天文大百科 彩绘图解版(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：科普图鉴编辑部

出版社：人民邮电出版社

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天文大百科 彩绘图解版试读：

本书全面记载了宇宙的发展与演变，及人类对宇宙的探索历程。本书共分7章，具体内容包括：“神秘莫测的宇宙”“宇宙之旅——外层空间站”“太阳系的秘密”“解密行星与恒星”“人类飞天梦想”“不断探索的天文学家”“初见成效的月球探索”。

本书结构清晰、语言简洁、内容风趣，适合于天文爱好者及青少年使用。第一章神秘莫测的宇宙一、走近宇宙1.宇宙到底有多大

宇宙到底有多大？让我们以人类熟悉的概念来形容一下。飞行最快的一种喷气式战斗机，其速度几近每秒1千米（大约为966米），几乎是音速的3倍。然而，即使以这种速度，想要到达除太阳之外距地球最近的星座半人马座（比邻星），也要花费一百万年！如果把这段距离的大小看作我们早餐中一粒薄薄的麦片，那么距离我们已知的最远的星系就相当于在地球的另一端！面对如此浩瀚的宇宙，天文学家宣称知道很多关于宇宙及其结构的秘密似乎是难以置信的。不过，现代探索家在研究神秘莫测的宇宙时已经拥有了许多可以帮助他们的工具。所以，我们在20世纪所取得的宇宙科学与技术方面的进步，比此前历史中所获得的总和还要多。本书将告诉你宇宙从何而来，以及将如何发展和如何结束。首先，让我们来了解宇宙中到底有些什么，以及天文学家是如何知道他们所宣称的这些宇宙的秘密的。除太阳外距地球最近的星座——半人马座无需天文观测设备就能看到的最远、最大的星座——仙女座

在我们生活的地球周围，包围着许许多多各种各样的宇宙物质：行星、彗星、恒星、星系、星云、气体以及尘埃等。在晴朗的夜晚，你可以看见约几千颗恒星、一两颗行星，还有一些模糊的块状物星系，其中一个是叫作“仙女座”的星系。这个星系是人类无需借助天文观测设备就能看到的最远也是最大的星系。仙女座距离我们大约有290万光年，其直径有10万光年。在宇宙中，仙女座已经可以算是我们的“近邻”。因为天文学家衡量距离经常使用的单位是数亿光年。现在让我们一起出发，去看看宇宙深处都有些什么。首先从距离我们最近的星体——行星开始。星云像极光一样的散光星云

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星云的构成

由气体和尘埃构成的云团叫作“星云”。星云内部主要是氢气和氦气，同时也有一些其他气体以及覆盖着冰衣的碳微粒。恒星正是在星云内部形成的。星云的明暗取决于观测的方式以及附近是否有其他恒星的影响。附近恒星发出的光会被星云中的气体反射，形成反射星云，或者使星云中的气体看上去就像极光一样，这样的星云被称为“散光星云”。如果星云周围没有其他恒星，气体不能反射光线，则一般很难被发现。最大的星云是巨分子云团，它们一般会绵延数百光年并包含有足以形成百万颗恒星的物质。2.行星和恒星的容颜（1）行星的容颜

在1 800年以前，人类所知道的行星只有太阳系九大行星中的六个。但是现在，天文学家已经明白行星是很普遍的，在宇宙中几乎到处存在。行星分为两类：体积小的叫作“类地行星”，它们几乎全都由岩石和金属构成，表面非常粗糙，可能存在于大气层。水星、火星、地球、金星都是属于这一类的。其他的行星如木星、土星、海王星、天王星以及迄今为止发现的所有围绕其他恒星的行星体积都数倍于类地行星，被称为“气巨星”。气巨星并不是由气体构成的，而是由氢、氦构成的，这两种元素在地球上通常呈气态。然而在气巨星内，它们却是以液态存在的。所以气巨星是可以旋转的液体星球。这些行星上存在着混合的大气，或许也有一个固态的核。（2）恒星的容颜

大部分的行星都是围绕恒星运行的，就像地球围绕着太阳旋转一样。即使使用最先进的望远镜，我们所能观察到的恒星看上去都不会比大头针的针尖大。

事实上，恒星是直径数十万千米的巨大、灼热的气态球体。它们的形状与色彩各异，有的甚至是成对出现且互为中心旋转，这样的恒星叫“双星”。在恒星中最普通、最小、等级最低的就是“红矮星”。红矮星的体积一般为太阳的一半，表面温度高达4 000℃（7 000°F）。类太阳恒星的温度则较高，呈现黄色，体积更大，不太常见。最高等级的恒星是发出耀眼光芒、比太阳大数十倍的蓝巨星。这种恒星非常稀少，并且其温度可高达5 0000℃（90 000°F）。但是，所有这些恒星终其一生都以同样的方式燃烧。当恒星变老后，会发生一些剧烈变化。以太阳为例，当太阳开始死亡时，会先成为一个庞然大物——红巨星，比一般的恒星大几百倍。之后，红巨星开始收缩，形成一个比一般恒星小100倍的白矮星。最低级别的恒星——红矮星庞大的红巨星3.什么是“星团”（1）大小星团

正如恒星在引力作用下会形成更大的星系一样，星系也会在引力作用下聚合成巨大的星团。最大的星团如处女座星团，是由成千上万独立的星系构成的，其范围大约有2 000万光年。但是一些小的星团如银河系、处女座所在的本星系团，则容纳了大约30个的小型星系，其范围约在500万光年。一般来说，和星系一样，容量最大的星系星团有不同的类型，当星团中心是庞大的星系时，其形状一般为椭圆状。星团的中心非常拥挤，星系之间距离很小，比恒星要拥挤得多。但是在离星团核心比较远的地方，该密度开始降低，星系变得比较小、不规则，且包含的恒星越来越少、占据的空间越来越大。（2）庞大的超星团

星系星团并不是已知最大的结构。和星系聚合一样，星团也会形成庞大的超星团。从规模最大的层面来讲，宇宙就像一个“泡沫”状的结构，那些巨大的星团和超星团就是形成“泡沫”中一个个“气泡”的丝状物。在“气泡”里面是接近“真空”的巨大空间，其直径可能有1.5亿至2亿光年。几乎宇宙中所有的可见物质都被封锁在这个巨大的“气泡”里面。星团

除了这些成千上万的星系，宇宙的大部分地区看上去空旷得令人难以置信。而事实上，还有一个物体比超星系大，那就是宇宙本身。浩瀚的宇宙与最大的小行星相比就像小行星与被叫作“夸克”的最小亚原子结构相比。夸克模型旋涡星系

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星系存在的基本方式

星系内部包含有星云、恒星和行星。星系存在的基本方式有三种：旋涡星系、椭圆星系和不规则星系。银河系就是一个典型的旋涡状星系，包含2 000亿颗行星。和它的名称一样，旋涡星系中的星云和恒星都呈旋涡状，并且通常是一个碟状的平面。但是，旋涡星系的中心是突起的，就像煎鸡蛋一样；最大的星系是椭圆状星系，它的体积是旋涡星系的好几倍，直径可以达到10万光年。椭圆星系就像一个巨大的橄榄球，但它的三个轴长度不同。椭圆星系与旋涡星系的另一个区别就是，前者包含较少的星云物质，所以新诞生的恒星比较少；最后是不规则星系，当然并不是所有的不规则星系都像它们的名称一样没有形状。一些不规则星系也会呈现出碟状的形态，但是它们不像旋涡星系那样有螺旋臂。4.“光度学”和“光谱学”的用途（1）“光度学”的用途

天文学中最基本的行为就是观察一个物体的亮度随时间变化的过程。这种科学被称为“光度学”，字面含义就是“测量光”。比如，测量一个在宇宙中旋转的小行星，小行星都是由金属或岩石构成的不规则物体，一个纺锤状的小行星从侧面看要比从两端看更明亮，因为从侧面看的部分更多。因此，通过观察一个小行星亮度的周期变化，天文学家就可以知道它的旋转速度，并了解它的形状。光谱学光度学

现在，想象一个在一定周期内亮度有微弱变化的天体，这可能表明在这个恒星周围有行星在旋转，因为当行星旋转通过恒星前方时，会使恒星亮度减弱。两颗恒星可能会互相旋转，或者一颗恒星表面会有一些斑点，当恒星自转时，它的亮度取决于在观察时的暗区有多少。

这些小的光度变化可用于推断行星、恒星斑点和其他恒星的存在。（2）“光谱学”的应用光谱线的精确测量

光度学的用途十分广泛，其中一项很有用的技术就是“光谱学”。当光线在通过一系列狭小的裂口时，会被分切成一个光谱。这个光谱由黑色的“光谱线”划分开。这些“线”的存在是因为形成光源的原子吸收了固定波长的光，形成了特定的色彩。一种元素所吸收的光有其固定的波段，比如某段特定的光谱线仅表现出在某恒星上含有氦，而另一段则表示有其他元素的存在。光谱中的不同位置分别反映不同的物质。这种方式让天文学家能够研究出他们所观察的物质中有什么气体存在。而且，每个原子光谱线的波段和强度是随其物理特性而变化的，所以，波谱学不仅能反映出物质的构成，还能反映出其热度和密度。蓝移红移

知识链接“蓝移”和“红移”

波谱学的另外一个功能就是揭示物体运动的速度。你可以想象一辆救护车正拉响警报向你驶来，此时，警报的声波由于声源的向前移动而被压缩，这使声波波长较短，声调较高。当救护车离你远去时，这些同样的声波被拉伸，所以波长较长，而声调较低，这就是“多普勒效应”。你所听到的声音的频率取决于救护车行驶的速度和方向以及你所处的位置，这在天文学中非常重要，因为光波也有同样的现象发生。当一颗恒星向你移动时，其光波就会被压缩，所以它的光谱线会以比较高的频率出现，比它静止时稍微发蓝一些，这种现象叫作“蓝移”。同样，如果恒星是离你远去的，则会出现“红移”现象。所以，这就是光谱线的波长可以让天文学家了解物体运动方向和速度的原理。二、宇宙的起源1.宇宙与《创世纪》

如果你问一位神父：“宇宙是怎么产生的？”他会把《创世记》的故事告诉你。如果这位神父很博学，他还会告诉你，宇宙诞生的时间是公元前4004年。这个数目是17世纪时，邬谢尔主教把《旧约圣经》中人物的年龄加起来得到的。如果你再追问：“上帝又是从哪儿来的呢？”神父就该责怪你了：“这个问题怎么能问呢？主啊，原谅这个无知的孩子吧。”

如果你还不甘心，跑去问著名的古希腊哲学家亚里士多德，那可就真碰到钉子上了。像他这样的思想家，不喜欢“宇宙有个开端”的说法，因为这意味着神意的干涉，违背了他的神是“不动的动者”的理念。他们只需要相信宇宙已经存在了很多年，并且将永远存在下去。把宇宙看作是某种不朽的东西，要比把它看作是被创生的东西更加完美古希腊哲学家亚里士多德

因此，对于这个问题，你只能问科学家。而他会让你首先思考两个重大的原则性问题：第一，宇宙是一个有某种规律的整体，还是只是一盘散沙，各种天体之间有没有什么联系？第二，宇宙是永恒存在的，还是有起始终结的？

2001年，西罗德博士发表了自己的新作《科学神学：科学智慧和圣经智慧的汇合》。在这本书里，西罗德博士公布了自己研究科学和《圣经》关系的最新成果，对《圣经》的第一章《创世记》进行了完全科学化的解释。

长久以来，人们一直认为《创世记》只是一个神话故事，就像中国流传的“夸父追日”和“女娲补天”一样，都是古人虚构的。然而，西罗德博士经过长达25年的研究，发现《创世记》中的记载是真实的，它们都可以从科学资料中找到证据。《创世记》的第一日发生在157.5亿年前，“神创造天地，光暗分开了”，相当于大爆炸创造宇宙，电子与原子结合产生光线，星河开始形成。

第二日发生在77.5亿年前，“神创造空气，称空气为天，有晚上有早晨”，相当于银河形成，太阳和主要星球形成。

第三日发生在37.5亿年前，“神聚水为海，称旱地为地。青草、菜蔬、果树出现”，相当于地球冷却，液体水出现，菌藻类生物形成。

第四日发生在17.5亿年前，“神造光体普照大地，日月显现”，相当于地球大气变透明，光合作用产生丰富的氧气。

第五日发生在7.5亿年前，“神造水中动物、空中飞鸟”，相当于水生动物及带翼昆虫出现。

第六日发生在2.5亿年前，“神造飞禽走兽，神造人”，相当于百分之九十的古生物灭迹后，各类动物布满大地，人类出现。2.宇宙大爆炸理论

1948年，俄裔美国科学家伽莫夫提出了“宇宙大爆炸理论”。该理论认为，宇宙诞生之前，没有时间，没有空间，也没有物质和能量。大约在150亿年前，在这四大皆空的“无”中，一个体积无限小的点爆炸了。这个点就是“宇宙蛋”。提出宇宙大爆炸理论的伽莫夫

刚刚诞生的宇宙非常炽热而致密，随着宇宙的迅速膨胀，其温度迅速下降。最初的1秒钟过后，宇宙的温度降到约100亿度，这时的宇宙是由质子、中子和电子形成的一锅基本粒子汤。随着这锅汤继续变冷，宇宙发生剧烈的核聚变反应，生成了各种元素。

这些物质的微粒相互吸引、融合，形成越来越大的团块，并逐渐演化成星系、恒星和行星，在个别天体上还出现了生命现象。然后，能够认识宇宙的人类终于诞生了。

爆炸理论提出后一直寂寂无闻。直到20世纪50年代，人们才开始广泛注意到这个理论，但也只是觉得它很好玩，却并不信服。相比之下，人们更愿意相信，宇宙是稳定的、永恒的。当时的一些科学家也反对这一理论，他们讥笑伽莫夫说，“如果宇宙起始于某次大爆炸，这种爆炸理应留下某种遗迹，那就请把它找出来吧！”

与他们的恶意愿望相反，大爆炸的遗迹在1964年果真被找到了。这就是宇宙微波背景辐射，它像化石一样记录了宇宙产生时的情况。至此，“宇宙大爆炸模型”终于能够站起来“说话”了，它与DNA双螺旋模型、地球板块模型和夸克模型一起，被认为是“20世纪科学中最重要的四个模型”。3.现代宇宙学的基础

第二定律明确说明宇宙是有终结的，因而也是有起始的。但是如此重要的一个推论却被19世纪的科学家忽略了。在他们眼里，第二定律只是描述热机工作原理的“小不点”。宇宙大爆炸模型的提出，实际上是基于20世纪初的天文观测，只是到后来，它才找到第二定律作为其最有力的“证人”。美国天文学家埃德温·哈勃

20世纪20年代，埃德温·哈勃注意到，不同距离的星系发出的光在颜色上稍稍有些差别，远星系的光要比近星系的红一些，这是因为它的波长要长一些。从光谱上看，远星系的光要比近星系的光更加靠近光谱的红端。如果隔一段时间再来看这个光谱，会发现远近星系的光线距离红端都更近了，这说明，它们和我们的银河系正以很高的速度彼此飞离。为了确认这个发现，哈勃又对众多星系进行了光谱分析，结果证实，红移是一种普遍现象，也就是说，整个宇宙都在向外扩展，现在它的体积在不断地膨胀。这一发现奠定了现代宇宙学的基础。

如果宇宙正在膨胀，那它过去必然比现在小。如果能把宇宙史这部影片倒过来放，我们势必会发现，在过去的某个时刻，所有的星辰都是聚合在一起的。但要准确推断这个时间还比较困难，科学家认为，大概是在100多亿年前。

另外，因为宇宙中存在着引力的缘故，宇宙膨胀的速度会随时间发生变化。我们知道，所有的物质与能量之间都是相互吸引的，万有引力发挥着刹车的作用，阻止星系往外跑。

随着宇宙间物质的增多、增大，它的膨胀速度会越来越慢。因此可以设想在诞生初期，宇宙的膨胀速度是超乎人的想象的。当宇宙的体积为零，而膨胀速度为无限大时，就发生了大爆炸。4.宇宙有始而无终

大爆炸理论的一个不足之处，是它没有说明大爆炸之前的宇宙是什么样子的，也没有论证未来的宇宙会如何发展。这虽然留给众多科学家以假想的空间，却也在某种程度上造成了混乱，天文学界众说纷纭，莫衷一是。

一股刮遍全球的宇宙物理学狂风让我们认识了英国著名的理论物理学家——斯蒂芬·霍金。后来，他和他的合作者提出了“宇宙有始而无终”的假设。英国物理学家霍金

1999年，英国的《星期日泰晤士报》最先向世人介绍了这个假说。霍金和英国剑桥大学的数学物理教授图罗克最新提出的“开放暴胀”理论认为：宇宙最初的模样就像一个豌豆大小的物体。这颗小豌豆悬浮于一片没有时间的真空中，它的存在时间与“大爆炸”只相隔一个极短的瞬间。

在“大爆炸”前的瞬间，“豌豆”状的宇宙经历了极其快速的膨胀过程，这在现代宇宙学上被称为“暴胀”。与其他天文学家不同的是，霍金和图罗克提出了“开放暴胀”理论。也就是说，宇宙从“豌豆”中诞生后，会无限制地膨胀下去，而不是膨胀到一定程度后在引力的作用下收缩。这就是所谓的“有始而无终”的宇宙。

这种“怪论”自然在科学界引起了不同的反应。“暴胀”理论的权威之一、俄罗斯物理学家林德对霍金及其合作者提出了批评。林德称，宇宙自始至终存在，试图发现一个起点和所谓的终点是没有意义的。

相比之下，英国一些著名的天文学家则小心翼翼地表达了自己的观点。他们指出：霍金的新理论完全合乎物理学定律的要求，是严格的纯理论推算的结果。但它是否揭示了宇宙的本质，还有待于实际观测的考验。

美国已经成功发射了微波各向异性探测器，来测量宇宙大爆炸遗留的微波背景辐射，这很可能为霍金的理论提供可靠的检验。三、宇宙的发展和演变1.影响原始气体云的质量的因素

在观测宇宙学家眼中，宇宙的历史是从大爆炸后（如果真有大爆炸的话）30万年开始的，因为只有在这时，宇宙退耦之后，我们才有可能观测到宇宙中物质的演化。退耦前的宇宙对我们来说只是一片光，这片光经过一百多亿年的红移，就成了今天我们观测到的宇宙微波背景辐射。用宇宙背景探测卫星观测到的这种辐射，尽管总的来说非常均匀，但是仔细分析就可以发现，在这种背景上，确实已经存在很微小的不均匀性。宇宙微波背景辐射

这种不均匀性要发展形成星系、星系团还有很长的路要走。英国天文学家金斯研究了一个气体云的质量与它的温度和密度的关系，提出了一个判据，它对于早期宇宙中的原始气体云同样适用。但是这里面也有一个不同的问题，那就是暗物质的问题。在恒星形成中，暗物质不起什么作用，可是在星系或星系团的形成中，情况就不一样了。暗物质占了星系和星系团质量的绝大部分，尽管我们还不能明确这些暗物质究竟是些什么物质，可是它们一定会对星系或星系团的形成起重要作用。

根据可能属于暗物质的物质性质，可以把暗物质分成两大类：热暗物质和冷暗物质。

热暗物质的粒子质量很小，运动速度接近光速；冷暗物质的粒子质量大，运动速度相对来说比较慢。这两类暗物质对宇宙结构的形成作用是不一样的，因此星系形成模型也就有热暗物质模型和冷暗物质模型之分。2.星系形态之争

现在我们来考虑，一旦星系从一个原始气体云团中开始形成，它又会怎样演变呢？这里首先碰到的一个问题就是怎样看待星系形态的差别，也就是这些形态方面的差别究竟能说明什么问题。

最初，天文学家曾经认为这种形态变化反映了星系的历史演变。一部分天文学家认为，星系刚形成的时候是椭圆星系，然后因为自转而越转越扁，扁平的部分形成旋臂，变成旋涡星系，最后旋臂散开、消失，变成不规则星系。但是，另一部分天文学家不同意这种观点，他们认为恰恰相反，星系刚形成的时候是不规则的，由于旋转，后来形成旋臂，变成旋涡星系，旋臂越旋越紧，最后消失，成为椭圆星系。椭圆星系

这两种根本对立的观点关键的差别就在于，旋涡星系的旋臂究竟是在旋松还是旋紧。可是事实上，旋涡星系的旋臂相当稳定，长期以来的观测并没有得出它们的旋臂在旋松还是旋紧的任何结论。后来，天文学家倾向于认为，椭圆星系、旋涡星系、不规则星系形态上的差别不是演化的结果，而是在形成时就具有的。漩涡星系

20世纪60年代，美国天文学家桑德奇（Allen Sandage）等提出的星系形成和演化学说认为，在一些整体上气体密度高或内部运动剧烈的原始气体云团中，恒星形成从一开始就非常快，气体很快就用完了，形成的就是椭圆星系；相反，在一些整体上气体密度较低或内部运动不十分剧烈的原始气体云团中，原始气体快速坍缩，在中心形成核球，恒星首先在气体密度高的核球内形成，而在气体密度低的部分，恒星形成较慢，未形成恒星的气体逐渐下沉，变成盘状，然后在盘内形成恒星，最终成为一个旋涡星系。至于不规则星系，他们认为，这类星系的原始气体云团密度很低，其中绝大部分气体未演变成恒星。

桑德奇等提出的星系形成过程的模型被称为“单一坍缩模型”。根据这样的模型得出结论，星系形成于一次简单的坍缩过程。因此，星系中的恒星特别是与星系同时形成的球状星团，都应该是在同一过程中形成的，在观测到的一些特性方面应该有同一性或单一的变化规律。但实际上，观测结果却复杂得多。球状星团3.复杂的球状星团

球状星团是一类非常年老的天体，至少与星系是差不多时间形成的。因此，球状星团的研究也许可以为星系的形成提供重要的线索，正是由于这个原因，近20多年来它一直是天文学研究中的一个热点。球状星系

可是，直到目前，球状星团的研究结果仍呈现出一种纷繁杂乱的情况，人们并没有得出一条明确的线索，真是“剪不断，理还乱”。

很多研究者认为球状星团形成于星系形成之后，甚至现在还有球状星团形成，这主要是在一些正在发生碰撞、合并的星系以及其他某些有恒星形成剧烈活动的星系中。观测表明，在这些星系中有大量的年轻星团，按照它们的质量，应该是球状星团。但是，绝大多数星系的球状星团年龄都非常老，因此不会是按照第三类模型形成的。

对于第一类模型和部分第二类模型，需要解决的一个重要问题是球状星团内恒星重元素的含量问题。重元素只能在大质量恒星内部形成，在超新星爆发的时候抛射出来，进入星际气体，并成为下一代恒星形成所需的原料中的成分。因此，如果球状星团早于星系形成，或者在某个星系形成过程中首先形成，球状星团就必须有一个“自增丰”（即从星团内部使重元素含量增加）的过程。这种自增丰理论过去一直遭到强烈反对，因为许多人认为星团内部超新星爆发会使形成球状星团的原始气体云团瓦解，也就不可能进一步形成球状星团。

1999年，比利时天文学家帕尔芒蒂埃（G.Parmentier）等通过计算证明，第一代恒星超新星爆发产生的能量不一定足以把正在形成中的球状星团摧毁，只要第二代形成的球状星团总质量足够大，它们会在万有引力的作用下聚拢起来，最终形成一个球状星团。当然也有大量的球状星团被摧毁了，分散开来的恒星就成了星系晕中大量的孤立恒星。

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球状星团的形成模型

球状星团的形成模型，现在已提出的究竟有多少种，没有一个准确的统计，但至少应该在10种以上，甚至有可能超过20种。这些模型可以分为三大类：第一类是根据冷暗物质模型，认为球状星团是宇宙中最先形成的天体，形成于星系之前；第二类认为球状星团与星系同时形成；第三类认为球状星团形成于星系之后。四、宇宙的降临1.星系的出现和形成

散落在宇宙中的餐盘状的星系实际上是很多恒星因引力作用聚合而成的。有些星系呈碟状，有些呈椭圆形，还有一些则是不规则的。最小的星系也包含有约100万颗恒星，而最大的则是这个数字的100万倍。而且，宇宙中存在的星系数量或许比银河系中存在的恒星还要多。这些星系究竟是如何产生的呢？是在恒星形成前由尘云构成的吗？还是恒星先产生呢？这些问题都还没有答案，科学家们也都只是推测。

天文学家甚至还不清楚星系是什么时候开始形成的，更不用说是如何形成的了。一些研究人员认为星系形成于大爆炸之后的100万年，同时还有一部分研究人员认为，星系形成于大爆炸后近10亿年时更为可信。或许最接近的说法是：星系就形成于这两个时间之间。幸运的是，我们已经确切知道了一些事情。在星系存在之前，从大爆炸中诞生的宇宙是一个充斥着氢气和氦气同时混合着大量暗物质的宇宙气团。初期的宇宙气团像云团一样分布不均，有些地方要厚密一些，这是剧涨时期造成的结果。这些厚密的地方因为具有更强的引力作用，所以会逐步吸收周围的物质，使自身更加厚密。在此之后，气团开始分散，形成由物质吸聚的气块。

关于星系的形成有两种主要的观点，但观测到的证据表明“吸聚”过程比较可信，离我们最近的证据就是银河系。银河系是碟状的，但其周围围绕着一个由星群组成的巨大球形晕轮，其中的恒星如同黄蜂围绕着蜂巢，云集在银河系周围。在这个球形群中，恒星之间年龄各异，差距达到了上亿年。天文学家知道这一点是因为他们从恒星的颜色来辨认年龄，一般来说，恒星年龄越大，其颜色就越红。一些恒星看上去比其他的要红，所以这些恒星的年龄比较长。恒星年龄越大，颜色越红不规则星云

这意味着球形星群以及我们所在的星系不是同时形成的。事实上，银河系的形成过程大约有几十亿年，在这期间，它逐渐吸收更多的气团以形成恒星2.恒星的质量和距离

不断收缩的原恒星变得更热。物体温度越高，其内部的原子运动就越激烈。当原恒星内部温度达到1 500万℃（2 700万°F）时，其内部的氢原子运动速度加快，它们彼此相遇时会结合形成氦。

氢弹的工作原理也是遵循同样的规则，这种规则被称为“核能合成”或“核聚变”。在这一过程中，大量被释放的射线出现被认为是一个转折点。就像炸弹爆炸一样，这些新射线产生了一种强大的向外冲力，抑制了物质因引力向原恒星内部运动的趋势。当这种向外的冲力和引力达到一个完美的平衡时，恒星就诞生了。恒星内部的核反应促使氢转变为氦，并发射出稳定的亮光——来自一颗新恒星的光芒。

恒星的质量取决于其形成时周围有多少可用的物质。质量大的恒星由于引力作用吸收了较多的物质，所以内部应具有较强的压力。这就是说，质量大的恒星不得不快速燃烧内部的核燃料以产生足够的能量，以保持自己的结构，所以它们的寿命会在几百万年中随氢的消失而结束。稍小的恒星中氢的反应慢一些，所以寿命会在100亿～130亿年。比太阳稍小的恒星一般都可以达到几百亿年，这比宇宙现在的寿命还要长，所以现在的宇宙中依然存在着大爆炸时期产生的恒星。

如果天文学家知道一个恒星固有的亮度（即通常状况下的亮度），他们就可以估计出这个恒星和地球之间的距离。这就像如果你知道车灯通常情况下的亮度，就可以通过观察其亮度变化来推断车距离的远近。

天文学家通常以一些已知其固有的发光区及亮度可变的恒星作为标准，这些恒星叫作“造父变星”。这些恒星的亮度以几个小时为周期做明暗变化，其原理在于造父变星自身所发出的光越强，其亮度周期也越长，所以用测光法所知的亮度周期可以使天文学家探索出恒星的大概亮度。这就如同利用汽车前灯亮度测量距离一样，只要知道一个恒星的实际亮度，就可以从它表现出的亮度来测量出恒星和地球间的距离。3.原行星盘诞生记

一直以来，人们认为围绕太阳转动的行星只有9个（包括地球）。但是在过去的十几年中，这种看法已经彻底改变了，这种改变得益于现代观测技术的提高。人们已经发现了几十个像太阳一样的、其周围有行星围绕运行的恒星。从统计角度讲，行星并非只紧紧围绕在离我们较近的恒星周围，一些新发现的行星就存在于较远恒星的周围。天文观测学上最新的观点表明，行星是恒星产生过程中的副产品。核聚变

简单来说，恒星是云团中的气体和尘埃在引力作用下逐渐聚合而形成的。当云团逐渐收缩时，其中心被不断压缩，温度也会随之逐渐升高，直到自身可以发出光亮。但是，在云团压缩的同时，造星物质随着旋转运动逐渐形成平面，这就好像面团在旋转过程中逐渐成为比萨饼一样。在引力收缩过程开始的10万年内，一个百万英里宽、由气体和尘埃构成的巨大旋涡“烙饼”围绕在正在形成的恒星周围，天文学家称之为“原行星盘”。简单来说，原行星盘就是行星诞生的工厂。45亿年前，整个太阳系就是一个巨大的碟状平面，天文学家称之为“太阳星云”。

在行星产生的最初阶段，原行星盘内部有分子气团和围绕着正在形成的恒星转动的碳尘微粒。在静电作用下，这些微粒开始互相结合（就像梳子可以吸引小的纸屑一样），随着结合的不断进行，它们的尺寸也开始变大。几千年后，这些尘埃微粒会达到豌豆大小。在此之后，原行星盘在几百年之内就会被彻底改变，最终出现一个由无数类似的小行星组成的直径约为1千米的风暴旋涡。这些小行星状的物体被称为“星子”，它们是构成行星的主要部分。太阳星云

星子的出现是行星诞生中的一个转折点。这些物体不用再依靠与其同类的偶然碰撞结合而变大，它们已经可以利用彼此间的引力作用而相互结合了。最终，这些星子形成了真正的行星。五、黑洞之谜1.什么是宇宙黑洞

20世纪初，丹麦人赫兹普隆和美国人罗素根据恒星的光学谱和亮度，把观察到的恒星安排在一张图上，这种图被称为“赫罗图”。20世纪50年代以来，天文学家们以赫罗图为基础，认为恒星一生经历了星云、星胚、主序星、红巨星等演化过程，最后，红巨星变成“铁心”的天体。

如果一个恒星铁核的质量小于1.44个太阳，它将最终变为白矮星；如果恒星铁核在1.44～2.0个太阳质量之间，最后会变成中子星；如果恒星铁核质量在两个太阳以上，最后就会成为黑洞。

根据奥本海默在1939年的说法，大质量天体坍缩到某一临界体积时，会形成一个封闭的边界，强大的引力使界外的物质和辐射只能进入，不能逸出，从而消失在黑暗中，这便是所谓的“黑洞”。黑洞的理论是优美的，我们对黑洞的深层次认识，可能会给人类的物质观、运动观带来巨大的变革。

黑洞，是人们对宇宙空间一个区域的形象称呼。如果宇宙中确实存在黑洞的话，那才是名副其实的黑洞，不但物体掉进去会消失得无影无踪，而且就连光也休想从那里逃逸出来，它就像一个饥饿的无底洞，永远也填不饱。因此又有人把它叫作“星坟”。

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黑洞是否存在

时至今日，虽然黑洞还没有被真正捕捉到，但人们对黑洞的存在却是确信无疑的，也许一些星团的中心就是黑洞，大概银河系中心就是一个大质量的黑洞。除了大黑洞之外，可能还存在比小行星还要小的黑洞。甚至还有人认为地球上也存在黑洞。这些还都属于假说，但总有一天，人们会揭开黑洞的神秘面纱。2.黑洞的由来

在人类社会中，有些人过着隐士般的生活，喜欢独居，不希望别人过多地探询有关他们的事情。宇宙中也有这样的隐居者。黑洞——天空中大多数大质量恒星的最终演化产物，一个超致密天体，就是宇宙中的神秘隐士。这些宇宙隐士被保护在秘密掩体内，有关它们的信息一点都透露不出来。赫罗图

黑洞是在一个特殊的大质量超巨星坍缩时产生的。黑洞产生的过程类似于中子星产生的过程：位于恒星中心的铁核在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。在中子星情况下，当核心中所有的物质都变成中子时坍缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星球。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到可以使坍缩过程无休止地进行下去，所以中子本身在挤压引力和自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。

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