报告的相同，后者1937年在中国北京观察到这个物体。马斯登预言这一巧合的物体是基于这样的想法，即该彗星的喷发物在其绕太阳运行的途中一旦激活起来，就能使彗星轻微地改变其轨道。果真如此，马斯登推测，这颗彗星1992年底到达，将它的运动周期预定130年。

这颗丢失的彗星是日本业余天文学家Tsundaiko Kiuchi 1992年9月26日在Big Dipper是座中找到的，马斯登是正确的，只不过这颗彗星最接近太阳的时日差了17天，它离地球最近处是在17700万千米上空。在新近观察的基础上，马斯登对这颗彗星进行了另外的计算，他注意到下一个近日点（距太阳的最近点）将是在2126年8月14日。不过，假定这颗彗星下次闯入太阳系内部时仅离这一标准15天，马斯登测定，这颗彗星和地球将在十分相同的时间交叉它们的运行轨道。不必说，这一结果将导致全球性的灾难。

马斯登继续修正这颗彗星的轨道，它寻找到越来越多的记录它的参考资料，这些记录差不多倒回了2000年（包括公元188年的一件，也许是公元前69年的一件）。他最终发现，Swift-Tuttle彗星轨道有些稳定，当下一次进入太阳系内层时，它将在距地球约24135000千米的地方安全经过。马斯登的轨道计算还确认Swift-Tuttle彗星3044年会在离地球几百万千米的地方运行，我们仅能够希望到那时人类将旁观其他世界处在这样的撞击事件中，或已发展出了能消除这类问题的有效手段。

一个不容回避的话题

设想未来某一瞬间，一个巨大物体正在朝向地球飞驰而来，并将与地球相撞，人们怎么办？人们能够采取什么措施？

地球史一开始就是一部宇宙撞击史。太阳系的形成过程对地球有极大影响——它的形成、月亮的产生以及生命的进化。更重要的是，人们终于清醒地认识到白垩纪末叶的那次碰撞彻底改变了地球上的生命。也许历史的悲剧将会重演，在未来的某个时刻，地球将会再度遭遇到一次毁灭性的撞击。

但我们人类并没有生活在大碰撞前后数千年或数百万年的时间框架内。尽管从统计角度，我们知道未来确实存在着发生碰撞的机会，但它毕竟微乎其微。当然，我们这样说并不是要人们对地球遭撞击放松警惕，相反，在地球和人类不能面临的所有灾难中，天体撞击的后果将是彻底的毁灭性的。

人类社会正面临着许多其他更紧迫的重大威胁：人口过多，全球变热，臭氧耗竭，森林被毁，营养不良，疾病污染，核扩散，种族冲突，民族纠纷，等等。离得远远的、宇宙大碰撞所产生的全球性破坏的作用好像是在提醒我们：在人类居住的这颗行星上存在着更为紧迫的直接威胁。人们会认识到，契克苏勒伯撞击把大量二氧化碳释入大气层，引起了全球性升温，这与现代工业社会排放二氧化碳而造成的气候变迁是基本类似的；在K-T界层可看到的，因撞击而生成的羽状气体与尘埃，导致臭氧层的剥离，也使人马上联想到目前冬季南极地区上空臭氧空洞的扩大。还有，K-T碰撞把尘埃驱入大气层而造成的全球严冬模型，也不禁使人想起核战争所引起的各种“核冬”模型。总之，即使不存在巨大的陨石冲击可能，上述这些环境灾难与威胁也是彰明昭著地实际存在的。

由于外来天体袭击而死的风险对我们每个人来说，从统计学角度看都存在着。但对一个财力有限的世界而言，究竟拿得出多少开销来识别与防备一个潜在的撞击物？许多天文学家建议，投入的财力应与风险大小相对应。对任何个人来说，死于癌症的机会远远大于因陨石坠落而致死，所以更多的钱应当用来研究和征服癌症，而不是用于对陨石的防卫。民航机失事的致死概率大体上同陨石撞击差不多，所以这两方面的投入应该基本相等。

为了慎重起见，天文学家应继续普查天空，搜查出潜在的袭击者。如果对一个来自天外的威胁非要采取一项防卫措施的话，访问近地小行星，提供各项数据，弄清它们的运行轨道将对我们有所帮助。此项举措还能为我们带来意外的“红利”，因为有关太阳系的一些基本问题有可能以不太高昂的代价，通过访问这种迄今所知甚少的天体而得到澄清。

但是，长周期彗星的问题就很不一样了。由于其特殊性人类不可能在其撞击地球之前的有限时间内发现它们，而任何能使彗星变为无害的系统都是十分先进的，要发展这种技术决不止仅仅几年时间。也就是说，有很大可能在急需这种技术时它还不成熟。如今，各国政府有着不断出现的种种紧迫问题亟待处理，怎么有可能拿出一笔基金来对付这种事先难以正确预报的威胁？难道我们现在就得研制一种对付威胁的防卫系统而去耗用一些为数可观的核弹头？

假如从这个方面来考虑和衡量的话，绝大多数天文学家认为不必要。从某种程度上说，人类社会一直就是生活在风险之中的。我们每天驾驶私人轿车，在街上行走，甚至吃一个干酪汉堡包，都有风险。据说在美国加利福尼亚州有许多居民都感觉自己生活在不祥的地震预兆中，但只有极少数的人想迁出去。话虽如此，人们仍然感到苦恼，因为迄今为止，对付一个潜在的长周期彗星的唯一办法是把居民撤出可能的撞击地区。当然，如果撞击物大得足以引起全球性灾难，那是救不了任何人的。

如果撞击不可避免，情况又怎样呢？乐观一点地想，它会不会带来点好处？当新的一轮计算表明斯威夫特—塔特尔彗星不会与地球发生碰撞，而不是像1992年所预报的那样，它将在2126年带来世界末日时，天文学家凯思·诺尔深感失望。他不断提问题：“要求齐心协力对付天外重大威胁也许能使民族矛盾、种族纠纷与各种政治问题松一口气，也许我们会暂停一下相互之间的殊死斗争，而一起合作以拯救地球——我们大家的共同避难所。”

一切为了地球的安全

小行星或彗星撞击地球的地点与地域无关，因此，任何国家、任何地区都面临着同样的撞击概率，都存在同样的危险。尤其是当直径达1～2千米以上的小行星或彗星撞击地球时，所产生的“星击之冬”全球效应将危及地球上的每一个地区，所以，如何预防“天外来客”的突然来访，就成了全人类共同面临的问题，小行星撞击地球问题早已成为国际的热点话题。

全球的科学家们都早已行动起来了，自1991年以来，科学家们已举行了8次国际性的会议，研究如何防范宇宙天体的来犯以及如何减少其危害性。

1993年1月初，来自世界各地的科学家们在美国图森市召开了“彗星、小行星撞击地球危险性国际学术讨论会”。会上，美国航空航天局国际近地小天体探测小组提出“空间警戒搜索网”的建议，建议在全球范围内建造6架2～3米口径反光望远镜，并配以CCD探测器，专门用于近地小天体的发现和跟踪。

1993年4月28日至5月4日，在意大利埃里斯又召开了一次十分重要的国际学术讨论会，参加会议的有美、俄、中、英、法、日、印等十多个国家的60位天文、物理、空间科学、全球气候和环境等领域的专家学者以及国家政策的制订者，与会者讨论并通过了关于小行星或彗星碰撞地球问题的埃里斯宣言，其要点是：

（1）近地小天体的碰撞对地球环境和生命的演变起了非常重要的作用。

（2）如果不采取有力措施，从长远看，近地小天体的碰撞有可能结束人类的文明史；从近期看，它们的威胁并不亚于其他的自然灾害（如地震、洪水及其他气象灾害）。

（3）较小质量的近地小天体在国际紧张地区上空的爆炸，有可能被误认为核攻击而导致错误的反应。

（4）无论对科学界还是整个人类社会来说，加强对近地小天体及其对地球的碰撞效应的研究是有重要意义的，这种努力应在国际协同下进行，应发展类似已提出的空间警戒网的专门国际天文系统。现在全球核战争危险性已经减少，过去冷战时期军事防御系统的地面和空间的观测技术可充分利用于对近地小天体的搜索研究。

由此可见，人类科学家们已经开始极为认真地对待天体碰撞问题了。

用科学手段摸清撞击物的“脾气”

地球遭遇外来天体撞击，最关注的人群莫过于科学家们了。科学家经过研究和探考，认为防范空间袭击者，最重要的因素是要有足够的认识。正所谓：“知己知彼，百战不殆。”科学家们需要测定潜在撞击物体的位置并最终掌握它们在地球附近的行动。除了以地球为基地的普查外，许多科学家更看好前往近地物体（简称NEO）的远征计划。在人们打算使其中之一偏离其轨道以前，必须更好地了解它们。另外，这样做也有助于进一步了解太阳系。

更有一些科学家建议对小行星作友好访问。他们认为，早在人们判明一个空间杀手以前，人们即应学会利用小行星的资源与保护作用。例如，空间旅行者应能开采出遥远小行星上的金属矿物与水，并利用小行星为太空飞船与空间移民点提供防护，以避开太阳辐射与宇宙射线。

另外，宇宙飞船与NEO的会合行动将搜集到有关质量、密度、内部结构等重要信息，这一切对准确地偏转一个向地球疾驰而来的物体是非常必要的。采访得来的信息同样有助于科学家们制订一项快速而有效的防范措施，以对付一个事先未经勘查的袭击者。在完成采访任务时，人们也可以做一些拦截、分解以及在小行星上着陆等试验。

许多科学家都一致认为，比较理想的情况是，科学家们能够在一定的时限内并时识别出一个空间杀手，并有时间对它安排一次出征。在彻底掌握该物体的成分与密度之后，他们能判明其威胁的严重程度。比如说，它是否会在大气层中爆炸，还是要撞击地面。如果需要采取防卫措施，在决定最有效的反击方案时能够用上这些信息。

当然，科学家所建议的这些措施也早已付诸实施，早在1996年2月人类就发射宇宙飞船计划与小行星首次会合。目标是433厄洛斯星，它是近地小行星中的第二号大人物。它在1999年1月到达预定位置时，宇宙飞船用了大约1年时间，环绕着这个形状不规则的天体（36千米×15千米×13千米）作50千米以内的观察。宇航员们进行了一系列实验来测定它的成分、内部构造以及地质史。尽管它算不上一个未来的主要威胁，可是433厄洛斯星在1975年曾经“冒犯”过我们。其时，它与地球的距离不足2200万千米。

有效建立全球性的空间警戒网

今天的地球，还是一颗尚未设防的星球。对此，全球的科学家们已经有了清醒的认识。如果要最大限度地保护人类的居住环境，人们首先应该做什么？

正像我们在前面内容中提到的，1993年初，科学家们在美国图森市召开的“彗星”、小行星撞击地球危险性国际学术讨论会上，美国航空航天局国际近地小天体探测小组提出“建立空间警戒搜索网”的建议，人类的当务之急是：首先建立全球性的空间警戒网，以便及早发现一切可能与地球相撞、引起地球灾难的宇宙星体。宇宙星体撞击地球的概率是比较小的，直径1千米以上的小行星碰撞地球，正如上文所述，平均约10万年才有可能发生一次。可是地球一旦受到这样的撞击，遭受的危害却是极大的，所以人类绝不应该等闲视之。

目前，全球的科学家们正在积极采取行动，以便尽早将警戒网建立起来。

美国在夏威夷、加利福尼亚州、亚利桑那州三处地方架设了天文望远镜，用以搜寻空间的行星、彗星等。

澳大利亚和英国联合，正在着手设置同样的天文望远镜。

我国也早已筹资准备建造口径在1米以上或更大口径的天文望远镜，并配以新一代的探测器，专门用以高效地自动搜索、定位。预计在投入使用后，在未来20年内可发现500～1000颗穿越地球轨道，有可能对地球带来危害的近地小天体（包括50～100颗直径1千米以上的近地天体）。

全世界的科学家都已积极行动，全神贯注地盯着茫茫太空！

将危险天体从地球轨道上赶走

迄今为止，对经过地球附近的小行星和彗星的调查结果还算让人宽慰。目前的计算表明，所跟踪的大星体没有一个会在可预见的未来撞击我们的地球。名为图塔提斯（直径为5千米）的小行星将于21世纪前25年靠近地球，2004年9月29日它会从距离地球150万千米处飞越而过。已知的彗星中，最接近地球的是一颗叫做洪拉—马尔克斯—帕度库的彗星，它将于2011年8月15日到达离地球900万千米的地方。

除了从太阳系外围飞来的新的不可预测的彗星以外，未来几十年内，似乎不会有直径超过千米的天体造成地球生物大灭绝的危险。对更遥远未来的推测不会可靠，因为不论是小行星还是受干扰的大行星，都会在其轨道推算上存在累积的误差。

直径为1千米以下的天体对地球构成的威胁相对就小得多，但这种天体仍然可能会破坏整个的地区或城市。这类天体大部分没有记录，并且我们通常在最后一刻才能发现它们。例如，1996年5月19日，一颗直径超过300米的小行星飞驰而过，离地球的距离大约与地球到月球的距离差不多，但直到飞越地球的前几天才被发现。很明显，这些为数众多的小天体对我们所在的行星构成了最大的短期威胁。

除了存在着观测方面的问题之外，还存在着防御方面的问题。如果我们能提前几天或几个月预测到一次宇宙天体对地球的撞击，我们应该做些什么工作呢？

为了防御天体撞击，人们可以掩护自己，譬如，修建地下庇护所。其他预防性措施也可以想象得到，科幻作家对这类问题已反复考虑了好多年。科学家最先着手处理这类问题是在1968年7月。美国麻省理工学院的教授们针对此事为学生布置了一次理论练习。

防止宇宙撞击的一个简单、根本的办法，是借助重型运载火箭和核武器拦截正向地球靠拢的小行星或彗星，加大爆炸推动力就可驱使它们偏离撞向地球的轨道。其实，设法使它们的运行方向发生轻微的偏转比设法把它们炸成碎片更可取，因为炸碎小行星或彗星，只会使一个大的“危险天体”变形成一系列小的“碎片”，对地球的威胁更大。

那么，多大的推动力才能使一个天体偏离与地球相撞的轨道呢？实际上，这个问题最终归结成一个时间的问题——取决于实施拦截的可用预警时间有多长。对天体的转向撞击必须在天体距地球尽可能远的地方时开始，这样的推动力才能逐渐使危险性天体在限定时间里偏离其轨道。

人类正步入21世纪，对可能会撞击地球的小行星或彗星的监测如火如荼地展开，对它们的特性的研究也在积极进行。尽管现在不急需准备导弹或在轨道上设置炸弹，但拦截危险性天体的战略计划也将得到进一步的完善。

总而言之，文明发展到今天，难能可贵的是人类终于意识到了天体撞击的威胁，并将用自己的智慧和创造力去把握自己的命运，在灾难有可能会把我们从地球上抹掉、重置生物进化规则之前排除危险，使恐龙的厄运不再降临到我们人类的头上。当然，我们不能仅仅满足于这一点，每个人都有保卫地球的义务，每个人也都应当为我们共同的家园的安全尽出自己应有的努力。

防范地球遭撞击的策略

小天体撞击地球已是一个非常现实的问题。它们是人类的天敌，我们所要做的就是要随时监视它们，想尽一切办法控制它们，决不可掉以轻心。

综合前面所讲的内容以及各种防范措施，我们必须从以下几个方面做起：

——建立小天体档案，把所有直径大于1千米的近地小天体的全部数据编制成观测表，登记在案，加强观测和监视。

——筛选出有危险“企图”的近地天体，及时探讨如何有效预防和拦截措施。

——建设“空间警戒网”，准备在全球范围内建立6架专用于小天体观测的天文望远镜。望远镜口径不小于2米，首先寻找和监控可能在近百年“骚扰”地球的近地天体。

——研究和实施拦截、击毁、改变小天体运动轨道的高超技术。办法是：给小天体一个垂直于它运动方面的横向速度，这个天体就不会再按“危险历程”运行了；也可以采用爆炸的形式摧毁掉小天体，但也有科学家不赞同此做法。

——重要的是给出近地小行星的预警时间，使人类有可能做好充分准备来避免。

进行这项工作绝非一朝一夕之功，它需要唤起全世界的注意，集中全人类的智慧，参与到保卫地球的行动中来。

具体来说，防范外来天体的撞击主要有以下4项策略。

使其偏离原轨道

防范空间来犯者，首先测定潜在撞击物体的位置并掌握他们在地球附近的活动，只需一个很小的冲力，就可改变天体的运行速度，即可使小天体偏离原来的轨道，它们就不会同地球相撞，使其在冲击地球前几十年就脱离原来的轨道。改变天体的速度，可以通过改变其质量来实现。具体办法有2种：

（1）激光束

通过一种巨大的激光装置把极大的能量投射到危险天体的一侧，激光束使危险天体被投射一侧表面温度急剧升高，使它裂开并最终分离出来，这样就减少了天体质量，从而改变其运动速度和轨迹。

（2）质量转移器

想办法在危险天体上安装一台质量转移器，让其在上面不断挖掘矿物，并不断抛入太空。这样持续数年或数十年，最后可使危险天体的质量减轻，进而也可改变其运行轨迹。

当然，人们的想法是好的，但目前要达到这样的技术要求并完成这种机械任务，难度还很大。

在目标上空引爆核弹

该措施是在目标物上空几百米处引爆一枚核弹，可使用一个巨大的俄国发射装置装上美国核弹头的拦截导弹射向目标上空。

该办法的原理同前面讲到的“激光束”一样，炸弹的能量可以使目标物一侧急剧升温使之分裂。

科学家们计算了各种可能性：包括质量达到1万吨，可偏转1千米直径的物体；达到1000万吨，可偏转10千米直径的物体。这种技术被认为是最节能的并且能使潜在杀手发生偏斜的手段。

粉碎来犯者

想避免宇宙大碰撞，最有效的办法是摧毁来犯者，但是，严重的问题是这类爆炸将不可避免地产生数量巨大的、无法预测的碎片。为了摧毁撞击物，爆炸必须使每个碎片直径小于10米，以确保它们在地球大气层中全部烧光。想要取得效果最好的爆炸，最好的办法是把爆炸物深深地埋置于撞击物的内部。这种技术不仅要求有性能良好的深埋装置（目前尚未发明这类产品），同时还得具备炸毁天体所需的巨额能量。一枚百万吨级的核弹头能摧毁一个直径750千米的球体，与偏转办法相比，粉碎行动不仅危险得多，所耗能量之大也是偏转办法所无法比拟的。

“以毒攻毒”方案

“以毒攻毒”方案，又称“灵巧卵石”计划。这一计划堪称是一种争议中的星球之战。有人建议把体积很小的小行星准确地引入地球轨道，用它们攻打一颗较大的小行星。这一办法纯属异想天开，因此尚未经过认真研究。

总之，外来天体的侵犯无论如何都给地球构成了巨大的威胁，在这种面临毁灭性的威胁面前无论怎样的防范措施都不应说是太过分！

有关宇宙问题的“猜想”

宇宙的形成和毁灭设想

当一些巨大的恒星毁灭时，恒星内部急剧地坍缩，外部急剧膨胀，因其质量的巨大，内部坍缩为一个黑洞。由于其自身巨大引力，外部物质被吸引过来，使其质量更加巨大，再吸引物质，以致质量越来越大。它内部的物质由于巨大的引力，足以被压为原子，也就是说，黑洞中的物质都是以原子的方式存在的。而像恒星一样，黑洞也是要毁灭的，也会爆炸，放射出巨大的能量，从而形成了我们今天设想的白洞。也就是说，白洞并不存在，而只是黑洞爆炸的结果罢了。所以宇宙的原型是一个超级大黑洞，然后发生大爆炸——物质扩散——形成恒星——恒星爆炸——形成黑洞。经过无数次地循环，形成一个扩散的宇宙。而每个黑洞不能吸收宇宙中所有能量，当它周围的能量都没有时，便无法增加能量（就相当于人无饭可吃一样），很长时间后，黑洞的能量便会耗完，它就会爆炸，形成了另一个小宇宙。这样循环下去，整个宇宙便会发生无数次小范围的爆炸，分成了无数个小宇宙。我们的宇宙便是其中之一。就像一棵大树上的一片叶子。在科学家制作的星图中显示，星系像是附着在泡沫上的水滴一样，而且有许多这样的星系团，这就是这些小范围爆炸后形成的小宇宙。现在，科学家们在10亿光年以外发现了类星体（类星体就是我们所说的白洞），也就是说，离我们最近的一个小宇宙仅10亿光年之遥。当很多年过去后，小宇宙变得越来越小，这时黑洞小范围爆炸后，物质很快到了另一个宇宙，而被这个小宇宙的黑洞吸收，这个黑洞再爆炸，从而宇宙便会这样无数次地循环下去。

光具有质量，也能转化为能量

黑洞引力极大，以致光都无法逃脱。我们知道，黑洞吸引的是物质，所以吸引的都是有质量的，如果光没有质量，怎么会被吸引呢？可见，光也是有质量的。光是由比原子还要小得多的粒子构成的，因而电子显微镜下也无法发现，恒星就是燃烧其内部的物质而释放这种粒子的——就像太阳风一样（这也是恒星能量衰竭的原因）。我们把这种粒子称作“介子”。光年就是介子在真空中传播一年的距离。当宇宙大爆炸时，由于宇宙膨胀速度比光还快，所以一开始爆炸时，如果有我们人类，那么我们的眼前便是黑暗的。直到宇宙膨胀速度降到光速以下，光渐渐追上（就像赛跑一样），我们才看到了光，而哈勃望远镜拍摄到的离我们100亿光年的有几千个星系的照片就是宇宙的开端，也就是说，我们能从这张图片中找出我们的银河系。所谓人站在太阳下能感觉到热就是因为介子撞到人身上的爆炸，把其内部的内能释放出来的结果。而正是介子爆炸放热，人们才看到了光。

所以说，光也能转化为能量，公式是：Q＝VSZJ。V表示光的速度，S表示面积，Z表示单位面积中介子的个数，J表示单位介子中所含的内能。j也是可计算出来的，将一块黑布放在阳光下，量出其面积及温度，晒一段时间后，量出升高的温度和时间，通过Q＝‰△t算出吸收的热量，再通过显微镜观察介子之间的空隙大小，便可计算出j值。

星球撞击毁灭说

有些天文学家认为，宇宙间星球互撞是常有的事，月球、土星、木星等星球的表面，迄今留下的大量陨石就是一个见证。要知道，这种星球碰撞分为自然性碰撞和人为性碰撞2种。自然性碰撞当然是某些星球在运行过程中脱轨进入地球轨道与其相撞。英国牛津大学天文学家维克托·克拉布推测，地球与太阳系中的彗星群之间，可能会发生一场猛烈的碰撞，在100年内发生一次是确定无疑的。一旦地球与彗星相撞，我们人类势必惨遭一场破坏力不亚于一场核战争的灭顶之灾。人为性因素则是指，已具有特异功能并已掌握了最先进的高科技的智慧生物，人为地改变某星球的运行轨道，使其与地球相撞，这一可能性极小。据悉，目前只有生活在宇宙中的其他星球上的高级智能生物才可能具有这种“神功奇能”。

太阳熄灭说

世人皆知，地球万物之所以能够存在而且生机勃勃，其生命之源就是太阳。太阳一旦熄灭，地球上的一切生物将不复存在。不过，请勿担忧，据天文学家测算，太阳还可以继续照耀人间至少50亿年。

太阳吞灭说

天文学家认为，宇宙中任何一个天体，都有其诞生、成长、演化、毁灭的生命周期，太阳也不例外，总有一天也要走向暮年，当太阳逐渐冷却时，便开始膨胀。到那时，太阳的外边缘可能会膨胀到金星的公转轨道，最终会延伸到地球的公转轨道以至于把地球吞没，最后将其化为灰烬。

50亿年后太阳将变成红巨星，在未来30亿～40亿年内，地球表面将会比过去热得多。如果地球的平均气温升高10℃，那么动植物体内的血液和汁液就会沸腾。不过，在10亿年内，太阳并不会发生多大变化。

大水灭世说

气候学家认为，就目前世界性生态危机的现状和未来恶化的趋势看，大水灭世的可能性不仅很大，而且正在加速向这一方向发展。由于世界性“人口爆炸”，社会不断发展，20世纪全球性大气污染已使空气中碳酸气含量较之19世纪增加5～9倍，从而导致大气“温室效应”明显增强，使全球平均气温逐渐升高。据预测，到2025年将升高2～3℃；到2070年将升高3℃；到2050年将升高3～5℃。到21世纪末，数千年形成的南北极冰川将因气温明显升高而消融，世界海平面将升高十几米，甚至几十米，许多地势低洼的沿海城市将被淹没，最终变成海底城。一些离海较远的城市将变成沿海城市，最后，地球上的一切生灵将被洪水吞没而灭亡。

战争毁灭说

可怕的战争具有极大的杀伤力，特别是现代化战争——激光战、电子战、核大战能摧毁全人类。如果全人类不尽早联合、统一、走向世界和平，还在为了争夺霸权和各自的利益发动战争，最终，人类必将用自己的手毁灭自己。第三次世界大战一旦爆发，一场可怕的毁灭性核战争将是不可避免的。要知道，一颗氢弹的威力相当于20颗原子弹的威力，而我们这个小小的地球只需4颗氢弹同时爆炸就能彻底毁灭。

外星人侵袭说

在广袤无垠的空间总共存在6个宇宙，仅在我们所处的本宇宙中就有5颗星球上存在生命，其中有几颗星球上的人类文明远比我们先进和发达，早在几万年前他们就已乘坐飞碟到过我们的地球上，甚至已在月球背面、火星、木星、土星等星球上建起飞碟基地并正在悄悄地潜入我们地球上无人涉足的某些地方。有些外星人来我们太阳系是为了考察、探险和研究我们的文明星球，但有些外星人是抱有侵犯性目的，人类若反抗，外星人将对地球发动星球大战，彻底摧毁整个地球人类。

地球被撞的悲剧屡次上演

天体的直径越大，撞击地球的概率就越小，但造成的危害却越大。直径几千米或者更大的天体撞击地球，就意味着地球上大部分生命的末日来临。这样的厄运可能曾经降临在距今6500万年前的恐龙身上。不少科学家认为，恐龙灭绝的主要凶手，就是一颗撞击地球的直径大约10千米的小行星。

有些人认为，在人类文明期间地球不会被破坏性极强的小行星或彗星强烈撞击，甚至在科学界中也存在着这样的观点。事实上，近些年来，地球被强烈撞击事件曾经发生过。

追溯过去，我们很快会回忆起不久以前小行星对地球的一场灾难性的撞击。即在1908年6月30日发生在西伯利亚靠近通古斯河的偏远地区的通古斯卡事件。前面章节我们对通古斯卡事件有过详细介绍，据通古斯卡事件的目击者——西伯利亚铁路上的工人们说，撞击前几秒钟，北部地平线上出现了一个明亮的火球，紧接着，一道耀眼的亮光和火柱照亮了天空，在离撞击地点最近的村庄——尼治—卡勒林克，惊慌失措的人们涌上街道，担心大灾难的来临。

随后的研究表明：这个入侵者很可能是彗星碎片或是在半空中（距地面6～8千米）爆炸的小行星，据估计该天体的直径约50～60米，在地面撞击后毁坏的面积相当于一个大型城市。很容易设想，如果这样的撞击发生在人口密集的居住区，那么，该会是什么样的后果！科普作家阿西莫夫指出，如果撞击物晚5小时撞向地球，在这段时间里地球自转经度为70度，那么俄罗斯的圣彼得堡市将会从地图上消失，数十万市民都将丧生。

通古斯卡事件是一个惊人的证据，说明天体撞击不仅限于遥远的过去，而且对文明时期的人类也是一个现实的威胁。根据天文学家探测的结果，接近地球轨道的小行星和彗星的数量多达数百颗，据他们估计，像通古斯卡事件中能产生1500万吨TNT当量这样足可毁灭整个城市的撞击，可能平均每个世纪都会发生一次，较小强度的撞击甚至会更加频繁。

地球面临的最常见的威胁来自流星体。这是一类体积很小的天体，直径从几微米到几十米不等，是名副其实的小不点。这些小东西以几十千米／秒的速度在太空中飞行。当它们不慎闯入地球大气层时，就会和大气摩擦而燃烧发光，这就是我们熟悉的流星。有时，会有成群的流星体飞入大气层，形成壮观的流星雨。无论是单个的流星还是成群的流星雨，看上去都更像是装点夜空的礼花。因为它们在几十千米以上的高空就已经化为灰烬，只把一道美丽的光弧划向天际。但有时也有一些体积较大的流星体，能够冲破大气的阻拦，砸落地面，这就是我们熟悉知的天外来客——陨石。世界各地都有陨石造成伤害的报道，如穿透房屋、砸毁汽车、砸死牲畜等。1976年3月8日，我国吉林省就降了一次陨石雨，落下了总计数吨的陨石，其中最大的一块1770千克，是世界上最大的陨石。

流星和陨石的坠落虽然是一种最普遍的天体与地球的撞击现象，但它们造成的危害毕竟有限，并不足为惧。

闻名全球的美国亚利桑那州巴林杰陨石坑直径1.2千米，深800米，便是大约2万年前一次撞击后留下的伤疤。目前世界各地发现的大陨石坑有140多个，清单还在继续列下去。美国地质学家威伊波特甚至认为，南极大陆极点附近的冰下有一个直径240千米，深800米的陨石坑。当六七十万年前，一颗小天体从这里击中我们的行星以后，地轴方向和地球自转速度都因此发生了改变。

越来越多的证据提示，恐龙的灭绝和白垩纪的终结是由于6500万年前一颗直径10千米的小行星在墨西哥湾一带击中地球所致。隐天蔽日的滚滚尘埃使大地陷入了严酷而持久的“星击之冬”。光合作用完全阻断，地球上的食物链彻底瓦解。随之而来的是恐龙和2/3其他物种的覆亡。不过话说回来，人类毕竟得益于那次碰撞，如果当年的小行星迟到几小时，今天的地球恐怕仍是爬行类主宰的世界。

地球绕太阳公转的轨道是一个近乎圆形的椭圆，其半径称为1个天文单位。太阳系中凡轨道长半径大于1个天文单位，近日距小于1.017天文单位的小行星，统称为“阿波罗型小行星”，它们有可能从距离地球很近的地方掠过，这时就称为“掠地小行星”。

权威的科学研究结果宣称，足以对人类文明带来重大灾难的小行星撞击，平均50万年发生一次。我们似乎可以稍稍安心，不必过多预支烦恼了。然而，小行星在复杂引力的作用下，常常改变轨道而突然造成险情。何况直径60米左右的小行星，撞上地球的概率高达每100年一次。我们怎么能高枕无忧呢？

具有最远大眼光和深刻忧患意识的天文学家多次召开专题会议，讨论可能发生的小行星撞击地球问题，并于1993年5月4日发表了庄严的《埃里斯国际宣言》。人类毕竟不是6500万年前的恐龙，人类应该把地球和自身的命运掌握在手中。

人们通常把可能与地球相撞的太空天体分成两大类：小行星和彗星。尽管这两类天体在理论上稍微有点差别，但它们的破坏性是类似的。

小行星由坚硬的石块、金属或粉末状冰块组成，其运行轨道主要在火星和木星的轨道之间，通常情况下与地球有段安全的距离。小行星环绕太阳运行，轨道相对来说呈圆形；彗星的轨道偏心率非常大，途经太阳系各大行星轨道时，其运行轨道会受到扰动，当它们在接近太阳时，有时会经过地球轨道。

因为彗星生成于太阳系寒冷的外围，由水冰等低密度、易挥发的物质组成，它们的密度一般小于小行星的密度。另一方面，彗星的运行速度通常比小行星要快。彗星和它们分裂的碎片对地球构成了相当大的撞击威胁。而且，彗星可能来自太空中的任何方向，而小行星则大部分聚集在黄道面附近。搜寻这些彗星需要专用的望远镜，观察者要紧盯遥远的太空，视野不但要覆盖黄道上下，而且要包纳天极方向。

在20世纪70年代，不少天文学家就开始专项探索，寻找近地小行星。今天，这项探索正达到新的高度。由于几位天文学家的开拓性努力，加上20世纪90年代公众意识的提高，因而当我们迈进21世纪的时候，科学界正步入理胜地深入研究太空的时代。

根据美国帕洛玛天文台和其他天文台的太空观测，发现的近地小行星的数目从1990年的100颗猛增到1998年的400多颗，平均每年新发现近50颗。它们中有一半直径超过1千米，而另一半直径从几米到数百米不等。

虽然不断有新的发现，但事实上，探测研究仍处于初期阶段。据推测，大约会有2000个近地小行星直径超过1千米，有10000个直径约为500米。很显然，我们还有大量的研究工作需要去做。

历史上“杞人”的忧天，实在毫无必要，荒唐不堪，落得贻笑千古。然而，我们生存的地球真的安然无恙吗？我们果真能高枕无忧吗？不少游荡在广阔无垠的宇宙空间中的危险天体，并没有放弃过撞击地球的“企图”，亡我之心不死，严重威胁着地球上的生命。对此，我们应该高度警惕，密切关注，尽最大努力保卫我们的地球家园。

地球最危险的入侵者

无论是在以往的天体相撞的太空悲剧中，还是在未来的不可知灾难中，对地球的威胁基本上来自小行星。同彗星一样，小行星绕太阳运行的轨道通常是稳定的圆形轨道。但是小行星带中的小行星为数众多，它们很可能互相碰撞。

这类碰撞的碎片最终可能进入与木星的轨道共振的不稳定的轨道。凭借其巨大的质量，木星与太阳互相竞争，力求左右这些碎片的运动，特别是在小行星的轨道与木星这颗大行星的轨道“合拍”（即共振）的情况下。这样，如果小行星在木星绕太阳1周的时间里绕太阳比如说3周，那么木星对小行星的引力作用就将大大增强。就像坐在秋千上的小孩每当秋千荡回来时如果有人推她一把就会越荡越高，同样道理，木星对小行星的有规律的推动作用最终将使小行星脱离其原先的轨道而进入一条偏心率越来越大的轨道。

这类小行星可能或者是逸出太阳系，或者是向内运动，接近类似的石质行星。最终这类到处流浪的小行星将与火星、地月系统、金星、水星甚至太阳碰撞。一块大碎片大约每1000万年进入内太阳系一次，其存在的时间也在1000万年左右。

为了估计这样一块岩石撞上地球的可能性，首先必须按小行星的大小对其进行分类。我们能够观察到的最小的小行星——其直径小于数十米——极少会穿透地球的大气层；它们与大气的摩擦产生的热量足以使它们挥发掉。直径在大约100米及100米以上的小行星则确实对地球构成了威胁。有10万颗左右的这类小行星进入到火星轨道以内的内太阳系中。它们被称为近地小行星。

诸如通古斯卡爆炸之类的事件1世纪可能发生一次，而且最有可能发生在大洋或偏远的陆上地区的上空。但是，如果这类爆炸发生在一个人口密集地区的附近，则将造成破坏性的后果。例如，如果这样一个天体在伦敦上空爆炸，则不但伦敦城，而且它的郊区都将成为废墟。

然而，在这些较小的小行星中，有少数是金属质的小行星，它们坚固得足以穿透大气层并在地面上撞出一个陨石坑来。亚利桑那州北部的1.2千米宽的“陨石坑”就是一例。该陨石坑是一个约2万年前撞上地球的金属质小行星（直径30米左右）造成的。

更大的危险来自1000～2000颗中等大小的近地小行星，它们的直径为1千米或更大。据认为一颗这样的小行星每30万年左右与地球相撞一次。注意这一估计仅是统计平均值。这样的碰撞可能在任何时候发生，比如从现在起一年后或20年内发生，或者也可能100万年也不发生一次。无论多少年发生一次，但是小行星确实对地球虎视眈眈，对于人类来说，它们可以说是一种挟裹着巨大危险的“灾星”。

对地球给予致命一击的“灾星”

在我国民间，把彗星称为“扫帚星”，据说它在天空中出现的时候，就预兆着人间将有不幸的事发生。这种说法当然是迷信的、毫无根据的。但是，如果彗星与地球不幸相撞，那么给人类带来的灾难几乎是毁灭性的，如果从这个意义讲，称之为“灾星”是再合适不过了。

彗星是宇宙天体中的“流浪汉”，它不是每年每天都能见到的天体，彗星分周期彗星、非周期彗星2种，不同周期彗星的周期不定，有的几年回归一次，有的几十年回归一次，有的上百年和上千年回归一次。还有的非周期彗星是一去不复返。周期彗星的运行轨迹多是椭圆形和抛物线状；而非周期彗星的轨迹是开放形的双曲线状。这种运行轨道是受天体间万有引力作用所致。在行星的摄动下，有的周期彗星变为非周期彗星，反之，有的非周期彗星也可变为周期彗星。

彗星的形状各不相同，大小也不相同，但总的来看，彗星像个“大扫帚”，故又叫“扫帚星”。它包括“彗核”、“彗发”、“彗尾”。“彗核”较致密而明亮，近似圆形，也较小，有几千米或几十千米、几百千米之间。而“彗发”是“彗核”的喷发物尘埃或气体，在“彗核”四周形成云雾包围形，大小可达几十万千米。在外层叫“彗云”，在大小100万～1000万千米。“彗核”、“彗发”、“彗云”三者合称“彗头”。有的彗星没有“彗云”。一般的彗星都有长长的尾巴，称“彗尾”，彗尾最长可达几百万、几千万到上亿千米长。极个别的彗星没有“彗尾”，所以彗星在形状上差别也是较大的。比如1996年3月下旬出现的百武彗星彗尾就很短。

彗星与地球相撞的概率很小，然而只要它们进入大气层，都会使人类蒙受灾害。人们不会忘记比拉彗星所引起的发生于1871年的芝加哥大火。

有一颗叫做比拉的彗星，每6～7年绕太阳运行一周，1845年出现于星空。1846年1月天文学家看到了一个非常奇异的现象，该彗星一分为二。1852年比拉彗星出现时仍然分为2部分，其中的一个彗尾明显要大一些。彗尾大的这部分已经散落了。然而，1859年和1865年比拉彗星都没有出现。很明显彗星是由于受到太阳系其他天体的影响，改变了自己在太空中的原运行轨道。既然能由于其他星体的影响而远离地球，当然也有可能由于其他星体的影响而与地球相撞。早在1832年时，天文学家就计算出，它与地球的距离只有几千千米。

1846年比拉彗星分为两半，单独在各自的轨道上运行。后来，分裂开的两部分都开始长时间的散落，并不断地改变自己的形状。继而因受到木星强大引力的影响，进一步改变了自己的形状，形成了流星雨。在1872年11月27日夜晚，欧洲许多地方都同时落下了明亮的陨星雨。在人们等待观看彗星的地方，陨石从天而降。这场流星雨可能就是那颗不复存在的比拉彗星的一部分，化作了火雨。其实这颗彗星的破坏作用，有可能早在1872年以前就开始了。比拉彗星的另一部分哪里去了呢？它可能在早些或晚些时间与地球相撞了，时间可能就是1871年10月。正是这个时候，美国几个州的森林、草原和城市纷纷起火，芝加哥就是被烧毁的城市之一。

芝加哥火灾确实非常寻常，整个城市在那场大火中几乎化为灰烬，1000多居民葬身火海。最初认为，火灾是牛棚里的奶牛碰翻了煤油灯引起的。但据当时的消防总队长麦吉尔报告说。城里的许多地方几乎是同时起火的，而火灾发生时正值白天，又没有风。切曼贝尔宁对这段已被遗忘的历史产生了浓厚的兴趣，收集了许多详细描写这次大火的材料，并在火灾发生后不久出版了一本专著。他这样写道：“看来这简直是一场天火。城里一片混乱，惊叫四起。火像雨一样从天而降，燃烧着的石头像熊熊大火中飞落的木头一样，从天上落到拥挤的人群中。无论是步行的、骑马的、坐车的，都无一幸免。”火灾发生的当天正是星期天，傍晚当芝加哥已被烧成废墟时，邻近的几座城市也处在烈火中。更令人费解的是，在丧生的人群中，有几百人并没在城中丧命，而是死在城郊。很明显，人们是为了逃命而冲出火海的，可是他们为什么到了城郊也没有逃脱这场灾难呢？而且这些人的尸体和衣服上没有一点烧伤的痕迹？是什么引起了这场大火呢？最有可能是陨星雨引起的。陨星雨撞击时产生了大量亚硫酸和硝酸化合物，由此使那些逃到城外的人窒息死亡。

随着越来越多的新彗星被人们发现，尤其是1993年3月“苏梅克—利维9号”彗星被发现后仅几个月，它就与木星发生了天崩地裂的相撞的事实，迫使科学家们不得不面对一个严峻的问题：那些新发现的彗星与地球碰撞的可能性有多大？地球会不会突然遭遇“彗木相撞”那样的大灾难？这样的相撞不要多，只要有一次，就足以毁灭地球上的全部生命。

据估计，那些进入太阳系内层并有地球交叉轨道的长期彗星与地球相撞的可能性最小。毕竟，这些彗星沿抛物线轨道运行时，行的是单道，抛掷这样的彗星恰好击中地球的可能性极小。最大的担忧在短期和中期彗星上，这些小天体进入太阳系的次数远比长期彗星多（尤其是受木星引力作用的短期彗星），使得它们有很多的机会产生问题，它们最有可能碰撞太阳系里的行星和卫星，地球当然也在目标之列。

对地球来说，每年发生小行星和彗星相撞的可能性为1/50万，今后100年发生碰撞的可能性为1/10万，人的一生中受到撞击的可能性为1/20万。

1910年，一位天文学家通过计算预言，哈雷彗星这年5月回归时，将与地球相撞，他在宣告“世界末日到了”之后，便自杀了。他的计算是准确的，只是由于地球是从哈雷彗星的彗发中通过的，没有撞上彗核，才得以安然无恙。

据估计，我们所知道的彗星中，只有10％的短期彗星和50％的中期彗星的轨道是与地球轨道交叉的。既然真实的彗星数目目前仍是未知的，彗地相撞的可能性也只是猜测而已。

“黑色周期”带给地球黑色前景

地球绕太阳公转一周需要365天，地球自转一次需要24小时，月亮由缺到圆、由圆到缺需要30天，周而复始，自古如此，这便是我们人类耳熟能详的“周期律”。周期律包含在自然界和宇宙的各个方面——这早已得到公认。60多年前，俄罗斯学者契热夫斯基通过大量观测和研究证实，在太阳与地球的关系中同样存在着这种周期律。他是根据对为期11年的太阳活动周期的观测得出这一结论的。迄今已知，太阳活动的最大周期为2亿～23亿年，最小周期是11年。

太阳活动的小周期较之大周期的危害性小些，因为太阳活动的大周期能导致全球性灾难和悲剧。太阳的这种活动周期相互交错，而且每一个周期都很独特，从而使对太阳活动周期的观测及其活动特点的预测复杂性。

世界各国科学家正在竭力探索太阳活动的原因，以便预测其未来的活动，许多假说就是据此提出的，大多数科学家都从太阳内部的变化过程为依据加以论证。毋庸置疑，外因与内因并存，从另一个角度看，还有某些外因也能对太阳严重影响。

我们根据万有引力定律得知，两物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。换言之，两物体的质量越大，其距离越小，它们之间的相互作用力就越大。我们还知道，所有行星都沿椭圆轨道绕太阳运行。行星与太阳之间的相互作用是经常性的，当行星运行到近日点时，它们之间的相互作用力最大，我们把行星的这一运行周期称作行星的“黑色周期”。由于这两个超限充足的天体接近的结果，太阳上就会发生爆发，而行星上也会发生相应的灾变。

根据行星对太阳最大作用的连续时间便能计算出哪颗行星对太阳的影响最大。月球对地球的影响长达3天，这约是月球绕地球运行周期的10％。冥王星距太阳较之海王星更远，所以冥王星的“黑色周期”也是其绕太阳运行周期的10％。如果这一比率（10％）对所有行星都成立的话，那么对太阳影响周期最短的行星是水星，周期为6天，而对太阳影响周期最长的行星是冥王星（现已不列入太阳行星），周期约30年。对地球来说，这一周期是36天，约从每年的12月12日到第二年的1月20日。

据对太阳的观测，记录下太阳黑子的活动是从1749年开始到1989年为止，在这240年间，太阳黑子的月平均值（即绋耳夫相对数）为53个单位。太阳目前已进入活动高峰期，其黑子值是200个单位，这是240年间指标最高的。

究竟是什么原因导致太阳活动高峰呢？现已查明，对太阳影响最大的是冥王星。冥王星在1979～2009年期间正经历着它的“黑色周期”。1989年9月，冥王星行经近日点，从而引起太阳爆发，这时的太阳黑子指标为正常值的30万倍。这种情况约250年发生一次，上一次太阳爆发发生在彼得大帝时代。

然而，天文学家在通过理论上的计算推断，太阳系还应该存在第10颗大行星，其质量应为1～5个地球的质量，它距太阳80个天文单位。科学家们还认为，完全有可能还存在第11颗和第12颗大行星。据计算，它们绕太阳运行的公转周期为：第10颗大行星为600年，第11颗大行星为1400年，第12颗大行星为2800年，它们对太阳活动的影响依次递增。这3颗大行星对太阳的影响周期分别为60年、140年和280年。当它们接近太阳时，就会导致太阳和地球上的不测事件发生。到底什么时候会发生这种不测事件，眼下还很难确知。根据间接征兆，太阳系第10颗行星大约在2200年接近太阳，而第12颗大行星将到3000年时接近太阳，即经历它的“黑色周期”，而对第11颗大行星的计算尚未成功。

每一颗行星在行经其近日点即“黑色周期”点时能对太阳产生影响。由此可得出一个结论：太阳系真正的行星“大聚会”只是发生在所有行星处于它们的“黑色周期”点，即近日点时。实际上，八大行星对太阳的影响力的和就等于所谓“世界末日”前夕的行星“大聚会”。只有当太阳经历它的“黑色周期”即行经其轨道最近点时，“世界末日”才会降临。太阳运行的位置不在我们的银河系中心，而在狮子座α星附近。目前，太阳正在沿其轨道朝着最远点——远日点运行，1亿年后太阳才能行经这一点。到那时，地球将进入全球冰河期。

对宇宙中的任何一个系统（恒星系统、行星系统、卫星系统）而言，其新年到来之际，也就是它们行经其轨道的“黑色周期”点之时。对地球来说，新年从1月份开始；而冥王星的新年是1989年9月来临的；太阳的新年是5000万年前开始的，而它的下一个新年将在2.5亿年后到来。基于这一研究便可推断：恒星上发生的爆发是在时空尺度上的一种规律性现象——只有恒星行经特殊区域时，即轨道的“黑色周期”时才会出现。俄罗斯、英国和德国的科学家的研究结果揭示了恒星爆发的规律性，所有这些为预测太阳的未来活动提供了科学依据。

当地球面对另外两颗行星时，特别是当这两颗行星又处于“黑色周期”时，就会引出这样一句谚语：“二者联守，第三者难攻。”在这种情况下，地球就会破坏那两颗行星的相互作用场。这时，太阳和其他行星就会立刻对此做出反应。行星对太阳爆发的反应从时间上看要迟一些。据计算，太阳爆发引起的地球内部的变化需要15～20年时间，这取决于地球内部的“酝酿”程度。因此，1979年、1980年和1989年的太阳爆发高峰，应在1993～1999年间引发地球上某些地区相应的火山反应，还可能会给地球居民带来巨大灾难。所以，提前预知这一灾变将使地球人类受益匪浅。这一灾变可能会由于以下因素更加复杂化：1999年，木星将经历它的“黑色周期”。因此，星相学家和某些大预言家把20世纪末的1999年视作地球的大灾变之年并非没有道理。

据天文学家计算，2009年，冥王星将横穿海王星轨道并开始远离太阳。如果分析一下1979年冥王星也曾横穿海王星轨道并与太阳接近时的事件，那么2009年可能会再度引发太阳活动高峰，到2039年海王星将接近太阳，大约在那个时候，土星和木星将经历它们的“黑色周期”。到2050年，天王星也将经历“黑色周期”，这将形成一个节律。然而，海王星是300年前开始进入“黑色周期”的，而冥王星是300年前结束“黑色周期”的。这两颗大星球对太阳的影响时间均为30年（1710～1740年）。行星的“黑色周期”，对人类赖以生存的地球来说，带来的只能是充满灾祸的“黑色前景”。当太阳发生爆发时，能导致地球上的灾难和悲剧性的后果：①能使地球上的火山活动加剧，最终导致火山爆发。②使地球上的水循环加快，导致洪涝灾害。③使危及人类生命的流行病和传染病增多，同时使脑血管和心血管疾病的发病率升高。在此期间，经常晒太阳易导致皮肤癌，还有损于人体甲状腺。④处于太空中的宇航员会遭受极强的宇宙射线辐射，仪器断电，飞船防护罩受损，就连地面仪器对太阳上的这种爆发事件也有异常反应。譬如，1989年3月13日的一次太阳爆发，导致了加拿大渥太华的金郎动力系统停机长达9小时，从而造成几亿美元的损失。太阳爆发还曾引起俄罗斯和美国运行在空间轨道上的几个航天器停止工作，此外，还能使地面的短波无线电通讯中断。

“风暴中心”离地球有多远

2003年下半年相继发生了2起重大天文事件，其一是8月29日凌晨的火星大冲；另一就是从10月28日开始至11月3日的太阳磁暴（或称“太阳风暴”）。这是一个半世纪以来第二次大规模喷发带电粒子流。据初步评估，此次磁暴的强度达到G9级（1989年造成加拿大魁北克省出现断电的磁暴为G5级）。此巨型带电云团与地球相遇后会产生极光现象，还会给地球上的无线电通讯及各类仪器正常工作带来干扰和麻烦，目前在轨道上运行的各类人造卫星也面临不同程度的威胁。

何谓“太阳风暴”

“太阳风暴”主要由太阳表面新形成的巨大黑子群释放出的气体和耀斑喷发带电粒子流所引起。“太阳风暴”以约320万千米／秒的速度向地球“吹”来。“太阳风暴”会对许多技术部门产生巨大的影响。即使是在不发达的19世纪，同样也受到了巨大的影响。在1859年发生的历史上最大的“太阳风暴”的几个小时内，美国与欧洲的电报线路同时发生短路现象，并因此引发了大量的火灾。当时，不只发生了“太阳风暴”，同时还有其他的现象发生，导致灾难巨大。正是由于这些因素综合起来，1859年的“太阳风暴”，才在人类历史上留下了浓墨重彩的一笔。

太阳耀斑是色球层中的能量爆发，它挟带着强大的X射线、紫外线和带电粒子轰击着整个太空。在太阳最活跃的时间段里，它的威力将比相对平静期强大1000倍。首先到达地球的是X射线和紫外线，它们轰击地球上层大气，产生电离现象，低能电子包围着太空中的宇宙飞船和人造卫星，静电放射很可能损害精密电子仪器。射线袭击20分钟后，高能质子和强力质子接踵而至，它们的能量比平常的太阳风要强大几百万倍。当它的威力发挥到极至的瞬间，任何飞行在空中的物体都处于极度危险中。

人们总是惊叹于北极美丽的极光。极光是带电粒子受到了磁场吸引后产生的现象。当北极发生极光时，罗马、哈瓦那和夏威夷的天空都被它照亮。受太阳风暴影响，美国北极光可见区域显著南移，甚至有人在得克萨斯州的埃尔帕索看到了北极光。

“太阳风暴”也许是继“厄尔尼诺”现象之后再次让老百姓和媒体关心的自然现象。专家认为“太阳风暴”这个词在学术上是不成立的，这是在媒体上出现的一个新词汇，当然现在也已经被大家所接受，但是在理论界它涵盖了很广阔的范围，是一个整体效应，它包括X射线、射电爆发、太阳风和紫外线、耀斑、太阳质子事件和磁暴等等。

太阳活动一般是11年一个周期，每个峰期要持续3～4年，在这个阶段太阳活动比较频繁，耀斑也比较多，到达地球的太阳风暴在非峰年一般只有一两次，而在峰年有可能高达十几次。1859年应该是历年来最严重的。“太阳风暴”有可能影响大批变压器的感应电流，严重的话变压器会被烧毁。1989年3月，加拿大魁北克省就因为“太阳风暴”，电力突然全面中断，持续时间长达9个小时。

磁暴突袭，猝不及防

在带电微粒云团喷发之前，太阳上先暴发辐射，经过8分钟后就已经到达了地球，此辐射传播速度达到了30万千米／秒。其势头犹如一辆迎面驶来的高速货运列车。这辆“货车”仅用19小时就跑完了从太阳到地球长达1.5亿千米的路途，抵达地球的时间比科学家们的预计提前约12个小时，是本轮太阳活动周期出现的速度最快的“太阳风暴”之一。

据说太空气象预报目前的水平只相当于1960年的地面天气预报水平，最可靠的“太阳风暴”警告预报时间只有1个小时：当从太阳放射出的电离云经过设置在距地球150万千米的“磁层顶极光全球探测卫星”（简称IMAGE）时，我们才能得到准确的信息。此后，太阳冲击波只需1小时就越过这段对我们来说遥远之极的距离，到达地球。1个小时，要把警告信息传遍全球，实在令人有点措手不及。

体积约为地球13倍的巨大带电微粒云团自2003年9月28日9时整（北京时间）开始从太阳表面喷发出来，并且以超过150万千米／时的速度向地球袭来，于10月29日下午抵达地球。30日凌晨再次发生太阳耀斑爆发，磁暴持续时间达到60个小时以上，为历史上罕见。11月3日凌晨至9时30分，太阳表面又发生2次耀斑，造成我国大部分地区短波通讯中断约2小时。在太阳风暴的影响下，“神舟”五号留轨舱运行高度也明显降低。

正在太空中运行的“国际空间站”和俄罗斯的卫星最先遭到太阳风暴袭击。“国际空间站”目前处于400千米的高空，而地球的天然电磁保护带——范·艾伦带高达500～600千米。质子流不会透过此厚密的保护带，空间站配备有专门的防辐射系统。

与“国际空间站”和俄罗斯卫星相比较，日本卫星则显得有些弱不禁风。日本通讯卫星“回声”号已成为太阳爆发历史上的第一个轨道“牺牲品”。该卫星起初传输失真信号，后来索性失去了信号，目前它已经彻底失去了工作能力。

不过，由于不少国家的电力等部门针对本次强太阳风暴采取了相应预防措施，目前还没有大规模断电等情况发生。“国际空间站”上的两名美俄航天员也按照要求短暂撤离到了“曙光”号功能货舱尾部，以躲避太阳风暴发出的强辐射。

地球磁层拯救了人类

地球的辐射带分为2层，形状有点像是敲成两半儿的核桃壳。离地球较近的辐射带称为内辐射带，较远的称为外辐射带，也可以称之为内、外范·艾伦带。辐射带把地球从四面包围起来，而在两极处留下了空隙，也就是说，地球的南极和北极上空不存在辐射带。

地球具有很强的磁场。当太阳风到达地球附近空间时，与地球的偶极磁场发生作用，把地球磁场压缩在一个固定的区域里，这个区域就叫磁层。

磁层像一个头朝太阳的蛋形物，它的外壳叫做磁层顶。地球的磁力线被压在“壳”内。在背对着太阳的一面，壳逐渐拉长，尾端呈开放状，磁力线一直延伸到200万千米外。磁层好像一道防护墙，保护着地球上的生物免受太阳风暴的袭击。

太阳磁暴主要影响太空

“太阳风暴”影响比较大的地方主要是在太空。太阳耀斑的爆发会释放出大量能量、电子辐射、高能带电粒子，影响到我们的主要是带电粒子。这些带电粒子很有可能打在卫星上，甚至辐射进卫星里，这有可能使卫星得到一些错误的指令，有些错误指令会给卫星带来灭顶之灾。俄罗斯的一颗导航卫星6月8日就差点失去方向。1998年5月，美国“银河4号”卫星因受太阳风暴影响而失灵，造成北美地区80％的移动电话无法使用，金融服务陷入脱机状态，信用卡交易也被中断。

如果是载人航天飞机的话，“太阳风暴”带来的射线辐射对航天员会带来难以估计的伤害。“太阳风暴”的强大辐射使暴露在太空中的航天员遭受的辐射剂量相当于作几百次X射线胸部透视。

太阳磁暴对人体的危害尚无定论

根据物理定律，磁暴将会对延展性电流导体和通讯线路产生很大影响，因为磁暴强度取决于导体的长度和体积。但是对人类来说就不可同日而语，磁暴对人体的影响不会取决于人个头的高矮和腰围的大小。在正常的地磁环境下，大气层是人体最好的防护墙，大气层对人体的保护作用等同于数米厚的混凝土墙壁。

但是，医学专家还建议人们，尤其是患有心血管疾病的人，应该更加关注自己的健康，还应该恪守医嘱。人体器官对弱磁场做出的反应就是血液成分发生变化。当出现弱磁场时，人的血液会变得更稠而流动缓慢。当然，这时候机体供氧和其他营养物质的活动也就减弱。健康人可通过机体自身调节做出自然补偿性反应，而老年人或病人则会出现头痛、萎靡不振及一些过敏性症候。那些患有心脏病、心血管疾病和超重的人群应该多加小心。据统计表明，磁暴发生时，心肌梗死发病率会提高3倍，中风发病率会提高2倍，心绞痛发病率会提高1.5倍。

神秘的“磁星”直撞地球

1998年8月27日，格林尼治时间10时22分。以夏威夷上空为中心，突然有大量的伽玛射线射入地球，就像由伽玛射线构成的暴风一样。强大的伽玛射线使得地球夜侧半球的电离层的大气像日侧半球的电离层一样闪耀。

射入地球的伽玛射线的单位面积强度非常高，1平方厘米达到每秒0.001耳格。由于0等星的能量大小约为1/10万耳格，如果将伽玛射线想象成可见光，其明亮程度即可达0等星的100倍。此外，通常X射线摄影所使用的电磁波的强度也只有它的1/10。

9月29日，伽玛射线爆发生的1个月后，美国航天局与正在进行电离层研究的电离层雷研究组织曾针对那次伽玛射线爆发表相关报告。电离层雷研究组织的研究人员在报告中指出，当伽玛射线爆发生时，长波的接收强度曾出现大幅的混乱现象。

由于电离层能充分反射长波，检测长波在电离层的反射强度与频率，即可以间接了解电离层的状态。通常地球的电离层在一天中会缓慢变化，日侧半球的电离层因为受到来自太阳的紫外线、X射线等的影响，构成大气的物质会发生高比率的电离状态，电离层的高度就会降低。而在夜侧半球，因为缺乏强烈的电离作用，构成大气的物质保持在分子与原子的状态，电离层的高度也就提高。电离层越高的夜间，长波的接收强度越强。但是1998年8月27日，当地时间凌晨3点，电磁波的接收强度竟降低至白天的强度，显示当时的电离层已经变成相当于白天的状态。由此可知，影响电离层的始作俑者就是射入地球的强大伽玛射线。

但最令研究人员吃惊的是，此次伽玛射线爆的发生源并非在地球旁边的太阳，而是在接近银河系中心、距离地球约2万光年的一个天体，分析报告中还使用了一个新名词“磁星”来称呼这个天体。

1998年4月，飞鸟号卫星观测SGR 1900＋14发现了周期5.16秒的脉冲星，此外村上敏夫助理教授指出，SGR 1900＋14在8月27日曾发生巨大爆炸现象。

在行星际空间持续进行观测的“尤里西斯”号人造卫星偶然捕捉到这次的伽玛射线爆。伽玛射线爆都是突然间爆炸的，最初的爆炸即扰乱了地球的电离层而干扰到卫星通信，爆炸持续的时间约为400秒。

其中最受瞩目的发现是上面所提到的5.16秒的周期，在此次的伽玛射线爆中也可明显地观测到，显示我们所发现的磁星SGR 1900＋14与那次剧烈的伽玛射线爆的发生源是同一个天体。脉冲星的发现与剧烈伽玛射线爆的发生的确纯属巧合，而确认两者是同一天体的关键则在这个周期5.16秒的脉冲星的发现。

由于飞鸟号卫星的观测，得知上述星体的正确位置与大致的距离，因此可以计算出源自相隔2万光年的伽玛射线爆的发生能量。伽玛射线爆所释放出来的能量每秒约达1044耳格，而太阳每秒所释放的能量为1033耳格，由此可看出每次伽玛射线爆所释放的能量都非常可观。由此不难理解，当伽玛射线爆发生时，不仅是伽玛射线爆发生源所在的银河系中心附近，连地球都会受到影响。

曾有人报告，如果在距离0.1光年处发生相同规模的现象，同时宇航员暴露在爆发现象中，仅仅数秒钟就会有致命影响。而由于地球受到非常厚的大气层保护，一般认为地球上的生物应该不会受到直接的影响。然而事实上，那次电离层的电离程度出现变化之处，距离地面的高度仅有60千米。

那次我们所观测到的磁星是出生已有数千年至1万年的老年磁星，而这颗星球刚诞生时，磁场必然更强烈，因此推测必定曾发生过更猛烈的活动，这种现象对在太空中飞行的宇航员而言应是极为危险的潜在挑战。

就人类所知比上述更剧烈的现象是从某一发生源仅观测到一次的伽玛射线爆，如果这种类型的伽玛射线爆发生在我们所在的银河系中的太阳附近，或许将为地球带来极大的影响，但与这次所发生的类型相比，它的发生频率极低。

地球面对“黑洞”与“白洞”

在佛教中，把有可能随时置生灵于死地的鬼魂称之为“无常”，而“无常”一般是一黑一白，这就是俗语所说的“黑白无常”。在茫茫的宇宙空间中，就存在着这种不可捉摸的“黑白无常”——“黑洞”和“白洞”，它们可能吞噬的不仅是人类，而且有人类赖以生存的地球。

黑洞是宇宙中最不可思议的天体，会像无底洞一样吸进任何物质，并且绝不会让它们逃离出去，接近黑洞的光如果被吸住就无法脱离。因为就像在太空中设置的漆黑的陷阱一样，从外侧是看不到其形态的，所以才被称为“黑洞”。

通常会在掉进陷阱之后才知道陷阱的存在，但在掉进黑洞之前必然会有预兆。接近黑洞时会有被拉拢的感觉，如果不再接近，就不会掉进里面，这个拖拉的力就是黑洞的重力。任何天体都以本身的重力来拉拢其他物体，因此黑洞拥有重力并不稀奇，少见的是它具有难以想象的强大重力。

重力的强度根据天体质量和天体与物体间的距离而定，如果将天体大幅小型化并加强重力，最终就会形成黑洞。假定有个质量与地球相等的黑洞，其半径虽然仅为1毫米左右，但其表面的重力强度则有地球表面重力强度的100万×100万倍。虽然是说“表面”，不过黑洞并不是像地球一样塞满物质的天体，无法看得到任何东西。

天文学家认为黑洞的形成大概是质量达太阳数十倍的巨型星球在其生涯的最后一刻发生大爆炸而形成的。

太阳等恒星的中心部位存在着氢变成氦的核聚变反应现象，星球因为有由核聚变反应产生的热能的支持，才不会受到本身重量的挤压。所有的氢都变成氦之后，进而产生氦变成碳和氧的核聚变反应。中心部位被充分压缩得既大又重的星球内部，继氦之后还会产生碳和氧的核聚变反应，这种核聚变反应会持续到在星球中心部位出现铁原子核为止。

在中心部位形成原子核中最稳定的铁原子核团块之后，就不再发生进一步的核聚变反应。星球不产生热能的结果是以本身的重量缓慢缩小，使得内部铁块的温度上升，并使得铁原子核中的质子吸收电子而成为中子。同时由于中子会吸收热能，中心部位的温度便迅速下降，终致无法支撑外层物质的重量，大量物质便迅速掉落至中心部位，因而形成小而重的中子团块。到最后，掉落的物质经中心团块反弹发生大爆炸，这就是“超新星爆炸”。

中子星不会以本身的重量塌缩，这是因为中子具有彼此接近时会相互反拨的性质，此反拨力即称为“简并压”。但简并压能支撑的重量还是有限，如果中心部位的团块重量超过太阳重量的1.4倍以上时，就无法通过简并压来支撑。形成太阳重量1.4倍以上的中子团块之后，无法忍受本身的重量而永不止息地塌缩，这就是“重力衰变”，结果产生了黑洞。

与“黑洞”相反，“白洞”是现代天文理论中预言的又一种奇异天体。根据霍金的黑洞“蒸发”理论，有些科学家把这些可蒸发的“黑洞”视为一种新的天体——“白洞”的创生，换一句话说，白洞可以看成是黑洞的时间反演。不过白洞的边界不再是事件的视界，而是粒子的视界——粒子不能从外部落入，但可以向外抛出。这种天体中心奇点附近的高密态物质将不可避免地向外膨胀，穿过白洞表面向外剧烈地爆发。在白洞边界以外，则和黑洞的外部空间一样，也存在由史瓦西理论描述的外部引力场，白洞仍然是一个引力源。

英国科学家格里宾曾在《白洞》一书中写道：“假若事物可以进入黑洞，那么，在方程中改变一个符号（假如……将会……），我们发现事物可以从洞中出来——让我们称它们为白洞。”科学家认为，白洞中心的高密态物质聚集了极其巨大的能量，喷发中的白洞成为宇宙中的巨大能量机器。被白洞俘获而聚集在其周围的吸积物质与从白洞中高速喷发出的物质剧烈碰撞，产生大量的X射线、γ射线等高能辐射。因此，科学家称白洞为“宇宙中的喷射源”。

总之，白洞作为天文学家预言的一种和黑洞相反的天体，它具有一个封闭的视界，其中的物质向外发射，而不能吸引外部的物质。有的天文学家用白洞理论来解释一种奇怪的类星体，因为这种类星体的质量不大，但能量却大得出奇。这个问题至今是科学家们研究的重要课题。

天文学家在观测和研究中还发现，由于“黑洞”中每4年发生一次类似地球范围大小的巨大的能量积蓄，这与闰年相符，这种能量积蓄会对地球产生不良影响。如果在宇宙“白洞”中发生这种能量积蓄，地球上会出现相应的灾祸期，宇宙间的这种能量分布会危及人类命运。

1988年，在一些宇宙“白洞”中发生了这种能量积蓄。观测结果表明，如果在宇宙“黑洞”中发生这种能量积蓄，在地球上则反映出发生战争的危险性明显增强，而且死亡率也将升高。当宇宙“白洞”中发生这种能量积蓄时，上述危害性就会小些，而且对地球上的某些民族来说还会出现一些有利因素。当能量的分布处在“白洞”与“黑洞”之间的中间状态时，情形最为有利。研究中还发现，太阳的活动还取决于闰年，在宇宙能分布的中间状态期到来之前，太阳活动会更强烈。

此外，1979年3月5日，运行在太阳系中不同位置上的9颗人造卫星，同时探测到我们银河系不远的大麦哲伦星云中发生的一颗中子星大爆发。这次爆发虽然只持续了0.1秒，但它所释放出的能量却相当于太阳在3000年内所释放能量的总和。这是有史以来人类记录到的一次最强烈的星球大爆炸“悲剧”。使科学家们大为震惊的是，这颗爆发的中子星所处的大麦哲伦星云距地球18万光年远，如果这次大爆炸发生在我们银河系，地球顷刻间将化为一缕蒸汽。可见，地球人类随时都可能受到来自“宇宙悲剧”的威胁。因此，征服宇宙，与命运抗争，将是21世纪人类面临的严峻挑战。

行星活动与地震灾难

提起地震，人们不禁都要为之一“震”，因为它给人们带来的灾难实在是太可怕了，即使是在当今科学技术发展的时代，对于地震这个祸首人们还是没有很好的应对措施。在所有的自然灾害中，地震是最具破坏力的。1201年在埃及北部的一次地震使100万人丧生。历史上没有任何一次台风、火山爆发、龙卷风杀死过这么多人。在过去的2000年间，世界上3/4的地区，主要的自然灾害是地震。死亡和破坏不仅来自地震本身，而且来自因为地震断裂的电线引起的大火，破裂的煤气管道，破裂的污水管污染的饮用水。水下发生的地震（大部分的地震发生在水下）会产生海啸，这在沿海地区较常见，并会引起严重的水灾。

在世界范围内，死亡人较多的地震，不胜枚举。

20世纪初最著名的地震是日本关东大地震，发生在1923年9月1日，在地震引起东京、横滨大火，近60万幢房屋毁于地震及地震引起的大火中，14余万人丧生。据说，日本人接受了这次惨重的教训，在城市建设和国民减灾防灾教育中采取了许多有效的措施，他们相信若再次发生同样的大地震（8.3级），东京（现在人口已超过1000万）因房屋倒塌致死者不会超过200人，因火灾等次生灾害死亡者不会超过8000人，总损失要远远低于1923年的那场大地震。

事实上，人们已经认识到，地震中的真正杀手是那些笨重而又不结实的建筑物。

1988年12月7日亚美尼亚7.1级地震，有25000人死于倒塌的建筑物下。1990年6月20日伊朗7.7级地震，死亡45000人，主要原因是房屋的质量太差，住宅在地震中变成了坟墓。1992年10月12日下午3时9分，一场仅持续20秒的6级地震，使埃及首都开罗市的面目全非，58幢建筑物完全倒塌，近400人死亡和数千人受伤，而距震中更近的金字塔和狮身人面像却安然无恙。对比之下，1989年10月8日美国旧金山7.3级地震中，仅有70余人死亡；而1992年6月28日美国洛杉矶7.9级地震中，除了数百人受伤外，仅有1名两岁多的儿童被震落塌下的烟囱砸死。

我国大陆地震约占世界大陆地震的29.5％，据统计，我国历史上有记载的地震共计8137次，其中1004次为破坏性地震，仅自14世纪以来就发生过8级以上地震17次。1556年1月23日陕西华县发生8.0级地震，自潼关至芮城一带，地震引起山崩，黄河、渭河被壅塞数日，或地裂泉涌，或城郭房屋陷入地中，或平地突成山阜，或一日连震数次，总计“压死官吏军民奏报有名者82万有余，其不知名未经奏报者复不可数计”，当时正逢严冬奇寒，流离失所者又有许多冻毙在逃难途中。1920年12月16日，宁夏海原发生8.5级地震，地震波及130多个县市，20余万人不幸遇难。

对中国人来说，谁也不会忘记1976年7月28日。那天凌晨，酣睡中的唐山市民，被强烈的地震惊醒，20余万人尚未明白发生了什么事情就被倒塌的房屋砸死，还有许多人在迟到的救援降临时已咽下了最后的一口气，更多的伤残者和幸存者至今仍心有余悸。这场7.8级的地震还波及天津市和北京市，其造成的心理恐慌则漫及全国，数千万人甚至上亿人躲进了临时搭建的防震棚中，有些人在地震谣传中跳楼身亡，还有不少人则死于防震棚火灾中，停工停产造成的经济损失更是无法统计。

近年内的另一起发生在人口稠密地区的大地震是神户阪神地震。

阪神地震发生于1995年1月17日上午5时45分，强度为7.2级，死亡5500多人，造成1000多亿美元的财产损失。大地震发生后的第4天，一位年轻的日本土木工程师来到神户研究地震灾害。他亲眼目睹了阪神高速公路被毁的可怕景象：高架公路的柱子被压弯震裂；沿途到处可见大梁已从支座上滑落下来；一辆公共汽车被抛在路边摇摇欲坠。一段约400米长的四车道高速路段被翻倒在路旁。事后，这位工程师回忆说：“我们常说日本的地震工程是世界最棒的，我想，现在不能这么说了。”

多数专家都深信，日本的地震工程是第一流的。对世界地震多发区的一个明确无误的警告是：尽管工程非常之好，然而哪怕是中等强度的地震，如阪神大地震，就足以造成巨大的毁坏。

经过1年多的研究，专家们对发生在神户的这次地震有了较为深入的了解。神户的经验表明，当断层正好处于城市地底下时，即使是中等强度的地震，也会造成致命的冲击。

离震中越近越危险，这是常识。恰巧最近的几次地震，都发生在装有地震记录仪的地区，使地震学家和工程师们得以逐渐认识到：靠近断层的震动要比以前想象的强烈得多。这就是说，对于一个城市来说，如果在它的脚下存在一个较小的断层，那么该断层如果发生一次中等强度的地震，所造成的破坏也会比远离该城市几十千米发生强震所造成的破坏严重得多。

地震发生前1年，没有人对神户地下的断层线有过足够的注意。这是一个失误。夹在群山和大阪湾之间一块5千米宽的平地上的神户是日本的交通要冲。本州岛的所有主要公路和铁路都从这条狭窄的走廊经过，地震后全被切断。由于一座高架桥坍塌，就连高速列车也无法使用。阪神高速公路不但倒塌了，而且倒塌残余物还堵塞了连接大阪和神户之间的一条主要公路。

震后最初几天，支援受灾城市的粮食和其他救济物资大多是用摩托车运输的。司机们不得不绕过高速公路的瓦砾堆走人行道。有些马路步行都无法通行。在城市的老居住区里，狭窄的街道上堆满了瓦砾，杂乱不堪。

这些房屋抗台风是非常好的，但抗地震则很差。传统的日本结构房屋靠很重的陶瓦屋顶来抵抗台风。但当大地抖动时，沉重的、摇摆着的屋顶惯性会产生很大的水平载荷施加于柱及梁结构上，而这种结构通常没有斜支撑或实心墙。

地震中，约占该地区房屋10％的55000栋房屋倒塌了，另外32000栋遭到严重破坏。房屋倒塌造成的伤亡占伤亡总数的90％，并使30多万人无家可归。倒塌房屋的碎木头为发生的140多处大火提供了燃料，街上的瓦砾堆给消防人员救火造成不便，自来水管断裂又使他们无水可用。

营救队伍把注意力集中在居民区。因为地震发生在早晨，当时大多数居民还在梦中。如果地震发生在中午，情况可能是另一个样子，那可能更为悲惨。

阪神地震的震源在大约离市中心19千米处，并直接在城市的地底下传播。断层线附近的地震力不但比预期的要大，而且这些力被所谓“方向性”现象叠加在一起：当一个断层破裂时，地震波传向四方，但当破裂点沿断层移动时，沿破裂方向传播的地震波会叠加在一起。

如果破裂移动的速度接近于地震波在土中传播的速度，那么，在破裂段的末端会释放出一个叠加起来的地震能量脉冲。这种情况在破裂沿一条较直的直线移动时特别明显，如1994年1月的诺斯列齐地震，而对于1995年的阪神地震则稍差一些。

洛杉矶是幸运的，那场震源在诺斯列齐正下方的地震，向其北面人口稀少的山区里释放其经叠加而强化的能量脉冲，而神户却没有这么幸运。

在距神户断层线几千米之内，市中心区的许多低层和中高层的办公楼和商业楼都全部倒塌或部分倒塌了。许多倒塌是地震破坏的典型例子。其中最常见的要算工程师们所说的“软层”倒塌。软层倒塌的一个典型可以在比较小的商业楼中看到，它们的底层有宽大的商店橱窗，或者有车库的入口，上面几层是办公室或公寓。这些很大的洞口使底层比上面几层要柔弱或“软”。当地震发生时，房屋的摇动集中在弱层上，使得结构难以承受那增大了的应力。多数情况下，底层被摧毁，上面几层基本完整无损地倒塌在一个平面上。

同样的破坏可以在不少较大的多层钢筋混凝土大楼的中部看到：大楼的某一层几乎消失了，而它的上面和下面几层却只有少量的破坏。经研究发现，原来是大楼结构，或是形状的改变造成了软层。神户市府大厦的附属建筑就是一个例子。八层楼的附属建筑，第六层成了“薄煎饼”。后来查明：六层以下是型钢骨架外包钢筋混凝土的组合结构，六层以上是纯粹的钢筋混凝土结构。不同结构的交接处造成的薄弱平面，导致了大楼致命的不幸。

当有些大楼由于震动而毁坏时，令人惊异的是不少大楼甚至连一点伤痕也没有。几座高耸的玻璃塔楼连一块窗玻璃都没震碎，仍矗立在倒塌的瓦砾堆旁。在被震坏的市府大厦附属建筑旁边，是新建的一座32层的玻璃钢结构塔楼，没有遭到损坏，因而把城市地震急救指挥中心设在那里。业已证明，房屋抗震性能好坏的决定性因素是它的建造年代。

地震与月亮的潮汐周期

各种潮汐的形成，主要是由月球对地球的引力决定的。地震与月球的运转是否有很大关系，科学家们正在探秘之中。

现在我们知道，月亮的盈亏并不是“死而复生”，而是因为日、地、月在运动中三者之间的关系不断发生变化，我们在地球上每天看到月球的不同部分，感觉上便是月亮圆了又缺，缺了又圆。

我们说月亮围绕地球转，这是不太准确的。严格地说，地球和月球组成了地月系，地球和月球都围绕着它们的共同质心旋转。地月系的质心不在地球的中心，而在地表以下1728千米处。月球围绕地月系质心运动的周期，因选用基点的不同，其数据也有差别。人们用得最多的是朔望月，一个周期为29.53天。我们使用的农历大月30天，小月29天，就是以朔望月为基础制定的。

月球的质量不大，只有地球的1/6，但它离地球很近；太阳距地球当然要远得多，但它的质量又很大。这两个天体都对地球各处产生很强的引力，从而形成周期性潮汐，称作天文潮汐。这种潮汐主要有：

海潮：海水的周期性涨落；

固体潮：地壳规律性升降；

大气潮：气压周期性变化。

根据牛顿万有引力计算，月球对地球的引力是太阳的2倍多，所以，各种潮汐的形成，主要是由月球对地球的引力决定的。

太阳、地球和月亮三者的位置不同，地球上所受到的引力大小也不同。

农历每月的初一、十五，日、地、月基本在一条直线上，地球上各点所受到的日月引力相互叠加，使高潮极高，低潮极低，称之为大潮。（初一的月亮叫做新月或朔，初一前后各一天就叫朔期。十五的月相称满月或望，十五前后各1天就称望期。）

到了农历的初七、初八，或二十二、二十三，月亮转到了和太阳成90度（或270度）角的位置，日、月引力大致垂直，二者抵消，使高潮、低潮的差异最小，称之为小潮。（初七、初八的月相叫做上弦，二十二、二十三的月相叫做下弦。）

这种大一小潮周期为14天左右（14.75天）。

月球绕地月系质心运转的轨道是个椭圆，大约每27.55天靠近地球和远离地球各1次，近地潮要比远地潮大39％。当近地潮与大潮重合时，潮差就特别大；反之，若远地潮与小潮重合，潮差就特别小。

地球围绕太阳公转的轨道也是椭圆，在近日点太阳引力大，潮汐强；远日点引力小，潮汐弱，周期为1年。

由于其他因素的影响，潮汐还存在13.6天、186天、8.85年、18.6年、2.1万年、4.1万年和10万年等周期。

这种日、月引力的周期性变化导致海潮周期性涨退，海水不断地冲蚀着海岸及海底，并搬运沉积物到适当的地点沉积保存下来，某些地层上就沉积下了潮汐韵律层，它记录了亿万年来地球自转和月球公转的有用信息。科学家们对此的研究取得了丰硕成果，但还存在无数的未解之谜等待人们去探索。特别是令人备感恐怖的“躲得了初一，躲不过十五”之说。

1966年3月22日，中国河北宁晋发生7.2级地震，这天正好是初一（朔日）。1976年7月28日，唐山发生特大地震，死亡人数达23万。这天正是初二，地震发生在凌晨3点42分，按一般人的习惯，这时仍是初一“夜里”。在那地震频繁的日子里，每逢初一、十五，人们格外小心，因为余震总喜欢在这两天光临。

确实，自有地震以来，在河北（包括京津）地区，史料载明了日期的大于6级的地震有30次，在初一、十五前后各一天发生的就约占50％。如果不算余震，则发生在初一、十五前后各一天的大地震，占总地震数的55％。

不仅河北如此，整个华北地区的地震也有这种规律。如1966～1984年间发生的5级以上的95次地震中，发生在朔望期（取为朔望日前1天至后2天）的为48次，约占50.5％；6级以上的地震共19次，发生在朔望期的为10次，约占52.6％；7级以上的地震共5次，发生在朔望期的为3次，占60％。这些比例都比自然概率27.1％高得多。

除华北外，新疆柯平地区及江苏溧阳一带的地震也明显与朔望期有关。但并不是所有地震都“青睐”初一、十五，有些地震特别“喜欢”初七、初八（即上弦）或二十二、二十三日（即下弦）。

地震科学家们统计了云南地区发生的地震，发现地震最喜欢在农历的二十二，即下弦的前1天，光临云南；其次则比较喜欢初一这天。云南地区的地震在农历的二十二这天释放的能量占总能量的26.1％，在初一释放的能量占18.7％，而下弦前一天或初一，仅占朔望月总天数的4.2％。

月球是周期性地绕地月系质心运转的，地震又与月球的运转有很大关系，那么月球运转周期在地震的发生上有没有反应呢？

1969年，美国阿波罗12号宇宙飞船在月球上安置了地震记录仪，科学家分析第一批记录结果就发现月震有约27天的周期，这正是月球靠近地球的周期（叫做近月点）。科学家们由此开始探讨地震有无类似的周期。对美国国家海洋和大气局1964～1971年记录的42000个地震的分析表明，地震数据峰值是13.65天，每月出现2次这样的峰值。也就是说，地震存在约27天的周期。科学家分析1949～1974年美国阿拉斯加和中美洲的大量地震，也发现有13.65天的周期，而澳大利亚和日本列岛的这种效应不明显。不过，科学家们对此有不同看法，有人认为上述周期的得出是由地震数据本身的正常变化引起的，与月球无关。对这个问题，科学家们还在继续探索。

可怕的11年、22年黑子

科学家经过长期观察和探索发现，许多天灾都发生在太阳黑子达到极小值或极大值前后，这就使人们不得不注意太阳黑子的活动与地球的关系。

众所周知，太阳是个炽热发光的气体球，内部在不断地进行着热核反应，以维持向外持续辐射的能量。在这个过程中，太阳光球层上就不断出现巨大的气流漩涡，这些气流漩涡看起来比太阳的其他地方要暗一些，就像人脸上出现的雀斑或黑点一样，我们把它叫做太阳黑子。黑子实际上并不是真正的黑色，大黑子的亮度可达满月那样亮，它们经常成对地出现。黑子是太阳活动的一个重要标志，黑子越多，则太阳活动越强。

中国人早就注意到了太阳黑子的存在。古时候，人们对黑子不了解，就根据它的形状说是“日中有三足乌”，意思是说太阳中有一个长了三只脚的乌鸦。

黑子的最早记录出现在中国，但发现黑子活动周期却是欧洲人的功劳。

我们知道，太阳系的八大行星中，水星距太阳最近，可在19世纪的欧洲，人们相信在太阳和水星之间还存在一颗行星，并假定它叫“火神星”。许多天文学家和业余天文爱好者都加入了寻找“火神星”的行列，都希望最终能以自己的名字来给它命名。德国药剂师、天文爱好者施瓦布就是其中之一。

如果确实存在这么一颗行星的话，它一定会有规律地围绕太阳运转，我们在地球上观测就会发现有个小黑点模样的东西周期性地从太阳面上经过，即“行星凌日”现象。水星凌日和金星凌日是人们已经熟悉了的天文现象，“火神星”凌日却从来没有人发现过。施瓦布想到了他那已积累了17年的太阳黑子记录。他想，在这些看似杂乱无章地出现的黑子中，如果有一颗黑子是按一定周期出现的，那么它就可能是那颗要找的行星。于是，施瓦布在继续观测和记录黑子的同时，开始认真查找分析所有的太阳黑子记录。

施瓦布在经过长期的观测和分析之后，没有找到任何有可能被看做是行星的黑子。但他的劳动并没有白费，他意外地发现了一个从没有人提到过的使他十分惊讶的现象。后来的事实证明，这个发现对地球的重要性不亚于在太阳系内新发现一颗行星。

他发现，太阳面上的黑子数每年都不同。一段时间内，黑子数逐年增多，面积也逐渐增大，在某一年达到最大值；之后，黑子数逐年减少，经过几年，黑子数变得很少，甚至好些年一个黑子也看不到，这之后，黑子数又逐渐增加。直到又一次达到极大值。如此循环往复，从一次黑子极盛或极衰，到下一次又极盛或极衰，大约是10～11年。

时光又过了半个世纪，到20世纪初，关于太阳黑子又有了新的发现。1908年，美国天文学家海尔发现黑子有22年的磁性周期。原来太阳黑子是有很强磁性的，当黑子成对出现在太阳光球面上时，如果北半球出现的前导黑子磁性是N极，则与它伴生的后随黑子必然是S极。这个时候，太阳南半球出现的黑子对，其前导和后随黑子的磁性刚好与北半球相反。这种黑子磁性规律，一直持续到这个黑子活动周期结束（11年）。新的黑子活动周期开始，黑子的磁性就反转，如此再持续11年，直到下一个活动周期开始，黑子的磁性又恢复到前一周期的状态。这就是太阳黑子的22年磁性周期。

太阳黑子为什么具有周期性呢？

科学家们对此有2种截然相反的意见。①黑子周期是由太阳内部热核反应过程决定的。②黑子周期性出现的根本原因在于太阳系内大行星对太阳的起潮力的作用，如木星的公转周期11.86年与太阳黑子的11.1年接近。对黑子周期的形成原因，科学家们正在做更深入的研究。

人们对太阳黑子的研究，当时仅仅是出于对自然现象的关注，并没有想到它会对我们的地球产生什么样的影响。可后来人们发现，地球上很多自然现象也具有大约11年或22年的周期，许多天灾都发生在太阳黑子达到极小值或极大值前后，这就使人们不得不注意太阳黑子的活动与地球的关系。

地震是破坏性十分严重的自然灾害，科学家们发现地震也呈现出大约11年和22年的周期，明显与太阳黑子活动有关。中国西部及其邻近地区是个受太平洋板块、欧亚板块和印度洋板块联合作用的三角形地震带。在这个地震带内，1902～1978年内发生大于7.7级的地震有20次，介于7.7～7.6级之间的地震有50次，分析这些强震的高潮期与低潮期，可发现西部地区地震的活动大致有11年左右的地震活跃期和11年左右的地震平静期，而从前一个低潮开始到下一个高潮期结束，大约为22年。这正好是太阳黑子磁性周期。例如：

第一强震高潮期为1902～1912年，第一强震低潮期为1913～1922年；

第二强震高潮期为1923～1934年，第二强震低潮期为1935～1945年；

第三强震高潮期为1946～1957年，第三强震低潮期为1958～1969年；

第四强震高潮期为1970～1978年。

从以上数据可以看出，第一强震低潮开始于1913年，第二强震高潮结束于1934年，相差22年；第二强震低潮开始于1935年，第三强震高潮结束于1957年，相距23年；第三强震低潮开始于1958年，第四强震高潮结束于1978年，相距21年。这与太阳黑子周期十分接近。

中国华北（包括辽宁）、四川的地震有更明显的10～11年周期。如：

1922年9月29日渤海发生6.5级地震；

1933年8月25日四川茂汶北叠溪发生7.5级地震；

1944年12月19日辽宁丹东以南海中发生了6.75级地震；

1955年4月14日四川康定发生7.5级地震；

1966年3月22日河北宁晋发生7.2级地震。

科学家曾由上述周期预计华北、四川在1976年或1977年要发生6.5级以上地震，结果在1976年7月28日河北唐山发生了7.8级地震，在1976年8月16日四川松潘发生了7.2级地震。

彗星周期与地震周期

历史上2次哈雷彗星到来，2个地方都发生过大地震，这绝不是偶然的，充分说明哈雷彗星与地震有关系。

科学家说，从1994年开始，全球进入地震活跃期。

同时，在最近几年里，任何一个关心时事的人对彗星也不会陌生。1996年3月25日，百武彗星与地球擦肩而过；一年之后的4月2日，3000年才光临一次的海尔—波普彗星又飘然而至，因日全食也来凑热闹，许多天文爱好者兴奋不已。

天空中的彗星是相当多的，天文学家们每年都要发现一些，但绝大多数都要用望远镜才能看到。像1996年、1997年这样连续有2颗彗星与地球近距离相遇是比较少见的。

在最近几年里，彗星与地震同时成了新闻媒介报道的热点，这是一种巧合吗？

中国古代常把彗星和灾变（包括地震、旱涝等）联系在一起，认为彗星是“灾星”。民间痛恨、诅咒一个人时常说：“天上有个扫帚星，地上有个×××”，意思是说，这个“×××”是专给人间带来灾难的灾星。古希腊哲学家亚里士多德认为彗星的出现表示灾难和干旱将来临。

长期以来，很多人都认为把彗星与地震联系起来是无稽之谈。但最近20年来，科学家们对两者之间的关系进行了研究，发现彗星与地震有一定联系。

日本学者倔四郎系统地整理了1800年以来的彗星记录，列出几百个彗星的轨道，并与世界上大地震进行比较。他发现彗星与地震确有联系，当彗星接近地球，或地球受到2颗彗星的叠加作用时，就有大地震发生。彗星与地球的距离以天文单位计算，一个天文单位（A）相当于1.5亿千米。

例如，1920年Ⅲ号彗星从1920年9月下旬开始接近地球，在12月17日距离地球最近，约0.188个天文单位，在它前一天（12月16日），中国发生了20世纪以来最大的地震之一——海原8.5级地震，死亡人数达29万余。在这之前，智利、千岛群岛等地发生了好几次7～8级地震。

1976年V号彗星从6月开始接近地球，在8月12日距地球最近（0.125个天文单位）；在7月上旬到9月中旬相当长的一段时间内和地球的距离在0.3个天文单位以下。8月16日在菲律宾发生8.1级地震，5月底到8月下旬中国发生了7级以上地震6次。7月28日唐山地震就是在这一期间发生的。

中国学者徐道一根据近2000年的资料分析，发现在16～17世纪，也就是明末清初那一时期，中国的彗星记录特别多。而这一时期中国和世界上的地震也特别多。如1556年关中发生大地震，《明史》称：死亡83万有余。云南在这期间地震特别活跃，有的地方地震接连不断，几年才停下来。这期间智利、日本的大地震也是此起彼伏，灾难严重。

天空中的彗星还是比较多的，尤其是使用天文望远镜，每年至少可以看到6～7颗。因此在每年出现的彗星中找出一些来与地震对应，似乎不足以使人相信二者有关。所以科学家们决定选定一颗进行研究，这样更有说服力。他们选择了哈雷彗星。

在诸多彗星中，哈雷彗星是很有名的一颗周期性出现的彗星。英国天文学家哈雷认为，1531年、1607年和1682年出现的亮彗星具有十分相似的轨道，是同一彗星，每隔75～76年回归一次，并预言这颗彗星将于1758年底或1759年初再度回归。这颗彗星果然如期而至，后来人们便称它为哈雷彗星。

在20世纪80年代初哈雷彗星即将再次回归的前夕，中国的徐道一等学者研究了哈雷彗星接近太阳和地球的年份与有关8级大地震的关系。所谓“有关”的涵义，假定为哈雷彗星出现的前后5年。这一段时间约占整个周期的1/7。徐道一编制了对应关系的列表。

由表可见，1910年哈雷彗星回归，在此前后是20世纪大地震活动的最频繁期，尤其是在1906年，全球多次发生特大地震。1910年日本关东还发生了8.1级地震，死亡10万人，至今还令一些东京老人谈“震”变色。发生地震的5月22日正是哈雷彗星距地球最近的一天，仅有0.118个天文单位。

注：1906年全球共发生了7次8级或8级以上大地震，1905～1912年全球共发生了16次8级或8级以上地震。在此表中只列出较大的几次地震和中国一次8级大地震。

从1900年往前推300年期间，哈雷彗星共出现过4次，每次哈雷彗星到来前2～4年都有8级地震发生，对应得相当好。17世纪以前，由于地震记录不完整，两者对应关系差一些，但在哈雷彗星接近地球时，地震发生的频率比平时要高，这是事实。

由于1986年2月9日哈雷彗星经过近日点，在此前后，1985年11月初到1986年5月底，它将有两段时间接近地球，所以，徐道一推测，80年代前半期全球的地震活动将会加强，尤其是中国的西部可能会出现强震。果然，1985年8月23日，中国新疆乌恰发生了7.4级地震；4月19日墨西哥发生了8.2级地震。新疆乌恰在1906年发生过8.0级地震，墨西哥在1907年发生过8.1级地震。两次哈雷彗星到来，两个地方都发生过大地震，这绝不是偶然的，充分说明哈雷彗星与地震有关系。

彗星的形体很小，密度力很小，它的引力对地球的影响显然是微不足道的。那么，彗星是怎样对地震发生作用的呢？这是一个没有解决的问题。有学者这样解释：彗星的质量虽小，但彗星尾巴的电磁力对地球的影响非常大。这种电磁力和彗星反射太阳作用到日冕上，使日冕发生不同程度的异常。日冕异常可能会对地壳发生作用，于是间接触发地震。不过，这种可能性有多大？彗星的到来与大地震的发生是否还有什么内在的因果关系？这些问题科学家们还在探索。

我们曾经谈到月相与地震的关系，太阳活动与地震的关系，又介绍了彗星与地震的关系。那么，这些天文因素是怎样影响地震的呢？科学家们提出了一些假说，如触发说、调制说、共振说等，但没有一种理论得到广泛的承认。

需要提醒的是，很多天文因素往往是具有周期性，某地的地震与天文因素有关，并不是说该地的地震一定具有某种天文周期，因为影响地震的因素太复杂了。人类要想准确地预报地震的发生，并不是一件容易的事。

人类尚未攻克的堡垒

世界上每年要发生500万次地震，但7级以上的大地震，每年平均只有8次，而且大多数发生在海洋底下。因此，对于陆地某个区域来说，大地震发生的概率相当低。尽管如此，它给人们生命财产所带来的损失却是十分惊人的。因此，研究和预报地震十分必要。

统计资料表明，中国是全球大陆地震最多最集中的国家，也是受地震灾害最严重的国家。我国大陆地震数量占全球大陆地震总数的1/3，我国的陆地面积占全球陆地总面积的1/14，在1/14的面积上发生1/3的地震，可见集中程度之高。20世纪以来，我国地震死亡人数占全球地震死亡人数的1/2。

无论是国外的还是我国的地震，都具有时间和空间分布的不均匀性特征。

时间分布的不均匀性表现为地震活动具有高潮期与低潮期交替的特点。如我国的地震，20世纪以来已经历了4个地震活跃期（高潮期）：第一个活跃期为1895～1906年，大震主要发生在新疆天山地震带和西藏南缘的喜马拉雅地震带。第二个活跃期为1920～1934年，大震主要发生在甘肃、宁夏和新疆北部。第三个活跃期是1946～1955年，川、滇、藏以及甘肃是主要地震区。第四个活跃期为1966～1976年，在这期间我国大陆共发生14次7级以上地震，其中12次发生在华北和西南的川滇地区。之后是10年左右的平静，自20世纪80年代以来，地震活动又逐渐增强。90年代到21世纪初是地震活动的一个新的活跃期。

地震空间分布的不均匀性表现在：地壳板块的边缘处强地震发生的频度高。例如，大多数强海洋地震发生在海沟和板块边缘处，如沿太平洋海岸经阿留申群岛、千岛群岛、日本、琉球群岛、台湾、菲律宾到印度尼西亚形成一个半环状的地震分布带，8级以上的地震多集中发生在这个地带。

遭受灾害或侵犯时防御是所有动物的本能，人类是高级动物，强烈的地震活动激起了社会和公众对防震减灾的强烈要求。然而，防震减灾的工作是多方面的，包括建筑的防震抗震要求以及其他防震措施。但是，最主要的则是地震预报。通过预报，采取防震措施，达到减少人员伤亡和经济损失的目的，这是人类长期追求的目标。

从20世纪60年代中期开始，美、日、俄（前苏联）等国都在努力研究地震预报问题。美国1964年组织了一批有声望的地球科学家拟定了地震预报研究规划，开展了地壳断层调查、地震前兆观测和地震孕育理论等地震预报研究，并于80年代在加利福尼亚州帕克菲尔德地区建立了地震预报试验场。前苏联则从60年代初开始，在中亚和远东地区建立起一系列地震预报试验场，开展地震预报的现场研究和基础性实验理论研究。日本、德国、印度等国也开展了地震预报研究工作。

从总体上看，30年来，各国在地震活动特点、地震和地壳构造的关系以及地震前兆观测等方面，都有许多重要进展。对少数地震，震前有一定的察觉和某种程度的预报，如1989年美国加州洛马曾列塔发生的7.1级地震、1993年日本长野5.1级地震等。但是，预报研究离解决地震预报的目标还有相当大的距离。近年来，世界各地发生的许多强破坏性地震，都未能做出预报。各国科学家一致认为，地震预报尚需进行长期的科学探索和积累。

我国的地震预报，是在1966年邢台大地震之后，在周恩来总理的直接指导下，以邢台现场为发源地，在全国范围内逐步发展起来的。到90年代，我国已建立起包括地震学、地磁、地电、重力、地震变形、应力应变、地下水动态、水化学、地热、电磁波等多学科的地震监测台网，为地震预报发展打下了重要的基础。在广泛监测的基础上，从1966年以来，在台网监测范围内已获得100多次5级以上地震的资料。在这些震例中，取得有关地壳形变、地下水、水电子、地电、地磁、重力以及各种宏观异常前兆资料上千条。这就为研究地震孕育过程及其不同阶段的前兆表现提供了科学基础，为地震预报提供了实际经验。

丰富的科学实践必将产生新的科学思想。在大量现场震例和实际经验的基础上，通过对孕育过程和地震前兆的系统研究，我国逐步形成了“长、中、短、临”阶段性渐进式地震预报的科学思路和工作程序。地震的孕育、发展和发生是一个系统演化的过程，这个过程的不同阶段则显示出不同特征的前兆。根据这些前兆，开展阶段性地震预报。在实际震例和实验室研究相结合的基础上，把地震孕育和相应的预报分为长、中、短、临4个阶段。长期预报是数年至一二十年的地震形势预测；中期预报是1至数年内地震危险区及地震强度的预测；短期预报是震前数月内的预报；临震预报是几天至十几天的地震预报。通过这种阶段性渐进式预报，使预报过程随着地震孕育过程的发展，在范围上由大到小，在时间上由远到近，在危险程度的判定上由粗到细，以逐步逼近的方式进行震情分析和地震预报。

但到目前为止，我国的地震预报尚难遂人愿。

在20世纪70年代中期，我国曾取得预报1975年辽宁海城7.3级地震较成功的经验，1976年云南龙陵地震、四川松潘地震半成功的经验，以及漏报1976年唐山地震的深刻教训。这说明，我们已从对地震预报束手无策的状态前进了一大步，但离要求还相差很远。80年代以来，我国在地震震例、前兆特性、预报方法乃至孕育理论方面又进行一系列深入的研究，地震预报工作又有新的发展和提高。在此基础上，我国对1995年7月12日云南孟连县中缅边界的7.3级地震又做出了较为成功的中、短、临预报。例如，7月11日凌晨1点预报3天内将有强震发生，危房中的人员一律撤出。由于地方各级政府根据地震预报采取了一系列紧急防震措施，从而在较大程度上减轻了这次地震的灾害。

然而，还有不少地震未能做出准确的临震预报。例如，1995年10月24日我国云南武定发生的6.5级地震以及上面提到的1996年2月、3月分别发生在云南丽江和新疆阿图什的强地震，尽管震前曾有一定的察觉乃至有某种程度的短期预报，但均未能做出准确的临震预报。

总之，地震预报尚处于探索阶段。目前，还不可能对破坏性地震甚至多数破坏性地震做出准确预报。

从一定程度上说，预报地震还是一道人类尚未攻克的堡垒。但是，在某些有利条件下，对某些类型的地震可以做出一定的预报，从而在一定程度上能减轻地震灾害。

面对地震来临时刻

中国进入了新的地震活跃期，天要下雨，陆地要震，这是没办法的。准确的预报可以为防震、抗震提供充裕的时间，但关键还是要有足够的“抗”震能力。抗震能力强了，损失就小。地一震，房子就倒，自然损失要大。因此，城镇建设一定要坚持百年大计的原则，立足于抗震，特别是抗大震。遗憾的是，近年来，在建筑行业，抗震的弦放松了。

中国的唐山，美国的洛杉矶，日本的阪神，都曾为此付出过惨痛的代价。

1995年日本阪神地震，在总计约697亿美元的损失中，建筑物损失为580亿美元，约占83％强。而地震中的不幸死亡者，89％是被倒塌建筑物压死的，倒塌的建筑物大部分是旧式木结构，仅神户市木结构住宅全部破坏的有54949栋，半破坏的有31789栋。与此相反，许多近年来采用新方法建造的高层建筑，具有明显的抗震性，神户市有15栋100米以上高层建筑，其中仅有2栋玻璃落下，最高的37层157米的钢筋结构顶点，位移1.8米，但没有破坏。

在我国的城市建筑中，一定要强化“抗震”措施，使基础防震性制度化、规范化。不然的话，即使已经知道哪一天地震，人们也只能眼睁睁地看着屋倒楼塌。特别是近年来，我国基本建设正以前所未有的速度增长，但是，由于使用劣质材料，还有一些建筑施工队大量偷工减料，建筑事故不断发生，楼房还没建好，正在建设中倒塌的现象就不断出现，豆腐渣工程层出不穷。据《经济日报》披露，1995年12月26日，武汉市一幢18层商住楼，因不规则沉降，而不得不实施人工爆破，顷刻之间这幢已完成内部装修的大楼灰飞烟灭。有关专家在对这幢楼的设施和施工进行调查后认为，这幢18层大楼的基础好比“一根筷子插到稀饭里去了”，如果遇到地震，后果不堪设想。

从政府到每一个公民都要全面强化防震意识。对公民进行防震抗灾意识教育非常重要，尤其对青少年，注意进行灾害学和防灾常识教育很有必要，甚至作为必修课。同时对市民来讲，也要进行承受灾害的心理素质教育，不要房子一晃就跳楼，结果反而伤亡于地震以外的因素。

地震时你如果在室内，千万不要急着跳窗户、跳楼，专家们都认为跳楼逃跑不是上策，因为地震强烈振动时间通常只有1分钟左右，跑动跳楼往往需一定时间，而且跳楼可能摔死或摔伤，即使安全着地也会被倒塌的东西砸死或砸伤。较好的应急防护办法是就近躲避，震后迅速撤离到安全的地方。

躲避时可躲在坚实的家具底下、开间小的厨房、厕所等。总之，要选择跨度小而强度大的地方。此外，一定要注意避开墙体薄弱部位，如门窗附近等。

在宾馆居住的客人，要注意避免接近玻璃窗。最好把被子顶在头上保护好头部。撤离时最好不使用电梯，以防因停电困于电梯内或发生其他意外。

地震时如在影剧院内，千万不要乱跑，较好的办法是躲在排椅下；位于前排的观众可在舞台或乐池下躲避；位于门口的可迅速跳出门外。

在商场店铺遇震时，明智的做法是躲在近处的大柱子和大商品旁边，但要避开商品的陈列橱。

地震时如果在室外，千万不要往家里跑，即使要抢救家里的亲人，也要稍候片刻，待震定后再去抢救，并要注意房屋的倒塌。

地震发生时，高层建筑物许多器物会飞落而下，因此要注意保护头部，方法是朝比较开阔的地区躲避。若在森林旁，应尽量躲到树林中去，树木越多越安全。如果在山坡上或悬崖下，要注意山崩和滚石，千万不能跟着滚石往山下跑，而应沿垂直滚石方向奔跑，来不及时可寻找山坡隆岗，暂躲其后。

在易燃、易爆、剧毒危险品旁，要迅速撤离；逃避毒气污染时要朝上风处奔跑。

在体育场观看比赛发生地震时，要听从大会指挥，有秩序地从看台场地中央疏散；撤离时，千万不要卷入混乱不堪的人群。

若正开车在街上，要立即踩住制动器作好停车的准备，注意前后左右车辆，选择落下物较少的地方停车。原则上，停车后立即离开车子，以便迅速脱险。

总之，每个人都应根据不同情况，掌握窍门，审时度势，灵活机动。

地球喷火吐雾的地质活动

提起火山，人们首先会想到它那喷发的雄姿，火山口喷出的万丈火焰携带着亿万吨熔岩滚滚流下，喷出的烟雾似原子弹爆炸后的蘑菇烟云，火山灰遮天蔽日，一片昏暗。像铁水一般的熔岩浆滚滚流淌，所到之处，一片火海。火山烟、火山灰铺天盖地，毁灭周围的生灵。总之，火山喷发给人一种恐怖之感，给人以灾难的记忆。火山喷发时所喷出的熔岩温度有时可能超过1000℃。在地球内部深处，岩石完全处于熔融状态，温度都在1000℃以上，熔融的岩石叫岩浆。火山喷发时，岩浆从裂隙或火山口涌上地球表面。

火山的形状有锥形、穹形、平顶的和柱状的。到底形成什么形状，要由喷发的类型和所喷出岩浆的物理特性来决定。

有时，火山中央的火山口会崩塌。日本伊豆大岛的阿苏火山便是一例，它原来的中央火山口崩塌后，又再在本身的中部喷发了一次。

火山活动不仅地球上有，在其他行星或卫星上也有，火山的喷发可以携带热能，也可以改变地形地貌。在太阳系中，木卫一这颗卫星上的火山活动最为激烈，它喷发出来的火山喷焰和火山灰高达几万米，其壮观景象超过地球上的火山喷发。地球上的火山分活火山和死火山2类，活火山指仍在活动喷发的火山。而死火山是指过去曾喷发过，但现在已停止活动，不再喷发。根据火山喷发的年代远近，又分远古火山、中期火山和近期火山几类。比如我国黑龙江省五大连池的火山就有早、中、近期火山几类。这里火山喷发后熔岩形成的石海黑乎乎的一片，远处眺望，波浪状的熔岩层真似石头般海洋一样。

地球上不同区域近期还都有活火山活动。

太平洋之中的檀香山岛的普纳罗亚火山在1995年还发生过喷发，影响波及全岛。

太平洋中的菲律宾的皮纳图博火山是一座已经沉睡600多年的古火山，1991年6月，它又在一系列猛烈的爆发中苏醒过来。迸发冲进平流层的二氧化硫达2000万吨，炽热的浮石雨点般漫天而降，灰色蘑菇状烟云升腾到火山以上30千米高空，遮天蔽日，落下的火山灰积满地面，灰白疏松，如同月球表面的一片荒凉景观。10万逃出性命者中的一位说：“看上去如同到了世界末日。”

吹向西边的风把火山烟雾卷向全世界。数星期后，千百万美国人就开始观看到火山云过滤阳光后的落日壮观。

全球绕行的火山烟尘的影响不仅止于增添晚霞色彩，它同时大量挡住照射地球的阳光，使地球吸收不到正常量的热能。美国国家海洋大气局的科学家们估计，皮纳图博火山烟层的浓厚程度，足可在数年内使世界年均气温下降约1℃。1℃的变化似乎很小，但足可影响到全球气流和海流。

由此可见，世界上火山的活动，历史长久，遍布各国，而且对人类的影响颇大。欧洲的意大利，南北美洲的美国、智利，亚洲的印度尼西亚、菲律宾、日本等国都有许多火山，它们对地球气候和人类生存都会产生很大的影响。那么，火山是怎样形成的？它的活动有什么规律？怎样利用火山为人类做贡献？这些众人关注的问题，科学家们一直在探索着。

在古代，人们对火山现象的解释带有神话色彩，甚至还跟太空宇宙间的奇特现象联系在了一起。但到了18世纪，随着自然科学的日益发展，人们对火山的成因开始有了比较科学的认识。有的说地壳由于放热而冷却收缩，造成地球内部熔融体受压，当熔融体承受过大的压力时，岩浆和气体就从地壳薄弱的部位喷射出来，从而造成火山活动；有的认为地壳因收缩而产生强大的压力，使地球内部产生地热，并把岩石变成熔融体，然后通过不同的渠道喷出地表；有人认为，海水渗透到地球内部的岩浆区时，蒸发为水蒸气而产生强大的张力，发生爆炸，并迫使炽热的岩浆通过火山通道喷出地表……还有许多关于火山成因的说法，都因存在不够完善的地方，而长期没有形成一种人们普遍接受的理论。直到人们发现地球的板块结构后，对地壳的复杂多变现象才有了比较完整的理论，对火山的成因也有了新的解释。

而“地幔热柱”的假说，又弥补了板块学说的某些不足。假说认为，地幔热柱把地幔中的熔融体以2米／年的速度提升到地壳表层，使该处地壳成为“热点”。该假说还认为地幔是岩浆库，地幔热柱则是供应火山物质的传送带。地幔热柱供应的火山物质通过地壳内的破裂带——断层，以及断层形成的地堑和裂谷，喷出地表而形成火山。因此，断层、地堑和裂谷是内陆火山的主要通道，海岭和海沟是大洋火山的主要通道。由于板块构造理论本身还在不断地完善，所以，解释火山的成因还不可能完美。

有趣的是，无论是活火山或者是死火山和休闲火山，都有不少“火山之谜”留给人们去探索，其中，位于菲律宾吕宋岛的马荣火山，就有一个“规律”之谜。

马荣火山是一座活火山，山顶上一年四季白云朵朵，烟雾缭绕，整个山头迷迷蒙蒙。夜晚，从火山顶喷出暗红色的烟雾，火山成了“烛台”，在夜空中闪闪发光，人们宛如身临仙境，领略着特有的火山风貌。

假如有朝一日，马荣火山要爆发了，它会在火山口隆隆作响，好像告诉人们应该引起注意。同时在火山口时常喷发大量蒸汽和少量的火山灰，有时还伴有轻微地震，这些景象都是对人们的及时警报。于是，居住在马荣火山附近的居民，纷纷疏散到其他地方；而要来观赏马荣火山的旅游者，又争先恐后拥向马荣火山附近的旅游城。为什么人们对马荣火山的喷发并不惊慌，反而要来一睹火山喷发的壮观呢？原来马荣火山的活动有一定的规律。据记载，20世纪以来，从1928年开始，它基本上是每隔10年喷发一次，唯独在20世纪50年代缺了一次。

火山的功与过

对于火山，我们应给予正确的评价。火山，既给人类带来灾难，又给人类提供了丰富的铜矿、铁矿等矿产资源，提供了地热能，创造了温泉和矿泉，对于农业生产和旅游业都有一定的好处。那么，如何才能充分地利用火山，让它更好地为人类服务，又是一个值得探索的新课题。

火山的过错

火山的喷发，常常给人类带来灾难，高温熔岩会毁坏附近村庄、良田，造成居民生命财产损失。同时，火山喷发也会改变气候、海水温度，影响降雨等，给正常的农业生产带来不利影响，因此火山喷发与地震一样，令人感到恐惧。除此之外，火山还会产生许多负面效应，比如火山会向大气层释放出二氧化碳、二氧化硫和硫化氢气体，有时是爆发性释放，有时释放得很平静。

法国的研究人员1991年报道说，意大利西西里的埃特纳火山，是一个永恒的气体发生“锅炉”。即便不爆发时，它每年都向大气层吐出约2500万吨二氧化碳。火山释放的气体也可能造成伤亡。公元79年，罗马庞贝城附近的维苏威火山喷发，二氧化碳和其他炽热气体及火山灰滚滚扑来，成千上万的遇难者被窒息而死。

历史上可怕的维苏威火山发生在意大利的一座被喻为“城市化石”的庞贝城。在公元79年前，它是一个手工业相当发达、占地1.8平方千米、具有5000多人的美丽城市。那里气候良好，景色迷人。公元79年8月24日中午，维苏威火山在连续几天的小地震后，终于憋不住了，一声震耳欲聋的巨响，揭开了火山口的岩石盖，喷出几千米高的岩浆，带动蒸汽云腾空万米，顿时遮天蔽日，四周一片漆黑。人们这才想到末日即将来临。大爆发后30分钟，火山灰覆盖了庞贝城，炽热的硫磺气体使人难以忍受。4小时后，房屋纷纷倒塌，整个城市渐渐被淹没在火山灰下。

1902年4月2日，位于加勒比海的马丁尼克岛上，有一座名叫比雷的火山，沉睡了半个世纪后，又开始活动起来了。

初时的活动是十分温和的，没有引起人们的过多注意。可是。仅仅过了1个月，火山顶被半固态的黏稠岩浆牢牢地堵住。5月3日早晨，接连4次闷雷般的轰鸣，火山内炽热的岩浆以160千米／时的速度，朝圣比埃尔城一侧冲去，只过了1分钟，全城3.8万人一起葬身于火山灰下。

历史上，火山的爆发给人类带来的较大灾难数不胜数。其中最为惨重的一次火山灾害，要数1883年印尼的喀拉喀托火山爆发。1883年5月20日和8月27日，这座火山连续爆发，引起强烈的地震和海啸，毁坏和淹没了岛屿，约有5万人丧生；火山的爆发使喀拉喀托岛被熔岩和火山灰所覆盖，高达20米，整个岛屿死寂了。

还有皮纳图博火山，当时喷发了大约1500万吨二氧化硫进入平流层，变成硫酸微滴。有些硫酸微滴会随着全球绕行风在空中停留3年，可改变高层大气的化学组成。科罗拉多美国大气研究中心的科学家们计算过，这种酸会导致美国北部22千米上空5％～6％的臭氧层的破坏。所以，由于地球另一侧火山爆发，美国人在自己后院做日光浴时，比往常也会危险一些。

火山的功劳

任何事物都有两重性。火山除了有灾难性的一面外，它还有其功劳的一面。甚至有人说火山造就了地球上的生命。比如美国的地质学家洛厄尔·庞特就曾经这样描述过火山的功劳：

火山以许多惊人的方式影响着我们的生活。科学家们说，没有火山，地球上目前所知的生命都可能消亡。例如，如果没有火山和其他力量创造山脉，陆地就会沉到海平面以下；其次，降雨不断把生命的关键元素（如碳和硫）冲进海洋。水里的一些碳在其沉入海底之前被海洋浮游生物转变成碳酸钙。如果没有火山的相反作用过程，世界上的碳就会全部封存在海底，地球上所有以碳元素为基础的种种生命，都会绝种。没有温室效应气体二氧化碳，我们的世界会是永恒的冰川时代。

火山爆发还会带来许多其他意外的后果。假如不考虑未来喷发的危险性，农民们还是很向往火山地区，因为这些地方的土地里富含矿物质，谷物生长良好。在美国，采矿者们涌向科罗拉多找黄金，到内华达找白银，到亚利桑那找铜，他们都不知道这些贵重金属全是火山的力作。南极洲埃里伯斯火山喷发时，银装素裹的陆地上就会出现纯金显微颗粒。在南非和西伯利亚，火山根部的碳在高压下形成金刚石。当一位男子送给心上人一颗金刚石和订婚金戒指时，他送的也许就是火山的杰作。

又如世界的矿藏，如泰国北部的宝石矿，缅甸的宝石矿，中国的河南玉石，云南苍山大理石等都与火山活动有关。

大自然的鬼斧神工之作形成了各类钻石、宝石、玉石和金、银、稀有金属等矿藏，再加上聪明的人类社会巧夺天工式地加工再制作，便形成今天的珠宝金店商行。这些都少不了古代火山喷发的功劳。

有些科学家在火山土壤发掘另一种“黄金”——热源。

美国的加利福尼亚已有5％的能源来自地热。利用这种能源的更先进的方案正在开发之中。在朗瓦利，加州能源委员会和美国能源部正在建造一口实验井，截至1995年，已经开发到6000多米深的地热。“这种潜在能量是巨大的”，工程主任、科学家约翰·朗德尔说：“这种位置上的地热厂可以开发到清洁可再生的、输出功率相当于60个大核能电厂的天然能源。”

在朗瓦利指挥钻实验井工程的约翰·劳格说：“只要能够抽取相邻48个州熔岩能量，就可供全美国目前消耗水平的1000年能源。”

同时，新墨西哥的洛斯阿拉莫斯实验室正研究测试干热岩体技术。科学家们钻了两口数千千米深、相隔90米的井，然后向其中一口井压水，水在地下热岩之间流过，带走热量，再经第二口井返回地面。“这种技术能为全世界几十亿人提供清洁、安全、廉价的能源，”洛斯阿拉莫斯干热岩体工程主任戴维·迪钦说，“这种能源就在我们的脚下。”

如此说来，如果能将火山口下的地热利用好，能相当于多座电站的能量。

古代人类害怕火山，但学会了用火。现在我们正在学会如何让火山的地热来为我们的生活服务，造福人类！

外星智慧生命的猜想

茫茫宇宙，究竟有没有外星生命存在，这个话题一直都澎湃着人们想象的激情，一直激发着人们对其探索的强烈渴望。

据世界一些科学界的权威人士用概率论，估计了银河系内文明星球的数目及其相互位置。一般认为，仅银河系内具有地外文明的天体就达10万个。考察到宇宙中还有1亿个河外星系，文明星球总数之大，可想而知。1998年，美国科学家已经宣称在银河系以外发现了一个类地行星，其中心有一个恒心，二者之间的距离和地日距离相似。显然，如果真是这样，那里也可能会有人类地球文明。

外星人会是什么样子？是由什么物质组成的？他们所在的星球也会像地球一样有战争、倾轧、互相残杀，但同时也有和平、和睦、相互促进、共同发展的努力吗？他们对地球是友善还是侵略，是蔑视还是帮助？不管我们对外星智慧生物的想象多么离奇，多么美好，或者多么可怕，许多地球人还是强烈渴望向地外高级生物伸出友谊之手。当然，也有人认为，地球人寻找外星人可能是自找麻烦。

这一连串的不解之谜，将不断激起人类对宇宙和地外文明好奇。那么，在其他的星球上到底会不会真的有类似我们人类这样的智慧生命存在或更高级的智慧生命存在呢？我们不妨从另一个角度来进行一番论证。

就是说，如果我们变换一下思考问题的角度，重新审视一下地球——从其他星球上来观察地球，会发现地球上面生活着智慧生命吗？

设想一下，火星上有一座一流天文设备的天文台，一批火星天文学家正在研究地球上存在智慧生命的可能性。这将会有什么样的结论呢？

从火星上看来，地球是一颗十分明亮的星星，与金星一样，有着圆缺的变化。地球上大片森林和耕地的季节性颜色变化会让火星上的天文学家认为可能有生命存在。不过这还只是一种可能性。

现在要弄清楚：火星上的天文学家用高质量的望远镜能否观测到地球上人类的活动痕迹？美国天文学家萨根对此进行了专门研究。美国和前苏联的卫星曾多次从较近的太空地点给地球拍照，主要拍人口最稠密的地区。

在对这些照片进行了最仔细的分析后，仍然不能发现任何人类活动的痕迹，尽管这些照片可分辨出几千米内的细节。

资料表明，从茫茫的太空中根本无法看到地球上的大城市。其原因乃在于空气污染，城市上空的大气成为不透明的地球包层。美国宇航员在太空中从来没有看到过洛杉矶，这正是地球上智慧生命所造成的后果。

再进一步说，像核爆炸这样产生强光的地球现象，能否被地外“生物”所观测到呢？毫无疑问，这种现象是可以被火星天文学家所发现的。

问题是，地球上核实验非常少，爆炸过程又十分短，这便大大减少了被发现的概率。而且，就算火星人发现了地球上的短暂闪光现象，也很难将之看做智慧生命的象征，因为这种现象在自然界可以说是太普遍了。

于是有人又提出了一种假设：地球上功率超强的电视转播站所发出的射电辐射将会被火星上的射电望远镜探测到。

然而事实上，随着高科技的进步，人们将有办法使电磁波沿着既定的路线前进，这样电磁波就不会向宇宙中散射，火星人又难以发现人类的存在了。

最后还有一种可能：只要火星人能够观测到地球大气中包含大量的氧气，他们便可以十分明确地得出结论：地球上存在着生命。但有无智慧生命还不能确定，不过一般生命终究会转化成智慧生命。

从以上分析我们发现，从距离地球较近的火星上发现地球生命是如此之难！对于那些距离地球更远的星球人，他们发现地球生命的机会更是微乎其微。

到这里，我们可以从正面想问题了：同从别的星球上观测地球上是否有生命一样，要从地球上去寻找外星生命，首先应了解自身以外的宇宙，然后才能开始彻底寻找。

银河系内智慧生命探索

宇宙间已观测到的像我们银河系那样的星系，可能有10亿个之多，太远、太暗而还观测不到的星系，可能是这个数字的几倍。我们的银河系只是一个普通的星系，假定承认它包括约2000亿（2.0×1011）颗像我们的太阳那样的普通恒星，可以肯定，银河系的恒星周围也存在着难以计数的行星和行星系。这些行星上存在着球外文明吗？

银河系里有多少文明星球（我们以字母M来代表）和智慧生命？我们必须考虑以下几个问题。

有多少恒星周围存在着行星

恒星在形成过程中应该都会很自然地产生行星。另外，在我们周围的恒星中，约有1/2是双星或聚星，这些恒星即使周围有行星，由于其轨道复杂，生命所需要的条件变化剧烈，生命很难存在。结论是，1/2恒星的周围存在着行星。用字母P来表示的话，P的估计指数可以定为0.5。

多少行星上有可能存在着生命

并不是每个行星系内必然会有适合于发展生命的行星。就我们地球来说，从形成到出现高度的文明，经历了约45亿年。这对地球来说是不成问题的，因为我们的太阳是一颗稳定的恒星，其稳定阶段至少有100亿年，现在只过去不到一半。地球不仅有足够的时间来产生和发展生命，还将继续发展成更加发达的高度文明社会。如果某颗恒星的生命只有几亿年，或者恒星的温度过高过低，使其周围行星上的物质不可能达到发展生命所必需的合适温度，则都不会有生命。像太阳这样的恒星约占全部恒星的10％，而每个行星系平均有一个行星适合于发展生命，则本因素（用E来表示）可定为0.1。

上面所说的两个问题纯粹是天文因素，为每个因素所定的指数由天文学研究结果来决定，因而都比较合理。由此可以估计，银河系中适合于发展生命的行星可能达：

M＝P×E＝2.0×1011×0.5×0.1＝10×109颗＝100亿颗

下面即将提到的两个问题，可以说是生物学因素，对它们的估计就不像天文因素那样可靠和肯定，因而所给的指数会有很大差别。

正发展着生命的行星有多少

不少的生物学家认为，只要某颗行星具备了生命所需的条件和给以足够的时间，在它上面就必然会产生出生命，这样，指数L为1。也有人认为，这仅是理论上的推理。太阳系内具备发展生命条件的行星不止一个，可是只有地球上有智慧生命。因此，有人主张给以0.1这么个低指数。

正发展着智慧生命的行星有多少

对于这个问题也存在着两种不同观点：一种认为，发展了生命，只要时间足够，就必然发展智慧生命，指数L为1；另一种则认为，地球用了40多亿年才发展到智慧生命阶段，但也完全可能在某颗行星上，由于条件较差而花了200亿年！地球上也不是所有生物都必然发展为智慧生物，地球上不就是我们人类这一支吗？因此将指数定为0.1。

天文学因素加上生物学因素以后，对球外文明世界的估计相差100倍。在我们银河系内，在多少个行星上存在有外星人吗？

第一种估计：

M＝100亿×L×1＝100亿×1×1＝100亿（颗）

第二种估计：

M＝100亿×L×1＝100亿×0.1×0.1＝1亿（颗）

最后要探讨的两个问题是：已发展高超的通信技术的球外文明有多少，以及这些智慧生命能存在多久。有人把它们叫做社会学因素，比起天文学和生物学因素来，看法更不一致。

已发展通信技术的球外文明有多少

是否所有的智慧社会必然走向掌握星际通信的道路呢？我们地球上的人类正是这样。但并非所有智慧生命都如此。比如，研究表明，海豚的智慧很发达，但它对周围世界并不很关心。宇宙间是否也有这样的球外文明呢？他只关心自己的事，而对其他球外文明则漠不关心！有人认为这个指数C定为0.5比较合理，有人则趋向于更低的0.1。

球外文明能存在多久

这最后一个因素H最不肯定。有估计为100万年的，也有估计为10万年和1万年的，即相当于太阳稳定阶段的1/10万或1/100万。我们暂且取最后2个指数。

综合以上6个因素，取银河系恒星系数为2000亿颗，那么，现在银河系内掌握着星际通信技术的智慧生命的球外文明有：

第一种估计：

M＝P×E×L×L×C×H＝2.0×1011×0.5×0.1×1×1×0.5×10－5＝5万（颗）

第二种估计：

M＝2.0×1011×0.5×0.1×0.1×0.1×0.1×10－6＝10（颗）

如果按第一种估计，那么最近的球外文明社会也许离我们平均有1000或几千光年。如果按第二种估计，则最近的球外文明社会也许至少在几万光年之外。

不论是哪种估计，银河系内球外文明究竟有多少，现在还缺乏可靠证据作肯定的答复。同时，从估计的悬殊也说明这种估计是很不准确的。甚至有人说，在整个银河系中，只有我们地球上有智慧生命和高度文明社会，我们不能说这种估计绝无道理。

是讹传还是事实：外星人到过地球

外星人是否光临过地球，这是充满着无穷的好奇心的世界各国的人们津津乐道、乐此不疲的话题。这个话题早已在好奇的人们当中掀起了不小的波澜。随之而产生的各种说法和传言也随处可见。比如从报纸、杂志上可以看到不少报道，说是外星人曾经到过地球，有的还出版了书，甚至把据说是外星人的模样都画了出来。

那么，外星人是否就真的“光临”过地球呢？说外星人曾经到过地球的，至少有这么几种：

一种是把不那么容易说清楚或者人们暂时还无法解释的现象，统统说成是外星人来到地球时干的，说什么：埃及的金字塔是外星人遗留下来的，太平洋复活节岛上的巨型石像是外星人依自己模样雕凿的，某些地方地上七纵八横的石块是外星人的火箭发射场等等。有人还把山洞里的一些古老岩画，也都看做是外星人留下的美术作品，甚至说是外星人宇航员的自画像。对这类现象的解释，很多确实没能把大家都说服了，这是事实，但也不能就此断定都是由外星人来到地球上干的，谁又拿出过什么确凿可靠和令人信服的证据呢？

另一种是把事情说成是就发生在眼前、在周围，就更容易迷惑人，譬如说：看到飞碟降落在什么地方，后来又飞走了；有人被糊里糊涂抓进了飞碟，又糊里糊涂回来了，一会儿工夫，胡子也长出来了，手表也停了；有人把1908年6月30日发生在西伯利亚通古斯河地区上空的巨大爆炸，说成是外星人驾驶的宇宙飞船的失事；某国已捞到了过去失事后沉入海底的外星人宇宙飞船残骸；被冰冻了的外星人正在某国的实验室里接受检验等等。这类报道可以说是多极了，可是，谁都没有拿出哪怕一点点证据，甚至连一张能说明问题的照片也没有。

最糟糕的是活灵活现地告诉大家：外星人已经来到地球上，正在某地。这样的荒唐事至少已发生过好几次。一次是20世纪30年代发生在美国，一家广播公司广播科学幻想剧《大战火星人》，由于精心安排，情景逼真，使得热衷于“火星人”这个热门话题的人，以为火星人真的是来侵犯我们地球了，在全世界好多地区引起恐慌和骚乱。另一次是20世纪80年代发生在当时的苏联，传播媒介连篇累牍地报道外星人已经到了什么地方、在干什么、碰到了谁等等，令人纳闷的是，这种失实的报道竟闹了一两个星期，才被戳穿。

人们不仅希望宇宙空间存在像地球这样可居住的星球，以及像人类这样生活着的外星人，而且希望它能早日成为亲眼目睹的现实，这是可以理解的。但不能因此把与外星人毫不相干的事，都说成是外星人的事，而拿不出任何证据来。

科学家们拟订了庞大的计划，正在探寻地外文明。关于外星人以及他们是否到过地球之类的事，有可能会在很长一段时期里，继续在世界各地的人们中间传来传去。

地球人寻找地外生命之路

人们的探求之心是永无止境的，在地球之外有和人类相类似的生命存在吗？在很远古的时候，人类凭想象认为在其他星球上有万能的“神仙”居住；而在科学技术日益高度发达的今日，人们从理性的角度认识到：在茫茫的宇宙中，可能存在着智慧生命。

随着空间科学技术的不断发展，这个富有神话色彩的猜测，越来越激励着人们对其的探索和搜寻。

科学家能够提出地球外有生命，甚至推测存在比我们更聪明的外星人，是很了不起的。然而有些人会用地球上生命形成与存在的传统理论来衡量外星球，忘却了它们之间在地理条件和自然环境上的不同。

科学家希柯勒教授在实验室里创造了一种与地球环境截然不同的木星环境，在这样的环境条件下成功地培养了细菌与螨类，从而证明生命并不是地球的“专利品”。我们地球上的所有生物也不是按照同一个模式生活的。氧是生物进行新陈代谢的重要条件；但是有一种厌氧细菌，就不需要氧，有了一定的氧反而会中毒死亡。高温可以消毒，会使生命死亡；但海底有一种栖息在140℃条件下的细菌，温度不高反而会死亡。据估计，地球上不遵守常规生命理论而存在的生物有好几千种，只是我们没有全部发现而已。

有些人妄断地球的环境是完美无缺的，什么只有一个大气压、温度、湿度正常……其实，这些标准是地理人自定的。事实上，地球上的各种生命不一定都生活在“自由王国”之中，它们必须受到各种限制。我们不应该以地球上生命存在的条件去硬套外星球，各个星球有自己的具体条件。如果表面温度为15℃～-150℃的火星上存在着火星人，那么他们也许会认为在地球这种温度条件下根本无法存在地球人。

于是，在生命理论的研究领域中，行星生物学应运而生了。它主要研究地外各种行星的自然条件，是否存在适宜于这些环境条件的生物，地球生物是否可以移居到地外行星上去，以及发现行星生物的新方法。因为生物往往具有一种隐蔽的本能，即使存在也不一定能轻易发现。例如地球空间中存在着许多微生物，但又有谁能用眼睛去发现它们呢？目前，对火星、金星、木星等的探查工作刚刚开始，断言这些星球上不存在任何生命，似乎为时过早。

随着人类对自然界认识的深化及当代科学技术的飞速发展，人们提出在地球以外的星体上存在生命甚至高级文明社会的问题不足为怪。科学家们被好奇心所驱使，极力想探索出个究竟来，于是在20多年前就开始了寻找“地外文明”的科学探索。

在地球以外广大的宇宙中是否有智慧生命的问题上，科学家们分成了2大派：一派说，既然我们人类居住的地球是个最普通的行星，那么有智慧的生命就应当广泛地存在和传播在宇宙中。另一派却说，尽管生命可能在宇宙中广为存在和传播，但能使单细胞有机体转变成人的进化过程所需的特定环境出现的可能性是极小的，因此在地球外存在智慧生命就不大可能了。就科学的发展来看，这样的争论是正常的、有益的，而且会推动对“地外文明”的探索。

美国天文学家吉尔·塔特，是“凤凰工程”的发起人和负责人。20世纪70年代初期，他就开始参与探索外星智慧生命的工作。

现在仍在进行中的“凤凰工程”，作为SETI的一个项目，是目前技术最先进、唯一最有可能搜索到脉冲信号的项目。1993年美国国会中止对它的预算后，仅以私人资助款项把美国航空航天局的工作继续进行下去。该工程拥有世界上最大的无线电望远镜，指向150光年内的1000多个星球。“凤凰工程”开发由自己“订做”的电子设备，用拖车移向各大望远镜。

1995年1月，塔特和几位工程师一起来到了澳大利亚帕克斯射电天文台，按“凤凰计划”进行首次观测。

1995年7月，塔特的研究小组离开澳大利亚时，他们已观测了约200颗星体。虽然曾有过许多假的警报，使研究小组成员激动一时，但并没有捕捉到来自外星的信号。然而，塔特骄傲地说：“我们并没有带回来什么不解之谜。”

1996年7月，在意大利召开的第五届太空生物国际会议上，塔特作了“凤凰工程”最新进展情况的报告。该工程的南半球观测阶段利用了澳大利亚新南威尔士63米望远镜，观测了202颗类似太阳的恒星。虽然并未发现外星信号，但塔特认为成功只是个时间问题，因为通过把在这里观测到的数据和230千米以外一个小望远镜获得的资料相比较，科研人员跟踪鉴别出了所有源于地球的干扰信号。

“没找到外星信号证明不了没有外星人。”塔特在报告中说：“这表明在银河系近地周围不太可能有像星际雷达那样强大的信号。”

1998年之前，“凤凰工程”的电子设备被安装于国家无线电天文观测站42米的天线上，科研人员计划在那里扫描类日星球。1998年，“凤凰工程”转移到波多黎各的阿雷西赫300米的巨型碟形天线上继续进行。

也许若干年之后，“凤凰工程”真的会给地球人带来一些惊喜和较为可靠的证据吧。我们期待着那一天的到来。

飞往太空的使者

美国哈佛大学物理学家保罗·霍罗威茨，年近六旬，但仍多少有点孩童的好奇感。他投入了3年多的努力，于1995年终于实现被他称为BETA（“10亿通道外星试验”的英文缩写）的太空探索项目。现在在波士顿西北50千米处新建了一个哈佛—史密斯搜声射电望远镜，它的天线是一个直径25米的大圆盘。这是BETA工程的新设备。

BETA虽只有一个26米碟形天线，但它的电脑却可以每16秒钟扫描200万个讯道。它虽没有凤凰工程那样的附属天线帮助鉴别出无线电频率干扰，但它的单个天线却可以检查3个平行波束，从而筛选出源于地球的噪音。

每天当地球转动时，此望远镜就扫过一条圆形的天空，它与地平线的角度每一圈升高一点。在每一圈中它捕获的到达地球的无线电信号为1400～1720兆赫。这是一个较宽又较安静的无线电频率范围，每天可收集大约2200万兆比特的数据。这巨量的信息数字化后被送入一个超级计算机中处理。

BETA的前身META曾记录下过37种外星无线电信号。可惜的是，这些信号再没出现过。这自然使人想起1977年俄亥俄州立大学的科学家也曾收听到来自人马星球的强烈信号，同样，这一信号在科研人员将要核定之前便消失了。

但是，保罗·霍罗威茨及他们的追随者都认为，这一太空探索项目肯定会接收到外星人发出的稳定的无线电信号，并会寻找到外星人的声音。

除此之外，人类为了探索遥远的宇宙空间，特别是要去寻找“宇宙人”，几十年来，进行了大量科学研究工作，企图能在茫茫宇宙中寻得知音者，为此已耗费了许多心血，并发出了许多信息。

20世纪80年代后期，完成木星和土星探测任务后的美国“先驱者-10”号和“先驱者-11”号宇宙飞船，已先后飞出了太阳系，正在银河系里遨游。科学家们为了传递地球信息，也真是“异想天开”，让它们两艘飞船都携带着内容相同的一封地球人给“宇宙人”的“问候信”。

这封独特的“信”，非同一般，是由美国康乃尔大学的天文科学家卡尔·萨根、国家天文学与电离层研究中心主任德瑞克和艺术家琳达·苏尔兹曼共同研制设计的。它是用特殊工艺处理的镀金铅板制成的，长13.5厘米，宽7.5厘米。可以保证几亿年甚至几十亿年都不会变形和变质，也无需用“解密水”解密，就可直观地阅读出信的内容。

“信”一开头首先作了自我介绍，用14颗脉冲星（用14条辐射线表示），在辐射线下边为太阳和它的9颗行星（含冥王星）标示了相关位置，表明了在太阳系中我们地球与太阳的相对位置；描述了太阳系的组成关系和在银河系中的位置；接着，指出了地球上第一号元素氢的分子结构（用2个相连的圆圈表示）；说明本“信使”的飞行轨迹，表明出发点是太阳系第3颗行星——地球；最后，又把地球人与这封信的“信使”——“先驱者”飞船以成比例的大小情况以及地球人分别有一男一女裸体像的情况，作了介绍；并企望“收信人”能回音，还特别表示欢迎来访我们这个美丽的星球。“信”上附有一张独特的图形。

这封独特的人类致“宇宙人”的第一封“问候信”，已发出20多年了（“先驱者-11”号于1987年飞出太阳系），仍未见回音，科学家们并没有失去信心，仍在日夜监视着探测中心的大屏幕，盼望着有朝一日鸿雁归来。

继“先驱者-10”号和“先驱者-11”号之后，美国发射的“旅行者-1”号和“旅行者-2”号宇宙飞船，在完成了对木星、土星、天王星和海王星的“四星联游”探测任务后，于1989年8月开始继续向外飞行，在太阳系的边缘区域继续向银河系航行。

两位“旅行探险家”携带着这张“地球之音”唱片在茫茫宇宙中遨游，谁也难以断定何年何月才会侥幸被哪个星球上的“宇宙人”遇上。如果真的有朝一日，正巧被“宇宙人”截获，那就使“宇宙人”不必花费多大心思，就能比较全面地了解我们地球人的真实形象、生活情况和这个美丽可爱世界的自然条件和文明进步程度了。那时也许他们真的会来到地球上与我们的子孙欢聚呢！

在太空中寻找第二个地球

多少年来，人类在太空中竭力寻找，寻找着自己的近亲，寻找着更智慧的生命，寻找着更高级的文明。但直到今天，我们仍无法证实第二颗地球究竟在何处。

当美国宇航员阿姆斯特朗登上月球，并在月球上迈开一小步时，说明人类在航天事业上迈出了非常大的一步。然而月球上没有嫦娥，也没有玉兔、吴刚和桂花树，月球上的环形山默默无语地告诉人类：生命未曾属于此地！浩瀚的宇宙中月球只是沧海一粟，光银河系就有1000亿颗恒星，太阳也不过占1000亿分之一，何况银河系外的宇宙无比巨大。地球之外没有生命吗？太空中究竟有没有“第二个地球”？20多年前，一位美国天文学权威曾推算，仅银河系就可能有300颗星球上存在智慧生命，并且有朝一日能与地球取得联系。我们尚没有先进的科技，使人类信步于宇宙中，随意发现地球外的生命，或者与比地球更高度文明的智慧星球通讯联系。但是，地球上的人类是多么盼望探索出宇宙间生命的奥秘啊！

1981年11月10日的夜晚，星空平静一如既往，科学家们用直径3.6米的望远镜向从前很少光顾的绘架座方向观测。距地球52光年的绘架座突然发生了不同寻常的情况，一颗形成时间不长的恒星的亮度曲线下降，在以后的几天中，亮度值又升至正常。科学家的好奇心受到激发，是什么使它光线变暗？是否因为行星定时飞过，降低了亮度？

这颗恒星就是绘架座的β星。天文学家猜测有一颗绕β星运行的行星遮住了望远镜，造成β星亮度降低。如果真是这样，这就意味着人类发现了太阳系外第一颗行星。为了进一步证实这一发现，1983年欧洲空间局发射了一颗装备了当时最先进的远红外照相机的科研卫星。它从β星观测到了“过剩”的远红外射线。这就意味着大量的宇宙尘埃存在。三四十亿年前，在我们太阳系中，也有尘埃围绕着原始太阳旋转，尘埃颗粒冷凝聚合，逐步产生了4个巨大的星球，4个固态行星：水星、金星、地球和火星，4个气态行星：木星、土星、天王星和海王星。从β星观测到尘埃圆盘向宇宙空间延伸达1500亿千米，相当于太阳到冥王星距离的25倍。更进一步分析表明，β星的尘埃环已经开始聚合形成核心与碎块，即所谓行星的雏形，让科学家们激动了好一阵子。

美国国家航空航天局局长丹尼尔·戈尔丁说：“在未来25年中，科学家不仅可以探测到类似地球的新行星，而且还将直接拍摄到这些行星上海洋、大陆和山脉的图像。”

科学家不懈的努力也许会真的使“在太空中寻找第二个地球”的愿望的实现指日可待了。

寻找地外生命的重要线索

在中国古代神话中，地下是“阎罗殿”，是鬼魂聚集之处。当然，现在的人们都知道这是无稽之谈。那么，地底是不是一片死寂，有没有生命存在？这也是人们感到很好奇的一个问题。

以前大家所想到的生物栖息地，主要是地上和海洋。但近年来随着科学技术的不断发展和科学家的不断探索，大家原以为没有生物栖息的地下深处岩盘中，也有大量微生物存在。

地下温度随着越靠近有着热地幔的地球内部，越上升。我们从微生物的最高生存温度估计为120℃左右，可以推测直到地下5000米深处都是微生物能够栖息的环境。根据计算，地下可能有超过地上与海洋所有生物量的大量生命存在。“地下生物圈”可以说是地球最大的生物圈。

生命必须从某个地方取得能量才能生存。植物利用太阳能进行光合作用，以合成构成自己形体的物质（有机物），并储存能量，而维护生命。动物则吃植物，然后利用氧（氧化剂）使这些养分（有机物）慢慢燃烧，亦即通过“呼吸作用”取得能量。

地下微生物栖息于地下岩石等的缝隙，这些地方勉强可以容纳微生物，为阳光到不了的无氧世界。地上与海洋生物所进行的光合作用、有氧呼吸，在这里均无法进行。那么，地下生物又是如何生存的呢？

日本广岛大学研究所的长沼毅副教授解释：“它们利用二氧化碳来氧化氢，进行二氧化碳呼吸；利用硫酸来氧化甲烷，进行硫酸呼吸；利用硝酸来氧化硫化氢，进行硝酸呼吸，以取代有氧呼吸。”有些特殊微生物可利用这种不需要氧的呼吸取得化学能，再利用化学能，由无机物（二氧化碳）制造出有机物，并进行其他生命活动。长沼毅副教授接着说：“这种方法称作‘化学合成无机自养’，可以说是在地底进行的‘暗光合作用’。”地下生物圈中的微生物就像这样，不依赖太阳能而生活。我们研究这些微生物，可以知道地球上生物生存的方式究竟有多么多样化，也可以知道生命存在的环境极限在哪里。长沼毅副教授说：“知道生命活动既多样又柔软后，我们会想到，生命是不是在宇宙中的这里、那里诞生呢？因此，栖身于地下的微生物成了我们寻找地球外生命的一条重要线索。”

地球上的生命来源猜想

美国航空航天局曾宣布，有关专家从一块据称是来自火星且有40多亿年历史的陨石上发现某些特殊有机物，并认为这些有机物与火星细菌活动有关。于是，美国航空航天局正式提出36亿年前火星上曾存在像细菌之类的单细胞生命。

事实果真如此吗？相当一部分专家表示怀疑。有人首先对这块陨石来自火星的说法，表示不敢苟同。这块陨石于1984年在南极洲阿伦山被发现，编号为阿伦山84001。它与其他11块在印度肖戈蒂、埃及纳卡纳和法国查赛尼等地发现的陨石，均因结构与火星岩石类似而被认为来自火星。尽管证据颇多，但日本天文学家武田弘还是认为，20％左右的专家会有不同意见。难怪美国全国科学院行星研究专家阿伦斯强调，不能肯定阿伦山84001陨石来自火星，有必要从火星上直接取样。

即使这块陨石确实来自火星，目前也没有可靠的证据来证明陨石上的有机物质是火星细菌的杰作。除地球之外，茫茫宇宙间存在着有机物质，譬如，星际分子是宇宙天然形成的化合物，目前已发现有几十种，其中绝大多数是有机分子。早在20世纪80年代初，加拿大射电天文学家就发现，狮子座CW星周围尘埃气体中存在相当复杂的有机分子——氰基癸五炔。因此，美国阿肯色大学的宇宙化学专家贝努瓦表示，火星曾有单细胞生命的观点不过是推断而已，远没有成为定论。

不管是推论还是定论，都再次激起了人们寻找外星人或外星生命的兴趣。美国航空航天局官员则希望人们明白，没有证据表明火星上有高等生命。寻找外星人的爱好者被当头泼了一盆冷水，然而探索生命之源的专家却兴趣不减，如果36亿年前火星曾有单细胞生命，人类离揭开生命之源的目标就近了一步。

36亿年前地球上已充满单细胞生命，但生命物质是如何形成，单细胞生命的起源等问题至今仍是个谜。美国科学家米勒曾于1952年在实验室导演了一幕生命起源的“历史剧”，似乎证实了原始大气可以在电闪雷击作用下合成有机物，进而产生蛋白质乃至生命。然而，以后的研究发现，米勒的“历史剧”与实际情况相距甚远。有些专家将目光转向著名的瑞典化学家阿瑞尼乌斯的假说，希望从中得到灵感。1908年阿瑞厄乌斯在《塑造中的世界》一书中假设，一个带有厚厚保护壁的孢子从太空进入大气层，落到海洋中开始繁衍，最终创造出所有生命。他的假说一度被认为是天文夜谭，如今通过计算机模拟证实完全有可能。火星曾有单细胞生命的观点给这一假说提供了佐证，足以使专家深入研究。

火星上曾有细菌存在的观点再次激发人们思考：生命之源到底来自哪里？是来自地球，还是来自火星？抑或其他星球？目前人们不得而知。但无论怎样，美国航空航天局的发现仍是一条极有价值的线索，有助于专家们顺藤摸瓜找到真相。

孰真孰假的目击事件

提到文明星球和智慧生物，很自然会使人想到一个热门话题：飞碟。

飞碟这个名称已有半个世纪以上的历史。1947年6月，一位叫阿诺德的美国商人，在自己驾驶的私人飞机上，看到空中有9个碟子形状的物体，边自转、边前进。据他估计，“碟子”的直径在30米以上，前进速度约2000千米／时。在记者的报道中，把这些碟状物叫做“飞碟”。这名称一直沿用到现在。

数十年来，关于飞碟的报道层出不穷，越来越多，也越来越离奇。在数以万计的发现报告中，有一点几乎是相同的，那就是飞碟的飞行性能是万能的。飞碟可任意调转方向，包括向左转、向右转，向前、向后，升起、下降，滚翻、螺旋形移动，以及不转动飞碟机身，突然180度调向飞行，即所谓“飞去回来”型。它的调整速度的性能也是无与伦比的，想快就快，想慢就慢，从很快的速度可一下子停住，悬在空中不动，时间长短随意，想飞又立刻快速飞走。

从报道来看，飞碟不仅在空中出现，也有人在水中和陆地上看到它们。

1984年7月27日，一个橘红色的火球状物体掉进了美国华盛顿州西面海域的普吉特海峡。《华盛顿邮报》援引目击者的话说，火球当时激起20多米高的水柱，随即沉了下去。12月底，两名潜水员在水下作业时，发现了这个被称为飞碟的东西。当时，它躺在海底，水深80多米，飞碟的直径约10米，呈圆盘状。据这两位潜水员反映，飞碟是金黄色的，顶上有个洞，另一处还有个挂钩那样的东西，整个飞碟看上去像只倒扣着的大茶杯，站到它上面时，还有点热乎乎的感觉。上岸后，他们发现潜水靴上还沾上了一层薄薄的“尘土”，略带微红色，这究竟是什么，迄今没有进一步的报道。

消息很快传了开来，正当人们计划组织打捞时，只相隔1个星期，这个神秘的飞碟又神秘地失踪了！

在陆地上见到飞碟的最奇怪的一次，是报刊等多次报道过的一名智利士兵被飞碟“掳”去的事件。事情的大概经过据说是这样：

1977年4月25日，星期一，是智利的阿·瓦尔代斯下士的一个普通值勤日。那天夜晚12点30～40分时，他和手下的士兵看见一个巨大的发光物，以飞快的速度降落在他们前面的一座小山上。眼前的亮光先是静止不动，后来消失在山丘后面。看来，它似乎在山的后面停住了。几乎是同时，从山那一面的哨所发来了报警信号。

当走到发光体前面的时候，他们大吃一惊，原来这是个直径20多米的椭圆状物体，中间部分特别明亮耀眼。这时，他们开始有点失去自制能力，心神不宁。就这么默默地呆了一段时间之后，似乎有一股力量把这位下士推向离他只有六七步远的发光体去。从那以后，这位下士就什么也不知道了。

更耐人寻味的是，事件发生后，瓦尔代斯下士和他手下的那些士兵，突然都销声匿迹，下落不明。大约18个月之后，瓦尔代斯又重新出现，据说他已经复员，并且以比较平静的情绪回忆了那段往事。

个别报道更是令人难以置信。1976年1月5日的飞碟报道就是这样。一个法国小孩看到一位金发绿手的男人，从圆锥形飞碟走下来，把手伸向只有10岁的孩子。可想而知，孩子被吓得丧魂落魄，拔起脚来就逃跑了。第二天，他又一次看到了那个怪物。

综合以上所述，对于类似飞碟的报道真是千姿百态，不一而足。然而飞碟实际上应该称做“不明飞行物”，即UFO（Unidentified FLying Object的缩写），碟形的不明飞行物才被称为飞碟。不仅如此，在很多情况下，一说飞碟，就跟“外星人”飞船画上等号，这是很不妥当的。

我们不妨论证一番：难道成千上万次的飞碟事件中，连一件都没有能证明确实有“外星人”宇航员来到地球吗？我国著名科普作家卞德培给出的答案是否定的，他说，确实一次也没有，很多所谓的飞碟事件，其真相如何是值得怀疑的。

前面提到的关于智利士兵的例子，流传极广，但遗憾的是，即使是这样一个著名的事例，似乎也没有得到很好的核实和确认。据卞先生说：“在一位美国飞碟专家访问我国期间，在一次为他举行的小型欢迎会和座谈会上，我曾用半分钟不到的时间，非常简略地复述了智利士兵的事之后，提出问题请教，但得到的却是有礼貌的拒绝：‘我也是从报纸上知道此事的，与卞先生知道的大体差不多，没有什么可补充。’”

这位专家在会上作学术交流报告时，曾拿出好几大本，共几百张飞碟照片给大家看，并作了介绍。当有人问到，这些飞碟照片中哪些是百分之百的可靠时，专家以遗憾的口吻说：“一张也没有。”

应该承认，作为飞碟进行报道的那些不明飞行物，后来大部分得到了确认，原来都是些我们已经熟悉了的东西。英国有关部门曾对1967～1972年间的1631件飞碟事件进行了调查和分析，结果表明，其中203件是人造地球卫星和其他飞行器的碎片，108件是气球，170件实际是一些明亮的天体，121件属大气中的光学现象，750件是飞机；剩下的279件中，106件的证据不足，没能肯定是什么东西，还有173件有待进一步调查研究。

美国对1.2万多件飞碟事件的调查，也得出了类似的结论。调查结果表明，被报道说是飞碟的，实际大部分是下面这些东西：行星尤其是最明亮时的金星，流星和火流星，彗星，天狼星等明亮恒星；气球，飞机乃至飞机自己的影子；云块，海市蜃楼，球状闪电；鸟群、昆虫群；绝大多数则是人造卫星和运载火箭的碎片，如火箭帽等，以及重返大气层的焚烧中的人造天体。

不可否认，某些不明飞行物确实是存在的。因为，大部分目击者在异常现象面前是清醒的和诚实的，观测也是细致的。譬如1981年7月24日晚10时40分左右，我国甘肃、青海、四川、云南等省市的数百万群众，就亲眼目睹一次异常的不明飞行物，它呈螺旋状，缓缓飞行。

飞碟与“外星人”

至于认为飞碟就是“外星人”驾驶的宇宙飞船，地球已在“外星人”的监视之下，他们不断地从飞碟母船派出各式飞碟巡视、监察、骚扰我们地球等等，对于这些传说，我国著名科普作家卞德培先生认为是不可信赖的，他对此给出了否定的回答。卞先生举出了多条反驳的理由：

（1）即使飞碟比现有火箭快100多倍，以600万千米／时的惊人速度飞向离太阳最近的恒星——比邻星，也得700多年。这种载人飞船是难以想象的，更何况这还是离太阳最近的恒星呢。

（2）有人认为，如果能用接近光速的速度飞行，如飞碟可达到光速的99.9999％，这样，宇宙飞行的时间不仅可大大减少，而且在飞船内的“外星人”也会感到时间变慢，青春常在。这时，飞船中的1年零5个月大致可相当于地球上的1000年。且不要以为这样就把问题解决了。从地上起飞的飞船，为了不断加速到这么高的速度，需要1年的时间，即使用的是核燃料，并且飞船的重量不超过1吨，它所需的燃料也要超过地球的全部质量。且不说飞船到达目的地前的减速过程，以及返程中的加速和减速过程等，都需要同样多的燃料。

（3）退一步说，即使飞碟是由“外星人”驾驶的，他们在茫茫宇宙间飞行了若干年之后，突然发现我们地球这块有山有水、有生命和有人类的宝地之后，理应找个合适的地方停下来，下船出舱，与地球人取得联系。绝不可能像现在这样，神出鬼没，专搞“地下活动”，从不与人类打交道，显得那么没有理智，好像他们远离自己的星球，是专门来与我们开玩笑的。

（4）再退一步说，据比较乐观的估计，我们的银河系中大约有100万个文明星球，假定这些文明社会都已经掌握高超的宇宙飞行技术，都很想把自己的信息外传，都每天发射和派遣10艘飞船出去遨游和探测，即使这么些飞船又都集中飞向银河系1/10的恒星，那么，每6年平均才有一艘这样的飞船飞入我们的太阳系。如果那些文明星球不是1天发射10艘飞船，而是1年派出10艘，那么平均要隔2000年才有一艘飞船来到太阳系。而且这艘飞船很可能被木星或者土星截获，根本就到不了地球。从目前报道的飞碟之多来看，根本是不可能的。

（5）飞碟如果是“外星人”的无人驾驶飞船，这有可能吗？无人驾驶的“外星人”飞船成为我们地球天空中的不明飞行物，这种可能性是存在的。正像我们发射的“先驱者”号和“旅行者”号各2个探测器，完全可能有一天被其他星球上的智慧生物看做是不知从何而来的不明飞行物。一般来说，来到地球附近的无人驾驶飞船，原来的发射者早已对它失去控制，而且也不知道它飞到了什么地方，因此，这样的飞船的飞行路线大致有3种：①从地球附近飞过，地球引力只是对它的飞行轨道施加了些摄动的影响，稍改变了些它的轨道，但它仍是飞掠而过，一去不复返；②它被地球引力俘获，成为地球的外星人人造卫星，这情况类似于我们发射人造月球卫星和人造火星卫星；③它撞在地面上，砸出一个大坑。根本不可能飞碟有时出现，有时不出现，有时一个两个，更别说有时一连串好些个结队飞行。

不管怎么说，即使对于技术高度发达的文明星球上的智慧极高的生物来说，飞向遥远空间的宇宙航行，也绝不是件轻而易举的事。

我们相信，浩瀚宇宙海洋的通航，哪怕是局部区域内的通航，只是个时间问题。而在这之前，人造物体完全有可能在某一天以不明飞行物或飞碟的形式飞临地球，但不是现在所说的那些飞碟。

到目前为止，我们既没有真切地、切实无疑地看到过哪怕一个飞碟，也从来没有见过渲染得很多、传说纷纷的“外星人”，我们怎么可以硬把这么些不明飞行物和飞碟，说成是“外星人”的飞船呢？

卞先生的反驳观点确凿有力。当然，在没有十分可靠的科学证据的情况下，无论怎么说“飞碟就是外星人的宇宙飞船”也是难以站住脚根的。有时，科学就是在这种论证与反驳中不断发展，从而最终真相大白。传说的神秘性在于此，科学的真理性亦在于此。

关于陨星和流星

自古以来，各种天象奇观甲，备受世人关注的，莫过于流星和陨星了。流星，其转瞬即逝、亮划穹空之姿态，不仅是绝美的天文奇观，更被赋于一种神秘的色彩。

可能入侵地球的天体包括小行星、彗星，以及流星体，若它们在大气中未燃尽落到地面就称为“陨星”或“陨石”。陨星大部分都是这些天体上掉下来的碎片，因与其他天体发生碰撞而碎裂，从而溅落到宇宙空间。一旦燃烧不尽的碎片落到地球上，必会给地球带来一定的撞击和危害。历史上陨落地表的陨星真是难以数记，对人类造成伤害的也是屡见不鲜。

究竟我们应该如何来评判这些“天外来客”呢？它们到底是给地球带来生命种子和宇宙信息的“贵客”，还是野蛮入侵的凶恶“敌人”呢？

当陨星降临

陨石是天体（彗星、小行星甚至行星）的破裂碎片。

进入行星际空间的小行星或垂死彗星称为陨星体。穿过地球大气层的陨星体称为陨星。到达地球表面的陨星叫做陨石。每天都有许多小陨石轰击我们的行星。

现在我们可以看出，小行星或彗星变为陨石似乎极不可能。首先，它必须进入太阳系内圈，并被拉入一个可与地球相交的轨道。其次，如果它进入地球大气层，还得经受住足以使它表面熔融并汽化的摩擦高温。较小的陨石“嘶嘶”一响就化为乌有；较大的陨石裂成碎片后分解。陨石的组成成分对它能否存活大有关系。金属质陨石比石质陨石更有可能原封不动地到达地面。

在陨石消亡之前，它们在天上呈现出眩目的奇景。长期以来，人们称之为“流星”或“火球”。科学家们把爆炸的陨星称为“火流星”。如果陨星以大于40千米／秒的速度穿越大气层，则其外表温度可达1600℃以上。在地面上空100～150千米处，陨石表面物质变为液体，再变为气体，进入白炽状态。尽管岩石本身可能只有不到1米的直径，但其周围明亮光圈的直径可达上百米。火流量在几百千米外即可看到，它总是闪耀着明亮的彩色光芒。通常情况下，陨石在几秒钟内就分解掉，但其尘埃尾巴可持续数分钟。声与光相伴而来，有爆裂声、嘶嘶声，甚至还有强烈的声震。陨石的形状各种各样，有钝圆锥状、多面体状、椭球体状、扁球状，还有各种不规则的形状等等。穿越大气层时的高温，使陨石表面熔融，形成一层黑色的熔壳。

古小亚细亚地区的弗利基亚人把陨石称作“天石”，他们把天石当做众神之母。古罗马历史学家阿庇安曾记载那块远古时从空中落到弗利基亚的巨大天石。古时人们相信天石有灵，能够启示未来，赐福众生。至今，伊斯兰教圣地麦加的卡阿巴清真寺中还供奉着那块公元前5世纪降落的天石。每年都会有数以万计的朝圣者前来顶礼膜拜。在古埃及的金字塔中，保存着一些古埃及人视如黄金的铁块，这些铁块被称为“天赐之金”。古埃及人还把陨石提炼成铁，制成兵器。美洲大陆的土著人把陨石当做祭神时的供品。更有甚者，巫医还把陨石磨成齑粉，冲水给病人喝下去治病。

公元1000年，史书详细记述了一次陨石落到地上和彗星出现的情况。“12月14日，天空阴沉。突然，一个燃烧着的发光体拖着一条光芒四射的长尾落到地面。这个发光体不仅把田野照得雪亮，甚至屋内也被照得通明。发光体落下时，天上出现了一个很大的窟窿。当天上的窟窿闭合时，就出现了一条巨龙，龙爪是蔚蓝色的，龙头似乎很大。”

在沙皇彼得时代，西伯利亚塔得—干城降下了一块半人多高的陨石。1492年，德国阿尔萨斯的恩热斯格姆近郊，天上掉下了一块巨石，后来这块石头被当成展品送到了巴黎的一个博物馆。展牌上写道：“许多人都知道这块石头，但是没有人知道其究竟。”因为那时人们还不了解陨石的性质。1790年法国的小城茹雅克城郊，落下了一块陨石。1794年意大利的西英城附近从天而降掉下了一块石头。1795英国约克郡的牧人和渔民报告了他们的亲眼所见。1798年在遥远的印度，离贝拿勒斯市不远的地方，又落下了一块陨石。而这些事实却被当时的权威机构巴黎科学院认为是无稽之谈。直到1803年4月26日，法国列格尔城附近出现流星群，一下掉下了3000多颗小陨石，学者们经过实地考察后才承认了这些天降之石。

每天有几百吨陨星落向地面，人们看到的只是很少的一部分。陨星分为3类：铁陨石，占陨星总数约6％；石铁陨石，占2％；石陨石，占92％。所以陨石泛指陨星。

宇宙的第一大来客是戈巴陨铁，它静静地躺在西南非洲，它坠落时把地面撞成一个2米深的大坑。它像所有巨大陨石一样，是铁镍金属的混合物，人们称之为铁质陨石。它的大小是7.29（即2.7×2.7×1）立方米，质量超过54吨。戈巴是1920年被发现的，但已被风雨侵蚀得很厉害，可能它已在地球上躺了很长时间。看来在相当长的时间内它仍是地球上最大的陨石。

宇宙的第二大来客是在格陵兰岛发现的，它就是30吨重的安欣基多，它是落在格陵兰约克角的最大一块。爱斯基摩人曾把它凿开，用以制造铁质工具。北极探险家罗伯特·E·彼利（Robert E-Peary）使用千斤顶、冰上浮筏与巨大的破冰船，于1897年把它运到纽约市自然史博物馆现址。彼利把他获得的、祝贺他成功到达北极点的奖金4万美元，统统用上去了。

14吨重的威拉密特陨石是落在美国的陨石中最大的，目前它也被收藏于美国自然史博物馆。不过，在它的发现地俄勒冈州，儿童们曾发起过一个运动，要求把它物归原处，可是没有成功。

我国新疆有一块大铁陨石重约30吨，世界上还有两块分别重27吨和25吨的陨石，现分别在墨西哥和坦噶尼喀。目前找到的陨星共有2044个，其中近800个曾有记载。

识别一块不寻常的巨大陨石不算太困难，特别是金属质的。在石头上绊倒的任何人都会感到它的特异性。但对小陨石或者看上去很普通的石头，又怎么样呢？它们是怎样被识别的？

陨石收集工作分为两方面：坠落与寻找。前者是看到它们从天上落下来，由目击者提供的材料而确定其方位，或者追踪它们造成的破坏来寻找——办法看似简单，但并非人人能做。据估计，在地球表面100万平方千米的单位面积上，每年要坠落560颗质量为100克或更大的陨石，但在任一指定年度中，仅能找到6颗。

绝大多数陨石是人们并未看到从天上坠落的，所以陨石样品基本上由地面上搜集而来。铁质陨石同地球上的一般岩石很不一样，极易识别，但它有时体积很小，往往被人忽视。石质陨石不论多大，通常总是与周围的一般岩石相混，也不易被发现。因此，人们发现、收集的陨石的数目与其坠落数量总是不成比例。为使找到猎物（陨石）的机会更多，搜索者往往着眼于植被很少、风化作用缓慢的地区，特别是沙漠。

地球上陨石最丰裕的储藏库是南极地区。1969年，前往南极研究冰河的一组日本科学家发现了前所未有的9块陨石，其形状各不相同。从那时起，在南极冰层中已刮取到1万颗以上陨石样品，其中有许多来自同一流星雨。浮冰把陨石堆积在特殊的接合处，附近一片雪白，又无植被，使它们十分醒目，极易被找到。

飞来的陨石灾难

在美国西部亚利桑那州科科尼诺的沙漠地带，有一个巨大的陨石坑，它直径1200米、深180米，这就是巴林杰陨石坑。它是2万多年前，一个直径60多米、重达10多万吨的铁陨石撞击地球时留下的。在几万年前，人类远不及现在这样分布广泛，因此不会造成什么灾害。今天则不同了，任何一个类似的天体对地球的撞击都会造成全球性的影响。

大多数的情况下陨石陨落，不会造成任何危害。但是有时也会落入房屋，砸穿房顶、天花板，伤及人畜。这样的天灾的确是始料不及的，但有时又显得稀奇古怪。

1880年，在美国有一块不大的陨石落在一头驴背上。

1911年，埃及一只狗被陨石击中头部，一命呜呼。

有一件事情十分有趣而且非常罕见：1928年，一块0.2克的天石落到了一个小女孩的身上，陨石擦伤了她的脸，并把她的连衣裙烧坏。

在考古挖掘中，也有惊人的发现。1892年在阿根廷进行挖掘工作时，在离地面6米的地下发现了一具骨架。这是一头几百万年以前被陨石砸死的、现已绝迹的鳞甲目大懒兽的遗骸。那块陨石就在骨架的旁边。

1972年8月初，美国航空航天局的罗格里夫博士向美国发布了一项骇人听闻的灾害预报，他说：“1972年8月10日下午14时30分，将有一个破坏力与落在日本广岛的原子弹不相上下的大陨石要袭击美国西部！”美国西部的居民那些天惶惶不可终日。

到了预定时刻，只见一个耀眼的火球疾速划破蔚蓝的天空，从美国西部的犹他州、爱达荷州、蒙大拿州，加拿大的不列颠哥伦比亚省上空掠过。整整1个小时以后，这个陨石留下的尾迹还清晰可辨。成千上万的美国人和加拿大人都亲眼目击了这一罕见景象，不少天文爱好者成功地拍下了照片。

这个陨石没有落在人们头顶上只能说是侥幸。当时这个陨石是在58千米的高空，以15千米／秒的速度，沿切线方向进入大气层的。正因为它速度足够快，于是又挣脱了地球引力，重返宇宙。罗格里夫博士根据观测记录推定，这个陨石重达千吨，与铁比重相当，直径4米，飞行速度是音速的50倍。如果考虑到它的重量和速度的话，那么它拥有的能量相当于2万吨TNT炸药，破坏力与美国当年投在广岛、长崎的原子弹不相上下。

“巨大的陨石光顾地球的机会非常少，但是千吨左右的陨石每10年或20年就可能袭击一次地球。”罗格里夫博士警告说。

如果说在1972年那次事件中，人们很侥幸的话，那么这之前或之后的一些人就不那么走运了。

1954年11月30日下午，霍齐斯夫人正在美国亚拉巴马州自家的沙发上打盹儿。突然随着一阵呼啸声，一个物体冲破屋顶，把沙发打了一个洞，还擦破了霍齐斯夫人的腹部。使霍齐斯夫人受伤的是一块陨石。

1938年9月29日早晨，一块重2千克的陨石落在美国伊利诺斯一间车库的顶上，随后从车顶贯穿而下，不过没有伤人。

1992年10月9日傍晚，一颗明亮的火球穿越美国肯塔基州大部、北卡罗莱纳、马里兰与新泽西州。一颗球粒陨石在击穿了纽约州匹克斯坎一辆雪佛莱牌汽车的车身之后，稳稳地躺在它形成的一个小坑里。当汽车所有者发现这块12千克的石头时，它仍然是热的，闻得出硫黄气味。由于这一事件非常罕见，这块很普通的陨石售得69000美元，而受损汽车的卖价更是大大超出了新车的价格。

再往前追溯，还有一些有惊无险的实例。

1847年7月14日发生的陨石袭击事件是十分著名的，事件发生在捷克波西米亚的一座叫布拉瑙的小村庄。一个重达20千克的陨石从房顶飞入3个正在酣睡的孩子的房间，把床铺砸得稀烂，令人难以置信的是，3个孩子居然安然无恙。

1890年某天，在美国堪萨斯州，一个农夫正在马车下做白日梦。突然一阵爆音响过之后，尘土飞扬，农夫周围的草木一扫而光。原来一块重5千克的陨石击落在距他躺着的地方18米远的田野里。

如果一块陨石不偏不倚正好落在某人天灵盖上，那就一了百了了。不过这种事发生的概率极低，差不多几百年才有一次。根据古籍记载，中国、意大利、法国、印度等国家都发生过陨石击人致死的事件。

在中国，公元616年，有数十人被陨石击中毙命；1511年，在意大利米拉诺，某人被陨石击中要害；1790年，一个法国农夫死于陨石袭击；1825年、1878年在印度，各有一人被陨石击毙。

随着航海和航空的发展，陨石击中航行中的舰船、飞行中的飞机的事件也有发生。

1907年和1920年，人们在大西洋上曾观察到有陨石落在航行中的轮船近旁。后来因为陨石撞击使舰沉没的事件终于发生了。1908年2月，一艘名为埃克利普斯的美国货船在从澳大利亚的纽卡斯尔返航旧金山途中，突然一个陨石砸在船上，发出一声巨响，船桅立刻断为两截。陨石把甲板撞出一个大洞，接着又穿透船底落入太平洋中。所幸这个陨石没有造成人员伤亡，不过在此后的4天里，由于海水从破洞大量涌入，船员不得不用水泵拼命向外抽水，但船体还是在逐渐下沉。船长迫不得已下了弃船的命令，全体船员都转移到救生艇上。当时他们离夏威夷还有900千米。如果不是得到路过船只的救助，他们只有葬身汪洋了。

1930年，正在地中海航行的希腊货船萨基里斯号的遭遇更为不幸。一个陨石击中该船中部，使它断为两截，转眼就沉没了。

1957年1月29日夜晚，前苏联轮船“伊兹马伊尔号”正从加尔各答驶回奥得萨。突然一颗流星出现在黑沉沉的天空，亮光一闪，一颗重量只有17克的小块陨石砸在桅杆上，之后又落在了甲板上。

一些专家推测，在海上突然失踪的舰船中，有一些可能是被陨石击中而沉没的。1887年，一艘在法国注册的日本军舰在返航途中，刚驶出新加坡港不久就踪影全无，这一事件震惊了整个日本。后来一些学者认为，造成这艘军舰失踪的罪魁祸首多半是陨石。

北大西洋西部的“百慕大三角”是一个令人谈虎色变的地方。因多年来至少有35艘（架）舰艇和飞机在这里神秘失踪而闻名于世，至少有1000人在这里有去无回。描写这些神秘失踪的著作、电影、电视片层出不穷。不过想揭开“百慕大三角”之谜的人，至今仍是两手空空，一无所获。

有些专家认为，在这一带海域遇难的船只有的是陨石所致。

在太空航行中，如若碰上流星体的撞击，仪器和宇航员的安全都会受到严重危害。

除了天然的陨石外，我们有时还会遇到人造的天石。在靠近斯洛伐克的西北部，拖拉机手涅克在田地里干活，突然一阵尖厉的哨声淹没了拖拉机的隆隆马达声，一块金属陷入了拖拉机的履带。这块金属的表层，虽然已在大气层中烧熔，但仍能看出被人加工的痕迹。化学分析表明，这是一块合金。经学者鉴定，这块天降之石是人造卫星的碎片。

虽然这些“不速之客”们给人类造成了各种各样的震惊和伤害，但每一位宇宙来客——陨石，都有其重要的科学价值。要知道，陨石是构成其他天体物质的样品。分析陨石的成分和结构就可以知道其他天体的成分。我们对陨石的化验表明，至今还未发现我们未知的元素。这说明，陨石本身所含的物质，就是构成地球以及太阳系中其他星球的物质。

借助这些天降之石，我们可以进一步了解太阳系内行星的形成和发展。很多科学家认为，陨石是散落的行星留下的碎块，陨石的矿物成分与地球上的相同，可以证实这一点。而也有一些人认为，其中一些陨石是太阳系中木星之类大行星上火山爆发的结果。而另外一些人认为，是由很久很久以前某个时候曾笼罩着太阳的气尘云形成的。

掀开陨星的面纱

陨石这些不速之客到底是什么东西，它们是从哪里来，又是怎样到地球上的呢？直到几年以前，人们还把流星与陨石混为一谈，认为在太阳周围弥漫着一些宇宙尘埃，当它们靠近地球时，就会被吸引坠入大气层，与大气摩擦发出高热和光芒，这便是流星。而未被烧尽者掉到地球表面，就成了陨石。不过近几年人们才搞清，流星和陨石是两码事，流星是从彗星上脱离下来的东西。而陨石多属于小行星。

证明陨石是小行星的事件发生在1947年，而用它来引证陨石属于小行星却是近几年的事。那年一个陨石落在前苏联西伯利亚的锡霍特山脉中。

1947年2月12日上午10时半左右，一个巨大的陨石坠落在符拉迪沃斯托克以北的锡霍特山脉，该事件距通古斯卡大爆炸刚好40年。大约有100多人目睹了在蓝天衬托下，一个大如满月的火球闪着夺目的光辉，从北向南掠过天空。它一边疾飞，一边迸发出火花。不久人们听到了震耳欲聋的爆炸声。大地颤动，在陨石的落点腾起巨大的烟柱，烟柱一直升到30千米的高空。散布在落点附近的民居屋顶坍陷，玻璃都被震碎。

派往现场调查的科学考察队在锡霍特山脉的斜坡上，发现了数不清的坑穴，大者直径有20米，小者直径在1米以下。在一块1.6平方千米的区域内散布着大大小小200多个坑穴。科学家推测这是一块铁陨石，重量达35吨，在与地球大气摩擦过程中曾发生4次爆炸而碎裂。

锡霍特山脉濒临日本海，这一带人迹罕至，所以没有造成人员伤亡。如果这个铁陨石的飞行路线偏向南500千米，那么就会一头砸在日本的北海道；如果这个铁陨石提前15分钟落地，也会落在日本的北海道。那损失就非同小可了！

科学家们根据目击者的证言、铁陨石飞来的方向和角度，搞清了锡霍特铁陨石在撞上地球之前，在宇宙空间的运行轨道。

锡霍特铁陨石的运行轨道是一个细长的椭圆形，距太阳最远时，在火星和木星之间；离太阳近时，轨道在地球内侧，与地球轨道相交。当它靠近地球时被地球所捕获。

1959年4月7日夜里，前捷克斯洛伐克的昂德廖夫天文台在拍摄天体照片时，刚好有一个陨石下落。科学家根据这个陨石下落的轨迹，再次计算出它先前的轨道与小行星一样，也是一个细长的椭圆形。这个观测再次证实陨石是小行星。不过为了排除偶然因素，1964年，一些科学家在美国中部的广阔草原地带，安装了16架被称为“草原网络”的自动照相装置，不间断地对空拍照，如果有陨石飞来便能立刻捕捉到它的飞行路径和速度。

陨石可不是能随意拍到的东西，6年间16架自动照相装置的底片上空空如也。直到1970年1月3日夜里，俄克拉荷马州才落下一个陨石，它造成的冲击爆音，在上千平方千米范围内都清晰可闻。这个陨石被4个自动照相装置拍照下来。它的轨道与前述两个陨石一样，是小行星那样的细长椭圆形。

得到这样的观测事实之后，对陨石源于小行星的解释便几乎再也没有异议了。

至于陨石的“品质”，陨石尚有各种类型，大致分一下，与地球上岩石类似的是石陨石，由铁构成的称铁陨石，而介于两者之间的称石铁陨石。

在落在地表上的100个陨石中，差不多有90个是石陨石，5～6个是铁陨石，其余的是石铁陨石。不过由于风化作用，人们经常见到的大都是铁陨石。

铁陨石尽管几乎全由铁构成，但其中仍掺杂着少量的镍，是铁镍合金。

石陨石从它的矿物构成看，与地球上的橄榄石极为相似，而橄榄石是构成地壳内地幔的岩石，体积占地球的2/3以上。铁陨石则与地核的组成类似。石陨石和铁陨石的成分为这样的说法提供了证据，即石陨石和铁陨石都是由于一个天体破碎而来，其核心即是铁陨石，而壳体则是石陨石。

美国原子能委员会的海曼博士相继研究了1918年落在美国阿肯色州的诺福克陨石、1925年落在美国新墨西哥州的格兰德陨石、1960年落在前苏联南部的阿尔斯陨石的年龄，结果令人吃惊，它们都是在5.8亿年前诞生的。据此，海曼博士认为，在5.8亿年前宇宙间发生了一起天体的巨大碰撞。也就是说，陨石的母天体是一个相当大的小行星，5.8亿年前由于与另一个小行星碰撞而解体。这些碎裂的小行星残骸中的几块，在宇宙空间运行过程中，由于靠近地球被吸落到地球表面。前文提到的锡霍特陨石的年龄也与这几个陨石相仿，在进入地球大气层前，它的直径是1.5米，重50吨，经与大气摩擦燃烧，重量减到35吨。

令人惊异的是，在陨石中人们还发现了金刚石。1886年10月10日早上，在俄国西伯利亚一个农村的人们突然发现天际发生亮光，伴随着巨响，两个大火球坠地。惊魂未定，人们找到了一大一小两个陨石，在那个大陨石（2千克重）中约含有1％的金刚石。对于这一事实，前苏联地质学家尤里·波尔卡诺夫认为，每年大约有10千克左右的金刚石随陨石掉到地球上。来自宇宙的金刚石直径很小，只有0.3毫米左右，在地面上散落范围太大不易采集。陨石中金刚石的含有率平均是2％，比地球上可开采的金刚石品位要高多了。

科学家感兴趣的是，陨石中的金刚石是如何形成的。如果在撞上地球之前，金刚石就已经在陨石中了，那就为研究陨石的成因提供了重要的线索。

美国的尤利博士认为，陨石的母天体与月球大小相仿，月球半径是1700千克，中心压力达4万～5万大气压，要形成金刚石至少要3万～4万大气压。也就是说，要在母天体内形成金刚石，母天体的大小与内部压力就要与月球相似。不过，最近认为金刚石在与地球相撞时的高压下生成的说法赢得了更多的拥护者。但也有人认为，陨石内的金刚石是陨石在宇宙空间运行时与别的陨石碰撞产生的。总而言之，目前陨石中金刚石究竟是如何生成的，还是一个未解的宇宙之谜。

陨石奇观

最大的铁陨石：霍巴铁陨石，长2.75米，宽2.43米，重达60吨，发现于非洲纳米比亚南部格鲁特丰坦附近的西霍巴地区，至今仍“安息”原地，因为世上没有一个博物馆能装得下它。

最大的石陨石：中国吉林1号陨石，重6.7吨，当然它是可以被博物馆珍藏的了。

含宝石的陨石：1971年降落在芬兰的陨石里藏有许多极微小的宇宙钻石。1887年9月落在代尔加河畔的陨石，有一颗巨大的钻石，后来成为皇室珍品。

充当杀手的陨石：1955年，美国阿拉巴马州希拉考加城的休莱特·胡杰斯太太正躺在沙发上打盹，突然一声巨响惊醒了她，一块3.9千克重的陨石落在她身旁。1847年，一块陨石击中一艘从日本开往意大利的船只，两个水手不幸丧命。1639年，在四川长寿县，陨石一次就砸死了几十人。1512年，山东丰城由于陨石引起火灾，烧毁房屋千余间，次年，丰城亦因陨石起火，使2万户人无家可归。

可见，从古到今，地球是在无数次的敲打中度过的，并且将来仍面临着天体的撞击，甚至不排除会遭受像包括恐龙在内的大量生物所曾面临的厄运，这么说，并不是危言耸听。

陨星陨落伤人的概率

小陨星的陨落能对地球人类的现实生活产生什么样的影响？这一问题是加拿大国家调查局天体物理学研究所的几位学者提出的。

研究人员在9年的时间里，借助60部摄像机在加拿大西部进行了观测，积累的大量资料得以计算出陨星在地球上陨落的概率——这取决于陨星的质量。据此可以推测，陨星的总质量是摄像机所拍摄到的最大陨星残块的2倍多。实际上，每年平均有大约39颗质量不小于100克的陨星落入100万平方千米的陆地上，即每年有大约5800颗陨星落入整个地球的陆区表面。

那么，陨星落入人群或房屋的概率有多大呢？虽然前面我们对此也有所提及，但还是让我们来看看研究人员做出的许多推断：若按每一个人占0.2平方米的面积计算，落到人身上的最小陨星残块的重量不超过几克。在一般情况下，陨星陨落时能碎裂成5个主要残块。通常，200克重以上的陨星块才能击穿屋顶和天花板。如果陨星的总重量为500克，那么5个残块中每一个都能击穿屋顶。但是，质量较小的陨星残块就不会导致这一后果。而北美洲的居民有95％的时间是在室内度过的，人均住房的总面积为50平方米。根据这一推断，便能计算出陨星在拥有2.5亿人口的美国和加拿大落到人体上的平均概率。这一概率为年均2.5亿人口遭受陨星击伤0.0055次，而陨星撞击伤人的概率为人均180年1次。当然，陨星落到楼房上的概率就大得多了，能损坏屋顶的概率为年均0.8次。

计算与观测相符吗？唯一得到官方证实的一次陨星伤人事件是1954年11月30日发生在美国亚拉巴马州的一个小城：一块重3.9千克的陨石残块击穿了屋顶和天花板，击伤了一名正在睡觉的妇女。由此可见，观测与计算是相符的，不过陨星陨落直接伤人的事件是极为罕见的。

陨星落到屋顶的事件也时有发生，最近20年里，在美国和加拿大研究发现的新陨落的陨星事件中，只有7起事件造成房屋严重受损，受损的房屋通常都是楼房和汽车库的屋顶，另外两起事件由于陨星质量小未能损坏屋顶，还有一颗重1.3千克的陨星击中一个邮箱从而使它严重变形。如果考虑到一部分陨星坠落到公共设施和工业厂房的屋顶而不被注意，那么预测概率为：年均0.8次或20年间16次落到屋顶，所有这些均被观测所证实。

科学家在用外推法分析和研究了所获得的有关世界人口和各大陆的资料后，进而得出一个结论：在世界60亿人口中，质量不小于100克的陨星陨落事件的概率为10年1人次，陨星击穿屋顶的概率年均也不过16座房屋。

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宇宙的起源

李宏　主编

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前言

人类是宇宙演化的杰作，宇宙是神秘莫测的存在。当宇宙的精灵与莫测的神秘结合在一起时，便碰撞出无数精彩的篇章。人类对宇宙的解读和探秘跨越了千年，宇宙的面貌也越来越清晰地展现在人类面前。千百年来，人类的“触角”不断伸长，从伴我们昼夜运行的太阳、月亮到布满夜空的繁星，从对于我们来说浩瀚无比的太阳系到巨大的银河系乃至河外星系，甚至试图触及宇宙的边缘。如果把宇宙当做一个生命体的话，她的诞生自大爆炸始，从那一刻起她便开始了不息演变。她体内生活着众多的“物种”，从随处可见的行星到炙热的恒星，从瑰丽的星云到多姿的星系，还有超越光速的类星体和让人望而生畏的黑洞等等，他们一起构成了浩瀚而充满生机的宇宙。人类已不满足于地球上不同人种间的交流，人类对地外的文明充满了渴望，甚至已然接收到了来自外星的神秘信号。人类甚至不满足于现有的宇宙，我们还猜想宇宙之外还有宇宙。让我们通过本丛书详细为你解开宇宙之谜，让你尽览宇宙的神奇。

和谐的世界

假如我们居住在一个永无变化的行星上，我们就无所作为，无所用心。假如我们居住在一个变幻莫测的星球上，我们就不可能理解事物，也不可能有科学这样的东西。地球上万物在变化，但遵循一定的模式、规则或所谓的自然法则。如果我们把一根竹竿抛到空中，这根竹竿总是要下落。如果太阳从西边落下，它在第二天早晨总是要从东边升起来。因此我们有可能理解事物，我们可以从事科学研究，并用科学来改善我们的生活。

人类善于理解世界，我们一向如此。我们会狩猎或生火，因为我们明白了一些事理。在电视、无线电、书籍发明之前，我们经历了一个历史时期，人类存在以来的大部分时间是在这个时期里度过的。在没有月光的夜晚，我们围着营火的余烬，注视着天上的星星。

夜空是饶有趣味的，那里有各式各样的图案。你可以不假思索就想象出不同的图画。例如，在北方的天空上有一个图案（即星座），看上去有点像熊，有些人把它叫做大熊星座，另一些人看到的则是完全不同的形象。当然，夜空里并不是真有这些图画，它们是我们自己安排的。我们是狩猎的民族。我们看到的是猎人、狗、熊和年轻的妇女以及一切引起我们兴趣的东西。当17世纪的欧洲水手第一次见到南方的天空时，他们就把17世纪人们感兴趣的东西放上去，如杜鹃、孔雀、望远镜、显微镜等。如果这些星座是在20世纪命名的话，我想我们就会在空中见到自行车和电冰箱星座，见到摇摆舞星座，甚至见到蘑菇云——人类寄托在群星中的一种新的希望和恐惧。

我们的祖先偶然间会见到一个非常明亮的带着尾巴的星星从天空中一掠而过，他们把它叫做流星。但是这个名字取得不好，因为流星下落之后，原来的那些星星依然还在那里。在某些季节里有很多流星，在另一些季节里流星就很少。这里同样也有一种规律性。

跟太阳和月亮一样，星星总是从东边升起来，从西边落下去。如果它们从我们的头顶上经过的话，它们就要用整夜的时间跨过天空。不同的季节有不同的星座。譬如同样的星座总是在初秋出现，新的星座从来不会突然从东方地平线上升起来。星星有它们的规律性、可预测性和永久性，从某种意义上说，它们基本上是靠得住的。

有些星星比太阳稍早一点升起来或稍迟一点落下去，它们升落的时间和位置随着季节的变化而不同。如果你长年累月地仔细观察并作记录的话，你就会预告季节的变化。你还可以通过观察每天太阳从地平线升起的位置来估量季节。天空是一个大日历，凡是有事业心、有能力、有办法作记录的人都可以使用。

我们的祖先构筑了测量季节变化的设施。在新墨西哥蔡科峡谷有一个11世纪建造的没有屋顶的大礼堂，6月21日（夏至）——一年最长的一天，一缕阳光在黎明的时候从一个窗户射进来。最后慢慢地覆盖了一个特设的壁龛。但是这种现象只有在6月21日左右才发生。我猜想那些自豪的阿纳萨齐人（他们自称“古人”）每年6月21日都聚集在大礼堂里，他们披戴着羽毛、拨浪鼓和绿松石，坐在长凳上庆祝太阳的威力。他们还监视月亮的视运动，大礼堂里28个位置更高的壁龛可能表示月亮回到星座原来的位置上所需要的天数。这些人密切地注视着太阳、月亮和星星。根据类似的原理构筑的设施还可以在以下地方找到：柬埔寨的吴哥窟、英国的巨石阵、埃及的阿布西姆贝尔、墨西哥的奇琴伊特萨和北美的大平原。

有些被认为可以用作日历的设施可能纯属偶然，譬如6月21日那天窗户和壁龛的偶然性。但是有些设施则很奇妙：美国西南部的一个地方直立着三块石板（它们是1000年前从别的地方搬来的），在岩石上刻了一条有点像星系的螺旋线，6月21日（夏至）那一天从两块石板的空隙透射过来的阳光分割这条螺旋线；12月21日（冬至）那一天，有两条光线将这条螺旋线夹在中间，这是利用中午的太阳判读天空历书的杰作。

为什么世界各地的人都要这样下工夫学天文呢？人们追猎随季节转换而迁徙的瞪羚、羚羊和野牛；水果只有在一定的季节才能采摘；发明农业之后，人们就得按季节种植和收获庄稼，散居游牧部落的年会必须定期召开。看天空历的本事实际上是生死存亡的大事。全世界的人都注意到，新月之后又出现娥眉月，日全食之后太阳又恢复了原状，太阳在夜里令人不安地消失之后早晨又升起来。这些现象向我们的祖先表明，超越死亡是可能的，头顶之天空就有永存的象征。

风在美国西南部的峡谷里呼啸，只有我们听到这风声，它提醒人们注意那些善于思考的4万代祖先。对于他们，我们几乎一无所知，而我们的文明都建筑在他们的身上。

随着年代的推移，人们从祖先那里学到了许多东西。对太阳、月亮和星星的位置与运动了解得越精确，人们就能够越准确地预测狩猎、播种和收获的时间以及召开部落会议的时间。随着测量精密度的提高，记录是必不可少的。可见天文学促进了观测、促进了数学，也促进了写作的发展。

但是相当一段时间之后，出现了一种荒谬的观念，基本上是建立在经验基础上的科学受到了玄学和迷信的冲击。太阳和星星操纵季节、食物和温暖，月亮操纵潮汐和许多动物的生活周期，甚至操纵人类的经期——这对热心传宗接代的有性动物是极为重要的。在天空中还有另一种东西——我们称作“行星”的游荡者或徘徊者。我们的游牧祖先对行星一定感到很亲切。如果不算太阳和月亮的话，你只能看到5颗行星。它们在远方星星的衬托下运行，如果你连续观察数月，你就会发现它们在星座之间进进出出，有时甚至在空中翻筋斗。空中的其他一切东西对人生都有某种实际的影响。行星的影响究竟是什么呢？

在当代西方社会里，要购买一本关于星占学的杂志——譬如从报摊上购买——是很容易的，但是要找到一本关于天文学的杂志却难上加难。事实上，美国的每一家报刊上每天都有星占学专栏，而每周刊载一次天文学专栏的报纸则几乎没有。美国的星占学家人数足足是天文学家人数的10倍。聚会时，一些不知道我是科学家的人有时候问我：“你是双子宫吗？”（黄道12宫之一，指成功的机会），或者“你是哪一宫？”很少有人问我：“你听说黄金是在超新星爆发的时候产生的吗？”或“你认为国会什么时候会批准建造一个火星漫游车？”

星占学家认为，你诞生时行星所在的星座对你的前途有重大的影响。几千年前就形成了这样的观点：行星的运行决定着国王、王朝和帝国的命运。星占学家研究行星的运动规律，并且，比如说，自问自答：“上次金星在摩羯星座上升的时候发生了什么事情？很可能这次会发生类似的事情。”这样的推理难免玄虚荒唐。星占学家终于成了朝廷的专职官员。在许多国家里，除了星占学官员外，其他任何人研究天象便是犯弥天大罪，因为推翻一个政体的妙法就是预测其垮台的时机。中国宫廷占卜星辰的钦天监官员如果预测不精确就要被处决，因此许多星占学家将天文记录改头换面，使之符合后来发生的事件。星占学成了观测、数学和观点含糊、内容失真的记录的大杂烩。

但是，假如行星能够决定国家的命运的话，它们为什么就不能影响自己明天的命运呢？个人星占学大约是在2000年前从亚历山大大帝时期的埃及发展起来的，然后扩展到希腊和罗马社会。我们今天还可以从某些词汇里辨认出星占学的古风，例如：disaster（灾难）这个字在希腊语里的意思是“坏星”；influenza（流感）这个字在意大利语里的意思是“（星的）影响”；mazehov（运气）这个字原是希伯来语，最后成了巴比伦语，意思是“好星座”，或依第绪语的Shlamazel，用来表示被严酷的不幸所折磨的人，它同样可以上溯到巴比伦的天文学词汇。根据普利尼的记载，有的罗马人遭到Sideratio（“星击”），当时人们普遍认为行星是死亡的直接因素。再考虑一下。consider（考虑）这个字：它的原意是“与行星同在”，显然这是深思熟虑的先决条件。1632年伦敦市的死亡统计数字，记录了9535个婴幼儿疾病和“升光病”与“国王罪恶病”等怪病导致的死亡，其中有13个人死于“星症”，比死于癌症的人还要多。我不知道这种病到底有什么症状。个人星占学至今依然存在：让我们看一看同一城市在同一天出版的两种不同报纸的星占学专栏吧。例如，我们可以看一看1979年9月21日的《纽约邮报》和《纽约日报》。假设你是天秤宫，即生于9月23日和10月22日之间，《邮报》的星占学专栏作家认为“让则和”，虽然这句话可能有用，但是却有点含糊。《日报》的星占学家则认为“要严于律己”，这个告诫有所不同，但还是含糊。这些“预示”其实并不是什么预示，它们只不过是劝告罢了——它们说的是该做什么，而不是会发生什么。这样的措辞带有普遍性，对什么人都适用，而它们之间又互相矛盾，为什么它们像运动统计数字和股票市场报告那样被刊载出来而不加任何解释呢？

星占学可以用孪生子的生命来检验。在许多情况下孪生子中有一个在童年的时候夭折，譬如死于车祸或遭到雷击，而另一个孪生子却活到很大年纪。他们诞生在完全相同的地方，诞生的时间也只不过是几分钟之差，他们诞生的时候在星座里升起来的行星都一样。如果星占学可行的话，为什么这样的一对孪生子会有完全不同的命运呢？其实，星占学家对某一个特定星位的理解并不一致。经过仔细的检验之后，我们发现，如果他们除了诞生的时间和地点以外，对人们一无所知的话，他们是不可能预测人们的性格和前途的。

地球这个行星上的国旗有点古怪。美国的国旗有50个星，苏联和以色列各有一个，缅甸14个，格林纳达和委内瑞拉7个，中国5个，伊拉克3个，圣多美和普林西比2个，日本、乌拉圭、马拉维和孟加拉国等都是太阳旗，巴西国旗上有一个大球，澳大利亚、西萨摩亚、新西兰和巴布亚新几内亚都是南十字星座，不丹是龙珠——地球的象征，柬埔寨是吴哥窟天文台，印度、韩国和蒙古人民共和国则是宇宙的象征。许多社会主义国家采用星星，许多穆斯林国家采用新月。我们这个世界上的国旗几乎有一半采用天文符号。这种现象是跨文化的，是无宗教派别的，也是世界性的。这种现象也不仅仅局限于我们的时代，从公元前3000年开始的塞缪里亚的圆筒图章和中国革命前的道家旗幡都采用星座。毫无疑问，各个邦国都想利用上天的力量和威望，希望与宇宙建立联系，希望自己也是名邦大国。事实证明，我们是跟宇宙联系在一起的，但不是星占学家所声称的那种个人的、小规模的、虚无缥缈的联系，而是最根本的联系，其中包括物质的起源、地球的可居住性、人类的进化与命运等（这些问题我们后面还要谈到）。

现代流行的星占学来自克劳迪斯·托勒密亚斯，我们叫他托勒密，虽然他跟同姓的国王没有关系。公元2世纪时，他在亚历山大图书馆工作，整理巴比伦星占学传说，所有那些关于行星在种种太阳“宫”、月“宫”或“宝瓶宫”里的星位这些神秘的东西都源自托勒密。曾有一张用希腊语写在纸莎草纸上的托勒密时代的典型天宫图，这张天宫图标出了生于150年的一个小女孩的命运：“生于菲洛，安东尼纳斯，恺撒陛下10年，费米诺思15～16日凌晨1点。太阳位于双鱼宫，木星和水星位于白羊宫，土星位于巨蟹宫，火星位于狮子宫，金星和月亮位于宝瓶宫，星占摩羯宫。”十几个世纪以来，计算年月的方法已经发生了很大的变化，而占星术却没有多大变化。托勒密的星占学著作中有这样一段典型的话：“老土星位于东方，其庶民之外表则为黑皮肤、强健、黑发、卷发、粗壮，眼睛大小适中、体格中等、性情非常温静。”托勒密不但相信行为受行星和恒星的影响，而且相信体格、肤色、民族气质、甚至先天畸形等都受恒星的制约。在这一点上，现代星占学家的观点似乎比较谨慎。

但是现代的星占学家已经把岁差忘掉（托勒密对岁差还是了解的），他们忽略了大气折射（托勒密论述过这个现象），他们几乎不管什么卫星和行星、小行星和彗星、类星体和脉冲星、爆发星系、共生星、激变星以及托勒密时代以来所发现的X射线源。天文学是一门科学——研究客观宇宙；星占学是一门伪科学——没有真凭实据地宣称我们的日常生活受其他行星的影响。在托勒密时代，天文学与星占学之间是没有明显的区别的，今天却是有区别的。作为一个天文学家，托勒密给星星命名，制定星星的亮度表，论证地球是一个球体，制定预测日食的规则，但是最重要的也许是研究行星在远方星座的衬托下奇妙地运转的原因。为了研究行星的运动和译解空中的信息，他制定了一个预测模型。对天体的研究给托勒密带来了一种极大的欢乐。“我是凡人”，他写道：“我知道我终有一死，但是当我随着繁星的圆周轨道畅游的时候。我的双脚已经离开了大地……”

托勒密认为地球是宇宙的中心，认为太阳、月亮、行星和恒星都绕着地球转。这是世界上最自然的一种观点。地球似乎是稳固不动的，而我们却看到天体天天在升落。世界各地的人们迅速地接受了地心说。开普勒写道：“因此，人的理智在未经指点以前不可能不认为地球是一个天穹覆盖着的大房屋；这个房屋静止不动，小小的太阳在屋里往返运动着，就像鸟儿在空中徘徊一样。”但是我们如何解释行星的视运动呢？例如火星，人们在托勒密时代前几千年就已经知道火星的运动了（古埃及人把火星称为Sekded-ef em Rhetkhet，意思是“倒退者”，显然是指它的视逆行或视环行）。

托勒密制造的行星运动模型可以由一个小机械作为代表，它跟托勒密时代那些作用相似的机械差不多。问题是要能够测定行星在“屋顶上”的“实际”运动，然后才能够精确地再现行星在“屋内”的视运动。

托勒密想象行星绕着地球转的时候是附着在完全透明的球体上，但是它们不是直接附着在球体上，而是通过一种离心轮间接附着在球体上。球体转动的时候带动了小轮子。我们从地球上看到火星的环行就是这个道理。这个模型可以相当准确地预测行星的运动，这在托勒密时代，甚至在后来的几个世纪里，已经是够精确的了。

因为托勒密在中世纪把天球想象成是由水晶玻璃构成的，我们现在还在谈论球体音乐和七重天（有月亮、水星、金星、太阳、火星、木星和土星的“天”，还有恒星的“天”）。因为地球是宇宙的中心，造物主随地球上的事件而转移，天体被认为完全是根据超自然的原理建造的，因此没有什么必要观测天文。在中世纪欧洲教会的支持下，托勒密的模型妨碍天文学的发展达1000年之久。最后，在1543年，波兰天主教教士哥白尼发表了一个完全不同的假说来解释行星的视运动。这个理论最主要的特征是大胆地提出太阳，而非地球，才是宇宙的中心。地球被降级为行星之一，它是靠近太阳的第三个行星，不断地进行着标准的圆周运动（托勒密曾经考虑过日心模型，但立即否定掉了，他认为根据亚里士多德的物理学，所谓地球的激烈旋转运动是不符合实际观察的）。

在解释行星的视运动时，这个假说至少跟托勒密的天球说同样有效，但是它触怒了许多人。1616年，天主教会将哥白尼的论著列为禁书，直到最后才被地方教会书刊审查员“纠正”，于1835年解放出来。马丁·路德说他是“一个星占学暴发户……这个傻瓜想要推翻整个天文学，但是《圣经》告诉我们，耶和华命令太阳静止不动，而不是命令地球静止不动”。有些赞佩哥白尼的人甚至说他并不真正相信日心说，他提出这个理论只是为了计算行星运动的方便。

两种宇宙观（地心说和日心说）之间的划时代的对抗在16世纪和17世纪的时候达到了高潮，这体现在一个像托勒密那样既是星占学家又是天文学家的人身上，他处在人类的思想被禁锢的时代，处在宗教一两千年前的观点被认为比在当时的技术条件下的发现更为可靠的时代，处在离经叛道——在神秘的神学问题上背离两种主要教派（天主教和新教）——受辱、受罚、受流放、受折磨或受处决的时代。天国里有天使、魔鬼，还有转动透明球体的圣手。科学不认为自然现象受物理法则的支配，但是这个孤军奋战的斗士却为现代科学革命点燃了火把。

开普勒于1571年生于德国，从小就被送到莫尔布朗镇的新教神学校去学做牧师。那个学校就像新兵集训中心一样，专门训练年轻人用神学作为武器来进攻罗马天主教的堡垒。开普勒顽强，有才智，很有主见。他在荒凉的莫尔布朗待了两年，没有一个朋友，性格变得孤独、怪僻。他自以为主在上帝的眼里是一个微不足道的人，终日忏悔自己那些并不比旁人更为丑恶的罪过，丧失了超度的希望。

但是他并没有遭到天罚，上帝也没有要他赎罪。开普勒的上帝就是宇宙的创造力。这个孩子的好奇心使他变得无所畏惧。他希望能够研究世界末日的学说，他勇于想上帝之所想。这种危险的幻想开初只是一种想象，后来成了根深蒂固的顽念。神学校的一个自信的孩子渴望着将欧洲从中世纪思想的修道院里解脱出来。

古典科学在1000多年前就已经被镇压了，但是在中世纪后期，阿拉伯学者保留下来的东西开始慢慢地潜入欧洲的教程。在莫尔布朗，开普勒知道古典科学已经在复苏。他除了学习神学之外，还学习希腊语和拉丁语，学习音乐和数学。他觉得他从欧几里得的几何学里瞥见了一个完美的形象，悟出了宇宙的荣耀。他后来写道：“几何学存在于创世之前，它与神道永远并存……几何学向上帝提供了创世的模型……几何学就是上帝本人。”

虽然开普勒过着隐居的生活，并且全神贯注地研究数学，不完美的外界必然影响性格的形成。对那些在饥荒、瘟疫和你死我活的教条冲突中无能为力的人来说，迷信是最方便的灵丹妙药。许多人认为星星是唯一可靠的东西，古星占学的观念就是在充满恐怖的欧洲后院和客栈里发达起来的。开普勒对星占学的态度始终是不明确的，他怀疑在日常生活的表面混乱当中是否隐藏着规律性。如果天地万物是由上帝的能工巧手制作的话，是不是我们就不能够进行仔细的审查呢？难道天地万物不就是神道和谐的表现吗？这本天书在1000多年之后才找到一个读者。

1589年，开普勒离开莫尔布朗到图宾金的那所名牌大学为牧师搞研究工作，他感到这是一个很大的解脱。在时代才华的激流里，他的天才立即受到老师的赏识。其中一个老师向这个年轻人介绍了哥白尼假说的奥秘。日心说与开普勒的宗教观发生了共鸣，他热情地接受了这种理论。太阳就是上帝的象征，其余的一切都绕着太阳转。在他被委任为牧师之前，有人想聘请他从事非教会的工作。也许是因为他觉得自己不能胜任教会的工作，所以他终于接受了聘请。他被派往奥地利的格拉茨中学教学，没多久他就开始准备编写天文和气象年鉴，并且开始用占星术算命。“上帝为每一只动物提供生计”，他写道，“对天文学家来说，他所提供的生计就是星占学。”

开普勒是一个卓越的思想家、出色的写作家。但是在课堂上却是一个拙劣的教师，言词含糊，偏离主题，学生们往往感到莫名其妙。他在格拉茨中学的第一年只有几个学生听他讲课，第二年就没有人听他的了。联想和猜测在他的内心世界喧嚣不止，占据了他的整个心思。在一个愉快夏天的下午，在那没完没了的讲课过程当中，他突然得到了一个启示，这个启示从根本上改变了未来的天文学。他很可能话讲到一半突然停了下来，他的那些漫不经心的学生正渴望着放学，我想他们是不会注意到这个历史时刻的。

在开普勒时代，人们只知道6个行星：水星、金星、地球、火星、木星和土星。为什么只有6个？开普勒感到疑惑。为什么不是20个，或者100个呢？为什么这些行星在哥白尼所推断的轨道之间有空隙呢？以前从来没有人提出过这样的问题。当时知道有5种规则的（即理论上的）立体，它们的边是规则的多边形，正如毕达格拉斯时代之后的希腊数学家所知道的那样。开普勒认为这两个数字是有联系的，之所以有6个行星是因为只有5个规则的立体，这些立体相互内接（即一个套一个），表明了各个行星与太阳的距离。通过这些理想的形体，他相信他已经找到了肉眼看不见的支撑这6个行星的结构。他把他所得到的启示称为“宇宙奥秘”。毕达格拉斯的立体与行星的排列位置只能有一个解释：神之手就是几何学家。

开普勒以为自己罪孽深重，可是神却让他做出这个伟大的发现，他感到十分惊奇。他向沃尔坦堡的君主提议拨出研究金，并主动要求监督建造他所提出的内接立体模型。他说，这样人们就能够观赏神圣的几何之美妙。他还说，这个模型可以用银和宝石制成，偶尔还可以用作君主的圣餐杯。沃尔坦堡的君主否决了他的建议，请他先用纸造一个比较便宜的模型。他随即开始试制，他说：“我从这个发现所得到的极大乐趣是语言所不能表达的……不管计算多么困难，我决不回避，我夜以继日地演算，直到弄清楚我的假说是否符合哥白尼的轨道为止，或者直到弄清楚我是否空高兴了一场为止。”但是不管他如何努力，立体和行星的轨道总是不太一致。然而，因为这是一个伟大而深刻的理论，他相信一定是观测的错误——这是科学史上许多其他理论家在观测结果不肯帮忙的时候所得出的结论。当时世界上只有一个人能够比较准确地观察到行星的视位，这个人是一个自愿要求流放国外的丹麦贵族，他接受了神圣罗马帝国鲁道夫二世的宫廷帝国数学家的职位，他的名字叫第谷·布拉赫。碰巧这时候他按照鲁道夫的建议邀请了在数学上享有盛名的开普勒到布拉格跟他合作。

因为开普勒是一个出身微贱的小地方的中学教员，除了几个数学家以外谁也不认识，所以他对第谷的邀请犹豫不定。但是形势迫使他下了决心。1598年，即将来临的“30年战争”的预震把他吞没了。当地的天主教大公爵是一个坚定的教徒，他发誓：“宁可让国家荒废也不统治异教徒。”新教徒未能掌握经济和政治的领导权，开普勒的学校被关闭，异教的经书、书籍和圣歌都被查禁。最后，居民们被叫来一个一个地查问他们的宗教信仰，凡是不肯表白信奉罗马天主教的人都按其所得罚纳什一税，并且驱逐出格拉茨，放逐国外，永远不得回还，违者格杀勿论。开普勒选择了流放，他说：“我还没有学会虚伪，我对信仰是严肃的，我不能玩弄信仰。”

离开格拉茨之后，开普勒跟他的妻子和后来的女儿登上了前往布拉格的艰难行程。他的婚姻并不幸福。他的妻子患慢性病，又接连死了两个孩子，人们说她是一个愚蠢、阴沉、孤独和忧郁的女人。她对丈夫的工作一点也不理解，因为他出身于小乡绅，她看不起他那寒酸的职业。他时而劝诫她，时而不理她，“因为我的研究有时候令我无暇顾及别人。但是我汲取了教训，我学会耐心对待她，当我看到她对我的话耿耿于怀的时候，我宁可受点苦头也不再得罪她”。尽管如此，开普勒还是一心想着工作。

他把第谷的领域想象为一个摆脱时代罪恶的避难所，想象为验证他的“宇宙奥秘”的地方。他渴望成为伟大的第谷的同事，因为后者在望远镜发明之前就致力于测量宇宙这部机器达35年之久，工作进行得有条不紊，测得的数据也很精确。但开普勒的愿望是不可能实现的。第谷本人好高骛远，脸上装着一只金鼻子，原来的鼻子在跟同学决斗相争谁是数学高手的时候被削掉了。他的周围都是一些咋咋呼呼的助手、马屁精、远房亲戚和各式各样的食客。他们无休止地狂欢，他们含沙射影、耍阴谋诡计，他们残忍地愚弄勤学好问的乡下人，所有这一切都使开普勒失望和伤心。他写道：“第谷……富贵无比，但是他不懂得怎么用钱。他的任何一件仪器的价值都比我的仪器和我的全部家产的总价值还高。”

虽然开普勒急于见到第谷积累的天文资料，但是他所得到的只是点点滴滴的东西。“第谷不让我分享他的经验。他只是在吃饭或空闲的时候顺便提一下某个行星的远地点数字，或另一个行星的交点数据……第谷的观测数据最完善……他也有协作者，他所缺乏的是能够应用这些数据的建筑师。”第谷是当时最伟大的观测天才，开普勒则是最伟大的理论家。他们谁都知道自己一个人要全面地研究精密协调的宇宙系统是不可能的，他们也感到这是刻不容缓的工作。但是第谷还没有打算将自己毕生的研究成果奉送给一个比他年轻得多的潜在对手。由于某种原因，共同编著研究成果是不能接受的。现代科学——理论与观察的后代——的诞生在他们互不信任的悬崖上岌岌可危。在第谷临死前的18个月里，他们两人经常争吵，而后又言归于好。有一次，罗森堡男爵宴请第谷的时候，第谷喝了许多酒，但是他还是“礼貌第一，健康第二”，不愿当着男爵的面离开去解手，哪怕离开那么一会儿。后来因为拒绝接受节制饮食的劝告，第谷的尿道感染恶化了。临死的时候。第谷将他的观测记录遗赠给开普勒。“最后一天晚上，他神志昏迷，像吟诗一样用微弱的声音一遍又一遍地说：‘别辜负我的一生……别辜负我的一生。’”

第谷死后，开普勒——现在已经是新的最大的数学家了——终于想办法将观测记录拿到手，尽管第谷家里的人不肯交出来。哥白尼的数据未能证实他关于行星的轨迹与5种理论上的立体相接的猜想，第谷的数据也同样不能证实他的这个猜想。相当一段时间之后，南于发现了天王星、海王星和冥王星这3颗行星，他的“宇宙奥秘”才被完全推翻——没有新的理论上的立体可以测定这3颗行星跟太阳的距离。互相套接的毕达哥拉斯立体也容不得地球卫星的存在，伽利略发现的4颗木星卫星也使原来的猜想乱了套。但是开普勒非但没有泄气，他还希望发现更多的卫星，他很想知道每一个行星应该有多少卫星。他给伽利略写信说：“我立即开始思考为什么在没有推翻我的‘宇宙奥秘’的情况下会有更多的行星出现，根据‘宇宙奥秘’原理，欧几里得的5个规则立体容不得在太阳的周围有6个以上的行星……我完全相信木星周围的4个行星的存在，因此我希望通过望远镜，如果可能的话，比你更早发现火星周围有两个（按比例似乎应该如此），土星周围有6个或8个，水星和金星周围很可能各有一个。”火星周围的确有两个卫星，为了纪念他的猜测，人们今天把其中较大的那个卫星上的一个主要地质特征称为“开普勒脊”。但是他对土星、水星和金星的猜测完全错了，木星周围的卫星的数量也比伽利略所发现的多许多。我们至今仍然不知道为什么只有9个左右的行星，也不知道为什么它们跟太阳的相对距离是现在这个样子。

第谷对火星和其他行星穿过星座的视运动观测了许多年，这些观测数据在望远镜发明前的最后几十年里算是最精确的了。开普勒以极大的热情来研究这些数据：地球和火星环绕太阳的什么样的真运动才能最准确地解释火星在空中的视运动（包括穿过背景星座的逆环行运动）？第谷曾经向开普勒介绍过火星，因为火星的视运动似乎是最不正常的，它的运行轨道似乎最不符合圆轨道。针对那些对他的反复计算可能感到厌烦的读者，他后来写道：“如果你对这个索然寡味的计算过程感到厌倦的话，请同情我这个至少进行过70次试验的人。”

毕达哥拉斯在公元前6世纪就假定行星是在做圆周运动，柏拉图、托勒密以及开普勒之前的所有基督教天文学家也假定行星是在做圆周运动。他们认为运行的轨道是一个“完美的”几何图形，他们还认为，为了免除世俗的“腐蚀”而高高挂在空中的行星在某种神秘的意义上也是“完美的”。伽利略、第谷和哥白尼都认为行星是在做匀速圆周运动，哥白尼说过，其他的可能性使人“不寒而栗”，因为“这与用最佳的办法创造出来的东西是不相称的”。所以，开普勒在开始的时候就试图用地球和火星绕太阳做圆周运转的假想来解释观察到的现象。

经过3年的运算，他以为找到了火星的一个圆轨道的正确值，这些值与第谷的10个观测数据相匹配，误差不到2弧分。我们知道一度等于60弧分，从视平线到天顶则是一个90°的直角，因此几弧分是难以测量的，特别是在没有望远镜的情况下。这个误差是我们从地球上看到的整个月球的角直径的十五分之一。但是开普勒的狂喜很快就化为乌有，因为第谷的另外两个观测数据与开普勒的轨道不一致，误差达8弧分。开普勒写道：

上帝赋予我们这样一个勤勉的观测者——第谷·布拉赫，他的观测证实计算误差8分；我们理所当然要从心里感激上帝的恩赐……假如我以为我可以忽视这8分的话，我就可以使我的假设暂时成立。但是，既然不容忽视，这8分向我们指明了彻底改革天文学的道路。

圆轨道与真轨道之间的差别只能通过准确的测量和勇于承认事实来区分：“宇宙以协调匀称见美，但是调和必须合乎经验。”使开普勒感到震惊的是，他必须放弃圆轨道。怀疑对上帝这个几何学家的信仰。他说，清扫了圆周和螺旋天文学的马厩之后。他所剩下的“只是一车子的粪便”——类似卵形的扁圆。

开普勒终于意识到他对圆周的迷恋是因为错觉而引起的。地球是一个行星——这一点哥白尼已经说过，现在开普勒十分清楚地认识到，遭到战争、瘟疫、饥荒和不幸所破坏的地球并不完美。开普勒是自古以来第一个提出行星是由像地球这样不完美的东西构成的物体。如果行星是不完美的，为什么它们的轨道就不能是不完美的呢？他尝试了各种卵形曲线，他不停地计算，有时候算错了（开始的时候反而把正确的答案当作错误的答案），几个月之后，正当他濒于绝望的时候，他尝试了椭圆公式（那是珀格的阿波尼厄斯在亚历山大图书馆首次整理的），结果与第谷的观测配合得很好。他后来写道：“我把自然的真理拒之门外，并把它赶走，但是它又偷偷地从后门溜进，装着若无其事的样子……呀，我真是个大傻瓜！”

开普勒发现火星绕太阳运行的轨道不是圆形，而是椭圆形。其他行星的轨道椭率比火星的轨道椭率要小得多，因此假如第谷叫他研究金星运动的话，他可能永远也发现不了行星的真轨道。在这样的轨道里，太阳不是位于中心，而是偏移到椭圆的焦点上。当某一个行星运转到离太阳最近的位置时，它的速度就加快；当它运转到离太阳最远的位置时，它的速度就减慢。由于这种运动方式，我们说行星永远朝着太阳运动，但又永远到达不了太阳。开普勒的行星运动第一定律就是：行星在椭圆的轨道上运转，太阳位于椭圆的一个焦点上。

做匀速圆周运动的时候，在相同的时间内所覆盖的圆弧角或圆弧部分相等，例如，在圆周上运行三分之二的距离所需要的时间是运行三分之一的距离所需要的时间的两倍。开普勒发现了椭圆轨道的一些不同之处：当行星沿着它的轨道运转的时候，它扫过了椭圆内的一小块扇形面积；当它接近太阳的时候，它在特定的时间内在轨道上划出一个大弧，但是那个弧所代表的面积并不很大，因为行星这个时候离太阳很近，当行星远离太阳的时候，它在相同的时间内所覆盖的弧就短得多，但是那个弧代表一个比较大的面积，因为行星这个时候离太阳比较远。开普勒发现不管椭率如何，上述这两个面积正好相等：瘦长的面积（表明行星远离太阳）和肥短的面积（此时行星接近太阳）正好相等。这就是开普勒行星运动第二定律：行星在单位时间内扫过的面积相等。

开普勒的头两条定律看起来有点深奥和抽象：行星沿着椭圆轨道运转，在相同的时间内扫过相同的面积，这些定律又有什么用呢？圆周运动倒还容易理解。我们可能会把它当做数学上修修补补的东西，当做脱离现实生活的东西。但是正如我们自己（因为引力作用而附着在地球的表面上）飞越行星际空间一样，我们的行星就是遵循这些定律的。我们是按照开普勒首先发现的自然法则运动的。当我们把宇宙飞船送上行星的时候，当我们观测双星的时候，当我们考察遥远星系的运动的时候，我们发现整个宇宙都遵循开普勒定律。

许多年之后，开普勒偶然发现了行星运动的第三个，也是他的最后一个定律，这个定律将各个行星的运动联系起来，正确地展示了太阳系的机制。他在一本名为《宇宙的和谐》的书里阐述了这个定律。开普勒是通过“和谐”这个词来理解许多东西的：行星运动的秩序与美妙，解释该运动的数学法则之存在（这种思想可以上溯到毕达哥拉斯），甚至在音乐意义上的和谐——“天球的和声”。其他行星的轨道跟水星和火星的轨道不一样，它们基本上是圆形的，因此我们即使在极精确的曲线图上也很难画出它们的真形。地球是我们的活动站台，我们在这个站台上观测在遥远星座背景上的其他行星的运动。内行星在它们的轨道上快速地运转着——这就是水星得名的原因：水星是天国庭信使。金星、地球和火星绕太阳运转的速度依次递减。外行星，譬如木星和土星，步态庄重，有如天王。

开普勒第三定律（即和谐定律）指出，行星周期（行星绕轨道一周所需时间）的平方与其距离太阳的平均距离的立方成正比；行星离太阳越远，它的运转速度就越慢，但是根据准确的数学定律，p2＝a3，这里p代表行星绕太阳的运转周期（单位：年），a代表该行星离太阳的距离（单位：“天文单位”）。一个天文单位等于地球离太阳的距离，例如，木星离太阳是5个天文单位，因此a3＝5×5×5＝125。什么数自乘等于125呢？不是11吗？很接近。因此木星绕太阳运转一周的周期是11年。上述周期计算方法适用于任何行星、小行星和彗星。

开普勒并不满足于从大自然推断出行星运动的法则，他努力追求某种更根本的内在原因——太阳对星球运动的影响。行星在接近太阳的时候速度逐渐加快，在离开太阳的时候速度逐渐减慢。遥远的行星仍然感受到太阳的影响，磁力也有一种遥感作用，因此开普勒令人吃惊地预示了万有引力的概念，认为行星运动的内在原因类似于磁力作用：

我从事这项研究的目的是证明宇宙这部机器，与其说像一个非凡的有机体，不如说像一个类似时钟结构的装置……因为几乎形形色色的运动都是由一个非常简单的磁力所带动的，就像类似时钟机构的装置一样，一切运动都是由一个简单的重力引起的。

当然，磁力并不等于重力，但是开普勒这里所指出的创见是惊天动地的。他认为，适用于地球的量子物理原理也是支配宇宙的量子物理原理的基础。这个见解首次打破用神秘的观点来解释天体运动的习惯，使地球成了宇宙的一个省份。他说：“天文学是物理学的分野之一。”开普勒处在历史的交叉点，最后的一个科学星占学家成了第一个天体物理学家。

开普勒不是说话谨慎的人，他这样评价他的发现：

用这种交响乐的声音。人类可以在不到一小时内奏完永恒曲，可以细细地体验上帝——最高艺术家——的欢乐……我非常激动……决心已定。我正在写这本书，让现代人读也好，让后世人读也好，都无所谓。这本书可以等一个世纪才找到一个读者，上帝自己就等了6000年才找到见证人。

开普勒认为，在这种交响乐里，每个行星的运转速度相当于当时流行的拉丁音阶上的某些音符，即1、2、3、4、5、6、7、i。他说，在天球的谐声里，地球的音符是4和3，地球不停地哼唱着4和3，这两个音符正好等于拉丁词“famine”（饥荒）。他还中肯地指出，用这个令人悲哀的词来描绘地球是最恰当不过的了。

开普勒发现他的第三定律之后整整8天，导致“30年战争”的事件在布拉格发生了。战争动乱使千百万人家破人亡。开普勒的命运也是如此，他的妻子和儿子死于军队所传染的流行病，他的皇家赞助人被废黜，他也因为在教义问题上固执己见而被开除路德教的教籍——开普勒再次沦为难民。这次冲突——天主教和新教都把它说成是神圣的战争——其实是那些贪婪的人利用宗教狂热争夺土地和权力的战争。过去，当交战双方的君主耗尽资财的时候，战争也就结束了，但现在，有组织的抢劫成了维持作战部队的手段。受蹂躏的欧洲人束手无策地看着一把一把的犁和修枝的刀被打成剑和矛。

在乡下，妖风四起、谣言弥天，无权无势的人受尽了祸害。许多孤身老妇被控行巫，成了替罪羊。开普勒的母亲就是在深更半夜被人从衣柜里拉走的。在开普勒的家乡小镇韦尔德斯塔特，从1615～1629年，每年大约都有3个妇女被当做女巫而加以折磨和杀害。凯瑟琳娜·开普勒是个爱争论的老妇，结果得罪了地方上的贵族。她售卖安眠药，可能还售卖迷幻药，就像现代墨西哥江湖医生那样。可怜的开普勒认为，他本人才是母亲被抓走的原因。

事情的发生是因为开普勒写了一本科学小说来阐述和普及科学，这本书叫做《梦》。他想象了一次月球旅行——那些太空旅行者站立在月球上，观察他们头顶上美丽的地球缓慢地旋转着。通过改变我们的观察角度，我们就可以理解宇宙的机理。在开普勒时代，反对地心说的主要原因之一是人们没有感觉到地球在运动。在《梦》这本书里，他尽力将地球自转的原理阐述得深入浅出、通俗易懂。他写道：“群众是通情达理的，……我要站在群众一边。因此，我十分耐心地向尽可能多的人解释。”另一次，他在一封信中写道：“请不要让我单纯搞数学计算这种单调的工作，给我时间从事哲理的研究吧，这是我唯一的乐趣。”

随着望远镜的发明，开普勒的“月球地理学”的设想正在成为现实。他在《梦》中将月球描绘成布满山峦峡谷和孔洞（即伽利略不久前用第一架天文望远镜发现的月球上的环形山）。他还想象月球上有人居住着，他们已经完全适应了当地的险恶环境。他描述了从月面上观察到的地球缓慢旋转的情形，并想象我们行星上的大陆和海洋会引起像“月球上的人”那样的联想——把在直布罗陀海峡的西班牙南端与北非的相互靠近想象成“一个穿着柔软的衣服的少女正准备跟她的情人接吻”。但是，我觉得他们更像是在“碰鼻子”。

根据月亮上昼夜的长短，开普勒认为月球上气候严酷，温度变化悬殊。事实证明，他的看法是完全正确的。当然，他并不是事事正确。例如，他相信月球周围有大气，月球上有海洋，也有人居住。特别奇怪的是他关于月球上的环形山的起源的猜想。他说，这些环形山使月球看上去“像小孩子出天花的脸”。他认为，环形山是凹下去而不是突出来的。他这个观点也是正确的。他从观察中发现许多环形山四周突出，中心耸立着一座山峰，但是他认为这些规则的环形说明了一种级数，只有智能生物的存在才能解释这种现象。他设想到从空中落下来的大岩石会引起月球的局部爆发，爆发物向四周匀称地散开，结果形成了圆形的坑穴，这就是月球和其他类地行星上许多环形山和坑穴的起源。因此他推断：月球上存在着某种能够灵巧地建造那些凹洞的人类。这些人类为数一定很多，他们一个接一个地建造凹洞以满足需要。针对“这样的大建筑工程是不可能的”的观点，开普勒列举埃及的金字塔和中国的长城（这些东西现在我们可以从环绕地球的轨道上看到）加以反驳。开普勒的思想核心是，几何级数反映了潜在的智能。他对月球环形山的论述预示了一场关于火星运河的论战（第五章）。通过观测的方法搜寻地球外的生命在发明望远镜的年代开始了，这是拥有最伟大的理论家的时代，这是举世瞩目的时代。

《梦》中有些部分显然是作者的自述，例如，主人公拜访了第谷，他的双亲是卖药的，他的母亲与妖魔鬼怪有交往，其中一个魔鬼最后还向她提供到月球旅行的工具。《梦》向我们清楚地表明（虽然它没有向开普勒同时代的人表明）：“应该容许人们在梦中偶然想象到知觉世界所不存在的东西。”科幻小说在“三十年战争”时代还是一种新生事物，因此开普勒的书被当做为指控他母亲为女巫的证据。

正当开普勒面临着严重的个人问题时，他赶到沃坦堡去看望母亲。他那74岁的老母亲被拘禁在新教区地牢里，还受到严刑的威胁（伽利略在天主教的地牢里也受到了同样的威胁）。作为一个科学家，他很自然地立即就着手调查指控他母亲行巫的原因，其中包括调查沃坦堡人将身体上的小毛病都归咎于她的符咒的事件。他的调查是成功的，跟他的一生一样，他的调查是理性对迷信的胜利。他的母亲被放逐，永远不得返回沃坦堡，否则处以死刑。正是由于开普勒勇于自卫，沃坦堡的君主才定下了不得在证据不足的情况下任意指控人们行巫的法令。

战争的动乱使开普勒基本上失去了经济来源，他后来的生活很不安定，到处恳求帮助。他给沃伦斯坦君主算命，就像他曾经给鲁道夫二世算过命那样，最后在沃伦斯坦控制的一个西里西亚的市镇——萨根——度过了晚年。他亲自写下的墓志铭是这样的：“我过去测量天空，现在测量的则是阴影。我的精神跟天空密不可分，我的身体却在地上安息”。但是，“30年战争”把它的坟墓湮没了，如果今天要为他追求科学的勇气树碑立传的话，碑文可以这样写：“他追求的是严酷的真理而不是美妙的幻想”。

开普勒相信，总有一天会有“宇宙帆船乘着天风”在空中航行，船上满载“对浩瀚的太空无所畏惧的探索者”。今天，那些探索者无论是人类还是机器人，在广袤无垠的太空中用来准确无误地导航的，正是开普勒经过终生奋斗所发现的行星运动三大定律。

开普勒为了解行星的运动，为探索宇宙和谐的原理而奋斗终生，他的研究工作在他死后36年由牛顿推向顶点。牛顿生于1642年圣诞节，他母亲后来告诉他，他出生的时候只有一点点大，可以装进一个容量为一夸脱的杯子。牛顿体弱多病，感到缺少家庭的温暖，脾气暴躁，不爱交际，当了一辈子童男，但他却可能是最空前伟大的科学天才。

牛顿从小就急欲解答虚幻的问题，诸如：光是一种物质还是一种偶然的事情？引力如何越过真空而起作用？等等。他很早就确信，基督教对“三位一体”的传统观念是对《圣经》的一种误解。他的传记作者约翰·梅纳德·凯恩勒写道：

他其实是梅莫奈兹学派的犹太教一神论者，他之所以得出这个结论，不是根据推理或猜测。而是完全根据对古代权威的理解。他相信天书并没有为伪造的“三位一体”论提供证据，天神只有上帝一个。但这是牛顿终身竭力隐瞒的可怕的秘密。

和开普勒一样，他免不了要受到当时迷信思想的影响，他也与神秘主义交锋过多次。事实上，牛顿思想的成熟主要归因于理性主义与神秘主义的冲突。1663年，当20岁时，出于好奇，他在斯特布里奇市集买了一本星占学的书，他想“看看书里到底说些什么”。当读到书中谈到的幻像时，他就读不下去了，因为他对三角学一无所知。因此，他又买了一本三角学的书。但是没多久，他发现自己不懂几何学，结果又找了一本欧几里得著的《几何原本》开始读起来。两年之后，他发明了微分学。

做学生的时候，牛顿就被光迷住了，被太阳吸引住了。他不顾危险，经常目不转睛地看着镜子里太阳的映像：

几小时之后我的双眼无需望着任何明亮的东西，但是我还是看到太阳在我的面前。我不敢写字，也不敢看书，我把自己关在房间里让眼睛恢复过来，我整整三天呆在黑屋里，想尽一切办法转移我对太阳的想象，因为一想到太阳，我立即就会看到它的图像，虽然我是在黑暗里。

1666年，牛顿23岁，在剑桥大学读书。这时突然爆发了一场瘟疫，他只好回到与世隔绝的老家伍尔斯索普村闲居，在那里住了一年。他专心于发明微分学和积分学，对光的性质有重大发现，并为万有引力理论打下了基础。在物理学的历史上，像这样意义重大的一年，只有1905年——爱因斯坦的“奇迹年”可以和它相比。当问他是怎样获得这些惊人的发现时，牛顿笼统地回答说：“通过思考。”他的成就就是如此之重大，以致他剑桥的老师文萨克·巴罗在这个年轻人回校五年之后辞去了数学教授的职位，让他来接班。

牛顿45岁左右的时候，他的佣人是这样描述他的：

我从来没有看到他娱乐或消遣过，他既不乘车出去兜风，也不散步，不玩滚木球游戏或做其他运动，以为凡是不用在学习上的时间都是浪费。他学习抓得很紧，很少离开自己的房间，除非是去讲课……很少有人听他的课，更少有人听得懂，由于听课的人少，他实际上经常是对着墙壁朗读。

开普勒和牛顿的学生绝没有想到他们的损失会有多大。

牛顿发现了惯性定律——运动着的物体在没有外力作用的情况下继续做直线运动。牛顿认为，如果没有一种力量不断改变月球的运动方向，使它的轨道成为近圆形，并把它往地球的方向上拉，那么，月球就会沿着与轨道相切的方向直线飞离轨道。牛顿把这种力量叫做重力，并相信重力在远距离起作用。虽然在地球和月球之间没有什么东西把它们联系起来，但是地球却不断地把月球往我们这边拉。牛顿应用开普勒第三定律，从数学的角度推断引力的性质。他证明，将苹果往地球上拉的力就是使月球沿着轨道运转的力，也就是使当时刚发现的木星的卫星绕着那个遥远的行星运转的力。

自从开天辟地以来。物体都是往下掉的。人类有史以来都相信月亮绕着地球转。牛顿首先发现上述这两种现象都是由同一种力引起的，这就是“牛顿万有引力”中“万有”的含意所在。在宇宙中，这个引力定律到处都适用。

这是一个平方反比法则，即引力与距离的平方成反比。如果两个运动物体之间的距离增加一倍，它们之间的引力则只有原来的四分之一，如果它们之间的距离是原来的10倍，它们之间的引力就比原来的引力小了100倍（102＝100）。显然，引力必须在某种程度上是逆向的，即随着距离的增加而减少。假如引力是正向的，即随着距离的增加而增加，最遥远的物体就会受到最大的引力。那么我想，宇宙间的所有物质很快就会形成一个大宇宙团。不，引力一定要随着距离的增加而减少。这就是为什么彗星或行星在远离太阳时转得慢，在靠近太阳时转得快的原因——离太阳越远，它们所感受的引力越小。

开普勒的行星运动三定律都可以从牛顿原理推导出来。开普勒定律是经验的产物，是根据第谷的仔细观测结果推断的，牛顿定律则是理论性的，是很简单的数学概念，根据这种概念，我们最终可以推导出第谷观测的一切数据。牛顿对自己的定律引以为豪，他在《自然哲学的数学原理》一书中写道：“我在此展示了宇宙的机理。”

后来，牛顿担任了伦敦皇家学会会长（这是一个科学家的团体），还当了造币厂厂长，他将全部精力投入到查禁伪币的工作中。他那忧郁和孤独的性格又开始作怪。他决心放弃驱使他与其他科学家争论的科研工作（争论的重点是优先权的问题）。为此，有人还说他得了相当于17世纪的“精神崩溃”症。然而，牛顿继续他在炼金术与化学之间的边缘科学的毕生研究。最近有证据表明，他当时的疾病与其说是精神病，不如说是重金属中毒——长期吸入微量的砷和汞所引起的金属中毒。当时的化学家以嗅觉为分析手段是司空见惯的。

但是，他那惊人的智力经久不衰。1696年，瑞士数学家约翰·伯努利要求他的同事们解决一个悬而未决的“捷线问题”：在只受到重力作用的情况下，物体怎样沿着不同高度的两点之间的一条曲线下降最快。伯努利起先规定半年为最后期限，但是后来应莱布尼茨的要求（莱布尼茨是当时的主要学者之一，跟牛顿同时发明了微分学和积分学），将最后期限延长到一年半。1697年1月4日下午4点，牛顿收到这个要求。在他次日早晨上班之前，他又发明了一个崭新的数学分支——变分学。他用变分学的原理解决捷线问题，并将答案寄了出去。他的答案出版了，但是根据牛顿的请求，没有署名。然而，该答案所显示出来的才华和创见却暴露了它的作者。当伯努利见到该答案时，他说：“真是文如其人。”牛顿当年55岁。

在晚年时，他继承了古代历史学家梅内托、斯特拉波和埃拉托斯尼的传统，主要从事校正古文明年代学的工作。在他身后发表的最后一本著作——《古代王国年代学修正本》里，我们发现他对许多历史事件进行了校订，复制了一幅所罗门圣殿建筑图；大胆地提出北半球星座都是根据希腊故事《伊阿宋》和《亚尔古英雄传》里的人物、人工制品和事件命名的观点；坚持认为一切文明世界的神——只有牛顿自己心目中的神是一个例外——不过是后人加以神化的古代国王和英雄罢了。

开普勒和牛顿的发现代表了人类历史上的转折——发现十分简单的数学定律渗透到大自然的各个角落；适用于地球上的规则，也同样适用于宇宙；我们的思维方式与宇宙运行方式之间会产生共鸣。他们非常重视观测资料的精确性，他们预测行星运动的准确性雄辩地证明：人类完全能够深刻地了解宇宙。我们地球的现代文明、我们世界观的形成，以及我们现在对宇宙的探索，与他们的洞察力是密不可分的。

牛顿对自己的发现持谨慎态度，他对科学界的同事们是毫不让步的。在他发现负二次方定律之后，根本没有想等一二十年之后把它发表出来。但是在辽阔无垠、错综复杂的大自然面前，他跟托勒密和开普勒一样，既高兴又谦虚。他在临死之前写道：“我不知道在别人看来我是什么样的。但在我自己看来，我不过像是在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现。”

宇宙的疆域

宇宙现在是这样，过去是这样，将来也永远是这样。只要一想起宇宙，我们就难以平静——我们心情激动，感叹不已，如同回忆起许久以前的一次悬崖失足那样令人晕眩战栗。我们知道我们在探索最深奥的秘密。

宇宙的大小和年龄不是一般人所能理解的。地球这个微小的行星只不过是永恒且无限的时空中的一个有限世界。从宏观来看，大多数人类所关心的问题都可以说是无关紧要的，甚至是微不足道的。但是，我们人类朝气蓬勃、好奇成性、勇敢探索、前途无量。几千年来，我们对宇宙及人类在宇宙中所处的地位作出了最惊人的和出乎意料的发现。人类对宇宙的探索，回想起来是很令人兴奋的。这些探索活动提醒我们：好奇乃人类的本性、理解乃人生之乐趣，而知识是生存的先决条件。因为我们在这个宇宙中只不过是晨空中飞扬的一粒尘埃，所以，我们认为，人类的未来取决于我们对这个宇宙的了解程度。

我们探索宇宙的时候，既要敢于怀疑，又要富于想象。想象经常能够把我们带领到崭新的境界，没有想象，我们就到处碰壁。怀疑可以使我们摆脱幻想，还可以检验我们的推测。宇宙神奥非凡，其中有典雅的事实，错综的关系，微妙的机制。

宇宙是浩渺无限的海洋，地球表面只是这个海洋的滨岸，正通过从地球，人类获得了现有的大部分知识。近来，我们已经涉足宇宙的海洋，当然，海水才刚刚没及我们的脚趾，充其量也只不过溅湿我们的踝节。宇宙的海洋张开怀抱向我们发出邀请，召唤着我们。人类的本能告诉我们，人类是在这个海洋里诞生的，我们急切地盼望回归故里。虽然我们的夙愿可能会冒犯“天神”，但是我相信我们并不是在做无谓的空想。

因为宇宙辽阔无垠，所以那些我们所熟悉的适用于地球的量度单位——米、英里等等已经没有意义。我们用光速来度量距离。一束光每秒钟传播18.6万英里，约30万公里，也就是7倍于地球的周长。一束光从太阳传播到地球用8分钟的时间，因此我们可以说，太阳距离我们8光分；一束光在一年之内约穿过10万亿公里（相当于6万亿英里）的空间，这个长度单位——光在一年里所通过的距离——称为一光年。光年不是度量时间的单位，而是度量距离的单位，这个单位巨大无比。

地球是宇宙中的一个地方，但绝不是唯一的地方，也不是典型的地方。任何行星、恒星或星系都不可能是典型的，因为宇宙中的大部分是空的。唯一典型的地方在广袤、寒冷的宇宙真空之中，在星际空间永恒的黑夜里。那是一个奇特而荒芜的地方。相比之下，行星、恒星和星系就显得特别稀罕而珍贵。假如我们被随意搁置在宇宙之中，我们附着或旁落在一个行星上的机会只有1033分之一（1033，在1之后接33个0）。在日常生活当中，这样的机会是“令人羡慕的”。可见天体是多么宝贵。

从一个星系际的优越地位上，我们可以看到无数模糊纤细的光须像海水的泡沫一样遍布在空间的浪涛上，这些光须就是星系。其中有些是孤独的徘徊者，大部分则拥挤在一起，汇聚成团，在广袤的宇宙之夜里飘荡。展现在面前的是我们所见到的极其宏伟壮观的宇宙。我们隶属于这些星云，我们所见到的星云距离地球80亿光年，处在已知宇宙的中心。

星系是由气体、尘埃和恒星群（上千亿个恒星）组成的，每个恒星对其他星体来说都可能是一个太阳。星系里有恒星、行星，也可能有生物、智能生命和宇宙间的文明。但是从远处着眼，星系更容易让我联想到可爱的收藏品，例如贝壳，或许还有珊瑚，即造物主在宇宙的汪洋里创造的永恒物品。

宇宙间有若干千亿个星系。每个星系平均由1000亿个恒星组成。在所有星系里，行星的数量跟恒星的总数大体相同，即1011×1011＝1022。在这样庞大的数量里，难道只有一颗普通的恒星——太阳——获得有人居住的行星的伴随吗？为什么我们这些隐藏在宇宙中默默无闻的角落里的人类就这样幸运呢？我认为，宇宙里很可能到处都充满着生命，只是我们人类尚未发现而已。我们的探索才刚刚开始。80亿光年以外嵌着银河系的星系团催迫着我们去探索。探索太阳和地球就更不用说了。我们确信，有人居住的这个行星只不过是一丁点儿的岩石和金属，靠着反射太阳光而发出微光，在以光年为单位的星系距离里，难能见到其踪影。

此时此刻。我们的旅程只到达地球上的天文学所通称的“本星系群”。本星系群宽达数百万光年，大约由20个子星系组成，是一个稀疏、模糊而又实实在在的星系团。其中的一个星系是M31，从地球上看，这个星系位于仙女星座。跟其他旋涡星系一样，它是一个由恒星、气体和尘埃组成的巨大火轮。M31有两个卫星，它通过引力，也就是让我稳坐在椅子上相同的物理学定律，将矮椭圆星系束缚在一起。整个宇宙中的自然法则都是一样的。我们现在离地球200万光年。

M31以外是另一个非常相似的星系，也就是我们自己的星系。它的旋涡臂缓慢地转动着——每2.5亿年旋转一周。现在，我们离地球4万光年，我们正处于密集的银河中心。但是，假如我们希望找到地球的话，就必须将方向扭转到银河系的边远地带，扭转到接近遥远的旋涡臂边缘的模糊的区域。

我们印象最深刻的是，恒星即使在两个旋臂之间，也像流水一样漂浮在我们的四周——气势磅礴的自身发光的星球，有些虽然像肥皂泡一样脆弱，却又大得可以容得下1万个太阳或1万亿个地球；有些小如一座城池，但密度却比铅大100万亿倍。有些恒星跟太阳一样是孤独的；多数恒星有伴侣，通常是成双成对，互相环绕。但是那些星团不断地从三星系逐渐转化成由数十个恒星组成的松散星团，再转化成由百万个恒星组成的璀璨夺目的大球状星团。有些双星紧靠在一起，星体物质在他们之间川流不息，多数双星都像木星与太阳一样分离开来。有些恒星——超新星——的亮度跟它们所在的整个星系的亮度一样；有些恒星——黑洞——在几公里以外就看不见了。有些恒星的光彩长年不减；有些恒星闪烁不定，或以匀称的节奏闪烁着。有些恒星稳重端庄地转动着，有些恒星狂热地旋转着，弄得自己面貌全非，成了扁圆形。多数恒星主要是以可见光成红外光放出光芒；其他恒星也是X光或射电波的光源。发蓝光的恒星是年青的星，会发热；发黄光的恒星是常见的星，它们已经到了中年：发红光的恒星往往是迟暮的老年星；而发白光或黑光的恒星则已奄奄一息。银河里大约有4千亿个各种各样的恒星，它们的运转既复杂又巧妙。对于所有这些恒星，地球上的居民到目前为止比较了解的却只有一个。

每个星系都是太空中的一个岛屿，它们与其邻居隔光年之距遥遥相望，我可以想象，在无数星球上的生物对宇宙的模糊认识是如何产生的：他们在开始的时候都以为，除了他们自己小小的行星以及他们周围的那些区区可数的恒星以外，再也没有其他的星星了。我们是在与世隔绝的情况下成长起来的，我们对宇宙的正确认识是逐渐形成的。

有些恒星可能被数百万个没有生物的由岩石构成的小星球所包围，这些小星球是在其演化的某个初级阶段冻结而成的行星系。大概许多恒星都有与我们类似的行星系：在外围具有由大气环所包围的行星和冰冻卫星，而在接近中心处则有温热的、天蓝色的、覆盖着云的小星球。在一些行星上可能已经有高级动物，他们也许正在从事某种巨大的工程建设改造自己的行星世界，他们是我们宇宙中的兄弟姐妹。他们跟我们的差别很大吗？他们的形状、生物化学、神经生态、历史、政治、科学、技术、艺术、音乐、宗教、哲学等方面的情况如何？也许有一天我们会知道的。

我们现在已经回到了我们的后院——离地球1光年的地方。包围着我们的太阳的是一群巨大的雪球，这些雪球由冰块、岩石和有机分子组成：它们就是彗核。每当恒星经过的时候都对彗核产生一定的引力作用，最后迫使其中的一个雪球倾倒到内太阳系。在太阳的高温作用下，冰块蒸发汽化，于是就出现了美丽的彗尾。

我们现在来到我们星系的行星上。这些星球相当之大，它们都是太阳的俘获物。由于重力作用，它们被迫做近似圆周运动。它们的热量主要来自太阳，冥王星覆盖着甲烷冰，它唯一的伙伴是它的巨大卫星卡戎。冥王星是被太阳照亮的，因为太阳离它很远，从漆黑的天空中看上去，太阳只不过是一个明亮的光点。巨大的气体星球海王星、天王星、土星——太阳系的宝石——和木星分别有一个冰冻卫星做伴相随。在气体行星及其冰冻卫星的内侧就是充满岩石的温暖的内太阳系。例如，在那里有红色行星——火星。在火星上有高耸的火山、巨大的裂谷、席卷火星的大沙暴，并且完全可能还有一些初级形态的生物。所有太阳系的行星都绕着太阳运转。太阳是离我们最近的一个恒星，它是一个令人恐怖的氢气和氦气的热核反应炉，它的强光照耀着整个太阳系。

经过一番漫游之后，我们终于回到了我们这个弱小的浅蓝色星球。宇宙汪洋茫无际涯，范围之大，难以想象，而这个星球仅是其中之一，完全淹没于宇宙汪洋之中。它的存在可能仅仅对我们有意义。地球是我们的家，我们的母亲。人类是在这里诞生和成长的，是在这里成熟起来的。正是在这个星球上，我们激发了探索宇宙的热情。也正是在这里，我们正在痛苦和不安之中掌握我们自己的命运。

人类有幸来到地球这个行星上。这里有充满氮气的蓝天，有碧波荡漾的海洋，有凉爽的森林，还有柔软的草地。这无疑是一个生机勃勃的星球。从整个宇宙来看，它不但景色迷人，天下稀有，而且到目前为止，在我们的行程所经历过的所有时空当中，只有这个行星上的人类开始对宇宙进行探索。必定有许多这样的星球散布在整个宇宙空间里，但是，我们对它们的探索从这里开始。我们有人类百万年来用巨大的代价积累起来的丰富知识。我们这个世界人才济济，人们勤学好问。我们的时代以知识为荣。我们是很幸运的。人类是宇宙的产物，现在暂时居住在叫做“地球”的星球上。人类返回家园的长途旅行已经开始。

跟许多其他的发现一样，人类发现地球只是一个小星球。那是在古代的近东地区，在被一些人称为公元前三世纪的时代，在当时最大的城市——埃及的亚历山大发现的。在这个城市里住着一个名叫埃拉托斯尼的人，当时一个最羡慕他的人称他“贝塔（β）”——希腊文的第二个字母。这是因为，他说埃拉托斯尼是世界上第一个无所不知的人。但是埃拉托斯尼显然几乎在所有的领域里都是“阿尔法（α）”（希腊文的第一个字母）。他是一个天文学家、历史学家、地理学家、哲学家、诗人、戏剧批评家和数学家。他的著作从《天文学》到《痛解论》，样样都有。他还是亚历山大市图书馆的馆长。有一天，他从该馆的一本手抄本里读到下面一段话：在南部边疆西因前哨靠近尼罗河第一大瀑布的地方，在6月21日正午，直立的长竿在地面上没有投下阴影。在夏至那天——一年当中白昼最长的一天，接近中午的时候，圣堂圆柱的阴影越来越短，最后在正午消失掉。这时太阳从头顶上直射下来，在一口深井的井水里可以看到太阳的倒影。

上述观察很容易为人们所忽略。长竿、阴影、井里的倒影、太阳的位置——日常生活中这样简单的事情有什么重要意义呢？但埃拉托斯尼是一个科学家，他当即想到做一个实验，实地观察一下亚历山大的直立长竿是否在6月21日正午会在地面上投下阴影。结果他们的实验证实：长竿在地面上投下了阴影。

埃拉托斯尼自我思忖：为什么在西因的长竿不投下阴影，而同一时刻在北边的亚历山大的长竿却投下明显的阴影呢？假设在一幅古埃及的地图上有两根等长的垂竿，一根直立在亚历山大，另一根直立在西因。假定在某一个特定的时刻两根长竿都没有在地面上投下阴影，只要地球是扁平的，这一点很容易理解。这时候，太阳在头顶直射。如果两根长竿在地面上投下等长的阴影的话，在扁平的地球上也说得通：这个时候太阳光线以同样的角度斜射在这两根长竿上。但是在同一时刻，在西因没有阴影，而在亚历山大却有明显的阴影，这究竟是怎么一回事呢？

他认为唯一可能的答案是：地球的表面是弧形的，而且弧度越大，阴影长度的差别就越大。因为太阳离我们如此之远，所以阳光照射到地球的时候是平行的。长竿与太阳光线的夹角不同，它们在地面上投下阴影的长度也就不同。就投在地面上的阴影长度的差别而言，亚历山大和西因之间的距离必定是它们在地面上的偏差角——约7°。也就是说，假如将长竿插入地心，它们就会在那里相交成7°角。7°相当于整个地球圆周360°的1/50。埃拉托斯尼知道亚历山大和西因之间的距离约800公里，因为他雇人步测过。800公里乘50等于40000公里：这就是地球的圆周长度（原注：如果改用英里作量度单位，亚历山大和西因之间的距离约等于500英里，那么地球周长即为500英里×50＝25000英里）。

这个答案是正确的。埃拉托斯尼唯一的工具是长竿、眼睛、脚和头脑，再加上对实验的兴趣。凭着这些东西，他推断出地球的圆周长度，误差只有百分之几，这在2200年前是一个非凡的成就。他是第一个正确地测量出一个行星大小的人。

那时的地中海以航海业驰名，亚历山大是当时我们这颗行星上最大的海港。当你知道地球是一个直径不太大的星球时，难道你不想出海去探索吗？难道你不想去探索那些未被发现的陆地，甚至去做环球航行吗？比埃拉托斯尼早400年的时候，一支腓尼基舰队受雇于埃及法老尼科，曾经环绕非洲航行。他们从红海起航（很可能是乘没有甲板的敞口船），顺着非洲东岸南下，再从大西洋北上，最后从地中海返航。这次史诗般的旅程花了3年的时间，相当于现代“旅行者”号宇宙飞船从地球飞往土星所需的时间。

在埃拉托斯尼的发现之后，勇敢而热衷探险的航海者多次进行过伟大的航海尝试。他们的船只很小。航海仪器很不完善，仅根据测程仪和罗盘推算船位，并且尽可能沿着海岸航行。在茫茫长夜，他们虽然能够通过一夜又一夜地观察星座与地平线的相对位置来测定船只的纬度，但却不能够测定船只的经度。对于苍茫大海中的航海者，熟悉的星座对他们一定是一种极大的安慰。星星是探索者的朋友，在当年是地球远洋航海者的朋友，而现代则是太空宇宙飞船的朋友。在埃拉托斯尼算出地球的圆周长度之后，有些人可能尝试过环球航行，但是在麦哲伦以前，没有人获得成功。勇敢和探险的故事在早期一定被说成是水手和航海家——世界上最讲究实际的人——拿他们的生命跟亚历山大的一个科学家的数字打赌！

在埃拉托斯尼时代，人们造出了地球仪，用以表示从空间看到的地球。这种地球仪在他们了如指掌的地中海地区基本上还是切合实际的。但是离开他们家乡越远，这种地球仪就变得越不符合实际。我们现在对宇宙的认识也难免遇到这种不愉快的情况。在第一世纪，亚历山大的地理学家斯特拉博写道：

那些试图环球航行的人，返回的时候并没有说他们曾经受到大陆的阻碍，因为大海始终是敞开的。他们之所以返回，是因为信心不足、缺乏粮食……埃拉托斯尼说过，如果广袤的大西洋不是一个障碍的话，我们可以很容易地通过海路从伊比利亚抵达印度……在温带完全有可能有一、两个可居住的陆地……当然，如果（我们星球的另一部分）有人居住的话，住在那里的人跟我们是不同的，所以我们要把那里看成是另一个世界。

人类就是这样开始千方百计地探索其他世界的。

后来对地球的探索是全球性的，有到中国和波利尼西亚去的，也有从中国和波利尼西亚出发的。当然，克里斯托弗·哥伦布发现美洲及随后几个世纪的历程算是达到了高潮，因为到那个时候，地球的地理探索任务已告结束。哥伦布的第一次航行与埃拉托斯尼的计算最直接相关。哥伦布对自己的“印度群岛冒险计划”简直着了迷，他本打算顺着非洲海岸航行，然后向东驶抵日本、中国和印度，他决心闯入陌生的西部海洋——即像埃拉托斯尼所大胆预见的那样，“通过海路从伊比利亚抵达印度”。

哥伦布曾经是旧地图的行商，也是古代地理学家——其中包括埃拉托斯尼、斯特拉博和普图利米——的著作和关于他们的著作的热心读者。但是，为了推行“印度群岛冒险计划”，为了使船只和船员能够在长途航行中生存下来，地球必须比埃拉托斯尼所说的小，所以。哥伦布在计算的时候耍了个花招。正如萨拉罗卡大学的考察人员准确无误地指出的那样，从哥伦布能找到的所有书本上，他采用了最小的地球圆周长度和最大的亚洲东延范围，甚至还再加以夸大。假如哥伦布在旅途中没有遇到美洲的话，他的探险肯定彻底失败。

现在地球已经经过彻底的探索，再也不可能发现什么新大陆或失落的土地。但是，过去我们用来探索并定居在地球最遥远的地区的技术，现在可以用以帮助我们飞离地球。去进行宇宙探险，去发现其他星球的秘密。飞离地球我们能够居高临下地对它进行观测，能够看到埃拉托斯尼测量出来的整个地球的球体及其大陆的轮廓，从而证实古代许多制图家的卓越才华。埃拉托斯尼和亚历山大其他地理学家看到这些该会有多么高兴啊！

从某种意义上说，人类大约在公元前300年之后的600年时间里，在亚历山大这个城市开始了智力的冒险，这种冒险把我们引导到宇宙的海岸。但是，关于这个大理石般的光荣城市的形状以及人们的感觉，却没有任何记载可查，压制和惧怕已使人们几乎把古亚历山大城遗忘得一干二净。它的居民形形色色，简直不可思议，既有马其顿和后来的罗马士兵，埃及的祭司，希腊的贵族，腓尼基的水手，犹太商人，也有来自印度和撒哈拉沙漠南部非洲的访问者。在亚历山大兴盛的大部分时期内，除了大量的奴隶以外，人们都和睦相处，互相尊重。

这座城市是亚历山大大帝创建并由他从前的一个侍卫建成的。亚历山大鼓励并重视外来文化，提倡虚心求知。根据传说——这种传说是否真实无关宏旨——他是在红海中世界上第一个钟形潜水器里降生的。他鼓励他的将士们与波斯和印度的女子通婚。他尊重其他国家崇拜的神。他搜集异国的生物（包括替他的老师亚里士多德搜集的一头象）。为了把他的城市建成世界贸易、文化和知识的中心，他不惜工本。这座城市因为有以下这些名胜而光彩夺目：30米宽的林荫大道、优雅的建筑和雕像、亚历山大陵，还有那座大灯塔——古代世界七大奇迹之一。

然而，亚历山大城最大的奇迹是图书馆及其附属的博物馆（实际上是一个纪念9位文艺女神的公共场所）。在这个传奇般的图书馆里，至今残存最多的是图书馆附属建筑“塞里皮恩”里的那个一度被人遗忘的阴湿的地下室。它的唯一残物可能就是几个腐朽的书架，但是，这个地方曾经是我们这个行星上最伟大城市的智囊和荣誉，它是世界历史上第一个真正的科学研究所。学者在图书馆里对整个宇宙进行了研究。“宇宙”（cosmos）这个词来自希腊语，意思是“天地万物，井然有序”，从某种意义上说，宇宙是“混沌”（chaos）的反义词。它暗示了天地万物之间的相互联系，表明了人类对错综微妙的宇宙机制的敬畏。这是一个学者云集的地方，他们在这里研究物理学、文学、医学、天文学、地理学、哲学、数学、生物学和工程学。科学和学识发展了，天才也在这里茁壮成长了。亚历山大图书馆是我们人类最早系统而认真地搜集世界知识的地方。

除了埃拉托斯尼之外，还有天文学家希帕恰斯，他绘制了星座图并估算了恒星的亮度；欧几里得，他以卓越的才能将几何学进行系统的分类。并对正在费力地解一道数学难题的国王说：“通往几何学的道路中可没有为皇家铺设的康庄大道”；色雷斯的狄俄尼斯，他给词类作了定义，他对语言学的贡献，就像欧几里得对几何学的贡献一样；赫罗菲勒斯，生理学家，他确证智力活动的中心是在脑部而不是在心脏；亚历山大的赫伦，齿轮火车和蒸汽机的发明者，《自动装置》——第一本论述机器人的专著——的作者；佩尔加的阿波洛尼厄斯，数学家，他论证了圆锥曲线的各种形式——椭圆、抛物线和双曲线——（我们现在知道）这些曲线是行星、彗星和恒星的运行轨迹；阿基米德，列昂那多，达·芬奇之前最伟大的力学天才；还有天文学家和地理学家托勒密，他编著了我们今天称为假科学的星占学；他的地心说统治了1500年。这个事实说明智慧并不能保证不犯大错误。在那些伟大的男子之外，还有一位伟大的女性——海帕希尔，她是数学家和天文学家，是这所图书馆最后一个名人，她的殉难与该馆建成七个世纪后的毁灭有密切关系。关于这个故事，我们后面还会谈到。

在亚历山大大帝之后的那些统治埃及的希腊国王们很重视学问，在几个世纪的时间里，他们始终扶植科研工作，并在图书馆里为时代精英保持良好的工作环境。该馆有10个研究大楼——分别用于不同学科的研究、许多喷泉和柱廊、几座植物园、一座动物园，几间解剖室、一个天文台、还有一个大餐厅，闲暇的时候，人们在厅里讨论问题。

这个图书馆的心脏是它的藏书。图书管理员到处搜罗世界各国的文化和文字，他们派人到国外尽可能购买图书资料。停泊在亚历山大的商船受到警察的搜查——搜查的目标不是走私货，而是图书。他们借来古书卷，誊抄之后再还给主人。虽然该馆的精确藏书数难以估计，但是收藏50万卷是完全可能的，而且全部都是纸莎草纸的手抄本。这些书都到哪里去了呢？创造这些书卷的古典文明崩溃了。连图书馆也被蓄意摧毁了。只有一小部分作品幸存下来，剩下的就是一些可怜的零零星星的碎片。这些可望而不可即的残片是多么令人心焦啊！例如，我们知道这个图书馆的书架上有一本萨摩斯天文学家阿里斯塔恰斯的著作，他论证说地球是行星之一，也是绕太阳运转的，他还论证说恒星离我们极为遥远。这些结论都是完全正确的，但是我们却等到将近2000年后才重新发现这些真理。我们对阿里斯塔恰斯这本著作损失的认识要提高10万倍，才能理解古典文明的伟大成就及其毁灭的悲剧性。

我们今天的科学已经远远地超过了古代科学，但是我们对历史的认识还存在着不可弥补的缺陷。试想一想，多少历史上的谜只要用亚历山大图书馆的一张借书证就可以得到解答。我们知道有一套三卷本的世界史已经丢失了，作者是一个名叫彼罗萨斯的巴比伦祭司。该书第一卷论述了从“创世”到“大洪水”时期的历史，他认为这个时期是43.2万年，也就是说比《旧约全书》的年代纪还要长100倍。我很想知道书里到底写了些什么。

古人懂得宇宙的历史已经很长了，他们试图了解宇宙遥远的过去。我们现在知道宇宙远比我们所想象的要古老得多，我们已经考察了宇宙空间，知道我们住在一个模糊星系的最遥远的角落里，住在一粒环绕着一颗平凡的恒星的尘埃上。如果我们是无限的空间里的一小点的话，我们在无限的时间里也占据了一瞬间。我们现在知道我们的宇宙——或者至少它的最近的化身——大约有150亿年或200亿年的历史了。这就是所谓的“大爆炸”以来的时间。在鸿蒙混沌的时期，宇宙中并不存在星系、恒星或行星，也没有生命或文明。当时的宇宙只不过是一个充满整个太空的均匀的辐射火球。从大爆炸时的混沌过渡到我们现在开始认识的宇宙，是我们有幸瞥见的物质和能量的最可怕的转化。在我们发现其他更聪明的智能生物之前，我们现在的人类就是最引人注目的转化结果——大爆炸的远代子孙。我们的使命是了解并进一步转化诞生我们的宇宙。

宇宙的音乐

在我的一生中，我一直疑惑别的地方是否也可能有生命的存在。它的形式如何？是怎样造成的？我们行星上的一切生物都是由有机分子——碳原子起核心作用的复杂的微型结构——组成的。生命诞生之前，地球曾经是一个荒芜的不毛之地。现在，我们的星球生机勃勃。为什么会变成这样呢？在没有生命的情况下，以碳为核心的有机分子是怎样形成的？最初的生物是如何产生的？生物是如何进化到能繁殖像人类这样能够探索自身奥秘的复杂的高级动物的？

在无数其他环绕别的恒星的卫星上也有生命吗？地球以外的生命——如果存在的话——跟地球上的生命一样也是以有机分子为核心的吗？其他星球上的生物跟地球上的生物长得基本相像吗？或者说他们极端不同——不同环境下有不同适应性变化？还有什么其他的可能性？研究地球上生命的性质与探索其他地方的生命是同一问题的两个方面，即探索我是谁。

在恒星之间茫茫的黑夜里，存在着气体云、尘埃和有机质。通过射电望远镜，我们发现那里有数十种不同的有机分子，这些分子的大量存在，表明生物无所不在。生命的起源和进化很可能是宇宙的必然规律，只是时间迟早不同而已。在银河系的几十亿个行星当中，有些行星可能永远也不会产生生命，有些行星可能有生命的兴亡，或者只是停留在生命的最简单形式而已，但是在一小部分的星球上可能有比我们人类更高级的智慧和文明。

有时候。有的人会说，真凑巧，地球这个地方完全适宜于生物的生长——气候温和、流水清澈、空气新鲜，等等。但这种看法起码是混淆了因果关系，我们居住在地球上的人对地球的环境非常适应，这是因为我们是在这里成长的，那些不适应的早期生物形态被淘汰了。我们是适应性强的生物体的后代。无疑，在环境完全不同的星球上生长起来的生物体也会自鸣得意。

地球上的一切生物都是密切相关的，我们有共同的有机化学机制和共同的进化遗传特征。因此，我们的生物学家的知识面就显得十分狭窄。他们只研究一种生物学——生命乐章中单一的主题。在成千上万光年里难道只有这么一个微弱的曲调吗？或者还有一种宇宙赋格曲，一种多主题和多声部。谐声与非谐声的共鸣乐曲——亿万种不同的声音鸣奏出银河系生命的旋律。

让我告诉你们一个关于地球生命乐章中的一个小乐曲的故事吧。1185年，日本天皇是一个名叫安德的7岁男孩，他是平家武士集团的名义领袖。当时该集团跟另一个武士集团——源氏武士集团——正在进行着一场长期的血腥战争。他们都宣称自己是天皇的正统继承人。1185年4月20日，在日本内海坛野里爆发了决定性的海上遭遇战，天皇也在船上。平家一方寡不敌众，溃不成军，伤亡惨重。幸存者一大批一大批地涌到海里淹死。天皇的祖母丹井皇太妃决意不让敌方将她和安德俘获。后来的情况在《平家物语》一书里有记载：

天皇时年7岁，但少年老成。他英姿焕发，讨人喜欢，乌黑的长发松散地垂在背后。他神色惊惶地问丹井皇太妃：“你要把我带往何处？”

皇太妃转脸望着年幼的天皇，老泪纵横……她安慰他，把他的长发扎在他的粉红色的长袍里。小天皇泪珠涟链，双手合掌，先朝东向伊势神道别，然后朝西念佛（念阿弥陀佛）。丹井皇太妃将他紧紧地抱在怀里，嘴里念着“我们的宫殿就在大海的深处”，然后跟他一起沉没到波涛之下。

平家的舰队全军覆没。只有43个妇女活下来，迫于生活，这些宫廷侍女只好向战场附近的渔民兜卖鲜花或提供其他的服务。平家武士集团从此几乎从历史上销声匿迹，但是那些前宫廷侍女和渔民们的后代纠集在一起，定下了纪念该战役的节日。他们每年4月24日都举行纪念活动，至今依然如此。平家的渔民后裔披麻戴孝，到埋葬天皇的赤万圣陵去观看记述坛野里战役之后的历史事件的演出。几个世纪以来，人们觉得他们似乎清楚地看到罪恶的武士阶级的军队妄图舀干海水。清洗他们的血债、失败和耻辱。

渔民们说，平家的武士一直到现在仍然在日本内海的海底里漫游，体态如蟹。在这里可以发现背部斑纹古怪的蟹，其模样和形状都跟武士的面孔惊人地相像，人们捉到这种蟹的时候就把它们放回到海里，以纪念坛野里发生的令人悲哀的事件。

这个传奇故事提出了一个有趣的问题。为什么武士的脸会被雕刻在蟹壳上呢？答案似乎是，这种脸型是人造成的，蟹壳上的模样是遗传下来的。跟人一样。蟹也有许多不同的血统。假定这种蟹的祖先当中碰巧有一只蟹的模样跟人的面孔相像，哪怕只是稍微相像，即使在坛野里战役之前，渔民们也不会把它吃掉。当他们把它丢回海里的时候，他们就有了一个进化过程：如果你是一只蟹，你的壳是普普通通的，人类就会把你吃掉，你这一血统的后代就会减少，如果你的壳跟人类的面孔稍微相像，他们就会把你扔回海里，你的后代就会增多。蟹壳上的模样是蟹的一大投资。随着世代的推移——人蟹同理——那些模样最像武士脸型的蟹就得天独厚地生存下来。因此，最终的产物不是一般人的脸型，也不是日本人的脸型，而是武士的严峻面容，所有这一切都与蟹的需求无关。淘汰是外部作用的结果。你的外貌越像武士，你的生存机会就越大，最后就产生了许许多多的武士蟹。

上述这个过程称为“人工选择”过程。就平家武士蟹而言，这个过程基本上是渔民们不自觉的选择过程。当然，这个过程跟蟹的意愿毫无关系。但是，人类几千年来对动植物的存亡始终在精心抉择。从婴孩期开始，我们就被熟悉的农场、家畜、水果、树木和蔬菜所包围。这些动植物从何而来？它们是曾经独立生存在野外，后来才被诱引到农场里过比较安逸的生活的吗？不，事实相反，它们大多数是我们造就的。

一万年前，奶牛、猎狗、大穗玉米等是不存在的。当我们驯化这些动植物——有些动植物的模样跟现在完全不同——的时候，我们控制住了它们的繁殖。我们让那些理想的品种优先繁殖。当我们需要用狗来牧羊的时候，我们就挑选那些机敏、驯服并且具有一定放牧天才的品种，因为我们可以利用狗的这种天才来看管成群猎食的动物。奶牛之所以有大乳房，是人类喜欢喝牛奶和乳酪的结果。我们现在吃的既可口又富有营养的玉米，是从它的瘦瘠的祖先开始，经过几万年的培育而成的。事实上，玉米已经变得没有人的干预就不能繁殖了。

无论是平家蟹、猎狗、奶牛还是玉米，人工选择的实质在于动植物的许多生理和行为特征被忠实地遗传下来。由于种种理由，人类促进了某些品种的繁殖，阻止了另一些品种的繁殖。被选中的品种竞先繁殖，终于繁盛起来；未被选中的品种日渐稀少，甚至灭绝。

但是，既然人类能够造就动植物的新品种，难道自然就不能够吗？这个相应的过程称为“自然选择”过程。从人类生存在地球上短暂时期内对野生动植物的改造以及化石所提供的证据，我们非常清楚地看到，生物在亿万年里已经发生了根本的变化。化石毫不含糊地向我们表明，过去曾经大量存在的生物现在已经灭绝在地球历史上，已经灭绝的物种远比至今仍然存在的物种要多得多，它们是进化的终端试验品。

驯化所引起的遗传变化是非常迅速的。野兔一直到中世纪初才开始驯化（是法国修道士饲养的，因为他们把新生的小兔子当作鱼。所以在教会日历的某些天，兔肉不属于禁食的肉类），咖啡驯化于15世纪，甜菜驯化于19世纪，水貂现在仍处于驯化前期。在不到一万年的时间里，驯化的结果使绵羊的产毛量从1000克增加到10～20千克，使哺乳期奶牛的产奶量从几百毫升增加到100万毫升。如果人工选择在这么短的时期内能够引起这么大的变化，自然选择在几十亿年里能够引起什么样的变化呢？绚丽多彩的生物界就是答案。进化是事实，而不是理论。

“自然选择就是进化的机制”。这个伟大的发现是跟查尔斯·达尔文和艾尔弗雷德·华莱士的名字联系在一起的。一个多世纪之前，他们强调指出：自然是多产的，动植物产生的数量比它们可能生存的数量多得多，因此，自然环境选择那些碰巧更适合于生存的品种。突变——遗传特征的突然变化——是遗传的，它们为进化提供了原料。因为自然环境选择那些能够提高存活率的品种，结果引起了一系列生物形态的缓慢变化——新物种的起源。

达尔文在《物种起源》这本书里的原话是：

人类实际上不会引起变异性；人类只是无意识地将生物体暴露在新的生活环境里，然后大自然才对组织发生作用，从而引起变异性。但是人类能够、而且的确选择了大自然所赋予的变异，并以各种理想的方式积累起来。人类就是这样改造动植物使其满足自己的意愿。人类的改造活动可能是系统的，也可能是不自觉的。他们可能只是将对他们最有用的生物保存起来，根本没有想到要改变品种……没有任何理由认为适用于驯化的原理就不适用于大自然……产生的生物比可能生存的生物来得多……在生物竞争的过程当中，不管其年龄或所处的季节如何，一种生物对其他生物的最微弱优势，或者对周围环境哪怕是最轻微的较佳适应性，都会起决定性的作用。

T·H·赫胥黎在19世纪是进化论最有影响的捍卫者和宣传者，他写道：“达尔文和华莱士的著作是一道闪光，它给在黑夜里迷失方向的人展现了一条道路。不管这条道路是否把他直接带到家里，但是肯定把他引上了正路。当我刚刚理解《物种起源》的精义的时候，我曾经这样想：我们怎么没想到这一点呢？多蠢啊！我猜想哥伦布的朋友也会是这么说的……变异性、生存斗争、环境适应性等是众所周知的事实。但是在达尔文和华莱士驱走黑暗之前，我们谁也没想到它们就是通往解决物种核心问题的道路。”

当时许多人对进化论和自然选择这两种观点都十分反感（现在有些人仍然如此）。当我们的祖先看到地球上巧妙的生物和生物体的构造如何完美地行使其功能的时候，他们以为一定有一个伟大的设计师。即使最简单的单细胞生物体。也是一部比最精致的袖珍手表还要复杂得多的机器，可是袖珍手表却不会自动组装，也不是自己一步一步地从有摆的落地大座钟演化来的。有手表就说明有表匠。原子和分子似乎不可能自动地结合在一起，形成使地球到处都是生机勃勃的极其复杂和微妙的生物体。“每一个生物体都是特意设计出来的”、“物种不会转化”等观点与我们缺乏史料的祖先对生物的看法是完全一致的，“每一个生物体都是由一个伟大的设计师精心构造出来”的观点使自然界条理化，使人类自命不凡——我们现在依然热衷于此。所谓的“设计师”，是对生物界的一种自然的、投人所好的解释。但是，正如达尔文和华莱士所指出的那样，还有另一种同样投人所好而且是令人心悦诚服的解释：自然选择——它使生命的乐曲一代比一代更美妙。

化石所提供的证据可能与“伟大的设计师”的观点相吻合；也许这个设计师对某些物种不满意的时候就把它们毁掉，然后再试验新的花样。但是这种观点有点令人茫然。每一种动植物都是精心制造的，一个万能的设计师难道不能从一开始就随心所欲地制作吗？化石所提供的证据说明了一个尝试与谬误的过程——对预见未来无能为力。这种特征与万能的伟大设计师是格格不入的（虽然与性格比较温和和内向的设计师并不是格格不入的）。

20世纪50年代初，我还是大学生的时候，我在H·J·马勒的实验室里做事，这是很幸运的。因为他是一个伟大的遗传学家，他发现辐射能够引起突变，同时也是他首先提请我注意平家蟹是人工选择的一个例子。为了掌握实用遗传学。我花了好几个月的时间做果蝇（Dmsophilamlelanogastes，意思是黑身嗜露者）的实验。这是一种驯良的生物，有两个翅膀，一双大眼睛。我们把它们装在粉红色的奶瓶里，让不同的品种进行杂交，然后观察亲本基因重新组合后会产生什么样的形态，观察自然突变和人工突变会产生什么样的形态。雌蝇总是把卵下在技术员放在瓶里的糖蜜上，瓶子用塞子塞住，两周之后受精卵变成幼虫——蛹，最后蛹又形成果蝇成虫。

有一天，我正在用一个低倍双筒显微镜观察一批刚到的用醚轻度麻醉的果蝇成虫，并忙着用驼毛刷将不同的品种分开。使我感到惊愕的是，我偶然发现了一个非常不同的东西，这不是一般的小变异，例如白眼睛变成红眼睛。或者没有颈毛变成有颈毛。这是一种机能健全的新品种，翅膀显著得多。羽状触角也长。马勒说过，在一代里绝不可能有重大的进化，可是这个范例却发生在自己的实验室里，因此我断定，这是命运的安排。要向他解释这种现象，我感到有点为难。

我怀着沉重的心情敲了他的门。“进来！”里面传来了低沉的声音。我进去的时候发现房间的光线都遮住了，只有一盏小灯照着那架他正在使用的显微镜镜台。就是在这样黑暗之中，我结结巴巴地解释说：“我发现了一种怪异的蝇，可以肯定它是由糖蜜里的蛹形成的。”我并没有想惊动马勒，但是他却问道：“是不是更像鳞翅目而不像双翅目？”他的脸渐渐地亮起来。我不知所措，他就追问道：“是不是有大翅膀？是不是有羽状触角？”我莫名其妙地点头，说有。

马勒打开头顶上的灯，亲切地笑着。原来，这种现象人们早就发现了。有一种蛾，它们已经适应果蝇遗传学实验室的生活环境。它们既不像果蝇，跟果蝇也毫不相干，它们要的是果蝇的糖蜜。就在实验室技术员打开瓶塞和盖上瓶塞的那一瞬间——比如给广口瓶添加果蝇的时候，母蛾便来个俯冲轰炸，将卵产在香甜的糖蜜里。当时我并没有发现什么大突变，我只偶然发现了自然中的另一种有趣的适应性的变化——它本身就是小突变和自然选择的产物。

进化的奥秘在于死亡和时间——大量对环境不适应的生物体的死亡，以及碰巧有适应性的小突变进行长期演化所需要的时间。抵制达尔文和华莱士进化论的一部分原因是因为我们难以想象千万年的时间是怎么过去的，更不用说想象亿万年时间是怎么过去的。对那些只生存百万分之一年的生物来说，7000万年简直不可思议。我们就像蝴蝶一样，振翅一天便以为那就是一生。

地球上所发生的一切可能跟许多星球上的生物进化多少有些类似，但是就蛋白质的组成和化学性质或脑神经系统这样的细节而言，地球上的生物史在整个银河系里可能是独一无二的。地球是46亿年之前由星际气体和尘埃凝结而成的。根据化石所提供的证据，我们知道，没多久——大概40亿年之前，在原始地球的湖海里就产生了生命，最初的生物还没有单细胞生物体——这已经是一种相当高级的生物形态——那么复杂。最初的活动也简单得多。当时，闪电和太阳辐射的紫外线正在分解原始大气层中氢含量很高的简单分子，分解的碎片又自动结合成越来越复杂的分子。这种早期的化学物质溶解在海洋里，形成了一种逐渐复杂的有机液。最后，有一天，纯粹是出于偶然，出现了一种能够利用有机液里的其他分子作为预构件粗略地复制自己的分子。

这就是脱氧核糖核酸（DNA）——地球生命的基本分子——的最早祖先，它的状貌像螺旋状梯子，我们可以在分子的四个不同部位找到它的梯级。这些梯级称为核苷酸。它们构成了遗传密码的四个字母，扼要地发出生殖特定生物体的遗传指令。地球上的每一种生物都有各自不同的遗传指令，但是它们使用的书面语言基本上是一样的。生物体之所以不同是因为它们的核酸指令不同，突变就是核苷酸的变化，它会遗传给下一代，是一种真实遗传。因为突变是核苷酸的随机变化，所以大多数突变是有害的或致死的，它们的遗传密码会指令产生非官能酶。要通过突变改善一种生物体的功能，需要很长的时间，然而，正是因为这种不大可能发生的事情——百万分之十厘米宽的核苷酸的有益的小突变，带动了进化过程。

40亿年前。地球是一个分子的乐园，当时还没有捕食者。有些分子进行低效繁殖，它们竞争预制构件，粗略地复制自己。随着繁殖、突变和对最低效品系的选择性淘汰，进化不停地进行着，即便是在分子的位级也在不停地进行着。久而久之，分子的繁殖效能改善了，具有特别功能的分子终于结合在一起，形成一种分子集体——初始细胞。现今的植物细胞里含有微型的分子工厂，称为叶绿体，负责光合作用，将阳光、水和二氧化碳转化成碳水化合物和氧。血液里的细胞含有另一种不同的分子工厂，称为线粒体，其作用是使食物跟氧结合在一起。从而使食物释放出有用的能量。这些工厂现在仍然存在于动植物的细胞内，但是它们本身可能曾经是独立生存的细胞。

到30亿年前，若干单细胞植物已经组合在一起，也许是因为在细胞一分为二之后，突变阻止了它们的分离，初始的多细胞生物体产生了。人体内的每个细胞都是一种公社，由曾经独立生活的社员为了共同的利益而结合在一起，因此人是由100万亿个细胞组成的，我们每个人都是一个群体。

性大约是20亿年前产生的。在那之前，新的生物体只能从随机突变——逐字逐句对遗传指令变化的选择——的积累过程中产生。进化一定是一个极其缓慢的过程，随着性的产生，两个生物体就能够整段、整页和整本地交换它们的DNA遗传密码，繁殖出可供筛选的新品种。生物体有选择地进行性的活动，那些对性的活动不感兴趣的物体就迅速地绝灭。不仅20亿年前微生物的情况是如此，我们人类现在对DNA遗传密码的交换也有显著的兴趣。

到10亿年前，由于协作的结果，植物已经深刻地改变了地球的环境。绿色植物会制造分子氧。因为当时的海洋充满了简单的绿色植物。所以氧正在变成地球大气层的主要成分，结果以不可逆转之势改变了原来氢含量很大的大气层的性质，从而结束了生物是由非生物过程产生的地球历史时代。然而，轻而易举地使有机分子瓦解，虽然我们喜欢它，但从根本上说，氧对没有保护的有机物却是一种毒药。在生命的历史上，大气层的氧化造成了极大的危机，大量的生物体因为适应不了氧而灭亡，少数原始生物，例如肉毒杆菌和破伤风杆菌，即使现在也只能生活在厌氧环境条件下。地球大气层里的氮的化学性质很不活泼，因此氮比氧温和得多，但是氮也使生物付出了巨大的代价。总之，地球大气层的99％源自生物，我们的天空是用生命换来的。

在生命起源之后40亿年的大部分时间里，主要的生物体是微小的深绿色的海藻，它们布满了整个海洋。接着，大约6亿年之前，海藻的垄断地位被打破了，新的生物急剧增加。这个事件称为“寒武纪爆炸”。地球产生之后几乎立即产生了生命，这说明生命在类似地球的行星上可能是一个不可避免的化学过程。但是，在30亿年的时间里，生命并没有从深绿色的海藻进化多少，这说明有特殊器官的大生物是很难形成的，甚至比生命的起源还难。也许现在许多其他的行星存在有大量的微生物，但是没有大型的动物和植物。

寒武纪爆炸之后不久，海洋里充满了许多不同形态的生物。到5亿年以前，已经有大量成群结伙的三叶虫，它们是体态漂亮的动物，有点像大昆虫，有些在海底成群猎食，它们的眼睛里有晶体，可以探测偏振光。但是现在三叶虫已经不复存在了，它们已经于亿年前消失了。地球一度有过的动植物，如今已无活着的迹象。当然，现在地球上的各种生物过去没有存在过。物种就是这样来去匆匆，一闪而过。

寒武纪爆炸之前，物种的演化似乎相当缓慢，这大概一方面是因为我们越深入审查过去，我们的资料就越不足。在我们行星的早期历史里，很少生物体有硬的部位，而软体生物则很少有化石残余。另一方面是因为寒武纪爆炸之前出现新生物体的节奏确实非常缓慢，细胞结构和细胞生化的艰苦进化过程并没有立即反映在我们从化石所看到的外部形态上。寒武纪爆炸之后。新的适应过程以相对惊人的速度接二连三地发生。在急速演化之中，原始鱼类和脊椎动物便应运而生；过去只生长在海里的植物开始移居到陆地上，原始昆虫产生了，它们的后代成了移居陆地的先锋动物；有翼的昆虫跟两栖动物（有点像肺鱼，能够同时生活在水里和陆地上）同时产生；初始的树和爬行动物出现了；恐龙产生了；哺乳动物出现了，接着又出现了初始的鸟类；初始的花也出现了；恐龙绝灭，初始的鲸目动物（海豚和鲸的祖先）产生了，灵长目（猴、类人猿和人类的祖先）也同时出现了。不到1000万年前，跟人类相当接近的动物产生了，它们的脑体积也惊人地增大。然后，只在几百万年之前，最初的真人出现了。

人类是在森林里成长起来的，我们与森林有着天然的联系。树木葱茏向上，蔚为壮观！它们的叶子需要捕获阳光来进行光合作用，因而它们用阴影遮蔽近邻，相互竞争。如果仔细观察的话，你经常会见到两棵树无可奈何地推推搡搡。树木是壮美的机器，它们以阳光为动力，以大地的水分和空气中的二氧化碳为食粮，同时也向我们提供了食粮。植物用自身制造的碳水化合物作为能源来从事各种活动，动物——从根本上说是植物的寄生虫——则靠盗取碳水化合物来从事各种活动。因为我们大量地呼吸空气，我们的血液里含有氧，当我们食用植物时，我们就将碳水化合物跟氧结合起来，从中提取人类机器运转所需要的能量。在上述这个过程中，我们呼出二氧化碳，然后这些二氧化碳又被植物吸收，用来创造更多的碳水化合物。两者之间协作得多好啊！动物和植物交互吸收对方的呼出物——一种全球性的口对口相互急救法。整个微妙的循环过程是以1.5亿公里外的一颗恒星为动力的。

已知的有机分子有好几百亿种，但是大约只有50种被用来进行生命的基本活动。同样的分子模式被稳健而又巧妙地反复用来行使各种不同的职能。控制细胞化学性质的蛋白质和携带遗传指令的核酸是地球生命的核心，我们发现所有动植物里的这些分子基本上是相同的。我和橡树都是由相同的物质组成的，如果你再往回追溯的话。你会发现我们有一个共同的老祖宗。

跟星系和恒星王国一样，活细胞是一个复杂而又完美的国家。巧妙的细胞机器是经过40亿年的时间精心制成的，它是由食物碎屑演化而成的。今天血液里的白细胞就是昨天的奶油。细胞是如何完成这项工作的呢？原来，细胞内是一个错综复杂的迷宫，它有独特的结构，它能够转化分子，储存能量，还能够为自我复制做准备工作。假如我们能够进入一个细胞的话，我们所能见到的许多细胞微粒就是蛋白质分子，它们有些积极地活动着，有些则消极等待。最重要的蛋白质是酶，即控制细胞化学反应的分子。酶就像装配线上的工人一样，各有各的分子工作，例如第四道工序负责核苷酸鸟苷磷酶的构造，又比如第十一道工序负责分解糖分子并从中提取能量——这是用来支付其他分子工作的货币。但是酶并不是老板，它们接受它者的指令——事实上，它们本身也是由它者构造的，它们按上司的命令办事。核酸是分子的老板，它们位于细胞核这样的紫禁城里，深居简出。

假如我们通过一个小孔闯入细胞核的话，我们会发现类似意大利面条厂里的爆炸现象——令人眼花缭乱的面团和面条，它们就是两种不同的核酸：DNA和RNA（RNA将DNA发出的指令传递给其他细胞）。这些核酸是40亿年进化的最佳产品，它们储存着如何指使细胞、树木和人类进行工作的全部信息。如果用一般的语言写出来的话，人类DNA的信息量足足可以写成100卷的巨著。此外，除了极少数例外，DNA分子还懂得如何复制自己。它们的学识不可谓不渊博。

DNA是一条复合螺旋线，南两条线绞合在一起，像一个螺旋形的梯子。在这两条线上的核苷酸的排列次序就是生命的语言。在繁殖的时候，这两条线借助一种特殊的松解蛋白质而分离，然后分别跟附近的另一条线的复制物（在细胞核沾滞流体里漂浮着的核苷酸预制构件所制造出来的复制物）相结合。松解程序一开始的时候，一种称为DNA聚合酶的特异功能使酶出来协助确保复制工作不出差错。如果出了差错，酶就会迅速加以纠正，用正确的核苷酸取代错误的核苷酸：这些酶是一部功能奇异的分子机器。

除了精确地复制自己（即遗传）之外，DNA还通过称作“信使RNA”的另一种核酸指挥细胞的活动（即新陈代谢）。RNA会跑到核外，每个RNA在适当的时间和适当的地点控制着一个酶的构造。酶细胞形成之后就开始发号施令。每个酶掌管着细胞生化过程的某一特定环节。

人类的DNA是由10亿个核苷酸分子串起来的一个梯子，大多数核苷酸的组合形式是没有意义的，它们会使蛋白质合成为无用的东西。只有极少数核酸分子对像人类这样复杂的生物才有用途。即便如此，核酸对生物有用的组合方式还是多得令人目瞪口呆——很可能比宇宙间的电子和质子的总数还要多得多。因此，人类可能出现的个体要比迄今出现过的数量大得多，这说明人类这个物种的潜力是极大的。核酸一定还有许多组合方式可以改善人类。幸好我们还不知道怎样用其他方法排列核苷酸来制造其他人类。将来我们完全有可能以任何理想的方式排列核苷酸，创造出具有称心如意特征的人。这是一个既严肃又令人兴奋的设想。

进化是通过突变和选择来实现的。在复制过程中，如果DNA聚合酶出差错的话，就可能发生突变。但是DNA聚合酶极少发生差错。辐射、太阳紫外线照射、宇宙射线或环境中的化学品等也会引起突变，所有这些东西都能够使核苷酸发生变化，或者使核酸打结。如果突变率过高，我们就不可能有40亿年来在极其缓慢的进化过程中遗传下来的生物。如果突变率过低，适应未来环境变化的新品种就不可能出现。生物的进化要求突变与选择之间保持某种程度的平衡，随着平衡的实现，非凡的适应性也就产生了。

一个DNA核苷酸分子的变化会引起受该DNA遗传密码控制的蛋白质内一个氨基酸分子的变化，欧洲血统人的血液里的红细胞呈球形，某些非洲血统人的血液里的红细胞则呈镰刀形或新月形。镰刀形细胞携带的氧比较少，结果遗传一种贫血症，但是它们又是抵御疟疾的主要因素。毫无疑问，贫血症总比死亡好。这种对血液功能的重大影响（在红细胞的照片上一目了然）是典型人体细胞的DNA中，上百万个核苷酸分子中有一个核苷酸分子发生变化的结果。我们现在仍然不知道大多数其他核酸的变化会引起什么样的后果。

我们人类看上去跟树木大不相同。无疑地，我们对世界的认识也跟树木不一样。但是在最深处，在生命的分子核心，树木跟我们本质上是相同的。两者都靠核酸进行遗传，两者都由蛋白酶控制细胞的生化过程，最重要的是，两者都用完全相同的电码本将核酸的信息翻译成蛋白质的信息——实际上我们这个行星上的所有其他生物使用的也都是这个电码本。对这种分子统一性的一般解释是：我们人类，例如树木、人类、鮟鲸鱼、黏液霉和草履虫等，都是在我们行星历史的早期源自一个共同的祖先。那么，关键分子又是如何产生的呢？

在康奈尔大学，我的实验室里，除了研究其他项目以外，我们还研究生物前有机化学，谱写了一段生命的乐章。我们将原始地球的气体混合在一起，然后用电火花辐照。这些气体包括：氢、水、氨、甲烷、硫化亚氢等，它们碰巧都存在于现代的木星上和整个宇宙里。电火花相当于闪电（在古代的地球和现代的木星上也有）。反应器皿起先是透明的，因为原始气体是看不见的。但是电火花辐照10分钟之后，我们看到一种奇特的棕色的东西顺着器皿壁慢慢地往下淌，器皿逐渐地变得不透明了，盖上了一层厚厚的煤油。假如我是用紫外线照射的话（模仿早期的太阳），其结果会大致相同。这种焦油是复杂有机分子（包括蛋白质的组成部分和核酸）的浓缩。生物竟然是非常容易制造的。

上述这种实验是20世纪50年代早期斯坦利·米勒最先做的。他当时还是化学家哈罗德·尤里的研究生。尤里有力地论证了地球早期的大气层里充满了氢（就像宇宙中大多数的星球那样）；后来氢慢慢地从地球上散发掉，但是没有从巨大的木星上散发掉；生命在氢丧失之前就产生了。当尤里建议用火花辐照这些气体的时候，有人问他想通过这个实验制造什么东西，他回答说：“Beilstein。”Beilstein是德国的一部28卷的巨著，里头罗列了化学家所知道的所有有机分子。

只要用早期地球存在的最丰富的气体和几乎所有能够解开化学键的能源，我们就能够制造出生命的基本预制构件。但是在我们的器皿里出现的只是生命的乐谱，还不是生命的音乐。分子预制构件必须正确地排列在一起。生命绝不仅仅是组成蛋白质的氨基酸和组成核酸的核苷酸。但是即使在将这些预制构件排列成长键分子方面，我们的实验工作已经取得了重大的进展。氨基酸已经在原始地球的条件下组合成类似蛋白质的分子，其中有些分子像酶一样微弱地控制着有用的化学反应。核苷酸已经被组合成几十个单位长的核酸链。在适当的条件下，短核酸在试管里能够与跟它们相同的复制品结合在一起。

直到现在，还没有人能将原始地球的气体和水混合在一起并在实验结束的时候让什么东西从试管里爬出来。最小的已知生物，类病毒，是由不到1万个原子组成的。这些病毒能导致栽培植物的若干种不同疾病，而且很可能是最近刚从更复杂（而不是更简单）有机体演化来的。确实很难想象还有更简单的、不管从什么意义上说都是活的生物体。类病毒是单纯由核酸组成的，而病毒却有一层蛋白质膜。类病毒只不过是单一的RNA链条，其几何图形不是一条直线，就是一个闭合圈。不管类病毒多小，它们总是生机勃勃的，因为它们是彻头彻尾的寄生虫。跟病毒一样，它们只是接管一个功能完善的大细胞的分子机器，然后将这个制造细胞的工厂改造成制造类病毒的工厂。

已知最小的独立生存的生物体是PPLOC类胸膜肺炎生物和类似的小生物，它们大约由5000万个原子组成。因为这种生物必须在较大的程度上依赖自己，所以它们比类病毒和病毒更复杂。但是现在地球的环境条件对简单的生物体并不那么十分有利，因为你非得自食其力不可，非得防范敌手不可。然而，在我们行星的早期历史里，当大量的有机分子在充满氢气的大气层里由阳光孕育的时候，很简单的非寄生生物都有竞争的机会。最初的生物体可能就像独立生存的类病毒那样，只有几百个核苷酸分子串起来那么长。到本世纪末的时候，我们就可以用实验的方法重新开始创造这种生物。关于生命的起源，我们还有许多要了解，其中包括遗传密码的起源。但是这种实验我们才做了不过30年左右，而大自然却已经先行了40亿年。总的来说，我们的成绩还是不错的。

这样的实验并不是地球上所独有的，最初的气体以及能源在整个宇宙都有。星际空间的有机物和在陨石上发现的氨基酸，可能是由像我们实验器皿里的那类化学反应所引起的，一些类似的化学现象在银河系的10亿个其他星球上一定发生过。生命的分子充满了整个宇宙。

但是即使另一个星球上的生命跟我们这里的生命都有相同的分子化学现象，我们也没有理由认为那里的生物就一定跟我们所熟悉的生物相类似。试想一下，地球上的生物是多么的繁杂，它们都生活在同一个星球上，都有相同的分子生理。在另一个星球上，动植物很可能跟我们在这里所了解的任何生物体完全不同，那里可能会趋同进化，因为对某种环境问题可能只有一种最佳解决办法，例如两只眼睛是为了使双目视觉能够适应光频。但是总的来说，进化过程的随机性可能会使地球外的生物跟我们所知道的任何生物都大不相同。

我说不清楚地外生物会是什么样子，我的知识是非常有限的，我只知道一种生物，即地球上的生物。有些人，例如科幻小说家和艺术家，已经对其他星球上的生物进行了猜测，我对那些地外生物的幻想表示怀疑，因为它们似乎过多地以我们已知的生物体为幻想的依据。任何特定的生物体都是经过一个个意外的步骤长期演变而成的，我想其他任何地方的生物都不会像爬行动物、昆虫或人类那个样子，即使像绿皮、尖耳和触角这样的小化妆也不会一样。但是假如你强迫我的话，我也可以想象出一种颇不相同的东西。

在一个木星那样巨大的气体星球上，大气层里充满了氢、氦、甲烷、水和氨，星球表面没有可着陆的地方，而是一个密集的云状气层，像我们实验器皿里的生成物那样的有机分子可能不断地从空中降落到这个云层里。但是这样的行星对生命的形成存在着一种特殊的障碍：表层湍急，深处炎热。生物体必须时刻小心，才能避免被拖向备受煎熬的深渊。

为了说明生命在这样极其不同的行星上并不是不可能的，我和我在康奈尔的同事E·E·萨尔彼得做了一些计算。当然，我们不可能准确地了解生命在这种地方会是什么样子，但是我们要弄清楚在生物和化学法则的范畴内这种星球是否可能有生物。

在这样的条件下，生存的方法之一是在你受煎熬之前就进行繁殖，并指望空气的对流能够把你的一部分后代带到大气层高处较凉爽的地方。这种生物体可能极小，我们把它们叫做坠子。但是也可以是浮子——抽掉氦和重气体而只留下最轻的气体氢气——的大氢气球，或者是热气球，通过保暖和利用食物等方法维持漂浮状态。就像我们所熟悉的地球上的气球一样，浮子越往下拖，它回弹到高层大气较凉爽的安全地带的浮力就越大。浮子可能会把预制的有机分子吃掉，或者像地球上的植物那样，通过阳光和空气将预制的有机分子化为己用。达到一定高度的时候，浮子越大，它的功效也越大。我和萨尔彼得设想浮子有几公里宽，比最大的鲸还大。

浮子可能会像冲压式喷气发动机或火箭那样，利用迸发的气流将自己推进到行星天气以外。我们设想它们懒散地群集在一起，大得一眼望不到边。在它们的表皮上有花纹，这是一种适应性伪装，同时也说明它们遇到了问题。因为在这样的环境里至少还有一个小的生态环境：狩猎。狩猎者行动迅速，动作灵敏。它们吞食浮子，一方面是为了补充自身的有机分子，一方面是为了储存纯氢。最初的浮子可能是由空坠子演变来的，而最初的狩猎者则可能是由浮子进化来的。狩猎者的数量不可能很多，因为如果它们把浮子都消灭掉的话，它们自己也要毁灭。

物理和化学容许这样的生物形态存在，艺术则赋予它们一定的魅力，然而自然却不以我们的臆测为转移。但是，如果在银河系里有几千亿个住着生物的星球，恐怕也会有几个住着我们根据物理和化学的法则想象出来的坠子、浮子和狩猎者的星球。

与其说生物学像物理学，不如说生物学像历史学。你要了解现在，你就得了解过去，并且要极其详细地了解。正如至今还没有历史学的先验论一样，至今也还没有生物学的先验论，理由是相同的：两个学科对我们来说仍然太复杂。但是我们可以通过了解其他的东西来增进对自身的了解。对地球外某种生物的研究，不管如何粗浅，都会推动生物学的进步。生物学家将会首次弄清楚什么样的其他生物可能存在。当我们说探索其他地方的生物很重要时，我们并没有说很容易找到，我们只是说值得一找。

迄今为止，我们仅仅听到一个小星球上的生命之声，但是我们终于开始注意收听宇宙乐曲中的其他声音。

探秘红色行星

有这样一个故事，说的是很久以前，一位知名的报刊发行人向一位著名的天文学家发了一封电报：“请即用500字电复，火星上是否存在生命。”这位天文学家按照要求答曰：“无人知道，无人知道，无人知道……”一直重复了250遍。尽管这样的否定回答是由一位专家再三坚持作出的，却没有什么人加以理会。相反，从那时以来，我们不断听到两种权威性的意见。一种声称他们已经能推断出火星上有生命，另一种则断言，他们已排除了火星上有生命的可能性。有的人一心希望火星上有生命，另一些人则巴不得火星上没有生命。两大营垒都太过分了，这种强烈的感情色彩已经有点超越了在科学探索中所能容许的观点分歧。看来，许多人只是想得到一个明确的答案而已，他们不想让两种互不相容的可能性同时存在于自己的头脑中。有些科学家认为，火星上有居民，但其根据后来被证明是不足为信的；有的科学家则断言火星上不可能有生命，因为对特定的生命现象的初步研究要么未获成功，要么其结果含混不清。神秘的色彩不止一次地笼罩着这颗红色的行星。

为什么非说是火星人呢？又为何有如此众多的关于火星人的热烈推测和猜想，却没有人想到土星人或者冥王星人呢？这是因为，乍看起来，火星很像地球，它是我们能看见其表面的最近行星。火星上既有极冠、飘荡的白云，又有怒吼的风暴，在它红色的表面上还有随季节变化的图像，甚至一天也是24小时。因此，人们自然认为火星是一个有居民的世界。火星已成为一座神秘的舞台，寄托着我们地球人类的希望和担忧。但是，我们心理上赞成或反对火星上存在生命的倾向，绝不应该把我们引入歧途。因为，事实胜于雄辩，而事实尚未出现。真正的火星是一个神奇的世界，它的真面目比我们已经了解的要复杂得多。在我们这个时代，已经采集过火星上的砂粒，已经确立了我们在火星上的存在，从而实现了一个世纪以来的梦想。

在19世纪后期之前，没有人相信，我们这个世界正被像人一样的、而又远比我们聪慧的智能生命以浓厚的兴趣仔细地观察着；也没有人会相信，当人们各自碌碌奔忙时，他们正在被仔细地研究着，其仔细程度也许就像用一架显微镜观察在一滴水中群聚繁殖、朝生暮死的细菌。人们为了区区小事，趾高气扬地在地球上来回奔忙，为能确保对物质的占有而心满意足。显微镜下朝生暮死的细菌的所作所为，与此大概没有什么不同。人们要么从未想到过宇宙中还有更古老的世界，它们是威胁人类的根源；要么在想到这些世界时，只是简单地认为那里根本不可能存在生命。往昔的某些心理习惯是可笑的。在多数情况下，地球上的人最多只是设想，火星上可能存在另一种人。而且也许不如自己优越，因而正准备迎接自己去启迪教化他们呢。然而，浩瀚的宇宙大洋彼岸的居民，他们的智力与我们相比，正如我们与野兽相比一样，那些居民智力发达、感情冷漠，正以妒忌的眼光窥视着地球，并在缓慢而又扎实地制定着进攻我们的计划。

H·G·威尔斯1897年所写的科幻名著《星球大战》中的上述开场白，至今仍常常使人们不寒而栗。在人类的整个历史上。人们对地球以外还存在生命这件事是又怕又盼。100多年来，这种感情集中在夜空中一颗明亮的红色星星上。在《星球大战》出版之前3年，一位名叫洛韦尔的波士顿人建立了一座重要的天文台，支持火星上有生命的最新颖的观点就是在那里提出来的。洛韦尔年轻时就爱好天文学，他曾就读于哈佛大学，后来得到半官方的外交任命，到了朝鲜，否则他也会像芸芸众生一样注重于追求财富。他死于1916年，他对于我们认识自然界及行星的演化，对于探测宇宙，尤其是用非常精确的方法发现冥王星等方面都做出了重大贡献。冥王星就是用他的名字命名的。

但是洛韦尔毕生最热衷的却是火星。1877年意大利天文学家斯基帕雷利宣布发现了火星上的水道，这使洛韦尔激动万分。斯基帕雷利报告说，当火星运行到距地球最近时，他观察到了一个复杂的网络，该网络由单直线和双直线组成，遍布火星的整个亮区。意大利文的Canali（原意为水道、沟渠）在匆忙中被译成了英文的canal，即“运河”这样一个隐喻着人工设计的字眼。（这个误解）一时在欧洲和美洲掀起了一场火星热，洛韦尔也深深地卷入这股热潮中。

1892年，斯基帕雷利的视力严重衰退，宣布他将放弃对火星的观测。洛韦尔决心继续这项工作。他需要一个理想的观测点，在那儿不受云雾或闹市灯光的干扰，而且具有优良的“天文宁静度”。“宁静度”一词在天文学术语中用来表示透过稳定的大气层去观察天空时，望远镜中天体的图像抖动最小的情况。天文宁静度差是由于望远镜上方的大气产生小尺度的扰动所致，这也是星星会眨眼的原因。洛韦尔把他的天文台设在远离城市的火星山上，该山位于亚利桑那州的弗拉格斯塔夫。他绘出了火星表面的图像，尤其是画出了使他着迷的运河图形。进行这种观测决非一件易事。试想一下，在寒风凛冽的凌晨长时间盯着望远镜观测的情景吧！天文宁静度常常很低，因而火星图像往往模糊不清，而且变形失真。这样，观测者就必须否定所看到的景象。有时图像会突然固定住，火星的图像奇迹般地瞬间闪现，观测者又必须记住所看到的情景，并准确地记录下来。观测者还必须抛弃成见，客观地对待火星上的奇观。

在洛韦尔的笔记本中，到处都记载着他认为是自己观测到的结果。诸如亮区和暗区，极冠的痕迹，一颗运河纵横的星体。洛韦尔认为，他看到了一个布满全火星的巨大灌溉网，正是这些大渠道把极冠融化的水输送到赤道缺水的居民手中。他深信，这个星球上的居民历史更悠久、更聪明，也许与我们迥然不同。他还认为，暗区的季节性变化是由于植物的生长和兴衰造成的。他相信火星与地球极其相似。总而言之，他相信的东西太多了。

在洛韦尔的笔下，火星是一个历史久远、干涸凋零的荒漠，而且是一个与地球相似的荒漠。洛韦尔所描绘的火星景象，颇像美国的西南部，即洛韦尔天文台所处的那片地区。他推论说，火星上的温度太低了一点，但其舒适程度仍然不亚于“英格兰南部地区”。空气虽然很稀薄，但氧气含量仍然足够呼吸之用。那儿的水很珍贵，但错综复杂的运河网却能把生命不可缺少的这种液体输送到整个星球。

回顾起来，当代对洛韦尔观点提出的最重大的挑战竟来自一个出乎人们意料之外的人物。1907年，自然选择进化论的共同发现者A·R·华莱士应邀去评述洛韦尔的一本著作。华莱士年轻时是一位工程师，本来对这类超感觉的洞察力多少有点轻信，却令人意外地对火星的可居住性表示怀疑。华莱士指出，洛韦尔对火星平均温度的计算有误，火星不但不像英格兰南部那么温暖，恰恰相反，几乎所有的地方都在冰点之下。因此火星应该有永冻层，即永远处于冰冻状态的次表层。空气也比洛韦尔计算的要稀薄得多。那里的陨石坑数量应该与月球上一样多。至于说到运河中的水，他指出：

在任何解决缺水问题的计划中，如果想借助运河，令其穿过赤道进入另一半球，穿过那可怕的荒漠地区，而且又曝晒在洛韦尔先生所描述的那种炎炎晴空之下，那么这种计划就将是一群疯子的行为，而绝非智慧生命所为。完全可以断言，甚至流不出100英里，所有的水就会蒸发殆尽，或者渗入地下。

上述带挖苦味的但却大致正确的物理分析是华莱士在84岁高龄时写下的，他的结论是，从土木工程师的水利观点来看，火星上不可能存在生命。不过，他没有提及微生物问题。

尽管华莱士提出了批评意见，尽管其他天文学家用了与洛韦尔同样先进的望远镜，他们的观测点位置亦毫不逊色，却未能发现任何运河的痕迹。但是洛韦尔关于火星的观点还是得到广泛的接受。他的学说的神奇力量就像创世说一样古老有力。产生这种吸引力的部分原因是因为19世纪正是技术上取得辉煌成就的时代，其中包括修建了许多巨大的运河。如1869年竣工的苏伊士运河、1893年建成的科林斯运河、1914年完工的巴拿马运河，近一点的则有美洲五大湖水闸、纽约州北部的航运运河，以及美国西南部的灌溉运河。既然欧洲人和美国人能建立这样的丰功伟业，那么为什么火星人就不行呢？难道一个更古老、更聪明的种族就不能做出更卓有成效的努力，去勇敢地战胜那红色星球上的干旱吗？

如今，我们发射的探测卫星已经进入环绕火星的轨道，已经绘制了整个火星的地图。两个自动实验站也已在火星表面着陆。火星的神秘感（如果存在任何神秘的话）自洛韦尔以来一直在加深。我们现在拥有的火星照片比洛韦尔的观察结果要详尽得多，但是我们却没有发现被大肆吹嘘的运河网的任何支流、任何水闸。洛韦尔、斯基帕雷利，还有其他一些人在艰难的观测条件下作出的观测结果之所以失误，部分原因也许是由于他们事先就带着火星上存在生命的框框。

洛韦尔的观测记录本反映了他多年在望远镜前的不懈努力，这些笔记表明，洛韦尔对其他天文学家关于运河真实性的怀疑，心知肚明。这些笔记还表明，洛韦尔相信自己作出了重大的发现，但其意义却得不到别人的理解，因而十分痛苦。例如，他在1905年1月21日写的笔记中有一处这样写道：“两条运河突然显现出来，相信没有弄错。”在拜读洛韦尔的笔记时，我有一种清楚的但却颇为不安的感觉，那就是他确实看到了某些东西。但那究竟是什么呢？

当我和康奈尔大学的保罗·福克斯对比洛韦尔的火星图和“水手9”号轨道站拍摄的图像时——我们图像的分辨率有时比洛韦尔在地面上用24英寸折射望镜观测到的要高100倍——发现，二者之间几乎毫无共同之处。这倒不是说洛韦尔的眼睛把火星上不相干的细小部分连成了虚构的直线。在他所说的运河的大部分位置上，既没有深色的颜色，也没有陨石坑群，那些区域根本就没有任何特别之处。既然如此，他怎么会年复一年地画出同样的运河图形呢？其他一些天文学家——其中一些人声称，在他们亲自进行观测之前没有仔细地观看过洛韦尔的图片——怎么也会画出相同的运河呢？向火星发射“水手9”号的一个最重大的发现，就是在火星表面上观测到随时间变化的条纹和斑点。许多这样的条纹与陨石坑的外围相连，而且随季节而改变。这类条纹是被风扬起的尘土造成的，因此其图样随不同季节的风而变化。但是，这些条纹没有运河的特征，其位置也与运河的位置不符，况且没有任何一条条纹大到可以在地球上看得见的程度。如果说在本世纪的前几十年中，火星表面上确实存在哪怕一点点像洛韦尔所说的运河特征，那么当飞船进行近距离考察变为现实时，那些运河不可能跑得无影无踪。

火星上的运河看来是在艰难的观测条件下，人的手、眼和脑在结合上存在着某种毛病所造成的（或者说，至少对某些人是如此。因为许多与洛韦尔同时代以及后来的天文学家，使用同样质量的观测仪器，但却宣称根本没有观测到运河）。不过这几乎不能算是一个令人信服的解释。因此，我有一种不安的怀疑：火星运河这个问题的某些重要的细节还没有发现。洛韦尔一直认为，运河的规则性无可辩驳地表明它们是出自智慧生物之手。这肯定是不会错的。唯一没有解决的问题是，有智能的人究竟位于望远镜的哪一侧？

洛韦尔的火星人是慈祥的、乐于助人的，甚至有点像神仙。与H·G·威尔斯和O·威勒士在《星球大战》中描绘的可怕形象大不相同。但是通过星期天副刊和科幻小说，这两种观点都进入了公众的脑海之中。我还记得自己在年少时曾如醉似痴地阅读巴勒斯描写火星的小说。我与高贵的探险家约翰·卡特一起从弗吉尼亚旅行到“巴苏”，因为那里的居民认识火星人。我跟随8条腿的驮兽群，我还赢得了海利恩王国可爱的迪娅·索丽丝公主的垂青，我还能与名叫塔斯，塔卡斯的4米高的绿色武士友好相处。我还在“巴苏”的尖屋顶城市和圆屋顶的抽水站以及绿树成荫的尼罗西提斯河沿岸和望忧草运河畔漫步。

果真能在事实上，而不是在想象中和约翰·卡特到火星上的海利思王国去探险吗！我们能够在“巴苏”的两轮急速飞行的明月照耀下，于某个夏夜开始有重大科学意义的探险旅行吗！即使洛韦尔关于火星的结论，包括火星上存在运河的观点，将来被证明是错误的，他关于火星的描述至少有这样的用处：它激发了好几代8岁的孩童，我自己就是其中之一，把探测行星看成是真正可能的。并设想是否将来某一天能亲自到火星上去旅行。约翰·卡特就到达过那里，在一片开阔地上，张开他的双手，发出了祝愿。我还记得，在童年时代，我曾经长久长久地伫立在旷野上，伸开双手恳求我认为存在的火星人把我带走。当然，我的恳求从未奏效。看来得寻找其他途径。

如同生物一样，机器也有其进化过程。火箭和最早用来推动火箭的炸药都是中国人发明的。在中国，火箭曾被用于庆典等喜庆的场合。大约在14世纪，火箭传入欧洲，并被用于战争之中。19世纪后期，俄国的中学教师康士坦丁·齐奥尔科夫斯基提出利用火箭作为行星间交通工具的可能性；美国科学家戈达德则将它发展作为高空飞行之用。第二次世界大战中，德国的V-2军用火箭利用了戈达德的几乎全部研究成果，而以1948年发射的V-2/WAC“伍长”号相结合的二级火箭为顶点，这枚火箭达到了当时无与伦比的飞行高度——400公里高。进入50年代后，以苏联的科罗廖夫和美国的布劳恩为首领导了技术上的发展。他们的经费来自大规模毁灭性武器运输系统的研究，但却被用来发射最早的人造卫星。技术进步的势头继续有增无减：载人环球飞行、人工轨道站、登月以及在整个太阳系飞行的无人宇宙飞船，都相继获得成功。其他许多国家现在也已发射了宇宙飞行器，包括英国、法国、加拿大、日本和最早发明火箭的中国。

齐奥尔科夫斯基和戈达德都是富有想象力的人（戈达德年轻时曾读过威尔斯的著作，并且深为洛韦尔的演讲所激动）。因此空间火箭应用的早期设想中包括建立一个空间科学站，用于从高空监测地球，并用作研究火星生命的探测器。所有这些梦想如今都已经实现。

设想一下，你是某一个相当遥远的行星的来宾，不带任何成见地飞向地球。距地球越来越近，观察越来越细，你对这个星球的看法也会逐渐改变。这个星球上有居民吗？你根据什么作出判断呢？如果存在智慧生物，他们可能已经建造出在几公里的范围内具有高衬比的工程结构。当光学系统和离地球的距离能提供1公里的分辨率时，这些结构就能被检测出来。但即使达到这样的分辨率。看起来地球仍然像是绝对的不毛之地。在我们称为华盛顿、纽约、波士顿、莫斯科、伦敦、巴黎、柏林、东京和北京的地方，完全看不出有生命或者叫做智慧生物的迹象。如果说地球上存在着有智慧的生物，那么，他们基本上没有把地球的外观改造成有规则的、具有1公里分辨率的几何形状。

但是，如果把分辨率提高10倍，开始可以看到小至直径100米的范围时，情况就大大改观了。地球上的许多地方就会突然变得具体、清晰了，就会显现出方形、矩形、直线和圆形的清晰图像。这些图形实际上就是有智慧的生物的工程艺术品：道路、公路、运河、农场、城市街道。这样的图形揭示了人类对欧氏几何和领土主义两种孪生的情感。在这样的分辨率下，就能在波士顿、华盛顿和纽约看到智慧生物的活动。而分辨率达到10米时，被加工过的地球表面景象便真正赫然可辨了，人们正在忙忙碌碌之中。不过，上述景象都是摄于白昼，黄昏或夜晚则又是一番景象：利比亚和波斯湾油田的熊熊烈焰，日本远洋捕鱼船队的深海灯光，大都市明亮的灯光。假如我们能把白天的分辨率进一步提高到1米，那么我们就能分辨出单个生物体，可以分辨出鲸、母牛、火烈鸟和人等。

地球上智慧人类的活动首先通过其建筑物的几何规则性来显现。因此，如果确实存在洛韦尔的运河网，则火星上有智能生物居住的观点就同样是令人叹服的了。这是因为，如果从火星轨道拍摄的火星照片上能发现生命活动，那么它的大部分表面必定被改造过，而技术文明的产物——运河建筑也许是最易于检测到的目标。但在无人驾驶飞船发回的无数火星照片中，除了一两幅莫名其妙的图片外，没有发现任何这一类的目标。不过，许多其他的可能性还存在，包括从大型的动植物到微生物，到已经灭绝的形态，以至到火星上从古至今从来就不存在任何生命等等各种可能性。与地球相比，火星距太阳较远，因此温度要低得多。火星上的空气很稀薄，而且主要由二氧化碳组成，只有一些分子氮和氢，以及极少量的水蒸气、氧气和臭氧。在那里不可能存在敞露的液态水，因为大气压太低，即使冷水也会迅速沸腾而汽化，恐怕只有在土壤的孔隙和毛细管中有极少量的液态水。而氧气含量之低远不能满足一个人的呼吸需要。臭氧的含量也低得可怜，以致能杀菌的太阳紫外线畅通无阻地照射到火星表面上。在这样险恶的环境下，还能有什么生物可以生存下去吗？

为了回答这个问题，许多年前我和我的同事制作了模拟当时所知道的火星环境的试验舱，把地球上的微生物接种到实验舱内，然后观察是否有任何生物能生存下去。我们把这样的试验舱很自然地叫做火星罐。试验舱的温度保持在与典型的火星环境相近的范围内，即在正午时略高于0℃，而在破晓前约为-80℃之间循环。舱内气体也主要由CO_2和N_2组成，保持缺氧的状态，用紫外灯重现太阳光的高通量。除了润湿沙粒表面极薄的一层水外，也不提供任何液态水。只过了一个晚上，有些微生物就冻死了，并且再也没有苏醒过来。由于缺氧，其他微生物也陆续喘息而亡，有的死于干渴，有的则死于紫外线。但是，总有数量可观的一些地球微生物在缺氧条件下也能生存，当温度降得太低时，它们就暂时处于休眠状态。它们能藏在小石下或隐身于薄沙层之下，以躲避紫外光的照射。在另外一些实验中，当供给少量液态水时，微生物又能照常繁殖生长。既然地球上的微生物都能经得住火星环境的考验，那么假如火星上有微生物，它们的适应本领也必定更巧妙。不过，究竟如何，我们必须亲自去看看才会明白。

在无人驾驶星际探险方面，苏联一直保持着很活跃的势头。每隔一二年，行星间就会出现最有利的相对位置，根据开普勒和牛顿所阐明的物理学原理，这时向火星或金星发射宇宙飞船能量消耗最少。60年代初以来，苏联几乎没有错过这样的发射机会。苏联人的不懈努力及其工艺技术终于结出了硕果。苏联共有5艘飞船，即“金星8”号至“金星12”号，都先后在金星表面着陆，成功地从金星表面发回了大量资料。这些飞船能穿过如此高温、高密度和有很强腐蚀性的金星大气层，其成就是不可否认的。尽管做过多次尝试，苏联飞船涉足火星却未成功。至少初看起来，火星似乎更友好些，那儿的温度不高，大气层也稀薄得多，气体也较柔和，此外还有极冠。明亮的淡红色天空、巨大的沙丘、古老的河床、陡峭的山谷，还有我们已经探明的太阳系中最大的火山结构，以及赤道附近温和的夏日。相对金星而言，火星的环境更接近于地球。

1971年苏联的“火星3”号飞船进入火星大气层。从飞船自动发回的无线电资料判断，“火星3”号飞船在进入大气层时，成功地打开了着陆系统，且准确地向下调整了防烧蚀护罩，适时地打开了巨型降落伞，并在接近火星表面时成功地点燃了减速火箭。根据“火星3”号发回的资料，它在这颗红色星球上的着陆应该说是成功的。但是在着陆后，飞船却向地球发回20秒钟没有图像的电视片段，随之就神秘地消失了。1973年发射的“火星6”号着陆器也发生了与此十分类似的情况，这次是发生在着陆后不到1秒钟的时间内。这究竟是在哪里出了毛病呢？

我所见到的第一幅“火星3”号的图片是在一枚苏联邮票上（面额为16戈比）。它描绘了飞船正穿过某种紫色浊流而降落的情景。在我看来，邮票的作者是想说明火星上存在尘流和飓风，因为“火星3”号当时是迎着巨大的尘暴进入火星大气层的。我们从美国的“水手3”号发回的资料证实，火星表面附近的风速超过每秒140米，这比火星上声速的一半还高，正是巨大的尘暴产生了这种高速风。我们和我们的苏联同行都认为。可能正是这种高速风使“火星3”号飞船无法张开降落伞，结果，虽然它在垂直方向的着陆很和缓，但在水平方向上却具有致命的高速度。飞船在大型降落伞没有张开的情况下降落时，特别易受水平风的伤害。“火星3”号在着陆后可能弹跳了几下，接着撞上了岩块或火星表面的其他凸出物而倾翻，结果，无线电与载波总线失去联结，发射机失效。

然而，“火星3”号为什么会钻进巨大的尘暴中去呢？要知道，“火星3”号的飞行程序在发射前就已经严格地制定好了。在它离开地球之前，它的每一步飞行动作都已存入飞船计算机。因此，即使弄清了1971年发生的那次大尘暴的猛烈情况，也不可能再去改变计算机的程序了（用宇宙探险的行话来说，“火星3”号的飞行程序是预编程序，而不是自适应程序）。“火星6”号的通讯中断更加神秘莫测。该飞船进入火星大气层时，火星上并没有发生全球性的尘暴，也没有理由怀疑在着陆点发生了局部的尘暴（有时会发生这种局部尘暴的），也许在着陆的一刹那飞船发生了技术故障。但也许是在火星表面上存在某种特别危险的东西。

苏联飞船在金星着陆成功，但在火星着陆失败这两件事自然使我们对美国的“海盗”号的发射多少有些担心。原来曾非正式地计划要在1976年7月4日，即美国建国200周年纪念日，让“海盗”号的一个着陆器在火星表面软着陆。和苏联飞船一样，“海盗”号的着陆器也包括一个防烧蚀护罩、一个降落伞和几枚减速火箭。由于火星大气层的密度只及地球的百分之一，在“海盗”号进入火星稀薄的大气层时，为了使着陆器减速，使用了一个直径18米的特大型降落伞。由于火星大气如此稀薄，如果“海盗”号在高处着陆，就没有足够的气体来制动着陆器，结果会使飞船跌得粉碎，因此需要选择一个低洼的着陆点。从“水手9”号飞船发回的资料，以及地面雷达的探测结果来看，我们知道有许多这样的区域。

为了避免“火星3”号同样的命运，我们把“海盗”号的着陆选在风力最小的地点和时间，会毁灭着陆器的大风可能强到足以把尘土扬离火星表面。因此，如果我们所选择的着陆点经过核实没有活动的浮尘，那么我们至少可以有把握地确保风力不会太大。“海盗”号着陆器在进入火星轨道时，先不与轨道站分离，而等候轨道站对着陆点进行勘察之后才开始降落。我们通过“水手9”号发现，火星表面亮区和暗区图案的变化都发生在大风之际。假如轨道站发回的照片表明发生了那种图案的变化，我们当然不会认为着陆点是安全的。但是我们也不可能有百分之百的把握。例如，假设着陆点的风力非常大，把表面浮土都刮走了，其后在那里又出现大风，我们就无从知道了。火星比不得地球，详细天气预报的可靠性当然要差得多（诚然，“海盗”号飞行的众多使命之一就是要加强对这两颗行星天气的了解）。

由于通讯和温度方面的限制，“海盗”号可能无法在火星的高纬度区着陆。无论在南半球还是在北半球，过于靠近极区（超过45°或50°），飞船与地球之间的有效联络时间以及飞船避免极低点的时间，都十分短暂。

我们不希望在一个过于粗糙的地方着陆，因为那可能会使飞船倾覆甚至毁坏，至少准备用来采集火星土样的机械手可能被卡死，或者悬离表面1米的高处而无用处。同样，我们也不希望降落点过于松软。倘若飞船的3个着陆架深陷在疏松的泥土中，各种讨厌的后果就会接踵而至，其中包括取样机械手无法转动。但是，我们也不希望着陆点太坚硬，如果降落在一片坚硬的火山岩地面上，没有粉状的表层物质，机械手也无取到对计划中的化学和生物实验至关紧要的样品。

当时可能得到的最佳火星照片来自“水手9”号轨道站。即使如此，其摄取的图像也未能优于90米（约100码）的范围。“海盗”号轨道站发回的照片也没有多大的改进。在这些照片中，1米（3.281英尺）长的石头是完全无法分辨出来的，而约1米长的石头却能给“海盗”号着陆器造成灾难性的后果。同样，照片也无法检测出又深又软的尘土。幸运的是有一种方法能使我们确定可能的着陆点的粗糙度或松软度，那就是雷达。很粗糙的地方会使来自地球的雷达波束发生散射，因而反射率很低，甚至在雷达屏幕上呈现一片漆黑：而很疏松的地方沙粒间的间隙很大，也会使反射减弱。我们还无法区分粗糙地点或松软地点，但在选择着陆点方面幸好并不需要去区分它们。我们知道，这两种情况都同样是危险的。初步的雷达探测表明，火星表面有四分之一到三分之一的地区对雷达波没有反射，因此都是“海盗”号的禁区。话又说回来，并不是整个火星表面都能用地球上的雷达探测到的，雷达所能探测的只是北纬25°到南纬25°之间的条带，而“海盗”号轨道站自身又没有勘测火星表面的雷达检测系统。

着陆点的限制条件实在太多了，诸如着陆点的地势不能太高，风力不能太大，地面不能太硬也不能太软或太粗糙，离极地也不能太近。显然，我们不知火星上是否有这样的地点能同时满足所有上述的安全标准，我们也没有能找到令人满意的着陆点。

一旦把“海盗”号轨道站——着陆器的结合体送上火星轨道，它在火星上着陆的纬度就无法再改变了。如果其近地点是在火星的北纬21°，着陆器就只能在北纬21°着陆，但通过等待在其下方的火星转动，可以在任意的经度上着陆。正因为如此，“海盗”号的科学家选择了好几个有希望的着陆地的纬度。为“海盗1”号选择的是北纬21°，主着陆点是在称为“克雷斯”（希腊语，意为“黄金之地”）的地区，该地区靠近4条蜿蜒的水道交汇处，这些水道被认为是在火星历史前几个世纪由流水冲蚀而成的。看来，“克雷斯”符合上述全部标准。但是，雷达观测的是“克雷斯”附近的区域，而不是“克雷斯”着陆点本身。由于地球与火星几何位置的关系，对“克雷斯”的第一次雷达探测只是在计划的着陆日期前几周才进行的。

为“海盗2”号选择的着陆点是北纬44°，主着陆点为“赛多尼亚”。之所以选择这个地点，是因为根据理论推断，这里极有希望存在少量的液态水，至少在火星一周年中的某些时候是如此。由于预先进行的“海盗”号生物实验的对象是适应液态水环境的生物，一些科学家认为，在“赛多尼亚”着陆会大大增加“海盗”号发现生命的机会。也有人认为，在火星这样一个多风的星球上，如果存在微生物，那就应该到处都有。看起来这两种观点都有道理，难分高低。然而，显然无法对北纬44°进行雷达探测，而且让“海盗2”号进入高纬度区，我们将不得不面对巨大的失败危险。还有人认为，如果“海盗1”号着陆成功，而且运行情况良好，那么“海盗2”号将能承受更大的危险。对于花费超过10亿美元的这种飞行的命运，我本人是十分保守的。我不禁设想到飞船在“赛多尼亚”刚一着陆就不幸发生碰撞。一种关键的仪器因而发生故障。为了增加“海盗”号着陆点选择的余地，我们在南纬4°附近的雷达可探测区，另外选择了几个在地质上与“克雷斯”和“赛多尼亚”大不相同的着陆点。“海盗2”号究竟在高纬度区还是在低纬度区着陆的问题，直到最后一刻才确定下来：选择了与“赛多尼亚”同一纬度，地名本身就是充满希望的地点：“乌托邦”。

我们核查轨道站发回的照片，并对雷达数据进行最后分析后发现，“海盗1”号原先选择的着陆点可能是极端危险的。有一阵子我很担心，“海盗1”号可能像传奇中的荷兰飞行员悬在空中一样，永远悬浮在火星上空，永远找不到安全的区域。但我们最后还是找到了一个合适的地点，仍然在“克雷斯”地区，但远离四大古水道的交汇处。这一拖延使“海盗”号无法在1976年7月4日按时降落。不过大家都同意，在那一天进行毁灭性的着陆，献给美国建国200周年作纪念，将是令人极为不快的。因此，我们推迟了原定计划，在16天后才进入火星大气层。

经过一年半的时间，绕太阳进行了1000万公里的星际航行后，每个轨道站和着陆器的结合体都进入了预定的环绕火星的轨道，轨道站对可能的着陆点进行了探测。根据无线电的指令，着陆器进入了火星大气层，防烧护罩准确地取向，展开了降落伞，扔掉了覆盖物，点燃了减速火箭。在人类历史上，飞船首次在这颗红色星球的“克雷斯”和“乌托邦”地区成功着陆了。着陆的成功在很大程度上归功于飞船设计、制造和测试中的高超技术，同时也要归功于飞船控制系统非凡的能力。但能在火星这样危险而神秘的星球上成功着陆，至少也包含了一些机缘的因素。

着陆以后，立即发回了首批图片。我们知道，所选择的地点并不十分理想，但毕竟充满了希望。“海盗1”号着陆器拍摄的第一幅照片是它自己的一根脚架。其目的是一旦着陆器陷进火星的流沙中，我们希望在飞船消失之前就能够知道。照片是由一条一条的线组合起来的，直到看到脚架在火星表面安全耸立着，我们才松了一口气。不久以后就显示出了其他照片，每张照片都是用无线电分部分传到地球的。

我还记得，当我看到着陆器拍摄的第一幅显示火星表面的图像时，曾惊讶得目瞪口呆。因为在我看来，那根本不像是一个外星世界，倒很像我在科罗拉多、亚利桑那和内华达州所看到的情景。也有石头、流沙和远处的山峰，其景观与地球上的任何景色一样自然优美。火星真是一个神奇的地方。当然，如果在一座沙丘后面突然看到满身尘土的探险家，后面还有一头骡子，我会觉得惊异不已的，但同时我又觉得这种想法似乎也不无道理。我在研究“金星9”号和“金星1”号发回的有关金星表面照片的整个过程中，都根本没有产生过这种想法。我深信，这是一个无论如何我们总要到达的世界。

火星的景观是赤裸裸的、红色的、可爱的；远方的火山口不时蹦出雨点般的石子；此起彼伏的小沙丘；大风扬起满天尘土，不断淹没嶙嶙巨石，又不断从巨石上把尘土刮走：空中曼舞着斑驳的细粒物。这些巨石是从哪里来的呢？有多少沙子被风吹走了呢？该星球在历史上究竟经历了怎样的历程，才能形成地表这些光秃的巨石、埋在土中的小圆石，以及多边形的孔洞呢？这些岩石是由什么物质组成的？是与沙子相同的物质吗？沙子仅仅是巨石粉碎而成的，还是别的物质呢？那儿的天空又为何是粉红色的？此外，那里的空气是什么成分？风速又有多大？火星上有地震吗？为什么其大气压和地貌随季节而变化？

对上述所有问题，“海盗”号都作出了确定的或者至少看起来是确定的回答。“海盗”号所揭示的火星引起了人们极大的兴趣，特别是我们还记得，着陆点正是根据它们的暗淡色调而选中的。然而，着陆器上的摄像机并没有发现那里有运河的建设者，也没有巴苏人的飞行车或短剑；没有公主或武士，没有八脚怪兽，没有脚印，甚至没有一株仙人掌或一只袋鼠。就我们的判断力而言，那儿根本不存在生命的迹象。

也许，火星上确实存在大型的生命形式，只是不在我们两个着陆位置附近。也许在每一块石头和沙粒中都有较小型的生命形式。在地球的大部分历史进程中，那些没有被水覆盖的区域很像现在的火星：大气饱含二氧化碳；强烈的太阳紫外光透过缺少臭氧的大气层，照射在地球表面上。直到地球历史最近的10％时期之前，大型动植物还不能适应陆地上的生活。然而，地球上到处充满微生物已经有30亿年了。因此，要寻找火星上的生命形式，还必须从微生物入手。

“海盗”号着陆器扩大了人类到其他星球上活动的能力。从某些标准来看，着陆器像一架侦察机一样能干，但从另一个角度来说，它的智力只相当于一个小小的细菌。我们作这种比喻并没有任何贬义。自然界经历了几亿年的漫长岁月才进化出一个细菌，而经过了几十亿年的时间，才造出第一架侦察机。只要在这类事情上稍有一点经验，对此就会变得相当熟练了。像我们人一样，“海盗”号也有两只眼睛，但“海盗”号的双眼能在红外线之下工作，而我们却不能：“海盗”号的手能推开岩石，挖取土壤；它的手指竖起来能测定风速和风向：它的鼻子和味觉器官的功能也比人类的要灵敏、准确得多，它们能感觉出微量分子的存在；它的不外露的耳朵则能探测出火星内部地震的隆隆声，以及飞船激起的风的嗡嗡声；它还具有探测微生物的手段。飞船有自己独立的核能系统，能把所获得的所有科学资料通过无线电送回地球，它能接受来自地球的指令。这样人类就能权衡“海盗”号观测结果的意义，并命令它去执行新的使命。

在飞船大小、费用和能源消耗受到严格限制的条件下，怎样才是寻找火星微生物的最佳方法呢？我们不能，至少现在还不能把生物学家送到那里去的。我有一位朋友叫沃尔夫·维希尼亚克，他是纽约罗彻斯特大学的一位杰出的微生物学家。在50年代后期，在我们郑重地考虑寻找火星上的生命之际，他参加了一次科学会议。会上，一位天文学家对生物学家没有简单、可靠、自动的仪器去寻找星外微生物感到惊讶。维希尼亚克决定在这方面干出点名堂来。

他研制了一种能带到行星上去的小型装置，朋友们称之为沃尔夫捕集器。他计划让它带一小瓶有机营养物到火星上，并设法使火星表面的泥土样品与营养物混合，在火星微生物如果有任何生物生长（假定能生长）时观测液体混浊度的变化。沃尔夫捕集器与其他三项微生物实验一起被选择装在“海盗”号着陆器上。其他三项微生物实验中，有两项试验准备给火星生物带去食物。沃尔夫捕集器成功的前提是，火星微生物必须喜好液态水。有些人认为，维希尼亚克的做法会淹死火星上的小生物。但沃尔夫捕集器的优点是，它与火星微生物如何对待这些食物没有任何关系，只要它们能生长就行。而所有其他的试验都基于一个特定的前提：假定微生物能够吸收或排出气体。但这种假定只不过是猜测而已。

负责美国航天计划的国家宇航局（NASA）面临着经常发生的、无法预料的经费削减。宇航局的科学活动很少得到政府的有力支持，因此当需要从宇航局裁减经费时，科研项目总是被削减的目标。1971年决定取消四项微生物试验中的一项。而沃尔夫捕集器恰恰被从着陆器上撤了下来。这使维希尼亚克沮丧之至，因为他花了12年时间才研制成这台仪器。

处于他这样的处境，别的人大都会悄悄地放弃参加“海盗”号生物试验。但维希尼亚克是一位勇敢而具有献身精神的科学家，他反而决定到地球上最近似于火星环境的南极干涸山谷去。他认为，这样能更好地服务于寻找火星生命的事业。以前的一些研究人员曾经仔细地检查过南极的土壤，并作出结论：人们在南极干涸的山谷所发现的极少量微生物并不是真正土生土长的，而是从比较温和的环境吹到那里去。回忆起火星罐的实验，维希尼亚克相信，生命是很顽强的，南极是完全适合微生物生存的。他觉得，如果地球上的细菌能在火星上生存，那么南极这个总的来说比较暖和、比较潮湿，且有较多氧气、紫外线少得多的地方，为什么反而不能生存呢？相反。他认为在南极干谷如果能找到生命，将会相应地增加在火星上找到生命的机会。他还认为，以前用来推论南极没有微生物的实验方法有问题。营养物的设计虽然适应于大学生物实验室的舒适环境，却没有考虑到干燥极地荒漠的特点。

因此，1973年11月8日，维希尼亚克带上了他的新生物实验装置，乘直升机从麦克默多实验站到奥斯加德地区的一条干涸的山谷——巴尔德山附近的地区，同行的还有一位地质学家。他的计划是要在南极一些小生物站进行土壤接种，一个月后再返回去回收实验物，1973年12月10日，他离开营地到巴尔德山去收集实验样品。离开时有人在约3公里外给他拍了照。没想到这竟是人们最后一次见到他生前的容貌。过了18个小时，在一座冰崖底部发现了他的遗体。看来，他走进了一个从未被探测过的地区，而且显然在冰上滑倒过，并向前翻滚了150米远。也许他看到了什么东西，譬如说发现了微生物的可能栖息地，或者是一个按理不应该有的绿色斑点。但他出事的真正原因我们是永远无法知道的了。在他那天带在身边的棕色封皮的小笔记本中，最后有这样的字句：“202号站已回收，1973年12月10日，2230小时。土壤温度：-10°，空气温度：-16°。”这正是火星上典型的夏季温度。

维希尼亚克建立的生物实验站有相当一部分仍然在南极。从实验站取回的样品已进行过检测，这项工作是由他的同事和朋友采用他用过的方法进行的。几乎在所有实验点都发现了种类繁多的微生物。用常规方法是检测不出这些微生物的。他的遗孀维希尼亚克太太在他的实验样品中发现了显然只有在南极才有的酵母菌新种。尹姆里·弗里德曼检验了那次勘探中从南极带回的大岩块，结果发现了令人喜出望外的微生物，它们都藏在石头表面下1～2毫米处，藻类群生在有少量液态水聚集的小天地里。在火星这样的星球，情况将会更加有趣，因为光合作用所需要的可见光能穿透到1－2毫米的深度，而能灭菌的紫外光到达这个深度时至少会部分衰减。

由于飞船在发射前好几年就已完成设计，同时由于维希尼亚克过早地逝世，他的南极实验成果未能积极地影响“海盗”号寻找火星生命的设计计划。总的来说，并没有在火星的低温环境下进行微生物的试验，而且在大多数场合没有提供足够的孵化时间。对火星上的新陈代谢作用只做出了比较可靠的推测，而且也无法去寻找石头内部的生命。

两个“海盗”号着陆器上都安装了取样机械手。机械手从火星表面采集土样后，把土样送到飞船舱内。舱内有像电动火车的料车，把样品颗粒送去进行5种不同的试验：一种是无机化学试验，再一种是在沙粒和尘埃中寻找有机分子，另外三种是寻找微生物。当我们在一个星球上寻找生命时，我们是在做某些假定。虽然我们尽量不假定其他星球上的生命完全像我们身边的生命，但我们所能做的毕竟有限，我们只对地球上的生命有比较详尽的了解。“海盗”号的生物实验是第一次开创性的努力，它们并不代表寻找火星生命的最终结果。分析的结果一直似是而非、令人烦恼、又令人激动。此外，至少到目前为止，大体上仍难以做出绝决性的结论。

三种微生物实验的重点虽然各不相同，但有一个共同的课题，就是有关火星上新陈代谢的问题。假如火星土壤中存在微生物，它们必定要摄取食物、排出废气：或者从大气中吸收气体，然后借助阳光把气体转化成有用的物质。所以，我们带了一些食物到火星上去，希望火星生物（如果存在生命）会发现它们挺可口。而后。我们再观察土壤中是否放出令人感兴趣的新气体。另一种办法是带去用放射性标记的气体，然后观察这些气体是否转变成有机物。假如变成了有机物。就可以推断存在火星生命。

根据发射前制定的标准，在“海盗”号的三种实验中似乎有两种得到了肯定的结果。第一，当火星土样与经过消毒的地球有机溶液相混合时，土样中有东西使有机溶液发生了化学分解，这很像是进行呼吸的微生物代谢了从地球上带去的食物。第二，当把地球上的气体通入火星土样时，气体与土壤发生了化学结合，这种现象，与进行光合作用的微生物从周围气体制备有机物十分相似。进行这些取得肯定结果的火星生物实验所用的土样共有7个，取自相隔50公里的两个地点。

但情况是复杂的，判断实验是否成功的标准也可能不恰当。为了进行“海盗”号的生物实验。人们做出了巨大努力，并利用了多种微生物进行校验，却很少做出什么努力去进行实验，对火星表面无机物的可能作用进行校正。火星不是地球，正如洛韦尔的遗训提醒我们的，我们可能被假象所迷惑。在火星土壤中，可能有外来的无机化合物。在没有火星微生物的参与下就能够氧化食物。也许有某种特殊的无机催化剂，它能固定大气中的气体，并使之转化成有机分子。

最近的实验表明，情况恰恰可能就是如此。1971年火星发生大尘暴时，“水手9”号的红外光谱仪摄取了尘埃的光谱图。我和O·B·图恩及J·B·波拉克在分析这些谱图时发现，谱图的某些特征似乎与蒙脱土及其他种类的黏土矿物完全吻合。“海盗”号着陆器后来进行的火星土壤探测结果也与我们的分析结果相似。A·贝林和J·里希庞发现，如果在实验室的实验中，用这样的黏土代替火星土壤，就能够重现“海盗”号“成功”进行的生物实验的某些关键特征，即重现那些类似光合作用以及像是呼吸作用的特征。黏土具有复杂的活性表面，能吸收和释放气体，还能催化化学反应。但是说无机化学能够解释“海盗”号生物实验的全部结果还为时过早，它只是说明，“海盗”号的实验结果不再是令人吃惊的了。当然，黏土的假说并不能排除火星上存在生命的可能性，却无疑使我们相信，还没有有力的证据表明火星上存在微生物。

即便如此，贝林和里希庞的实验结果在生物学上仍具有重大的意义，因为它们说明了，在没有生命存在的情况下，土壤具有某种化学性质，其作用相当于生命活动。在地球上出现生命之前，可能也有类似呼吸和光合作用的化学过程在土壤中循环。生命一产生可能马上就参与了这些过程。此外，我们知道，蒙脱土是一种潜在的催化剂，能促进氨基酸结合成类似蛋白质的长链分子。原始的土壤也许是地球生命的摇篮。现代火星土壤化学也许能为地球生命起源及其早期历史提供重要线索。

火星表面有许多环形山（陨石坑），都是以人的名字，通常是一位科学家的名字来命名。维希尼亚克环形山凑巧位于火星的南极地区。维希尼亚克并没有说过火星上一定有生命，他只是认为火星上可能有生命，而确证火星上是否有生命是一件至关重要的事情。假如火星上真有生命，那么我们将有唯一的机会来检验我们的生命形态的普遍性。如果颇似地球的火星上没有生命，我们也必须弄清其原因，因为如果情况确实如此，正如维希尼亚克所强调指出的，我们经典的实验和控制学就将面临科学上的挑战。

“海盗”号的生物实验结果可以用黏土来解释，这些结果并不能证明存在生命这样一个事实有助于解开另一个难题，即“海盗”号的有机化学实验在火星土壤中没有找到任何有机物。假如火星上有生命，那么生命的遗骸到哪里去了呢？火星上没有发现有机分子，既没有蛋白质和核酸的构成物，也没有发现简单的碳水化合物，完全没有地球上的那种生命物质。这种情况并不一定是矛盾的，因为“海盗”号的生物实验要比化学实验灵敏1000倍（以等量的碳原子为标准），而生物实验似乎检测到火星土壤中的合成有机物。但这一切并没有留下多少余地，因为地球土壤中含有曾经存活的生物的有机残余物，而在火星土壤中，其有机物的含量比月球表面还要少。如果坚持存在生命的假定，那么我们只能认为生物的遗体被火星表面具有化学反应性的氧化性表面所分解，就像过氧化氢瓶中生物的命运一样。或者认为，火星上存在着生命，但与地球上的生命相比。有机物所起的作用小得多。

在我看来，后一种可能似乎是一种诡辩。我不得不承认，我是一位固执的“碳至上”主义者。碳存在于宇宙的各个角落，它奇迹般地造出了生命所需要的复杂分子。我也是一个“水至上”主义者，水是有机化学能起作用的理想溶液，它能在很大的温度范围内保持液态。但有时我又感到犹豫，我对碳和水的偏爱难道与我的躯体主要是由它们组成这样的事实没有关系吗？我们之所以主要由碳和水组成，难道不是由于在生命起源之时，地球上这些物质特别丰富吗？难道其他地方的生命，譬如说火星上的生命，就不能由其他物质构成吗？

我本身是水、钙和名字称为卡尔·萨根的有机分子的集合体。你也是由与我几乎相同的分子组成的集合体，只是聚集的标记有所不同而已。但仅此而已吗？难道除了分子以外就没有其他东西了吗？有些人会觉得这种观点颇有损于人的尊严。但在我看来，宇宙能允许分子机器进化到人体这样复杂、精密的程度，实在是莫大的荣耀。

但是，生命的本质并不是构成人体的众多原子和简单分子随意地堆集在一起。我们常常看到，构成人体的某种化学物质价值只有97美分、10美元或相差无几的价格，看到我们宝贵的身躯价值如此可怜，真令人有点恼怒。然而，只有当人体变成最简单的可能成分时，才能这样来估价。人体的主要成分是水，而水几乎不值分文；碳则是以煤的形式来估价的；我们骨头中的钙就是白垩土；人体蛋白质中的氮则存在于空气中（而空气也是便宜之至的）；我们血中的铁在锈钉上就有。如果我们知道的就是这么一点点，我们或许会想把组成我们身体的所有原子装在一个大容器内搅拌。我们可以任意地延长这种可笑的尝试，最后我们只能得到令人乏味的原子混合物。除此之外，我们还能期望得到什么呢？

哈罗德·莫罗维兹根据人体的准确分子组成，计算了从化工商店购买同样分子组成的化合物所需的费用，答案是大约1000万美元。这个价钱应该会使我们都觉得稍微心安理得些。但即使我们把这些化合物混合在一起，也绝不可能有一个人从罐子里钻出来，因为那已大大超越了我们的能力，而且在相当长的时间内仍然是不可能实现的。幸运的是，还有其他花钱较少但可靠性高的方法能制造人体。

我认为，总体而言，许多星球上的生命都将由与地球相同的原子所组成，甚至基本的分子，如蛋白质和核酸，也可能相同只是组合的方式不同而已。漂浮在稠密的星际大气中的生物，其原子组成也将可能与我们极其相似，差别只在于它们可能没有骨骼，因而不需要那么多钙。在其他世界上，也许使用的是水以外的某种溶液。氢氟酸可能就相当不错，尽管宇宙中氟的含量并不多，氢氟酸对构成人体的分子极其有害，但其他有机分子，例如石蜡分子，在氢氟酸中却极为稳定。液氨可能是一种更好的溶液，因为宇宙中氨的储量非常丰富。但只有在比地球和火星冷得多的世界里，氨才能成为液态。在地球上，氨通常是一种气体，如同水在金星上呈气态一样。还有一种可能，即可能存在根本就不需要任何溶剂系统的生物，也就是固态生命，那里只有到处传播的电信号，没有四处漂浮的分子。

但上述假定并没有解决“海盗”号着陆器的实验所预示的火星生命问题。那个颇似地球的世界，拥有丰富的碳和水，生物体理应以有机化合物为基础。70年代后期进行的有机化学实验结果，与飞船拍摄的图像和生物实验都表明，在“克雷斯”和“乌托邦”的细沙堆中没有生命。也许在岩石下几毫米处（如同在南极干谷），或者在火星的别的什么区域，或者在火星早期某个较温暖的时期里存在过生命，但不是在我们寻找的地点和时间。

“海盗”号对火星的探险具有重大的历史意义。它是人类第一次认真地探索其他可能的生命形式，也是飞船在其他星球上第一次安全地工作了长达一小时（“海盗1”号维持了若干年之久）。它在对另一个世界的地质学、地震学、矿物学、气象学和其他五六门学科的研究方面硕果累累，获得了许多宝贵的数据。在这惊人的进步面前，我们该如何继续前进呢？一些科学家打算发射一个自动装置，能在火星着陆，采集土样，并把土样送回地球。这样他们就可以在地球上的大型、精密的实验室中（而不是在我们所能送到火星上的小型实验室中），极其详细地检测火星的样品。这样就可以解开“海盗”号生物实验的大部分疑团。可以测定火星土壤的化学和矿物学，可以劈开石头去寻找次表层的生命。还可以在各种条件下，采取各种方式，包括直接的显微镜观察，进行几百种生物和有机化学的试验。我们甚至还可以采用维希尼亚克的试验方法，尽管很费钱，但这类飞行恐怕并没有超出我们的技术能力。

然而，这种飞行面临着一个新的危险，那就是后污染问题。假如我们想在地球上检查火星土样中的微生物，当然不能对土样进行消毒处理，探险的目的就是要把它们活着带回来。但如果不消毒，后果会怎样呢？带回到地球的火星微生物会对公众的健康造成危害吗？H·G·威尔斯和O·威勒斯笔下的火星人想尽办法对伯恩默思和泽西城的居民封锁消息，一直不为人所知，直到发现他们的免疫系统对地球上的细菌不起作用，但已经太晚了。与此相反的事情有可能发生吗？这是一个严肃又难以回答的问题。火星上可能并没有微生物，如果有的话，可能我们吞1千克到肚子里去也不会有什么不良反应。但是。我们不敢肯定，要冒的风险实在太大了。因此，要把未经消毒的火星土样带到地球上来，我们必须采取十分可靠的预防措施。有些国家研制并贮存了细菌武器。这些武器似乎偶尔也发生过一些事故，但就我所知，至今并未造成世界性的传染病。因而，或许可以把火星土样安全地带回地球来。尽管如此，在考虑进行取回试样的飞行之前，我希望能做到绝对安全可靠。

还有另外一种途径去研究火星，研究这颗异源的行星对我们所具有的全部奥秘和魅力。在我研究“海盗”号着陆器所拍摄的照片时，使我感触最深的是我们的活动能力所受到的限制。不知不觉中，我竟迫切希望飞船哪怕靠自己的脚尖站立起来也好，但似乎依设计不能动的飞船实验室竟然反常地拒绝设法跳一步似的。我们曾久久地引颈盼望，能用取样机械手拨开那座沙丘，去寻找那块岩石下的生命，仔细地看看那个遥远的山脊是不是一个火山口的砾垒啊！我知道，在其东南方不远处是“克斯雷”地区的4条蜿蜒的水道。从“海盗”号所有那些十分引人入胜的探测结果来看，我已发现上百个比“海盗”号着陆点更有意义的地点。最理想的工具是能进行高级实验，尤其是进行摄影、化学和生物实验的流动车辆。宇航局正在研制这种车子的原型。这种车辆自己知道如何越过岩石，如何避免在山涧翻车，如何离开险境。如果能让这种流动车在火星上着陆：它就能扫描周围的区域，在它的视野范围内发现最有意义的地点，并在第二天的同一时间出现在那里。每天去一个新地方，蜿蜒地横越这颗迷人行星复杂多变的地形。使这种装置登上火星并没有超出我们的能力范围。

即使火星上没有生命，发射这种车子也具有巨大的科学价值。因为这样一来，我们就可以在古河道中漫步，去攀登一座大火山，沿着冰冻的极地上那奇怪的阶梯，或者抄近路，到达火星上那诱人的金字塔。对于这样的探测飞行，公众肯定也会有广泛的兴趣。在我们家中的电视屏幕上，每天都将看到一组新的景色。我们将能随着巡回车的踪迹，去细细地研究它的发现，提出新的目标。旅程可能是漫长的，但巡回车能遵从地球上的无线电指令。因此，我们会有足够的时间把新的想法编入探测计划中去，成千上万的人也就都能参加到另一个世界的探险中去。

火星的表面积刚好与地球上的陆地面积相等。显然，对火星的彻底勘察将会使我们忙碌几个世纪之久。但是总有一天火星会被全面地探测的：利用机器人飞机从高空摄制火星地图，巡回车跑遍整个火星表面，土样被安全地带回地球，甚至人类能在火星的沙地上散步。到了那时候，又该怎么办呢？我们该如何对待火星呢？

人类滥用地球的事例真是不胜枚举，只要一想到这个问题，我就不寒而栗。假如火星上有生命，那我认为，我们就不应该再去干扰火星了，因为火星理应属于火星人，即使火星人还只是处于微生物阶段也罢。在邻近的星球上存在独自的生物，对我们来说是一桩无法估量的好事。因此，我认为，保护那里的生命的责任远远高于对火星的任何其他可能的利用。但是如果火星上没有生命又该如何呢？火星不大可能成为一个原料供应地，因为在未来的几百年内，要从火星往地球运送东西，运费将是极昂贵的。然而，我们能否在火星上生活？能否在一定程度上使火星变得适于居住呢？

火星是一个可爱的、迷人的世界，但从我们狭隘的观点看来，它也有许多不足之处：主要是氧气太稀少，没有液态水，紫外线通量太高（从南极常设科学考察站的情况看，火星的低温还不是不可逾越的障碍）。只要我们能制造出更多的空气，所有这些问题都会迎刃而解。大气压升高后，液态水就可能形成。氧气增加后，我们就可以在大气中呼吸了，也就会形成臭氧层，保护火星表面不受太阳紫外线的伤害。蜿蜒曲折的水道，层层叠叠的极区山地，以及其他的证据都表明，火星大气的密度曾经很高，这些气体不大可能会逃逸火星。因此，它们肯定存在于火星的某个区域。一部分气体已经与表面岩石发生了化学结合，一部分存在于次表层的冰中，但大部分气体可能存在于现在的极地冰帽之中。

为了蒸发冰帽，我们就必须对它加热，或许我们可以在冰帽上撒上黑色的粉末，这样冰帽就可以吸收较多的阳光，这是同我们破坏地球的森林和草原恰恰相反的一件事情。但冰帽地域面积很大，为了撒遍黑土，需要1200台“土星5”号火箭推进器，才能从地球上运去所需要的黑土。而且，即使能做到这一点，火星上的风也会将它们吹跑。因此，最好是能研制出某种能自行增殖的黑色物质，这种物质应是一种微小的黑色有机体，当我们把它送到火星以后，它就会到处分布，并以这种黑色物质为母体，自行大量繁殖，从而覆盖整个冰冠。这种有机体是有的，就是我们称之为植物的生物。某些植物非常耐寒，而且有很强的适应能力。我们知道，地球上至少有某些微生物能在火星上生存。现在需要的是制定一个研究计划，对黑色植物进行人工选择和遗传工程研究，也许可以选择苔藓植物。它们也许更能适应火星的严酷环境。如果这类植物在火星上能够繁衍的话，我们可以想象它们一定会在火星极地冰帽的广袤大地上播种、生根、蔓延，使冰冠呈现黑色，从而吸收阳光，加热冰层，把古代火星大气从长期的禁锢中解放出来。我们甚至可以想象有火星的阿卜细德（美国18世纪的拓荒者），不管是机器人或者是人类，漫步在冰冻的极地荒原上，他们的活动将会有助于未来的人类。

这样一个总体的概念称为“地形改造”，即把地球以外的世界的地形改变成较适于人类生活的环境。几千年来，人类活动造成的温室效应和反照率的变化，只使地球的温度改变了1°左右。当然，如果照目前燃烧矿物燃料的速度，以及森林和绿色植被的毁坏速度来看，只需要一两个世纪，就会使全球气温再升高1°。种种理由表明，要对火星进行卓有成效的地形改造可能需要几百年乃至几千年的时间。在科学技术高度发达的未来，我们不仅可以期望增加火星的总大气压、化出液态水，而且可以期望把极地冰帽融化的液态水输送到较暖和的赤道地区，建造运河就可以做到这一点。

表层和次表层的冰融化后，可通过大运河网输送出去。但是，在火星上将会发生的这种事情，那岂不正是不到100年前洛韦尔看错了的那种景象吗？洛韦尔和华莱士都认为：火星环境之所以不适合于我们，就是因为那儿缺水。假如真能建成运河网，缺水的问题就会大大改善，在火星上居住就有可能成为现实。洛韦尔是在极其艰难的条件下进行观测的。斯基帕雷利等其他一些人也观测到了类似运河的目标，在洛韦尔开始他对火星的毕生研究之前，这些目标被通称为水道。人类在他们的情感受到刺激时往往会显示出自欺欺人的特殊才能。在这一方面，很少有其他的观念比在邻近的星球上居住着智慧生命的观念更激动人心的了。

洛韦尔观点的力量可能就在于使这种观点变成一种预言。是他认为火星人建造了运河网。甚至这种观点也有可能成为一种确切的预言：假如要改造火星，那将由人类来完成，火星是人类能永久居住的另一颗行星。火星人将是我们人类自己。

走近时光隧道

波涛的起伏部分是由潮汐造成的。月亮和太阳虽然距我们甚远，但它们对地球的引力作用却是明显的、确确实实存在的。海滩使我们联想到了宇宙。海滩上的细沙的大小基本均匀，它们是由大石块在波浪长年累月地冲击和摩擦，腐蚀和风化作用下形成的，而这一切又都是在遥远的月亮和太阳的驱动下发生的。海滩还使我们想到了时间，地球本身要比人类古老得多。

一捧细沙大约有1万粒沙，这比我们在皎洁的夜空中肉眼所能看见的星星还要多。但是我们肉眼能看得见的星星只占星星总数的极小一部分，我们在夜空中所能看见的星星只是离我们最近的星星中很少的一部分，而宇宙之丰富和辽阔是难以度量的，星星的总数比地球上所有海滩的沙粒总数还要多得多。

尽管古代的天文学家和星占学家竭力描述星空的景象，星座却不过是星星的任意组合。某些本来不太明亮的星星，由于离我们较近而显得很亮，而有些本身较亮的星星却离我们比较遥远。严格地说，地球上的任何一个地方，对任意一颗星星而言距离都是一样的。因此，无论是在苏联的中亚细亚，还是在美国的中西部，观察某个星座时，星星的排列位置都是一样的。从天文学的角度来看。苏联和美国是同一个地方。只要我们局限在地球上，任何星系的星星都距离我们如此遥远，根本无法辨认出它们的立体构像。星星之间的平均距离只有几光年，不过别忘了，一光年就是约10万亿公里的距离。若要观察星座图像的变化，我们必须跨越与星星之间的距离差不多的路程，即跨越光年级的距离，非如此，则无法看到星座中的星移斗转和无穷变幻。

但是，要实现如此宏伟的星际航行，目前的技术还完全做不到，至少在相当长的一段过渡时期内还做不到。尽管如此，我们却可以用计算机模拟距离我们较近的星星在空间的位置，从而进行某种类似的星际航行。譬如进行环绕由明亮的星体组成的北斗星的旅行，观察星座位置的变化。我们按照一般的天体绘图法——沿点连线，将某个星座的星体用线连接成图，视角不同，所绘制的图形也不相同。遥远的行星上的居民所看到的夜空星座形状，与我们在地球上看到的大不相同。再过若干世纪，人们也许能造出一种宇宙飞船，它速度巨大，能飞越宇宙空间，使人们看到迄今除了用计算机看到以外从未看到的新星座。星座形状的变化不仅体现在空间上，而且也表现在时间上。我们不仅通过变换视角可以看到星座的变形，而且只要等待的时间足够长，也可以观察到它们形状的变化。星星有时组成星团，成群结队地一起飞奔。有时某颗恒星独自狂奔，结果脱离原来的那个星座，而跑到另一个新的星座中去。在个别的情况下，双星系的某一成员会发生爆炸，从而摆脱相互间引力的束缚，以其固有的轨道速度冲向宇宙空间。此外，星星也有生死存亡、演化发展的历程。假如我们观测的时间足够长，就会看见新生星体的出现和旧星的泯灭。也就是说，星空中的图像也处在缓慢地消融和变化之中。

就是在有人类的几百万年中，星座也一直在变化着。以北斗七星或大熊星座的图形为例，借助于计算机我们可以超越时空的界限，把北斗七星拉回到100万年以前的状态。人们可以发现，那时的北斗七星与现在的模样大不相同，不像一把勺子，而颇像一根长矛。如若时间机器猛然把你带回遥远的、未知的过去，你可以根据星座的形状大致判断出所处的年代。如果北斗七星状如长矛，那肯定是在更新世中期。

我们还可以让计算机把时间往前推移，预测星座未来的图像。以狮星座为例，黄道带由12个星座组成，像一条带子包裹着太阳每年在天空穿行的路径。黄道带（Zodiac）一词的词根与动物园（Zoo）相同，因为黄道带中的星座如同狮星座一样，大都是以动物命名的。再过100万年，狮星座将比现在看到的更不像一头狮子。也许，我们的后代会把它称为射电望远镜星座。不过我猜测，射电望远镜在那时可能比石矛，之于现在更加过时了。

猎户星座（非黄道带）以4颗亮星为界，被3颗星组成的对角线分为两半，这一对角线表示猎人的腰带。根据通用的天文投影方法，悬挂在腰带下的2颗较暗的星组成猎人的剑。剑身中间的那颗星，实际上不是一颗星，而是巨大的气团，叫做猎户座星云，星云中不时地产生出新的恒星。猎户星座中的大多数星体炽热而年轻，而且大都演化迅速，最终在称为超新星的宇宙爆炸中了却残生。它们的生命周期大约为几千万年。假如用计算机进行模拟，把猎户星座未来的情形描述出来，我们就会惊奇地发现，这个星座中多数星体的诞生及其蔚为壮观的泯灭，如同夜空中的萤火一般，闪烁明灭、飘忽不定。

半人马座α星是距太阳最近的恒星系。它实际上是一个三连星，两颗星各自绕对方旋转，而第三颗星（半人马星座的比邻星）则始终以一定的距离环绕前两颗星运行。当第三颗星处于其轨道的某个位置时，它是离太阳最近的恒星，它的名字就是由此而来的。我们在天空中所见到的大多数恒星都是双重或多重的星系。太阳这个星系倒是一个有点奇怪的例外。

在仙女星座中，第二颗最亮的β星距我们75光年。我们现在所看到的它的光亮，在黑暗的星际空间旅行了75年才到达地球。举一个不大可能的例子，如果仙女座β星上星期二因爆炸而销毁的话，也只有等75年之后我们才能得到这个消息。这是因为，爆炸产生的有趣信息以光速运行也要75年的时间，才能穿过茫茫的宇宙空间到达地球。我们现在所看到的这颗星的星光在它出发的时候，年轻的爱因斯坦还是瑞士专利局的工作人员，刚刚发表了划时代的伟大理论——狭义相对论。

空间和时间是互相关联的，我们不可能只是遥望太空而无须顾及时间。光的运行速度极快，但空间极其浩瀚，且星体遥遥相隔。在天文数字上，75光年左右的距离是微不足道的，仅举几个例子便可说明这一点。从太阳到银河系中心的距离为3万光年；从地球到位于仙女星座的、离我们最近的旋涡星系M31的距离为200万光年。我们现在所看到的M31的星光向地球出发时，地球上还没有出现进化成现代人的人类祖先；而从地球到最远的类星体需要80～100亿光年，我们现在所看到的是它们在地球凝聚之前、在银河系形成之前的形状。

这种现象并非仅仅局限于天体，只不过对于天体相距非常遥远，有限的光速才显得如此重要而已。假如你的朋友站在房间里3米外的另一头，你用眼看她时，你所看到的并不是“现在”的她，而是1／亿秒“以前”的她［（3米）／（3×108米／秒）=1／（108／秒）=10－8秒，即1％微秒。在这类计算中，我们只要用距离除以速度就得到了时间］。你的朋友的“现在”与1／亿秒以前的差别微乎其微。谁也不会去注意这点变化。相反，如果我们观察一个80亿光年以外的类星体，我们所看到的是80亿年前的它，这一事实可能就非常重要了。例如，有人认为类星体可能是只发生在星系早期历史的爆炸事件中。如果真是这样，那么星系离我们越远，我们观测到它的历史就越早，它也就越可能是类星体。当我们遥望50亿光年以上的距离时，类星体的数目确实在增加。

两艘“旅行者”号宇宙飞船目前正以光速的万分之一的速度飞行，它们是地球上发射的最快的飞行器。但是，它们可能要用4万年的时间才能到达最近的恒星。那么，难道就没有希望飞离地球，穿过惊人的遥远的旅程到达半人马星座比邻星吗？此外，难道就无法达到光的速度了吗？光速的奥秘究竟何在呢？我们不能飞得比光速更快吗？

例如你在19世纪90年代里去过意大利迷人的托斯堪乡下，你或许会在通往帕维亚城的大道上碰到一位留着长发的、中途退学的中学生。他的德国老师对他说过，他绝不会有任何成就，他提出的问题破坏了课堂纪律，他最好还是退学。于是，他离开了学校，漫步在乡间的大道上。在意大利北部的自由天地里，他反而能够思索那些与在纪律严明的普鲁士课堂中被强行灌输的、来不及消化的各种课程相差甚远的事情。这个青年学生名叫阿尔伯特·爱因斯坦，正是他的沉思默想改变了整个世界。

伯恩斯坦的科普著作《自然科学通俗读物》使爱因斯坦爱不释手。书的第一页就描述了电流通过导线以及光通过空间的不可思议的速度。他不禁想到，假如能以光的速度运动，世界将会是什么模样呢？一个10多岁的孩子，走在乡间阳光绮丽的小道上，竟然会想到以光速旅行，这是多么迷人、多么不可思议的想法啊！假如以光的速度旅行，你是不会感到在运动的。如果开始时你从光的波峰上出发，那么在旅行的过程中你会觉得一直在这波峰上，完全不会意识到它是波动的。倘若以光速旅行，就会出现这种怪事。爱因斯坦对这类问题想得越多，就越是摸不着头脑。如果真能以光速旅行，好像到处都会出现矛盾。人们往往不加仔细地推敲。就把某些说法当成真实的。爱因斯坦提出的这些简单问题，早在几个世纪之前就应该想到。例如，我们说两件事情同时发生。究竟指的是什么意思呢？

让我们设想一下我骑着一辆自行车向你奔去的情景。当我接近一个十字路口时差点撞上一辆马车，为了避免相撞，我赶紧转弯。让我们再把这一事件细细地体会一下，并设想一下马车和自行车都以接近光速的速度行驶的情景。如果你站在路上，马车行驶的方向与你的视线垂直。通过阳光的反射，你看见我向你骑来。难道我的速度不该叠加到光速上，我的影像不是要比马车先到达你的眼睛吗？难道你不是在看到马车之前就看到我转弯吗？从我的角度，而不是从你的角度看，马车和我会同时到达十字路口吗？我会不会几乎和马车相撞？在你看来，我是否无缘无故地转弯，并兴高采烈地朝芬奇城骑去呢？这些都是奇怪而又微妙的问题。它们向一切显而易见的常情提出了挑战。有理由相信，在爱因斯坦之前没有人想到过这类问题。正是从这些基本的问题出发，爱因斯坦才对整个世界进行了彻底的再认识，从而导致了物理学上的一场根本变革。

要想认识世界。要想在高速运动时避免上述逻辑上的矛盾，肯定存在某些我们必须遵循的自然规律。在爱因斯坦的狭义相对论中，他总结了这些法则。一个物体发出的光（不管是反射光还是发射光），不论这个物体是处于运动状态还是处于静止状态，光的运动速度都是相同的。就是说，不能把物体的运动速度叠加到光速上。此外，任何物体的运动速度都小于光速，即不能以光速或大于光速的速度运动。在物理学上，没有任何事物阻碍你以尽可能接近光速的速度运动，即可达到光速的99.9％，但无论人们如何想方设法，都绝对不可能再获得最后的0.1％的速度。既然从逻辑上讲世界是协调一致的，那么就必定存在一个速度极限。否则就可以通过增加运动物体的速度来达到任何想要达到的速度了。

20世纪初，欧洲人普遍相信存在不受一般法规制约的特殊参照系：德国、法国或英国的文化和政治结构比其他国家好；欧洲人比殖民地国家的人优越。他们受统治是他们的福气。阿里斯塔恰斯和哥白尼思想在社会和政治上的应用遭到反对和藐视。但是年轻的爱因斯坦在物理学上反对特殊的参照系。在政治上同样反对这种优越感。他认为，宇宙中充满了星体。这些星体在各个方向上匆忙地奔驰着，没有任何处于“静止”的状态。在对宇宙的观测上也不存在一处优于另一处的问题。这就是相对论一词的含义。相对论乍看起来很玄乎，其实很简单：就宇宙而言，没有什么区域比其他区域更优越。不论由谁来描述，自然规律都应是一致的。如果自然规律具有不变的一致性，那么认为我们这个小天地在宇宙中有什么特殊之处，就是令人费解的逻辑了。因此可以得出结论，人们不可能以超光速的速度运动。

我们之所以能听到鞭子抽动的噼啪声，是因为鞭梢以大于声速的速度运动。从而产生一种冲击波，产生一个小小的声响。雷声的道理也与此类似。人们曾经认为飞机的速度不能大于声速，但如今超音速飞行却是极平常的事。但是，光障和声障不同，它不仅仅是一个技术上的问题（像超音速飞机所解决了的技术问题），而是如同万有引力一样，是一个基本的自然规律问题。在人类的历程中，还没有任何现象（包括鞭响和雷声）能在真空中以大于光速的速度运动。相反，人们的普遍经历（包括核子加速器和原子钟）都精确地、定量地符合狭义相对论。

同时性的问题适用于光，却不适用于声，因为声音是通过某种物质媒介，通常是空气传播的。当你的朋友在谈话时，到达你耳朵的声波是空气分子的运动，然而光却可以在真空中传播。空气分子要运动需要一定的条件，真空中不具备这样的条件。太阳光能够穿越宇宙空间照射到我们身上，但是无论我们如何仔细地倾听，也不可能听到太阳黑子的爆炸声，或者听到太阳闪光的轰鸣。在相对论学说创立之前，人们一度认为光的传播是通过一种特殊的、充满宇宙空间的介质——以太。但是，著名的迈克尔逊－莫雷实验证明，根本不存在以太这种物质。

我们有时会听说某种事物能运行得比光还快，特别常提到的是所谓的“思维速度”。这是一种格外愚蠢的说法，因为思维的脉冲通过脑神经细胞的速度并不比一辆驴车快多少。人类聪明到能够提出相对论，这只说明我们有高超的思维能力，但并不能因此吹嘘，说我们的思维速度有多么快。不过，计算机的电子脉冲速度倒确实与光速相差无几。

二十几岁的爱因斯坦创立了完整的狭义相对论学说，经过各种实验的检验证明是正确的。将来，或许有人能提出一种普遍适用的学说，既防止同时性一类的矛盾，避免了特殊参照系，又能允许超光速的运动，但我对此十分怀疑。爱因斯坦提出不可能超过光速运动的见解可能很不符合常识，但在这个问题上，为什么非得要相信常识呢？为什么我们1小时走10公里的经验应当包含1秒钟运动30万公里的自然规律呢？相对论确实限定了人类能力的极限，然而，宇宙并非一定要与人们的愿望相适应。狭义相对论排除了我们的飞船以超光速的速度飞往星球的可能性。却展示了另一种未曾预料到的诱人的方法。

依照乔治·盖莫夫的想法，让我们设想有那么一个地方，在那里光速不是每秒30万公里，而是一个颇为一般的数值，譬如说每小时40公里，并受到严格的强制（打破自然规律并不违法，因为其中毫无犯罪行为：自然界是自我调节的，它只是将一切安排得使你无法逾越它的限制）。想象一下骑着摩托车以接近光速行驰的情景（在相对论著作中，以“设想……”开头的句子比比皆是，爱因斯坦称其为“思维实验”）。随着车速的增加，开始观察附近过往的物体。当你目不斜视地注视前方时，你身后的物体却出现在你前方的视野之内。当你以接近光速的速度奔驰时，世界在你的眼里就会变得十分奇特，最后，你会看到正前方有一个圆形的小洞。世上的一切都被装进了这个小洞。在静止的观察者看来，当你离开时从你身上反射的光呈粉红色，而当你返回时却呈现蓝色。假如你以近于光速的速度驶向观察者时。你就会处于斑斓而奇异的色彩包围之中。通常看不见的红外光就会变成波长较短的可见光。你会在运动的方向上受到压缩，质量增加，而时间却变慢——一种接近光速运动的惊人结果，称为时间膨胀。但是在同行的观察者，譬如摩托车后座上的人看来，上述现象都不会发生。

狭义相对论这些独特的、初看起来令人困惑的预见是正确的。在最深刻的意义上讲，科学的东西都是正确的，它们都取决于你的相对运动。但是，它们是实实在在的，不是光学上的幻影。可以用数学。大概只要一年级的代数就能简单地表述出来，因此任何受过教育的人都不难理解。此外，许多实验也证明了其真实性。与静止的钟相比，置于飞机上的十分精确的钟会变慢少许。核子加速器都是按照质量随着速度的增加而增大的原理设计的。否则。被加速的粒子就都会撞到加速器的壁上，这样就无法进行核物理实验了。速度等于距离除以时间。由于在接近光速时不能像我们日常所习惯的那样简单地进行速度的叠加，我们熟知的所谓绝对空间和绝对时间的概念，即与你的相对运动无关的概念就必须扬弃了。这就是身体受到压缩的原因，也是产生时间膨胀的原因。

以近于光速的速度运动，你会青春常在，而你的朋友和亲属则照例会衰老。因此，当你从这种相对性的旅行返家时，你的朋友和亲属已老了几十岁，而你却一点都未变老，这是多么大的差别啊！由此看来，以近光速旅行倒是一种长生不老之药。因为时间在接近光速时变慢，相对论提供了一种到星球去旅行的方法。但是，从实际的技术角度看来，接近光速的旅行可能吗？能造出这样的星际飞船吗？

托斯堪不仅仅是年轻的爱因斯坦某些思想的发源地，它也是另一位伟大的天才达·芬奇的故乡。达·芬奇比爱因斯坦早400多年，他很喜欢爬上托斯堪山，从山顶俯瞰大地，就像一只翱翔的鸟。他最早从高空画出了青山绿水、城镇要塞的远景画。达·芬奇兴趣广泛、多才多艺。他爱好绘画、雕刻、解剖学、地质学，也爱好自然史、军事和土木建筑工程。他最喜好的是设计和制造一种能飞的器械。他绘制了草图、制作了许多模型，并造出了实际的样机，但是没有一架能飞起来。当时，功率强、重量轻的发动机尚未问世，他当然不会成功。但他的构思却极为巧妙，给后来的工程师以很大的启迪。一次又一次的挫折使达·芬奇非常沮丧，但那时是15世纪，又怎么能怪他呢？

1939年发生了另一件类似的事情，英国的一批工程技术人员成立了一个星际学会，他们设计了一艘载人登月的飞船。当然，他们在当时的技术条件下所设计的飞船与30年后完成登月飞行的“阿波罗”飞船无法相提并论，但这件事至少表明，登月飞行总有一天在技术上会成为现实。

如今，已经初步设计出载人去恒星的星际飞船。所有设想的这类星际飞船都不是直接从地面发射。而是在地球轨道上建造、并从地球轨道上发射的。有一个计划是以猎户星座命名的，称为猎户星计划，意思是飞船的最终目标是猎户星座的恒星。这个计划的设计思想是对着一块惯性极进行氢弹爆炸，通过爆炸产生推动力，像是一艘巨大的空中核摩托艇。从技术上来看，猎户星计划似乎是完全可行的。当然，它会产生大量的放射性碎片，但星际飞行是在广阔无垠的行星或恒星之间进行的。十分遗憾的是。在签订了禁止高空核爆炸的国际条约后，美国放弃了对猎户星计划的认真研究。制造猎户星星际飞船是我所能想到的利用核武器的最好方法。

最近，英国星际学会提出了戴达罗斯计划。它是以核聚变反应堆为基础的，核聚变反应堆是一种比现有的核电站所采用的核裂变反应堆更安全、更有效得多的反应堆。我们现在尚未造出这种反应堆。但他们深信，再过几十年肯定会制造出来。猎户星计划和戴达罗斯计划的飞船速度只有光速的1/10。因此，要到达距我们最近的半人马座α星（4.3光年），只需要43年的时间，这比人的一生短，这种飞船的飞行速度与光速的差距还很大，相对论所阐明的时间膨胀原理还不会明显地显示出来。尽管我们希望现在就可以建造猎户星飞船，但根据对技术发展的最乐观估计，在21世纪中期之前，不大可能造出猎户星飞船、戴达罗斯飞船，或者与它们类似的飞船。

要到最近的恒星以外去旅行，还有其他的问题必须解决。也许，猎户星飞船和戴达罗斯飞船可以作为多代飞船，那些到达另一颗恒星的卫星上的人可能是几世纪前出发的人的遥远后代。也许将会发明一种安全的冬眠方法。将宇航员冷冻起来，使他们处于休眠状态。经过若干世纪后再使他们重新复苏过来。与接近光速的星际飞船相比，这些非相对论性的星际飞船虽然造价可能极其昂贵，但在设计、建造和使用上看起来较为容易。只要进行不懈的努力，人类是可以到达其他恒星世界的。

进行高速的星际飞行——以接近光速航行，不是经过100年，而是要经过1000年，甚至1万年的努力才能达到的目标，但在原则上它是可能的。R·W·巴萨德提出了一种冲压喷射飞船的设计方案，利用冲压喷射的方法把太空中弥散的物质，主要是飘浮在星体之间的氢原子，聚集到冲压喷射发动机后，再从发动机尾部喷射出去。这些氢原子既用作发动机的燃料，又是聚变反应的物质。但是在宇宙空间的深处，每10立方厘米（相当于一串葡萄的体积）大约只有一个氢原子。要使冲压喷射发动机正常工作，发动机前部的漏斗形接纳口直径需要几百公里之大。当飞船达到相对论原理所需的速度时，氢原子相对于飞船就会以接近光速运动。假如不采取足够的预防措施，宇宙飞船和宇航员就会被所诱发的宇宙射线所焚灭。已经提出的一种解决办法是利用一个激光器把星际间飘浮的原子中的电子剥离出来，并在原子尚未靠近飞船时使它们变成带电的粒子，再用一个极强的磁场使带电粒子直接吸入漏斗形进口，而不与飞船的其他部分接触。不过在技术上人类目前还做不到这一步。我们现在所谈论的还只是小型发动机。

但是，还是让我们来设想一下这种飞船。我们知道，地球以某种力吸引着我们，当我们从空中下落时，就会受到加速作用。假如我们从一棵树上掉下来——我们的始祖一定有过这种经历，我们的降落速度会越来越快，每秒钟增加大约10米（约32英尺）。这样的加速度称为1g，它表示地球的吸引力。在一个重力加速度（1g）的情况下，我们不会有任何不适的感觉，因为我们一直就生活在一个重力加速度的环境中。假如我们生活在一艘星际飞船中，飞船的加速度也是1g，那么我们对飞船的环境也会完全适应。实际上，地球的引力与同样加速度的飞船中所感觉到的力是等价的，这正是爱因斯坦后来提出的广义相对论的重要特征。以一个重力加速度的速度不断增加下去，我们在宇宙空间航行一年以后，速度就会接近光速［（0.01公里／秒2）×（3×107秒）=3×105公里／秒］。

假定有这样一艘飞船，以1g的加速度加速，越来越接近光速，一直到航程的中点，然后反过来以1g的加速度向预定的目标减速。这样，在飞船的大部分航程中都将以近于光速的速度飞行，因而时间将大大减慢。一个最近的飞行目标是可能有行星的巴纳德恒星，距地球约6光年。那么照飞船上的时钟计算，大约8年的时间就可到达巴纳德恒星；到银河系的中心需要21年；而到达仙女星座的M31星体则需要28年的时间。当然，对地球上的人来说情况是截然不同的。到达银河系中心，对飞船上的人来说只用了21年，但在人世间，时间已经流逝了3万年，因此当我们返家时，前来迎接的将都是些陌生的面孔。原则上，这样一种旅行是以更接近光速的速度进行的，因此只需要大约56年的飞船时间就可以环绕已知的宇宙飞行一圈。返回地球时，人间已过了几百亿年，地球早已变成一片焦土，太阳也已泯灭。高度发达的文明能够乘相对论式的飞船进入宇宙，但也只限于参加宇航的人，而且他们无法以超光速的速度发出信息，与地面上的人互相联络。

达·芬奇的飞机模型不能与现代的超音速飞机同日而语，而人们现在设计的猎户星飞船、戴达罗斯飞船以及巴萨德的冲压喷射飞船更不能与将来实际的星际飞船相提并论。尽管如此，只要我们不自我毁灭，我相信总有一天我们会成功地飞向其他星系，即使我们的太阳系已探索尽了，还有其他星系的行星在向我们召唤。

空间旅行与时间旅行二者是相互关联的。只有能迅速地进入未来，我们才能快步进入空间旅行。但过去了的时间怎么样呢？我们能够返回过去，并改变它吗？我们能够改变历史事件吗？我们始终在向着未来迈进，但却是慢吞吞地，一天一天地走向未来。靠相对论式的宇宙飞船，我们可以迅速地飞向未来。不过许多物理学家认为，返回过去的飞行是不可能的事。他们认为，即使有某种飞行器能在时间上向后飞行，那也无济于事。因为假如你能进入过去，而又不与你的父母相遇，那么你自己又是从何而来的呢？这就是一种矛盾了，因为你明明已经在于现世了。就像证明2的平方根是无理数一样，也如同讨论狭义相对论中的同时性一样，这是一个前提有问题的论证，因为其结论显得很荒唐。

另有一些物理学家则认为，两种互不相容的历史，两种同样实在的事实可以并行不悖。一个是你所了解的事实，而另一个则是你尚未出生时的事实。尽管我们只能经历其中的一种历史、一种事实，但时间本身或许是多维的。假如你能退回到过去，并能改变过去，譬如劝说伊莎贝拉女王不要支持哥伦布，那么历史事件的顺序就完全改变了，而随后的发展则难以知晓了。假如这类时间上的倒转旅行是可能的，那么在某种意义上说，任何所能设想的历史变迁就都可能出现。

历史在很大程度上是各种社会、文化和经济力量错综复杂的交织，不容易一一阐明。不断发生的无数细小而又难以预料的偶然事件，一般说来并没有什么深远的影响，但是在重大关头发生的某些小事件却可能改变历史的面貌。在某些情况下，某些相对很平凡的事件可能会引起深刻的变化。这样的事件距现在越久远，其影响也越加强大有力，因为时间杠杆也就变得越长。

小儿麻痹症的病毒是一种极小的微生物，我们每天都要接触成千上万个这种微生物。所幸的是，只有极少数的场合，它们才会侵入人体，引起这种可怕的疾病。美国第32任总统F·O·罗斯福就得过小儿麻痹症。这种疾病会削弱人的意志，也许正因为如此，才使罗斯福比较同情受压迫者，也许正因为这种疾病，才促进他为成功而奋斗。假如罗斯福具有另一种个性，或者如果他从来就没有当总统的欲望，那么30年代大萧条、第二次世界大战和核武器发展的结局可能会大不相同，世界的面貌就可能大大改观。然而，一个病毒是微不足道的，直径只有百万分之一厘米，几乎是可以忽略的。

另一方面，如果时间可以倒退，我们能够劝说伊莎贝拉女王相信，哥伦布根据埃拉托色尼地球是圆形的估计所提出的地理见解是错误的，哥伦布就永远到不了美洲。同样可以肯定的是，在几十年内会有其他欧洲人向西航行，并发现新大陆。航海技术的进步、香料贸易的诱惑以及欧洲各强国之间的竞争，导致在1500年左右发现美洲成为不可避免的事件。当然，如果不是哥伦布发现了美洲新大陆，就不会有今天的哥伦比亚州或哥伦比亚特区，也不会有俄亥俄州和哥伦比亚大学。但是，即便如此，整个历史的进程仍然会相差无几。要想深刻地影响未来，时间旅行者恐怕要介入一些经过仔细选择的事件中，才能改变历史的面貌。

探测不曾存在过的世界只是一种可爱的幻想。不过通过这种探测，我们却能更好地了解历史的进程，历史也能变成一门实验科学。假如在历史上，像柏拉图、保罗教皇或彼得大帝这类举足轻重的人物从未出现过，我们的世界可能会是另一番景象。如果古希腊爱奥尼亚的科学传统能保存下来并繁荣兴旺，当今的世界又会变成什么样子呢？那种传统若要幸存，将要求当时的各种社会力量具有不同的观点——包括曾经盛行的，认为奴隶制是自然的、合理的观点。如果在2500年前照亮地中海东部的曙光没有消逝，世界又将是怎样一种景象呢？假如在工业革命前的2000年中，人们一直尊重科学和实验，崇尚手艺和技艺的传统能得到发扬，世界又会是什么景象呢？如果人们更广泛地采用这种有效的新的思维方式，其结果又如何呢？有时我不由得想到，如果照上述情况发展，我们可能会节省一二十个世纪，达·芬奇的贡献也许要提早1000年，而爱因斯坦的功绩可能提早500年。当然，在那样一个迥然不同的世界中，可能不会出现达·芬奇和爱因斯坦。许许多多事物都可能会极不相同。每次射精总有上亿个精子，但只有一个精子能与卵细胞结合，从而产生人类的一个后代。但究竟是哪一个精子能与卵细胞结合，在内外诸多因素中，却往往取决于最次要、最不显著的因素。2500年前，哪怕是一件不足挂齿的小事，如果其发生的过程不同，也不会有我们的今天，我们的位置很可能会被无数其他的生灵所取代。

倘若爱奥尼亚人的思想统治了世界，那么我认为，我们——当然是与现在不同的我们——可能早已到达其他的星球了。我们第一艘去半人马座α星、巴纳德星、天狼星和鲸鱼座γ星的探测飞船可能早已返回了地球。在地球的轨道上可能正在建造一支庞大的星际飞船队，其中包括无人探测船、移民船和巨大的商船，这些船都将航行在浩瀚的宇宙大洋之中。这些船上都可能有符号和文字，如果我们仔细辨认，也许能认出那都是希腊文。而且在首批星际飞船的船首符号中，可能会发现一个12面体，上面刻着“来自地球的‘西奥多罗斯’号星际飞船”的字样。

在我们这个世界的时间表上，事物的进展总是有点慢慢腾腾，我们远未做好到其他星球去的准备。但再过一二个世纪，当人类探测完整个太阳系时，我们也许就做好了这种准备，无论在意志上，还是在资源和技术知识上，都做好了去其他星球的准备。那时，我们将可以去考察千差万别的其他遥远的行星系。我们将会发现，有些行星与我们地球极其相似，而有些行星则完全不同。我们将会知道该到哪些星球去访问。我们的飞船，我们的后代——泰勒斯、阿里斯塔恰斯、达·芬奇和爱因斯坦的后代，将能轻易地跨越若干光年的遥远距离。

宇宙中究竟有多少行星系我们还不清楚。但为数肯定不少。仅在我们附近就不止一个，至少有4个。即还有木星系、土星系和天王星系。每个行星系都有各自的卫星，这些卫星的大小和跨距都酷似环绕太阳的行星。对质量相差很大的双星的统计外推表明。几乎所有像太阳一样的双星都应该有行星系的伴随。

其他恒星的行星在各自的太阳的强烈照射下，只是一个个小光点，因而我们不可能直接看到它们。但我们却能探测出一个不能直接看到的行星，对一个已经直接观测到的大星的引力作用。设想有一颗星，具有很大的“自行”力，以更遥远的星座为背景运动几十年，这颗星有一个大行星，质量与木星类似，轨道平面恰巧与我们的视线成直角。在我们看来，当这颗暗行星位于恒星的右边时，恒星会因引力的作用稍许向右偏移。反之则会往左偏移。因此，恒星的运行轨道会改变或受到扰动，不是以直线，而是以波形线运行。可以用引力振动方法确认的最近恒星是巴纳德星，它是一颗最近的单独的恒星。在半人马座α星中，3颗星的相互作用非常复杂，使研究其质量小的伴星变得十分困难，即使对巴纳德星的研究也颇为费力。用望远镜观测数十载得到的照相底片就是用显微镜也难于分辨其位移情况。人类对巴纳德星周围的行星进行过两次这样的研究。从某种意义上说，两次都颇为成功，表明存在两颗或两颗以上的行星，行星的质量与木星差不多，运行在同一轨道上。其轨道半径略比木星和土星与太阳的距离小（根据开普勒第三定律计算）。但遗憾的是，这两组研究的结果看起来似乎相互矛盾。可能我们确实已经发现了巴纳德星的行星系，但确切的证实还有待于今后的研究。

人们正在研究用其他的方法来探测环绕恒星的行星。其中一种方法是人为地遮掩住其他恒星的微弱的光，即在天文望远镜镜头前安上一个圆形挡盘，或以月亮的黑暗边缘作为挡盘，这样，恒星旁边的行星所发出的光就能显现出来。在以后的几十年中，我们或许就能确切地回答，离我们最近的上百个恒星中，究竟有哪些恒星具有大行星或伴星。

近年来的红外观测表明。在一些邻近的恒星四周有许多可能是形成行星之前的碟形气尘云。同时，某些理论研究也得出令人振奋的结果，认为行星系统在银河系里是常见的现象。利用计算机研究了被认为是导致恒星和行星形成的扁平、密集、碟形气尘云的演变。盘状体最初凝聚形成的小块状物质，会不时地喷入云中，块状物质在运动过程中不断吸积尘粒，当它们变得足够大时，就会产生引力，吸引云团中的气体，主要是氢。当两块运动中的块状物相碰撞时，计算机使它们吸积在一起。上述过程一直进行到气尘以这种方式全部被结合完为止。结果取决于初始的条件，尤其是气体和尘埃的密度随与云团中心距离远近而分布变化的情况。但在一系列合理的初始条件下，会形成近似于我们太阳系的行星系，即大约10个行星，类地（球）行星靠近恒星，而类木（星）行星在最外圈。在其他情况下，不会形成行星，而仅仅产生弥散的小星状体；或者在恒星附近形成巨大的类木行星；或者一颗类木行星吸积了大量的气体和尘埃而变成一颗恒星，形成一个双星系。似乎在整个银河系中可以发现大量各种各样的行星系，但现在还不能完全肯定，而且我们认为，很可能所有的恒星都来自这样的气尘云。在银河系中可能有上千亿个行星系，等待着我们去探测。

这些行星中没有一个会与地球相同。看起来大多数行星的条件都是恶劣的，只有少数几个可能是宜人的。其中许多行星的景色将是极其美丽壮观的。在某些行星上，白天会有许多太阳在天空照耀，夜晚则有许多月亮倾泻着银光，或者在地平线上咆哮着巨大的粒子环。一些月亮可能离行星很近，以致它们的卫星高挂在天空，遮住了半边天际。某些行星可能看起来像巨大的气状星云，它们是以前一颗普通恒星毁灭后的残迹。在所有这些世界的天空中充满了遥远的外来星座，其中可能会有一个暗黄色的恒星，一颗用肉眼观察不到的、只有用望远镜才能看到的恒星，它是探测银河系这一小小区域的星际飞船队的发源地。

如前所述，空间和时间是互相缠结的。行星和恒星也和人一样，有出生、成长和消亡的过程。人的寿命一般只有几十年，而太阳的寿命则比1亿年还长。与一颗恒星的寿命相比，我们就好比蜉蝣一样，朝生暮死，不到一天就结束了生命。在这种短命的生物看来，人类是迟钝的、令人厌倦的、几乎不动的、几乎什么事情也不做的。而在恒星看来，人生不过只是短暂的一瞬，只是亿万短暂生命的一员，虚弱地挣扎在一个由硅酸盐和铁组成的酷寒而又坚硬的、极其遥远的星球表面上。

在宇宙所有的行星上，无时无刻不在发生着各种事件，它们决定着行星的未来。而在我们这个小小的星球上，此时此刻正处在一个历史的转折关头，不亚于2500年前古爱奥尼亚科学家所面临的转折。我们今天的所作所为将影响到若干世纪，并在很大程度上决定我们子孙后代的命运。如果星球也有命运的话，也将影响到它们的归宿。

恒星探秘

制作苹果馅饼需要小麦和苹果，还要这儿加一点、那儿添一撮，最后用炉子烘烤。馅饼的配料是由分子组成的，比如糖分子或水分子。这些分子又是由碳原子、氧原子、氢原子及少数其他原子组成的。这些原子又来自何方呢？除氢原子外，其他的原子都是星体造就的，一个星球就像一个宇宙灶，能把氢原子烧制成较重的原子。星球是由星际的气体和尘埃凝聚而成的，氢是这些气体和尘埃的主要成分。氢是在宇宙大爆炸中生成的。假如你想从头开始制作苹果馅饼，你就必须首先创造宇宙。

假如把一个苹果馅饼切成两半，将其中的一半再切成两半，按照德莫克利特的想法这样切下去，要切多少次才能切成原子呢？答案是：大约要连续切90次。这当然是不可能做到的。因为不会有这么锋利的刀，况且馅饼又极易破碎；原子非常小，肉眼无论如何是看不见的。不过，还是有办法做到的。

在1910年前后的45年中，人们在英格兰剑桥大学首次揭示了原子的本质。这个方法之一是：用原子碎片轰击原子，再观察它们是如何跳出来的。典型的原子外层裹着一层电子云。电子就是带电的粒子，它所带的电荷被随机地规定为负电荷。电子决定原子的化学性质，因此才有光灿灿的金子，冷冰冰的铁和具有晶体结构的钻石。在原子的内部，原子核深深隐藏在电子云里面，它是由带正电荷的质子和中性的中子组成的。原子非常小，1亿个原子首尾相连也只有小指尖那么大。而原子核则更小，只有原子的十万分之一。难怪人们用了这么长的时间才发现原子核，然而，原子的大部分质量却集中在原子核内。相比之下，电子犹如漂浮的绒毛。由此可见，原子内部充满了空间，物质内部是很空虚的。

我就是由原子组成的，我放在桌子上的胳膊肘就是由原子组成的，桌子也是由原子所组成的。既然原子如此之小，原子内部又是如此之空虚，原子核甚至更小，那么，为什么桌子能把我撑住？为什么我的胳膊肘的原子核不会轻易地滑进桌子的原子核中去呢？为什么我不会卷成一团或者掉到地球的另一端呢？A·爱丁顿就经常这样问自己。

答案在电子云里。我胳膊肘中的原子外层有负电荷，桌子中每个原子的外层也都有负电荷，这些负电荷相互排斥。我的胳膊肘之所以不会穿透桌子，就是因为原子核周围有电子，这些电子的电力是很强的。日常生活中的一切无不依赖原子的结构。如果去掉原子中的电荷，任何事物都将变成看不见的微尘。没有这种强大的电的作用力，世界上就不会有物体，而只有四处漂游的电子、质子和中子以及基本粒子的引力球——支离破碎的宇宙残骸。

当我们假定将苹果馅饼切成单一的原子时，我们面临着一个无穷小的问题；当我们抬头仰望夜空时，我们则碰到一个无穷大的问题。这些无穷是时空的无穷回归：空间没有尽头，时间没有穷尽。如果你站在理发店的两面镜子之间，你会看到你本人的许多映像，每一个映像都是另一个映像的反映。但你不可能看到无穷无尽的映像，因为镜子不可能绝对平整，光传播的速度也不是无穷快，同时，你站在镜子中间阻碍了光的反射。这里所谓的“无穷大”是一个比任何数字都要大的数。

有一次，名叫E·卡斯纳的美国数学家要他9岁的侄子为一个非常大的数字取个名字，这个数是10的100次方，即1后面跟着100个零。这个孩子称这个数为“Googol”，写出来是10000000……你也可以自己组成一个非常大的数，再给它起个奇妙的名字。试试看，这是顶有趣的，特别是如果你碰巧也才9岁。“Googol”（10100）似乎够大的了，再设想一下“Googolplex”（1010100）它是10的10100次方，即1后面跟10100个零。人体中原子的总数大约为1028，而在能观察得到的宇宙中，基本粒子——质子、中子和电子——的总数大约是1080。如果宇宙是由中子填充的实心体，也就是说，在宇宙中不留任何空间，所需的中子数大约为10128。这个数目与“Googol”相比是大得多了，但与“Googolplex”相比就微乎其微了。况且“Googol”和“Googolplex”都谈不上接近无穷大。确切地说，它们同无穷大的距离与1同无穷大的距离是一回事。如果有人试图写出“Googolplex”，这只能是毫无希望的奢想。即使有一张纸大到足以清晰地容纳下“Googolplex”所包含的所有的零，整个已知的宇宙也塞不下这张大纸。幸好“Googolplex”有一个很简单的表示法：1010100，无穷大也有相应的表示：“∞”（读作“无穷大”）。

烧焦的苹果馅饼大部分变成碳。切90次即可得到碳原子。碳原子核中有6个质子和6个中子，外层云中有6个电子。假如我们从原子核中取出一小块，比如说一块带两个质子和两个中子的碎片，它将不再是碳原子核，而是氦原子核。在核武器和普通的核电厂中所进行的正是这种原子核的切割或裂变，只是它们所分裂的不是碳。在你第91次切割苹果馅饼时，或者当你从碳原子核上切下一薄片时，你所得到的不是一小块碳，而是化学性质完全不同的其他原子，这就叫做“元素嬗变”。

让我们来进一步探索这个问题。我们知道，原子是由质子、中子和电子组成的。那么，我们能分割质子吗？假如我们在高能条件下用其他基本粒子（比如质子）来轰击质子，我们就可以看到隐藏在质子内部更基本的粒子单位。物理学家现在认为，像质子和中子等所谓的基本粒子，实际上是由称为夸克的更基本的粒子组成的。夸克的性质可以说是“色香味俱全”，这样说是为了让人们更好地理解原子核世界。夸克是物质的最小组成单位吗？或者它自身也是由更小更基本的粒子组成的？我们对物质性质的认识是否已经到底了？是否还存在着无限的越来越小的基本粒子呢？这是科学上还没有解决的一个最大的问题。

在中世纪的实验室中，为了探求炼丹术，人们曾经探索过元素的嬗变。许多炼丹士都相信，所有的物质都是4种基本物质——水、气、土和火——的混合物。这是爱奥尼亚人的一种古老的推测。他们认为，通过改变土和火的比例，铜就可以变成金。这种谎言颇为迷人。卡格里沃斯特洛和圣·杰耳曼伯爵一类的骗子自称不仅可以点铁成金，而且还通晓长生不老的奥秘。他们有时把金子藏在搅棒的一端，然后装模作样地演示一番，最后让金块奇迹般地在坩埚中出现。炼丹士以财富和长生不老作诱饵，从欧洲贵族身上骗走了大量金钱。当然，严肃的炼丹士也还是有的。如巴拉塞尔士，甚至还包括艾萨克·牛顿。当然，炼丹士诈骗到的钱并没有完全白费掉，他们发现了磷、锑和汞等新的化学元素。事实上，现代化学的兴起可以直接追溯到这些炼丹士的试验。

天然存在的化学性质不同的原子，共有92种，称为化学元素。直到近代，我们行星上的一切都是由这些元素所组成的，但它们主要以分子的形式存在。水是由氢和氧原子组成的，空气主要由氮（N）、氧（O）、碳（C）、氢（H）和氩（Ar）原子组成，以N_2、0_2、CO_2、H_2O和Ar，分子形式存在的地球本身就是形形色色的原子的混合物，其中主要是硅、氧、铝、镁和铁的原子。火并不是由化学元素所组成，而是高温下失去电子的原子核构成的热辐射等离子体。从现代观点来看，古代爱奥尼亚人所说的以及炼丹术的所谓4种元素——水、气、土、火，实际上根本不能称为元素，因为其中之一的水是一种化合物，另两种（土和气）是混合物，而火则是一种等离子子体。

自炼丹士时代以来，越来越多的元素已被发现，越后发现的元素越是稀有的元素。组成地球的元素或成为生命基础的元素是最常见的元素。在室温下有些元素是固态，有些呈气态，而溴和汞两种元素则呈液态。科学家根据元素的复杂程度将它们按次序排列成表。氢是最简单的，为1号元素：最复杂的是铀，为92号元素。还有一些元素是我们不太熟悉的，如铪、铒、镝和镨，这些元素在我们日常生活中极难碰到。大体上说，愈是我们熟悉的元素愈普遍存在。地球含有大量的铁，而钇的含量却相当少。当然，这个规律也有例外。例如金或铀都很贵重，因为它们可以用来制造金币或装饰品，或者因为它们具有极大的实用价值。

原子由三种基本粒子——质子、中子和电子——组成。这一事实直到近代才被发现，而中子则迟至1932年才被发现。现代物理学和现代化学的创立，把错综复杂的世界简化到了令人吃惊的程度：千姿百态的物质世界只是由3种粒子以不同排列组成的。

中子，顾名思义，是不带电荷的。质子带正电荷，而电子则带有与质子等量的负电荷。电子与质子所带的不同电荷之间的相互吸引力使原子得以结合在一起。南于每个原子都是中性的，原子核中质子的数目必定与电子云中的电子数目相等。原子的化学性质只取决于电子的数目。电子的数目（也就是质子的数目）称为原子数。毕达哥拉斯一定会赞同如下观点，即化学仅仅是一门数字的科学。具有1个质子的原子必定是氢，2个是氦，3个是锂，4个是铍，5个是硼，6个是碳，7个是氮，8个是氧，以此类推，具有92个质子的原子必定是铀。

同性电荷互相排斥。这就是我们所说的“同类相克”——犹如隐士碰上了厌世者。电子排斥电子，质子排斥质子。那么，原子核是怎样捏合在一起的呢？为什么不会各飞东西呢？这是因为其中还有另一种自然力的存在，它既不是引力，也不是电力，而是一种近程核力。只有在质子和中子靠得非常近时，这种力才起作用。它像一排排的钩子，将质子和中子互相拉扯在一起，从而克服了质子间的排斥力。中子只产生核吸引力而不产生电排斥力，它像胶水一样把原子核粘在一起。纵使“隐士”性格孤僻，彼此之间仍可以和睦相处。

氦的原子核里有两个质子和两个中子，它的结构非常稳定。3个氦原子核构成一个碳原子核，4个构成氧原子核，5个构成氖原子核，6个构成镁原子核，7个构成硅原子核，8个构成硫原子核，如此等等。每当我们增加一个或几个质子及足够数目的中子使原子核凝聚在一起时，我们就制造出一种新的化学元素。如果我们从汞中取出一个质子和3个中子，我们就可以得到金——这是古代炼金士们梦寐以求的事情。铀以外还有一些其他的元素。在地球上，这些元素不是天然存在的，而是人工合成的，而且很容易分解。第94号元素叫钚，是已知最毒的一种元素。不幸的是，它的分解速度相当慢。

天然存在的元素又是来自何方呢？我们不妨详细考察一下各种原子各自形成的过程。整个宇宙几乎到处都存在着氢和氦，这两种最简单的元素占宇宙物质的99％。事实上，人们在地球上发现氦之前就已经在太阳上发现氦的存在，所以才把它命名为“Helium”（取自希腊的太阳神Helios）。其他元素是否可能是从氢和氦演化而来的呢？核物质必须靠得很近才能抵消电斥力，从而使近程核力起作用。但这种情况只有在几千万度的高温下才能发生，因为在这样的高温下，粒子的运动速度极快，以至于斥力来不及起作用。在自然界里，只有星体内部才有这样的高温和因此而产生的高压。

人类研究了太阳离地球最近的恒星表面发出的各种波的波长，其中包括无线电电波、普通可见光和X射线等。太阳并不像阿那克萨哥拉所设想的那样是一团炽热的石头，它是由氢和氦组成的一个巨大的球体，由于高温而发出灼热的白光，就像火钳在炽热的火炉里发出白光一样。当然阿那克萨哥拉的见解并不是完全错误的。猛烈的太阳风暴会使太阳发出明亮的耀斑，严重地干扰地球上的无线电通讯。太阳风暴还会使太阳形成巨大的拱形羽状热气层——日珥。日珥受太阳磁场的控制。与日珥相比，地球显得渺小多了。有时在太阳下山时用肉眼可以看到太阳的黑子，它们实际上是太阳里磁场强度较大、温度较低的区域。所有这些连续的动荡扰动，都发生在相对温度较低的可见表面。我们看到的只是温度约为6000度的太阳表面。太阳内部的温度高达4000万度，太阳光就是从那里发射出来的。

恒星及其伴随的行星是在星际气体和尘埃发生引力崩塌时产生的。星云中分子间的相互碰撞使温度升高，最后氢开始聚变成氦，即4个氢核结合成一个氦核，并释放出了射线光子。光子被上面的物质交替地吸收和发射，逐渐向恒星表面移动，而且每移动一步都要损失一部分能量。光子这种漫长的迁移过程需要100万年的时间，最后才变成可见光到达恒星表面，并向星际空间发射。结果恒星发亮了，原先的星云引力消失了。恒星外层的重量被内部核反应所产生的高温和高压支撑住。50亿年来，太阳就是处于这样的一种稳定状态之中。像氢弹内的热核反应一样，太阳内不断地发生着抑制性的爆炸。这种爆炸为太阳提供了能量，每秒钟大约有4亿吨的氢转换成氦。当我们仰望夜空中的繁星时，我们所看到的就是遥远的核聚变发出的光亮。

在天鹅星座Deneb星（天鹅星座的一等星）方向上，有一个巨大的、由炽热的气体组成的超级发光气团，它可能是气团中心附近发生的超新星大爆炸和旧恒星泯灭产生的。在其外缘，星际物质在超新星冲击波的重压下，触发出新一轮的星云引力崩塌和新星的形成。从这个意义上说，星体也有双亲，双亲之一可能在孩子出生时死亡，正如人类有时也会发生这种情况一样。

像猎户座星云那样巨大的高度压缩的复合星云，能成批地产生像太阳一样的恒星。从外部看，这样的星云表面似乎暗淡无光，但星云内部却被炽热的新生星体照耀得灿烂辉煌。后来，这些星体离开了它们的生育之地。遨游到银河系去，在那里寻求自己的前程。成长起来的星体周围仍然带有成簇的发光云雾，它们是在引力作用下仍然吸附着的原生气体的残余。金牛座的昂星团是一个最新的例子。像人类的家庭一样，成年后的星体也会离家远走，致使兄弟姊妹之间很少团聚。在银河系的某些空间就有太阳的兄弟姊妹，其数目可能多达几十个，而且是由同一个星云在50亿年前产生的。但是，我们目前还不清楚它们都是哪些星体，只知道这些星体可能位于银河系的另一侧。

在太阳中心，由氢转化为氦的反应不仅发射出可见光的光子而使太阳光芒四射，而且还产生更神秘的、难以捉摸的辐射：太阳靠中微子发出微弱的光。中微子与光子一样，无重量，以光速传播，但中微子不是光子，它不是一种光。中微子与质子、电子和中子一样，具有固有的角动量，或称为“自旋”，而光子是根本没有自旋的。对中微子来说，物质无所不能穿透。它几乎能毫不费力地穿过地球和太阳，只有极小部分被干涉物质阻滞而不能通过。在我们朝太阳直视一秒钟时，有10亿个中微子穿过我们的眼球。当然，中微子不会像光子那样停留在视网膜上，而是势不可挡地穿过我们的头。奇妙的是，在晚上，我们低头朝着太阳的方向——地面时（就好像我们的脚下没有地球把太阳挡住一样），几乎有等量的太阳中微子穿过我们的眼球。像可见光可以轻易地穿透玻璃那样，中微子可以轻易地穿透地球。

如果我们对太阳内部的认识能像我们所想象的那么透彻，而且又懂得中微子产生的核物理学，那么我们就可以准确地计算出单位时间内在单位面积上所接收到的太阳中微子数量（譬如在我们的眼球上每秒钟所接收到的中微子数）。然而，要用实验的方法验证计算所得到的数据是相当困难的。因为我们不可能捕捉到穿过地球的中微子。但在大量的中微子中会有一小部分与物质相互作用，在条件适当的情况下还是可以检测到的。中微子偶然问可以将氯原子转变成氩原子，但质子和中子的总数不变。我们需要大量的氯，才能验证所谓的太阳中微子流的预言。为此，美国物理学家把大量洗涤液倒进南达科他州利德地区的霍姆斯特克矿井，采用微量化学的方法，从氯中除去新生的氩。从而可推断：产生的氩愈多，中微子也就愈多。实验表明，太阳的中微子比计算所预计的要少。

这至今仍然是一个不解之谜。虽然低太阳中微子流不至于危及我们关于星体核合成的理论，但肯定具有某种不可忽视的意义。有的人认为，中微子在从太阳到地球的迁移过程中裂成碎片；有的人认为，太阳内部的核火焰被暂时封闭，缓慢的引力收缩过程是产生现在这种太阳光的原因之一。当然。中微子天文学还是一门非常新的学科。但是，目前我们已经发明了一种奇妙的工具，可以用它直接观察炽热的太阳核心。随着中微子望远镜灵敏度的提高，我们还可能观测邻近星体深处的核聚变反应。

由于在太阳或者其他星球的核心里的氢燃料是有限的，氢的聚变不可能永远持续下去。一个星体的命运，一个星体的生命周期的完结，在很大程度上取决于它的原始质量。一个星体在太空中消耗了它的部分物质之后，如果它的质量还有太阳的质量的二三倍，那么，它的生命循环方式将与太阳截然相同。但是太阳的运数已够壮观了。五六十亿年以后，当太阳中心的氢全部转化成氦的时候，氢聚变区将慢慢向外——向热核反应的膨胀壳——迁移，迁移到温度约为1000万度的区域。同时，太阳的自重将迫使其富含氦的核心重新收缩，使内部的温度和压力又进一步升高。氦核将更密集地堆集在一起，以致开始互相渗透。尽管存在着电荷间的斥力，但此时近程核吸引力开始起作用。灰烬又变成燃料。太阳将开始第二轮核聚变反应。

这个过程将产生元素碳和元素氧，为太阳在一定的时间内的继续发光提供新的能源。星球犹如埃及神话中的凤凰。相传这种鸟每500年自行焚化一次，然后由灰中再生。在太阳外壳的氢聚变和太阳中心的高温氦聚变的共同作用下，太阳将发生根本的变化：外层膨胀、温度降低，变成一颗红色巨星。它的外表将远离其内核，结果表面引力将变得很微弱。它的大气层将以星球飓风的形式扩散到宇宙空间。当太阳膨胀成一颗红色巨星时，它将把水星和金星——甚至地球——完全吞没。整个内太阳系都将被太阳吃掉。

再过几十亿年，地球上的美好时期就会结束。以后太阳将慢慢地发红、膨胀。整个地球，包括两极，都将酷热无比。地球北极和南极的冰冠将消融，整个地球会成为一片汪洋。由于高温，更多的海水将蒸发到空中，使天空变得雾气腾腾。因为云雾遮住了阳光，地球的末日可能向后推延。但太阳的演变是无情的。海水终将沸腾，大气层势必蒸发到太空中去，我们这颗行星将遭受到最大的灾难。到那时，人类肯定会进化成另一副模样。我们的后代也许能控制或调节星体的进化，或者只好卷起铺盖，搬到火星、土卫二或土卫六上去住，或者像R·戈达德所设想的那样，到某个年轻的、充满希望的行星系去寻找尚未开发的新天地。

利用太阳的星尘做燃料是有一定限度的。总有一天，太阳内部将完全由碳和氧组成，那时的温度和压力将无法继续维持核反应。当太阳中心的氦快用完时。其延缓的崩塌过程将重新开始，温度将再度上升，从而引发最后一轮的核反应，并使大气层相应地有所膨胀。在这最后毁灭的过程中，太阳将发生缓慢的脉动，每隔几千年伸缩一次。最后，大气层中的物质都将被抛入宇宙空间，形成一个或几个同轴的气壳。因为太阳炽热的核心已经暴露，它的紫外光会将气壳淹没，还会形成斑斓缤纷的红色和蓝色的荧光，一直延伸到冥王星轨道以远的空间。太阳中的一半物质大概会以这种方式损耗掉。到那时，太阳崩溃所产生的强光将充满整个太阳系。

当我们从地球这个银河系的角落里举目四望时，我们可以看见许多星体被闪光的球形气团——行星状星云——所包围。这些星体并不是行星，不过其中有些很像在低倍望远镜里所看到的天王星和海王星的蓝绿色圆盘。这些气团乍看起来呈环形，因为它们像肥皂泡一样，边缘比中心看得更清楚。所有行星状星云都是恒星的外层标志。在靠近星体中心的区域可能有一些已经死亡了的天体。它们是曾经充满生机的行星的残骸，现在既无空气也无海洋，笼罩在微弱的亮光之中。太阳的残骸，即裸露的太阳核，最初包裹在行星状星云之中，后来变成一个炽热的小星球。它在空间逐渐变冷、收缩，密度大到空前惊人的程度——一汤匙大小的物质重达1吨以上。再过几十亿年，太阳就会退化成一颗白矮星，像我们所看到的行星状星云中心的亮点。它的表面高温度逐渐冷却，最终成为一颗暗淡无光的、死气沉沉的矮星。

质量大致相同的两颗恒星的演化速度大抵相同。不过，质量较大的恒星核燃料的消耗速度要快些，变成红巨星的时间也会早些，而且会首先衰退成白矮星。因此，应该有、也确实有许多双星体存在。在这些双星体中，一个是红巨星，另一个是白矮星。有些双星体紧靠在一起，灼热的星气流便直接从膨胀的红巨星流向致密的白矮星，在白矮星表面的某个特定的区域着陆。氢原子在白矮星的强引力作用下、不断地聚集在一起，压力和温度不断地升高，直到来自红巨星的大气物质发生热核反应，使白矮星短暂地闪烁出明亮的光辉。这样的双星体称为新星，其来源与超新星大不相同。新星只能在双星体系内形成，其能量来源于氢原子的核聚变。而超新星则只存在于单星体之中，其能量来源于硅原子的核聚变。

在星体内部合成的原子通常都要返回到星际气体中去。红巨星会将它们的外大气层喷射到星际空间去，行星状星云就是类太阳恒星不断喷射其外层物质后的最终产物。超新星迅速地将它的大部分物质喷射到星际空间去。返回星际气团的原子自然是星体内部热核反应最易产生的原子：氢原子聚变成氦，氦聚变成碳，碳聚变成氧。在大恒星内，由于氦核不断增加，形成了氖、镁、硅、硫等物质。氦核是逐步增加的，每次增加2个质子和2个中子，一直到生成铁为止。硅原子的聚变也能直接形成铁原子，因为1个硅原子含有28个质子和中子，在几十亿度的高温下，两个硅原子就可以结合成一个含有56个质子和中子的铁原子。

以上都是我们熟悉的化学元素。这样的星际热核反应并不容易生成铒、铪、镝、镨或钇，却容易生成我们日常生活中常见的元素。这些元素返回星际气团，在随后发生的星云崩塌及恒星和行星形成的过程中散尽。除了氢和部分的氦以外，地球上的所有化学元素都是几十亿年前的星体中的某种星体灶制造出来的。这些星体有一部分已经变成白矮星，默默无闻地呆在银河系的另一侧。人体脱氧核糖核酸中的氮，牙齿中的钙，血液中的铁，以及苹果馅饼中的碳，都是在崩塌的星体内部形成的。因此我们可以说，人体是由星体物质构成的。

某些稀有元素则是在超新星的爆炸过程中形成的。地球上金和铀的含量之所以比较丰富，就是因为在太阳系形成之前发生过许多超新星的爆炸。其他行星系中稀有元素的含量可能与地球不尽相同。是否存在这样一些行星，它们的居民炫耀着铝制的首饰、钋制的手镯，而金子却是实验室中难得的珍品呢？假如地球上的金和铀也像镨一样鲜为人知，无足轻重，那么我们的生活是否会大大地改观呢？

生命的起源和进化，在本质上是与星体的起源和演化息息相关的。首先，构成人体的物质以及使生命活动成为可能的原子，都是很久以前在遥远的红巨星上形成的。宇宙中发现的化学元素的相对丰度，与恒星中所产生的原子的相对丰度极其吻合，因此，我们有理由相信，红巨星和超新星就是炼制物质的锅和灶。太阳是一个第二代或第三代的星体，太阳中的所有物质以及在我们周围所看到的所有物质，都是星际锅灶在前一轮或前两轮的循环中炼制的。其次，地球上还存在着某些重原子，这一事实表明，在太阳系形成之前不久，可能有一颗较近的超新星发生过爆炸。这次爆炸不大可能是一种偶然的巧合，而可能是由于超新星爆炸所形成的冲击波压缩了星际气体和尘埃，从而导致了太阳系的凝聚。第三，太阳出现之后，它的紫外线大量射入地球大气层，它的热度产生了光照，从而激发了导致生命起源的复杂的有机分子。第四，地球上的生命几乎都离不开阳光。例如，植物吸收光子后将太阳能转化成化学能，动物则以植物为养料。人类的种植活动只不过是利用植物作为媒介来获取太阳光而已。因此我们可以说，我们每个人都是以太阳作为能量来源的。最后，遗传学上的变异为进化提供了原始的材料。变异是大自然选择新生命形式的手段，而宇宙射线——超新星爆炸时以近于光的速度射出的高能粒子——则是产生变异的原因之一。遥远的大恒星的死亡是地球上生命进化的原动力之一。

假如我们把一个盖格计数器和一块铀矿石带到地下深处，譬如说，放在一个金矿井深处，或放在一个火山熔岩洞——由融化的岩浆流过地球而切开的洞穴——深处，当它们受到γ射线或像质子和氦核这样带电高能粒子的照射时。灵敏的计数器就会检测出来。如果把计数器移近铀矿石，计数速率（即计数器每分钟发出的咔嗒声）就会迅速增加，因为铀矿石在自发的核衰变中能释放出氦核。如果把铀矿石放在一个厚的铅筒内，计数速率就会大大减少，因为铅能吸收铀的辐射。但还是可以听到计数器发出一些咔嗒声，其中一部分咔嗒声是由洞壁的天然放射性引起的，一部分是由穿透洞顶的带电高能粒子引起的。我们听到的是很久以前在太空深处产生的宇宙射线的声音。在地球的整个生命史中，这种主要由电子和质子组成的宇宙射线一直在不停地撞击着地面。上万光年以外的星体在消亡过程中所产生的宇宙射线，有一部分经过几百万年才穿过银河系，碰巧撞上地球以及我们的遗传物质。在生命遗传码的形成、寒武纪爆炸或我们祖先进化成两足直立动物的某些关键阶段，很可能就是由宇宙射线触发的。

1054年7月4日，中国天文学家在金牛星座发现了一颗他们称为“客星”的金牛星。这是一颗人们在天空中从未见过的最明亮的恒星。绕地球半圈，在美洲的西南部，当时有一个富有天文研究传统的高度文明的民族也目睹了这颗明亮的新星。根据我们发现的一个木炭堆残迹里的C14，我们可以推断，在11世纪中期，有些安奈萨齐人，即今天的荷皮人（生活在美国亚利桑那州东北部的印第安人）的祖先，曾经在现在的新墨西哥州的一块悬垂的山崖下居住过。似乎是他们当中的一个人在悬崖上留下了一幅未受风化的新星图。这颗新星与新月之间的相对位置可能就是图中所绘的那样。在那儿还发现一个手印——也许是那位画家留下的印记。

这颗著名的恒星现在称为蟹状超新星，距地球5000光年。之所以这样称呼这颗星，是因为几个世纪以后。一位天文学家用望远镜观察大爆炸的残迹时，偶然想起它的形状像螃蟹。蟹状星云是一个巨大的恒星爆炸的残留物形成的。这次大爆炸经历了3个月，在地面用肉眼都可以看见。在晴朗的白天很容易看到，就是在晚上，也可以借它的光读书看报。每一个星系中，平均每100年出现一颗超新星。一个典型的星系的生命周期大约为100亿年，也就是说，将有1亿个星球发生爆炸。这个数字是够惊人的，但是尽管如此，在1000个星星中不过只有一个星星发生爆炸。银河系在1054年发生爆炸之后，第谷于1572年发现了一个超新星。稍后，在1604年，开普勒又发现了另一颗超新星。但是自从天文望远镜发明以来，竟然在银河系里还没有观察到超新星的爆发。几个世纪以来，天文学家们对此怨叹不已。

我们现在经常能观察到其他星系中的超新星。1979年12月6日，英国《自然》杂志刊登的D·赫尔方和K·朗的文章足以使20世纪初的天文学家惊讶得目瞪口呆。文章宣称：“1979年3月5日，由9个星际飞行器组成的爆发传感器网络，记录到了极其猛烈的硬X射线与γ射线的爆发。根据飞行时间测定：其位置与大麦哲伦星云中的N49号超新星的残留物位置相一致。”（大麦哲伦星云所以这样命名，是由于在北半球第一个注意到这个星云的人叫麦哲伦。这是银河系的一个小卫星星系，在18万光年以外。既然有大麦哲伦星云。当然也有小麦哲伦星云）但是，同一期杂志还刊登了梅泽兹和他在列宁格勒爱奥弗学院的同事合写的文章。他们利用装在“联盟11”号和“联盟12”号宇宙飞船上的γ射线爆发探测器，在登上金星的途中，观察到了这个爆发源。他们认为，探测器检测到的是一个发光的脉冲星，离我们只有几百光年。尽管在位置上很接近，赫尔方和朗并没有肯定γ射线的爆发与超新星的残留物有关。他们估计了各种各样的可能性，其中包括如下这样一个令人吃惊的推断：这个爆发源就在太阳系内！也可能是其他星球的飞船在其漫长航行的归途中排出的废弃物。但是，“N49号超新星发生星体爆发”的理论更容易为人们所接受，因为我们已经证实了超新星的存在。

当太阳变成红巨星时，内太阳系的命运如何是一个严峻的问题。但有一点可以肯定，就是行星决不会被喷发的超新星融化和烤焦。只有比太阳还大的恒星附近的行星才会遭受这种厄运，因为大恒星的温度高、压力大，其核燃料的消耗速度也快，生命周期也就比太阳短得多。在发生异常的核反应之前，一个比太阳大数十倍的恒星将氢转化为氦的过程，最多只能持续几百万年。因此，几乎可以肯定没有足够的时间让任何一个行星出现高级生命形式的进化。其他星球上的生命也不可能知道他们的星球会变成超新星。这是因为，如果他们的生命长到足以使他们能明白超新星是怎么一回事，他们的星球也就不可能变成超新星。

超新星爆发的主要条件是：硅聚变成大铁核。在巨大的压力下，星体内部的自由电子被迫与铁原子核的质子合并。等量而相反的电荷互相抵消，结果星球内部变成一个巨大的原子核。原子核所占据的体积比原先的电子和铁原子核所占的体积小得多。星球中心会发生猛烈的爆聚，而其外部则产生回弹现象。超新星就是这样爆发起来的。超新星的亮度可能比该星系中所有其他星球加起来的亮度还要大。预计在今后几百万年内，猎户星座中所有最近形成的蓝白色超巨星都会变成超新星。猎户座将出现连续不断的宇宙焰火。

可怕的超新星爆发会将原来星球中的大部分物质——少量的氢和氦以及数量可观的碳、硅、铁和铀原子——喷射到宇宙空间，剩下的就是由核力束缚在一起的热中子核。这是一个巨大的原子核（原子量达1056），一个直径只有30公里的恒星，一个小得可怜的、皱缩的、密集的、没有生气的星体碎片，一个快速旋转的中子星。当巨大的红巨星坍塌成这种中子星时，它的自转速度显著加快。蟹状星云中心的中子星就是一个巨大的原子核，其大小与曼哈顿区差不多，每秒钟自转30圈。这个中子星强大的磁场在红巨星坍塌过程中得到进一步增强，并能俘获带电的粒子，其作用颇像小得多的木星磁场。在旋转磁场中的电子会产生辐射束。不仅会产生无线电频率范围内的射线，还会产生可见光。如果地球碰巧位于这个宇宙灯塔的光程之内，我们就会看到它每旋转一次就发生一次闪光。因此，我们又把它称为脉冲星。脉冲星犹如一个宇宙节拍器，它会定时闪光，定时发出嘀嗒声。它比最准确的时钟还要准时。通过对某些脉冲星的长期无线电脉冲频率的测定，我们可以推断。这些脉冲星，例如PSR0329＋54号脉冲星，可能有一个或几个小伴星。我们大概可以这样设想：行星能够在恒星演化成脉冲星时免于毁灭，行星有可能推迟被俘获。要是站在这样的行星表面上望天空。我们将会看到怎么样的一番景象呢？

一匙中子星的质量差不多等于普通的一座山的重量。因此。如果你让一小块的这种物质从手里脱掉（你也只能这么做）、它会像石头从空中落下那样轻而易举地穿过地球。在地球上钻出一个洞，从地球的另一侧——可能从中国——钻出来。那里的人们可能正在外面散步、思考着自己的问题。突然一小块中子星物质从地面冒出来，在空中停留片刻，然后又钻回到地球的下面去。这件事至少可以成为那一天人们拿来消遣的话题。如果一块中子星物质从附近的太空中落下来，当它下落时地球又正好在它的下面转动。那么。它就会反复穿越转动的地球，将地球撞出成千上万个孔。直到它与地球的摩擦所产生的作用力迫使它停止运动为止。在中子星物质停止在地心之前，我们的行星内部早就像一块瑞士乳酪一样千疮百孔了，因此只好等地下的岩石流和金属流来愈合这些创伤。幸运的是，大块的中子星物质还从来没有在地球上降落过。但小块的这种物质则比比皆是。中子星的这种可怕力量就潜伏在每个原子的原子核中。也就是说，在每只茶杯中，在每只老鼠身上，在每次呼吸之间，以及在每块苹果馅饼中，都存在着这种力量。中子星告诫我们，不要轻视最平凡的事物。

从上面我们已经了解到，像太阳这样的恒星终将结束它的生命而变为红巨星，然后再变为白矮星。一颗质量比太阳大2倍的恒星坍塌后将变为一颗超新星，然后再变为一颗中子星。那些更大的恒星（例如在经历超新星阶段之后质量比太阳大5倍的恒星）的命运就更加奇特了。重力会使它转变成黑洞。假定我们有一台魔术重力机，那么就可以通过拨动它的刻度盘来控制地球的引力。开始时将转盘拨到1g（g表示重力加速度），地球上所有东西的行为与我们所预料的完全一样，因为地球上的动植物以及所有的建筑物都是按1g演化和设计的。如果重力远远小于1g，所有事物的外形都会变得高而瘦长，动物植物和建筑物都不会因自身的重量而倾倒或粉碎。如果重力大于1g，动物、植物和建筑物都会变得粗壮而结实。但是即使在相当强的重力场中，光仍然是直线传播的。

物体的重量随着重力的减弱而减少，当重力趋近于零时，轻微的动弹就会使我们的朋友漂浮起来，并在空中直翻筋斗；茶或其他液体一旦溢出来就变成在空中跳动的圆球，因为这时的表面张力超过了重力。当重力盘恢复到1g时，所有的茶球都会变成茶雨降落下来。当重力盘转到3g或4g时，人人都动弹不得。甚至移动一只脚都是很费力的。在我们继续将重力盘往上拨之前，我们还是把我们的朋友送出重力机的作用范围以外为妙。在重力还只有几个g的情况下，提灯的光束仍旧直线传播（就我们的分辨能力而言，可以说几乎是直线），这与重力为零时的情形没有什么两样。当重力达到1000g时，光束仍然是直的，但树木已经被压扁。当重力达到100万g时，石头由于自身的重量而粉碎。最后，除了那只具有特殊豁免权的笑猫以外，没有任何东西能够幸存。当重力接近10亿g时，更不可思议的事情发生了：原来笔直射向天空的光束开始弯曲。在极大的重力加速度下，就是光也受到了影响。如果把重力再加大的话，光就会逆转而返回我们附近的地面。此时，任何宇宙间的怪物已不复存在，剩下的只是龇牙咧嘴的引力。

当重力大到一定程度时，任何东西，哪怕是光，都不能够从中逃逸出来。这样的地方就叫做黑洞。黑洞对周围的一切都是冷酷无情的，它是宇宙中的一种怪物。当密度与重力变得足够大时，黑洞熄灭不见了。之所以称之为黑洞，是因为即使是光也无法从中逃脱出来。由于光被捕捉在黑洞里，所以黑洞到处都被照得明晃晃的。虽然我们从外面看不见黑洞，但它的重力存在却是很明显的。在星际航行中，如果你对黑洞没有给予足够重视，你就可能被黑洞无情地拖进去，你的身体就会被拉成细细的长线。但是，万一你在这样的航行中幸免于难的话，你倒是应该好好地看一看附着黑洞周同的碟形物。

太阳内的热核反应支撑着太阳的外层，使悲剧性的重力坍塌延迟几十亿年。白矮星是靠从原子核中脱离出来的电子压力来支撑的，而中子星则是靠中子压力来抵消重力影响的。但对于超新星爆发和其他激变之后的残骸所形成的质量比太阳大好几倍的晚期星体来说，目前还没有什么已知的力量能够防止它坍塌。这种星体令人难以置信地收缩、旋转、发红、最后消失，质量比太阳大20倍的星体则会收缩成美国洛杉矶那样大小。当重力骤增到1010时，这种星体会通过自生的裂缝滑到时空的连续统一体中，最终从我们的宇宙里消失掉。

黑洞是英国天文学家约翰·米歇尔于1783年首先想到的，但是由于这个想法实在太离奇了。所以长期被忽视。一直到最近，这一想法才开始得到重视。随后，人们竟然找到了黑洞存在于宇宙空间中的证据。这一事实使包括天文学家在内的许多人都感到十分惊奇。X射线是不能透过地球大气层的，因此，如果我们要确定这种波长很短的光是否是天体发出的，我们必须将X射线望远镜带到高空中去。世界上第一座X射线观测站是国际合作的范例，它是美国在1971年从意大利的一个发射台发射的，该发射台位于印度洋肯尼亚沿岸，命名为乌呼鲁（Uhuru斯瓦希里语的“自由”）。1971年，乌呼鲁在天鹅座星系发现了一个非常明亮的X射线源。这个X射线源忽隐忽现，频率为每秒1000次，因此这个被称为“天鹅X-1”的射线源必定很小。不管忽隐忽现的原因是什么，这种隐现的信息穿过“天鹅X-1”的速度不会比光速（30万公里／秒）快，因此，“天鹅X-1”的直径不会大于30万公里／秒×1/1000秒＝300公里。一颗与小行星一般大小的天体就是一个明亮的X射线源，即使在星际以外也看得见，它可能是什么东西呢？“天鹅X-1”跟一颗炽热的蓝色超巨星并列在一起，从这颗超巨星的可见光里还可以看到一颗以前没有发现过的靠得很近的大伴星，它不断地改变它的引力方向，质量大约是太阳的10倍，该超巨星不可能是一个X射线源。因此，用X射线光源来验证这颗从可见光里看到的伴星是很理想的，但是。一个质量比太阳大10倍而且已经坍塌成小行星的不可见物体只能是一个黑洞，X射线很可能是由聚集在“天鹅X-1”周围的气体和尘埃与超巨星摩擦而产生的，天蝎V861、“GX339－4”、“SS433”以及“圆规座X-2”等星体都可能成为黑洞，“仙后A”是一个超新星的残骸，这颗超新星的光在17世纪就已经到达地球了、当时世上已有不少天文学家，但竟然没有一个人记载过这次爆发。像I·S·斯克洛夫斯基所推测的那样，那里可能隐藏着一个黑洞，黑洞吞噬了爆发中的恒星核，熄灭了超新星的火焰。空间望远镜是追踪、搜索神奇的黑洞蛛丝马迹的有效工具。

为了更好地理解黑洞，我们可以设想一个空间曲面，设想一个平整而又柔软的线性二维平面。如果我们往平面上投下一小团物质。平面就会变形或起皱，一粒弹子围绕这个皱面滚动，滚动的轨迹就像行星绕着太阳运动的轨道，根据这种解释（爱因斯坦的创见），重力就是空间结构的畸变。在这个例子中。我们看到，被物质弄弯曲的二维空间变成了三维的物理空间。设想我们生活在一个三维的宇宙空间里，物质将我们的住地畸变成我们无法直观感觉到的四维物理空间。物质的质量越大，它的重力就越大；平面越褶皱，空间的畸变或弯曲越厉害，以此类推，黑洞是一种无底的深渊。假如你掉进了黑洞，会发生什么事情呢？跟从外面看到的一样，你会觉得下落的时间无限之长，因为在别人看来，你的钟——不管是机械钟还是生物钟——都停止了。但在你看来，你的钟仍在滴答滴答地走动着。假如你能克服引力潮和辐射流的伤害，而且假如黑洞正在旋转着（这是很可能的），那么，你可能出现在时空完全不同的另一部分，即空间上的另外某个区域、时间上的另外某个时刻。有人提出空间有一种蛀洞，这种蛀洞有点像苹果上的蛀洞，尽管这种观点尚未得到证实。重力隧道能够提供一种星际的或星系间的通道，让我们以非凡的速度直抵难以抵达的空间吗？黑洞能作为时间机器为人类服务，把我们带到遥远的过去和无穷的将来去吗？这些设想正在被认真、严肃、周密地讨论着。这个事实表明，宇宙是多么超现实的啊！

从根本的意义上来说，我们都是宇宙之子。试想，在炎热的夏天，你仰望万里无云的天空，阳光炙烤着你的面孔，如果你直视太阳，该是一件多么危险的事啊！太阳离地球足足有1.5亿公里远，但是我们尚能感觉到其巨大的威力。如果我们处在太阳炽热而发光的表面，或进入熊熊燃烧的核火炉中心，我们又将感觉到什么呢？太阳给予人类以温暖，养育着人类，给人类带来光明。是它使地球富饶肥沃，它的强大力量是人类的实践活动所远远不可及的。鸟儿欢快地迎接日出，甚至某些单细胞的生物也有趋光的本能。我们的祖先把太阳奉若神明，这是何等的聪明！但在宇宙之中，太阳只不过是一颗普通的、甚至是平凡的星球。如果我们应该崇拜比自身强大的力量的话，难道我们不该去崇敬太阳和其他星体吗？这种敬畏之心，深深地隐藏在每一位天文调查者之中，有时埋藏得如此之深，以致研究者自己常常没有觉察到它的存在。

银河系还是一个尚未探索的充满神奇的星体的世界。虽然我们对银河系进行过初步的探索，而且正碰到过其中的一些星体，有几个与我们所了解的星体相似，有些则古怪到超出了我们所能想象的程度，但是，我们的探索才刚刚开始。以往的探索航行表明，我们对银河系的许多非常有趣的星体至今仍然一无所知，无法预言。在银河系以外不远的地方，几乎可以肯定存在着行星，它们环绕着麦哲伦星云中的恒星运转，环绕着银河系周围的球状星团中的恒星运转。银河系可能是一个巨大的螺旋形世界，拥有4000亿个星球，此外还有正在坍塌的气体云、正在收缩的行星系、发光的超巨星、稳定的中期恒星、红巨星、白矮星、行星状星云、新星、超新星、中子星和黑洞。我们这个星球上的物质、我们这个星球的形态及其大部分特征，是受生命与宇宙间深刻的内在联系所制约的。这个问题，我们从研究地球本身入手，已经逐步弄清，将来一定会在研究整个银河系行星世界的过程中进一步弄清。