作者：王龙,文海模
出版社：安徽人民出版社
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宇宙到底有些啥试读：
前言
未解世界充满了神秘而迷雾重重的事物，我们认识这个熟悉而又陌生的世界，发现所有未解世界的背后都隐藏着秘密、真相和推理，甚至谎言和欺骗，探寻未解世界的真相，我们就会在思考与探索中走向未来。
其实，我们就生活在未解的世界中，我们周围世界的奥秘，那简直是无穷无尽，从太空到地球，从宇宙到海洋，真是无奇不有，怪事迭起，奥妙无穷，神秘莫测，许许多多的未解现象简直不可思议，使我们对自己的生命现象和生存环境是捉摸不透。破解这些未解现象，就有助于我们人类社会向更高层次不断迈进。
其实，宇宙世界的丰富多彩与无限魅力就在于那许许多多的未解现象，使我们不得不密切关注和发出疑问。我们总是不断地去认识它、探索它。虽然今天科学技术日新月异，达到了很高程度，但对于那些未解现象的无限奥秘还是难以圆满解答。古今中外许许多多科学先驱不断奋斗，一个个未解现象不断解开，并推进了科学技术大发展，但又发现了许多新的未解现象，又不得不向新的问题发起挑战。
未解现象是无限的，科学探索也是无限的，我们只有不断拓展更加广阔的生存空间，发现更多的丰富宝藏，破解更多的未解现象，才能使之造福于我们人类的文明，我们人类社会才能不断获得发展。
为了普及科学知识，激励广大读者认识和探索宇宙世界的未解现象，我们根据中外最新研究成果，特别编辑了本套书。主要包括科技、宇宙、太空、自然、地球、海洋、灾难、动物、植物、古文明等存在奥秘现象、未解之谜和科学探索诸内容，具有很强系统性、科学性、可读性和新奇性。
本套书内容精炼、语言简洁，深入浅出，通俗易懂，图文并茂，形象生动，非常适合广大青少年学生阅读和收藏，其目的是使广大青少年学生在兴味盎然地领略宇宙世界未解现象的同时，能够加深思考，启迪智慧，开阔视野，增加知识，能够正确了解和认识各种未解现象，激起热爱科学和探索科学的热情，掌握开启科学世界的金钥匙，使我们真正成为世界的主人，成为科学的主人。
第一章 遥望浩瀚的宇宙
1.宇宙的命运
把宇宙当作一个整体来认真研究的宇宙哲学，可能对于我们这些生活在地球上的平凡人而言，还是一门崭新的科学，而在这门博大精深的科学中，我们对宇宙的最终命运之谜了解得最少。不过，人类现在已经发现了几条能够揭示宇宙命运的线索，这其中有一些线索能够给人带来希望，但另一些线索却让人感觉沮丧。
两条线索
好消息告诉我们，在短时间内人类是不会被宇宙“扫地出门”。宇宙非常至少能够把现在这种适于生命存在的状态再维持l000亿年。这相当于地球历史的2O培，或者相当于智人（现代人的学名）历史的5O0万倍。假如人类在公元1000亿年的新年到来之前就突然灭亡，并且不能放焰火庆祝新年的来临，那一定不能说是宇宙本身的错。
坏消息告诉我们，这世界上没有什么东西是能够永远存在的。宇宙可能不会消失，可是随着时间推移，它可能会让人觉得越来越“不舒服”，并且最终变得不再适于生命存在。计算这种情况何时会出现以及将会怎样出现确实是一门令人心情抑郁的科学，但是我们也不得不承认这项研究本身也有一种冷酷的魅力。从天文学家埃德温·哈勃1929年发现宇宙正在膨胀以来，经典的“创世大爆炸”理论经过了几十年的不断修改。根据这一理论，宇宙的最终命运将取决于两种相反力量之间的“拔河比赛”的结果。一种力量是宇宙的膨胀，在已经过去的10O多亿年的时间内，宇宙的扩张始终在使星系之间的距离拉大。还有一种力量就是这些星系与宇宙中全部其他物质间的万有引力：它好像一个制动器，可以使宇宙扩张的速度渐渐放慢。
其实，这个问题很简单，就像万有引力足够使扩张最终停止，那么宇宙就注定会发生坍缩，并最终变成一个大火球——同创业大爆炸相当，不过过程正好相反的“大崩坠”。假如万有引力不足以阻止宇宙的待续膨胀，那么它最终将变成一个令人感到“不快”的黑暗和寒冷的世界。恒星是通过使氢原子核（主要是氢和氦）发生聚变反应形成较重的原子核来产生能量的。如果恒星内部储存的氢和氦全部消耗完毕之时，而日渐衰老的恒星上燃烧的火焰会因为没有新的原子来替代将近消亡的原子而熄灭。与此同时，宇宙会慢慢衰变为一个一团漆黑的空间。
一个结局
由上述分析来说，每一种结局看起来都像在预示生命的死亡。假如宇宙的最终命运是熊熊大火，“大崩坠”就能熔化一切，甚至亚原子粒子也难逃厄运。另一方面，假如宇宙以无边的寒冷和黑暗而告终的话，宇宙中的生命形式就有可能存在很长一段时间——例如，智慧生命可以通过从洞中提取引力能来获得能源从而维持自己的生存。不过，在全部的物体都已经衰退到几乎相同温度（略高于绝对零度）的情况下，再想办法来保持生存，就好比是要用—池死水来推动水磨一样难办。
但是，人类的最终命运到现在还不能判定，原因就是我们还无法判断扩张和有行引力这两者究竟谁能取得最后的胜利。很多天文学观测的结果支持前者，但是目前仍然存在着许多不确定的因素。其中之一是令人大伤脑筋的“暗物质”问题。科学家们对星系运动方式的研究显示，星系中蕴藏着极大的非星系内部引力。从上述分析中，说明人类可以看到的恒星和星云不过只占宇宙物质总量的1%至10%。还有很多物质是看不到的，并且这些物质是不发光的。
现在，还无人能知道宇宙中这些暗物质究竟是什么。但一种可能性是它是由弱相互作用大质量粒子（wIMp）构成的。在我们能够确定暗物质的成分并用数学方法对其进行计算之前，以我们目前能够看到的一切为基础对宇宙的未来进行预测是绝对靠不住的，这就像是首先在乡村俱乐部对几个打高尔夫球的人进行民意测验，然后根据测验结果来预测全国大选的结果一样缺乏可信性。同时，讽刺文学作家和宿命论者对于这种“火或冰”的结局也感到了一种带有苦涩意味的满足，这充分反映出人类，思维意识的精髓：没有人可以活着脱离中活的苦海。而这正是使我对这一宇宙的最终命运产生怀疑的原因。人类在用科学方法研究宇宙哲学的过程中总出了很多重要经验：很多时候，宇宙的发展变化并不会跟着人业已确立的思维方式——来认识宇宙，人类需要转变新的思维方式。
在20世纪里诞生的概念，像爱因斯坦的弯曲空间、海森伯格的不确定原理等使我们的思维方式发生了重大改变，同时人们也认识到每时每刻都有数以万亿计的亚原子粒子在我们的身体里快速运动但却并未造成任何损害，这些都是现代宇宙哲学不可或缺的组成部分，所以我认为我们有理由假设在即将到来的新世纪里；人们将敞开大门接受一些更加奇异的概念。所以，我们也许可以从还没有打开的大门下面窥见门后放出的几道光线，但在这道光线的辅助下我们可能就会对宇宙的未来作出进一步的准确预测了不确定因素说到和宇宙终结命运有关系的一个不确定因素和膨胀理论有关，根据这一理论，宇宙始于—个像气泡一样的虚无空间，这个空间最初的膨胀速度要比光速快得多，宇宙学家之所以相当重视膨胀理论是因为这一理论解决了一些创世大爆炸理论的早期版本所无法解决的问题，此外，膨胀理论对于研究宇宙的最终命运也有—些启示作用。其中包括：最初推动宇宙高速膨胀的力量（有时根据它在爱因斯坦的广义相对论方程式中的代号用希腊字母入表示）在宇宙像“打嗝”一样膨胀结束之后也许并没有完全消退。它也许还存在于宇宙中，潜伏于虚无的空间，持续推动宇宙不断扩张，就像引导员在幕间休息结束后有礼貌地引导观众回到剧场一样。
科学家们通常对遥远的星系中正在爆发的恒星所做的观测证明，这种正在发挥作用的膨胀推动力有可能确实存在。假如果真如此，决定宇宙未来命运的拔河比赛就不但涉及宇宙的扩张和万有引力的制动作用，而且还和微妙的徘徊不去的膨胀推动力所产生的能够使宇宙无限扩张下去的涡轮增压作用有关。
不过，最能激发起人们兴趣的未知数可能是智慧生命本身在宇宙中所扮演的角色。就像物理学家弗田曼·戴森所说：“如果不将生命和智慧的作用考虑在内，对遥远的未来进行详细的预测是不可能的。”在这里，我们暂且不去评论它的好坏，地球很大的一部分的确已经被—种有实力为了自己的利益而操纵它的生存环境的智能物种所改变。
和这个比较相似，存在于遥远未来的先进文明也许有能力熔化很多恒星甚至整个星系，从而生起一堆巨人的“营火”，或者使宇宙的长期发展朝着对这—文明有利的方向前进。在宇宙逐渐衰亡的没落时期，生活可能会变得很枯燥乏味，不过这种生活也许会持续很长时间。试想一下我们能够看到的宇宙在未来1万亿年时间里可以动用多少天然智能和人工智能资源吧。分析一下，那种极速发展的智慧和以19世纪的热力学知识为基础、认为人类迟早会灭亡的观点到底谁能胜出呢？
因此，就让我们都拭目以待吧，就像爱因斯坦在写给一个对世界的命运感到忧虑的孩子的信中所说的：“至于谈到世界末日的问题，我的意见是：等着瞧吧！”
2.神秘宇宙“黑洞”的真面目
通常长期的持续观测，天文学家们发现，在宇宙中有一些引力很大却又无法看到任何天体的区域。通常，这种奇异天文现象有以下三个主要特征：
1.这些区域有极强的磁场和引力，不断吞噬很多的星际物质，某些物质在它周围运行轨迹也会同时发生变化，从而形成圆形的气体尘埃环；
2.它们有极大的能量，能够发出很强的各类射线辐射；
3.因为它强大的引力作用，光线在它周围就会发生弯曲变化。
就是这样，通过观测到的大量间接征兆能够证实它的存在，却不管怎样也无法直接看到它。于是一些天文学家想象的认为它是一种恒星塌缩后，质量、密度非常大的暗天体，美国的物理学家惠勒为它取了一个很有意思的名字——“黑洞”。
在今天这个宇航时代里，世界各国都已拥有各种先进的天文观测设备，比如大口径配有极灵敏接受器的光学望远镜，大型射电天文望远镜，突破了地球大气层包围的哈勃空间望远镜等。现在的天文观测，已经逐渐触及到距地球100亿光年以外的遥远天体，从河外星系到宇宙尘埃都能一览无余，甚至像几万公里外一支小蜡烛那么微弱的光也能观测到，而唯独对“黑洞”却无能为力，确有些不合逻辑。若它真是一种质量、密度极大，磁场、引力很强的“天体”，为何到现在都看不到它的真实面目呢？
原因非常简单，“黑洞”并非是真正的实体星球，而只是宇宙天体运动时产生的各种“磁场漩涡”现象，它的能量、射线辐射主要都是由磁场力作用产生的，因为它的构成物质密度非常稀薄，光线发射极其微弱，因此根本没有办法在远距离用光学仪器观测到它的形状，如果根据它的形态和性质来说，它倒的确可以说一个“黑暗磁场漩涡洞”。
我们假设“黑洞”是一种物质构成密度很大的“天体”，那么，在“黑洞”和物质密度相对较小的宇宙空间两者应该是有分界面的。根据光的反射、折射原理，当光投在两种物质的分界面时会有反射和折射现象的，这一点已经从宇宙中所有不发光天体都能够反光得到证实，无一例外。因此，从“黑洞”无法反射光线这一点说明“黑洞”尽管也有极强的吸引力，可是它的物质构成密度很稀薄，根本达不到反射光线的程度（并不是光线因为被它吸引不能脱离而不能反射）。
当光线和它相逢的时候，只得穿越而过了，看不到明显的光反射和折射现象。所以也就不能通过光学观测直接看到它的形状，而只能选择其他天文观测方式，通过“黑洞”快速旋转运动中产生的极强各类射线辐射来证明它的存在。在1992年的时候，科学家们通过哈勃望远镜上的高速光度计对天鹅座X-1的一批观察数据做分析时，发现了两个快速衰减且消失极快的紫外线脉冲阵列。这种现象与理论预言的物质落进黑洞视界时，释放辐射的特征正好是符合的。谈到光线在“黑洞”附近有可能发生弯曲的现象，是因为光波原本就是一种频率极高的电磁波，光现象本质其实就是一种电磁现象。因此，这种光线在“黑洞”附近因为受其磁场引力作用而产生弯曲现象是非常自然的。
宇宙中的任何天体都是不能独立存在的、任何物质之间都会有千丝万缕的相互内在联系。“黑洞”现象的出现绝对不是偶然的，而是在自然规律内物质循环演变过程中一个重要环节。整个自然界是由不断运动着的物质所组成，绝对静止的物质是不存在的，物质运动必然会产生磁场，天体和磁场是紧密相连的整体，因此只要有天体，它周围就存在磁场。不同类型的物质结构因为运动方向的不同，运动速度的差异，会产生很多大小不一、强弱各异的磁场漩涡，人们通常把这种磁场漩涡称作“黑洞”。通常较大的物质结构产生的磁场漩涡较大，例如星系中心的“黑洞”（银河系中心）；较小的物质结构产生的磁场漩涡也较小，例如恒星之间的“黑洞”（天鹅座X-1）。
在自然界，对物质能量大小起决定性作用的有两个重要因素：一是物质的质量；二是物质的运动速度。因为磁场具有力和能的特征，所以“黑洞”尽管构成物质密度很小，但由于它有很快的旋转运动速度，当组成它的物质凝聚向一个方向作有序运动时，便产生极大的能量和极强的引力。在宇宙中，有一些分散的呈气态的氢、氧类物质和呈固态的硅、铁类尘埃物质，通常受“黑洞”吸引力的作用，在“黑洞”附近运动方向发生变化，向它的中心高速旋进，逐渐形成围绕“黑洞”中心运动的圆形气体尘埃环。“黑洞”尽管无法直观地看到，却能够通过它向外发出的各类射线辐射现象提示它的形态。国外曾经有报道，哈勃望远镜已经拍摄到“黑洞”周围边缘呈现出翘曲状的尘埃圆盘，这些都形象的证明了“黑洞”的漩涡性质与真实形态及漩涡，通常都是呈漏斗状的特点。
事实上，宇宙中各类“黑洞”的运动形态和形成原理就像我们用肉眼能够看到的许多自然涡流现象一样。比如地球上大气运动产生的热带气旋——“台风”，在“台风”外围是急速旋转的气流形成的急风暴雨区域，能量很大，而在空气涡流中心区域——“台风眼”，因为空气稀薄，压力相对很小，对周围产生强大吸引力，所以气流不易进入，反而是风平浪静的区域，从卫星图上能够清晰地看到“台风”的圆形漩涡状云团。另外，还有江河湖海中的水涡流也是圆形漩涡状的，水涡流同样有很大的能量和吸引力，当物体接近时会被吸引进漩涡之中。“黑洞”，其实就和“台风”、“水流漩涡”这样能够直观看到的涡流现象很像，可以说是宇宙中物质运动的产物。它的巨大能量和引力主要来自物质急速运动产生的磁场。
所谓“黑洞”中心，是指那些外界物质不容易进入、有形物质又很少的区域。因此，在“黑洞”的中心都是空白区域。由于它对四周物质的吸引力在每个方向几乎都是均匀的，通常在“黑洞”周围物质运行的轨迹都是圆形漩涡状的。因为“黑洞”物质分布密度都不相同，它的周围通常还会伸出一些旋臂（如可见的星系旋臂），从而造成同方向辐射强弱程度不同的射线脉冲现象（即脉冲星）。
通常情况下，在“黑洞”引力吸积过程中，物质的数量和密度持续在增加，磁场漩涡范围会相应增大，能量和引力显著增强，而且会吸引更多的物质，这样像滚雪球一样不断发展。当“黑洞”周围物质达到相当体积和密度时，对光的反射、折射作用逐渐加强，到了某种程度就发展成为能够通过光学望远镜直接观察到的有形天体——“星云”，正是从恒星级“黑洞”中孕育出新生的天体“星云”。这种初期的有形天体多数是呈环状（环状星云），它的构成物质相对较稀薄，因此，形状是很模糊的。就这样，随着“星云”体积的不断膨胀，于是就有了几十亿年以上向“恒星”发展的演变进程。
总结一下，宇宙中全部天体的存在形式和演变过程，都是由自然规律所决定的，“黑洞”也一样。一旦我们通过表面现象揭示出它的本质和与自然规律的内在有何联系，包括“黑洞”在内的各种神秘天象就很容易解释清楚了。
3.宇宙反物质之谜
大家都知道，我们的这个世界是由物质组成的，而物质则又是由原子、分子等微观粒子所构成的。但是反物质却是相反的，它是由原子、分子的反粒子，也就是反原子和反分子所构成。所以，这里所谓的反物质指的就是具有和物质完全相反的性质。
反物质，这个定义被提出已经很久，不过这首先要从正电子的预言和发现说起。最早在1928年的时候，英国物理学家狄拉克在试图把20世纪最重要的原理——相对论和量子力学结合起来的实践中发现了这一现象，并且预言了正电子的存在。而所有这一切都是由狄拉克所建立的相对论波动方程中得出负能量值的解引起的。在对这个方程求解的过程中，狄拉克一共得出了4个描述电子内部状态的解，用来说明电子应当具有4个内部状态。其中两个状态能够用电子的自旋及自身磁矩的存在加以解释；不过对于方程的另两个附加解的求解过程中得到的负能量值的解得出了奇怪的结论。
由上述可知，假如一个电子真的可以存在于负能状态，那么，它就不可能因为和其他粒子相碰撞而慢慢减速并最终停停止，而是越加速越快，直到它的速度达到光速。不过，从相对论方程的分析中能够清晰地知道，这种性质是实现不了的。所以，狄拉克提出了他非常著名的那个假设。
他做出的假设是这样的：我们日常所说的真空，事实上并非是真空的，而是所有负能级上都有两个电子的一种系统，因此，真空中是可以有无穷数目的电子，而且全部负能级都被电子占满了。按照泡利汀容原理，电子不可能跳跃到某个已被占满的负能级，因此它不得不留在正能级区听之任之一个能级上。所以，一定是处于负能级的电子在受到激发后朝正能级跃迁。在这个过程中，就像电子由正能级跳跃到负能级上的反过程，通常只要是有能量大于能级的光子激发，是非常有可能发生的。
假如它真的发生了，那么这个具有正能量的电子，就会使其跃迁出的负能级位置上出现一个空穴。如何来解释这个空穴呢？以下不妨举例说明，如果我们手上系着几个充满氢气的气球，那么手就会感觉到有一个向上的拉力，若是突然其中一个气球的线断了，我们立马就会感受到向上拉的力减小了，从反面来讲，我们也可以解释为是多了一个向下拉的力。同样的道理，在负能级状态缺少一个电子的空穴行为，就好像在那个地方产生了一个有正能量的带正电的粒子，这个粒子就是我们所说的正电子。
按照上述的推理，人类就是第一次从理论上预言了反粒子的存在。接下来在1932年的时候，卡尔·安德生通过对宇宙射线的威尔逊去层实验发现并证实了正电子的存在。继安德生发现正电子后，1955年张伯莱发现了反质子，1956年又发现了中子。在20世纪60年代左右，又随后发现一系列反粒子，接连发现反粒子使人们联想到是否所有的粒子都有和它相对应的反粒子呢？
紧接着，人们在其后所进行的一系列实验中发现，除去光子等少数粒子的反粒子是它的本身外，几乎所有粒子都有反粒子。人类自古就相信宇宙是对称的思想，不禁又使人们想到了既然粒子能组成物质，那么反粒子为何不能组成反物质呢？就目前为大众所公认的宇宙起源的大爆炸理论中则很明确地提出了的确是存在反物质的，并且还预言宇宙中应该存在存在等量的物质与反物质。
不过，探索反物质的道路是漫长而又艰难的。从发现第一个反粒子到现在已将近70年，在这中间人们也仅是从实验中获得了一些反粒子，并且最近几年才人工合成了第一反原子——反氢原子。而对于能构成反物质的其他各类反原子、反分子都还一无所获，更谈不上反物质了。产生这些困难的原因在于人们发现的反粒都是从宇宙射线路获得的，而宇宙射线到达地球首先要穿过厚达3000千米～4000千米的大气层，因此射线中的绝大部分反粒子在到达地球前都已与大气层中的粒子中和了。所以人们所能探测到的反粒子就极为微少了，并且反粒子都非常不稳定，极易与周围物质粒子发生湮灭。
因此，科学家们的观点是现在我们所处的这个物质世界中是不可能存在反物质的，就算存在也会很快和周围物质相中和。所以，只能把探寻反物质的希望寄予宇宙空间。在宇宙空间深处可能存在一个与物质世界完全相反的空间，在那里会存在大量的反物质，基于这一考虑，许多国家的科学家们数年共同努力下，“阿尔法磁谱议”终于升入太空。经过10天的太空航行后，它将对宇宙中是否存在反物质做初步探测。到2002年的时候，“阿尔法磁谱仪”就会被放置到新组建的“发现号”空间站，从此开始对反物质的大规模探测。
在现实中，如果反物质被探明是真实存在的，那么，这将会是对在此基础上建立起的现有宇宙起源论及相对论量子力学理论的最有力的实验验证。我们都知道根据爱因斯坦质能方程E=mc2，物质减少的质量将会转化为能量。现在的核反应正是利用了这一点，但核反就不能使质能完全转化；而物质与反物质相中和，因其产生出的是零质量的r光子，因此它的质量就会完全转化为能量。1千克铀235完全裂变释放出的能量相当于2000吨优质煤完全燃烧时所放出的化学能。而同等质量的物质与反物质中和放出的能量则是铀235的3200多倍！因此探索反物质对于能源相对短缺的现代社会亦有着重要大意义。如果一旦探测结果证明宇宙中并没有反物质。那么，这就会是对现有理论的一个不对理论物理的基础进行最大的修改。
4.太阳的真面目
在宇宙天体中，太阳是最引人注目的。人们虽然同太阳几乎天天见面，但由于它时刻发射着刺眼的光芒，却很难看清它的真面目。那么，今天就让我们一起来看一看太阳的真面目吧。
太阳距地球大约有1.5亿公里。可不要小看这个数字，它却离我们这个地球很遥远，如果我们乘坐每小时2000公里速度的超音速飞机奔向太阳，也得花8年半的时间才能到达。太阳发出的光，以每秒30公里的速度传播，到达地球也得8分20秒钟。也就是说，我们在地球上任何时候看到的太阳光，都是太阳在8分20秒钟以前发出来的。
太阳的大是难以用语言来形容的，相信只有数字才能真正体现出到底有多大。太阳的直径为150万公里，是地球直径的109倍。如果把地球设想为一个软泥球，那么就需要有130万个这样大小的泥球搓在一起，才能搓成与太阳一般大的球。
或许，有人会问，这么巨大的球体，究竟是什么东西构成的呢？我们可以通过太阳清晨初升时，那一轮红日的样子，以及它散发出的巨大热量，联想到它像一个被烧得火红炽热的铁球。但是让人意想不到的是，太阳从表面到中心全都是由气体构成的。其中，最多的是氢和氮之类的轻质气体。当然，并不是说，其中就没有铁和铜之类的金属。据科学预测，太阳表面的温度就有摄氏6000度，中心温度更高，可达摄氏1500万度左右。在这样惊人的温度之下，任何东西都会被化成气体。据光谱分析，太阳中除了大量的氢，还含有氦、氧、铁等70多种元素。太阳虽然完全是由气体组成的，可是气体在高温高压之下，越到内部被挤压得越紧密，在中心部分气体的密度竟比铁还大13倍。太阳的重量相当于地球的33.3万倍。
我们知道，太阳是由气体构成了，那么，它为什么不向四面八方的宇宙空间逸散呢？这是因为太阳的质量很大很大，而且它本身有着强大的引力，这样就会紧紧地拉住要逃散的气体。其实，太阳在这一点上和地球一样，地球自身有很大的引力，把其周围的大气圈紧紧拉住，而不会散失一样。
太阳空间是什么样子呢？也许有人会答，是一个发光的圆球。其实，人们用肉眼看到的那个发光的圆球，并不是太阳的全貌，而只不过是太阳的一个圈层。人们把太阳发出强光的球形部分叫做“光球”。通常人们所能看到的只是这个光球的表面。在光球的表面，常常会出现一些黑色的斑点，这是光球表面上翻腾着的热气卷起的漩涡，人们称它为“黑子”。这些黑子的大小不一，小的直径也有数百到一千米，大的直径可达10万公里以上，里面可以装上几十个地球。黑子有的是单个的，但一般情况都是成群结队出现的。在这里，我们所说的黑子，其实它并不黑。黑子的温度高达摄氏4000度到5000度，也是很亮的。那么，为什么叫它黑子呢？这是因为光球表面的光比黑子更亮，所以在光球的衬托下，它才显得暗。
在太阳光球表面上，我们还可以看到无数颗像米粒一样大小的亮点，人们称它们为“米粒组织”。它们是光球深处的一个个气团，被加热后膨胀上升到表面形成的，它们很像沸腾着的稀粥表面不断冒出来的气泡。这些“米粒”的直径平均在1200公里左右，相当我国青海省那么大。由此可见，光球的表面并不是很平静，如果说米粒组织是光球这一片火海上汹涌的波涛，那么黑子就是太阳上巨大的风暴。
太阳光球外面的部分是我们用肉眼看不见的。只有当日全食时，光球被月亮遮住了，变成了一个黑色的太阳，我们才能看到紧贴光球的外面，包着一层玫瑰色的色环，厚度大约有1万公里。人们把包在光球外面的这个圈层叫做太阳的“色球层”。色球层相当于太阳的大气部分。如果再仔细观察，就会发现像火海一般的色球层表面，往往会突然向外喷出高达几万公里的红色火焰，其火焰的形状有时像一股股喷泉；有时则呈圆环状；还有的呈圆弧形；也有的像浮云一样漂浮在色球层的上空。我们把这种现象叫做“日珥”，其实它就是温度很高的气团。
在色球层和日珥的外围，还有一层珍珠色的美丽光芒，我们称它为“日冕”。日冕逐渐过渡到星际空间，外边界难以确定，它可向空间延伸百万公里。日冕也没有一定的形状，它的高度和形状都随着光球上黑子出现的多少而变化。日冕也发光，但比太阳本身要暗淡得多，所以通常看不见它，只有在日全食时，才能看到。日冕也叫做太阳白光，是一种稀薄的气体，扩散在太阳周围。这种气体也和光球一样，绝大部分是氢气，掺杂着一些氦气。同样，日冕的温度也很高，大约有100万摄氏度。
太阳是太阳系的中心，但它并不像哥白尼说的那样是静止不动的。太阳除了围绕银河系的中心公转，还不停地自转。但是，由于太阳是个气态球，它的自转不像固态的地球那样整体旋转。人们通过观测太阳黑子的移动，知道太阳赤道附近转得快，越接近两极转得越慢。可见，太阳表面各处自转的周期是不一样的。在赤道上，太阳自转一周需25天（地球日），在纬度45度处则需要28天，在纬度80度处需要34天。
我们知道，太阳表面的温度很高，人类的任何探测器都无法靠近它。我们现在所了解的，只是通过光谱分析所得。所以说，对于今天的我们来说，还没有完全揭开太阳的真面目。
5.太阳系的起源
太阳也有自己的系，那就是太阳系，而太阳是太阳系的中心。那么，太阳的起源究竟在哪里呢？我们可能从一些科普书上有个大概的了解。现在，就让我们一起来系统地了解一下太阳系的起源吧。
1543年，波兰科学家哥白尼在《天体运行论》中提出了日心学说。随后，哥白尼的这种无畏的科学精神一直在鼓励着人们对太阳系的认知和对自然界本原的探索。
1644年，法国科学家笛卡尔（R.Descartes）在《哲学原理》中认为，太阳系是由物质微粒逐渐获得漩涡流式运动而形成太阳、行星及卫星的。
1745年，法国博物学家布封（G.L.L.de.Buffon）在《一般和特殊的自然史》中第一次提出灾变说。他认为，质量巨大的物体，如彗星，曾与地球发生过碰撞，太阳物质也飞散出太空，后来才形成了地球与其他行星、卫星。
1755年，德国天文学家康德在《自然通史与天体理论》提出系统学说，星云假说。太阳系是一团弥漫星际物质，在万有引力作用下聚集而成。太阳系的中心就是太阳，由于斥力的增加，使得周边微粒在斥力的作用下形成团块，小团块再形成行星、卫星。
1796年，法国天文学家拉普拉斯（P.S.deLaplace）在《宇宙体系论》也提出了星云说。他认为，太阳系所有天体是由同一块星云形成。原始星云是气态，温度很高，并且在缓慢自转着。而后，星云逐渐冷却、收缩；随之自转加快，使星云越来越扁，当离心力超过向心力时，便分离出旋转气体环。再次重复，继而生成多个气体环。这样就在星云中心形成太阳，而各环则形成行星，热的行星同理形成卫星。
在科学界，人们将早期的星云说统称为康德—拉普拉斯说。这一学说在十九世纪占据太阳系起源的统治地位。由于该学说不能解释行星排列的质量分布问题和太阳系角动量特殊分布问题而遇到了困难。因此，人们又将目光转向了灾变说。
1900年，美国地质学家张伯伦（T.C.Chamberlain）提出了关于太阳系起源的星子说。随后，摩尔顿（F.R.Moulton）发展了这一学说。有一颗恒星曾经运动到距离太阳几百千米处，使太阳正、背面产生巨大潮汐，而抛射出大量物质，凝集成小团块质点，称为星子。星子是行星的胚胎，而后聚合成行星和卫星。后来，金斯（J.H.Jeans1916）提出的“潮汐假说”与上面提出的星子说略有相同。
关于太阳系起源的假说，真可谓多种多样。这也说明了人类始终都没有放弃对太阳系的探索。二十世纪以来，人们的天文学知识越来越丰富。并且认识到，在广阔的宇宙中，发生恒星相遇情况的可能性极小。五十年代以后，科学家们又提出了许多新的学说，这些学说大部分都是以星云假说为基础的学说。下列是六个影响最大的学说：
1.卡米隆（A.G.W.Cameron）学说。卡米隆的这一学说主要是从力学、化学等方面对地球起源进行了认真地探讨，并通过湍流粘滞理论计算了星云盘的演化。
2.戴文赛学说。五十年代，戴文赛提出了角动量斥力圆盘理论。
3.萨夫隆诺夫（В.С.СаФронов）和林忠四郎（C.Hayashi）的学说。他们的这一学说主要是湍流形成圆盘、环的理论。
4.普伦蒂斯（A.J.R.Prentice）—新拉普拉斯说。他提出了新的冷星云湍流说。
5.乌尔夫逊（M.M.Wolfson）的浮获说。他提出了小质量恒星天体相遇灾变说。
6.阿尔文（H.Alfvén）的电磁说。这一学说是以太阳早期存在强磁场作用的行星形成理论的。
以上这些理论各具特色。但是，一直都没有得到公认。那么，能够令人信服的太阳系起源说必需阐明下列主要问题：
1.原始星云的由来和特性。
2.原始星云或星子的形成过程。
3.行星的形成过程。
4.行星轨道的特性：共面性、同向性和近圆性。
5.提丢斯—波得（Titius～Bode）定则。
6.太阳系的角动量分布。
7.三类行星：类地、巨行、远日行星的大小、质量、密度方面的差别。
8.行星的自转特性。
9.卫星及环系的形成。
10.小行星的起源。
11.彗星的起源。
12.地-月系统的起源。
自从八十年代后期以来，科学家们对太阳系起源也就有了一个倾向性的认识。我们将这个倾向性的认识合理地细分为若干个演化阶段，加上深入地分析。这样以来，太阳系的起源问题就能够很清晰地展现在人们面前。
6.月球的起源和演化
对于月球究竟是如何起源的这一问题，有科学家提出月球是地球早期与另一个天体发生激烈碰撞产生的。换句话说，月球是在一次“大撞击”之后，从母体地球中撕掏出来的一块而形成的。关于月球起源的假说有很多种，归纳起来大致可分为四种，即共振潮汐分裂说、同源说、浮获说和撞击成因说。
1.分裂说
这种假说坚持月球是地球的亲生女儿观点，即认为月球是从地球中分裂出来的。坚持这一假说的科学家认为，在地球形成的早期，地球呈熔融态，由于潮汐共振作用，地球自转不稳定，即使只考虑地球和月球的角动量，当时地球自转的周期也仅有4小时，加上太阳的潮汐作用，地球的自转周期可缩短到2小时。因此这类科学家相信，在历史的早期，地球的自转速率比现在要高得多。
假设当初的地球是熔融状态，那么地球物质在地赤道面上将会出现一个膨胀区，使在赤道面上的一部分熔体分离，或者说在地球高速自转情况下，这部分熔融物质从赤道区被甩了出去。而月球正是这部分被甩出去的物质在地球附近的行星际空间凝聚，冷凝后形成的。一些持这种假说的人还认为，地球上的太平洋就是分裂出月球后留下的“疤痕”。由于这种假说提出月球是从地球分离出去的，因此这种假说被形象地比喻为“母女说”。不过，由于这种月球形成假说不符合地月系的基本特征，因此这一假说已经被大多数科学家所摈弃。
2.同源说
这一假说坚信月球与地球是平等的姐妹或兄弟的关系，即在太阳星云凝聚过程中，月球与地球同时形成。
坚信这一假说的科学家认为，在原始的太阳星云内，星球与太阳的距离取决于其自身的温度和化学成分。太阳系的各个行星是在星云中不同的区域、由不同化学成分的星云物质凝聚、吸积而形成的。月球与地球在太阳星云中相距较近，形成过程相似，属于同时形成的“兄弟”。但同源说及其模式与太阳星云的凝聚过程和地月系的运动特征不完全相符，因此这一假说也是不尽如人意的。
3.俘获说
俘获说认为月球是被地球抢过来的“女儿”。主张俘获说的科学家们认为，地球和月球处在太阳星云的不同部位，由化学成分不同的星云物质凝聚而形成。月球原来的运行轨道与地球的轨道面交角很小（约5度），当月球运行到地球附近时，约在距离为10个地球半径的范围内，月球可能被地球俘获而成为地球的卫星。不过，这一假说只能解释部分观测事实，不能完全令人满意。于是，仍有许多科学家不断地另辟蹊径，以提出新的假说。
4.撞击说
撞击成因说是最新提出的一种假说，一经提出立刻引起了科学界人士的极大关注。因为这一假说能解释更多的观测事实，是目前最合理的月球起源假说。
撞击成因说的另一种叫法是“大碰撞分裂说”。这一假说认为，地球早期曾受到一个如火星大小的天体的撞击，撞击的碎片（即两个天体的硅酸盐幔的一部分）最终形成了月球。撞击成因说可以合理地解释地月系统的基本特征，如地球自转轴的倾斜与自转加速、月球轨道与地球赤道面的不一致、月球是太阳唯一的与主行星质量比为1/81的卫星、月球富含难熔元素而匮乏挥发性元素和亲铁元素、月球的密度比地球低以及月球形成初期曾产生过广泛熔融、存在过岩浆洋等事实。因此这一假说是目前最为合理、最为成熟的月球起源学说。
从大量的观察和登月活动来看，从目前来看，月球表面并不存在生命的迹象。那么月球的表层下到底是一个怎样的世界呢？是否真的存在一个“生命世界”呢？
瓦西里和晓巴科曾是前苏联著名的天体物理学家，他们曾大胆提出这样一个假说。他们一致认为，月球可能是外星人的宇航站，月球是空心的，在它的表层下存在一个极为先进的文明世界。这种胆大且离奇的假说一经提出，立即震惊了科学界，并引起了巨大的震动。
在这一假说提出后，科学家很快联想到在1969年7月“阿波罗”在探月过程中曾发生过的一件事。当时当两名宇航员回到指令舱后，登月舱突然失控坠毁在月球表面，设置在里坠落点72公里处的地震记录仪，记录到了长达15分钟的震荡声，这种声音犹如一只大钟和大锣鼓所发出的声响。在“阿波罗12号”探月时，碰撞月球所发出的回声持续了4小时。如果说月球是实心的话，那么这种声音最多也只能持续一分钟左右。另外月震的震级很弱，但震动持续时间却很长。这一切的事实似乎证实了“月球是空心的”这一假说。
然而，又有科学家提出了质疑，他们认为，月震持续时间之所以比地震长，是因为月球上没有水和表面松散的沉积层。而地球上正是因为有水和松散沉积层对地震有一定的吸收作用，才使地震波很快衰减。还有科学家认为，月球并非是空心的，其内部是由月核，月幔，及月壳组成的，和地球的内部结构完全相同。
7.月球上存在最古老的岩石
科学家推测了地球的年龄可能是在45亿年左右，但是在地球上所找到的最古老的岩石的年龄约在38亿年。在2009年，加拿大的科学家在美国《科学》杂志上宣布在加拿大魁北克省北部哈得孙湾东岸发现了地球上最古老的岩石，年龄约在42.8亿年。根据同位素方法分析，在月球上发现的最古老的岩石年龄约为42亿年～43亿年。着不仅为人类研究月球历史提供了很好的信息，还为人们研究太阳及其他的早期的演变进程提供了一条很重要的科学信息。
在月球上，月壳高地是月球上最古老的单元，一般它们都是环绕月海盆地边缘分布。在月壳高地的主要的岩石类型就是斜长形岩石，它含有丰富的镁的结晶岩石和丰富的钾、稀土元素和磷的克里普岩石。克里普岩在月球上分布很广泛，是岩浆分异或残余熔浆结晶形成的富含挥发组分元素的岩石，也被称为“月球上的花岗岩”。据科学研究表明：月球高地区域月震资料、月面轨道测定的数据和月岩样品的结晶石推测出月壳平均厚度为60千米，几乎占据了整个月球体积的10%左右。
许多人认为月球的岩石圈和地球的岩石圈的构造基本上应该是相同的，其实不然，月球岩石圈与地球的岩石圈有很大的差异。月球的岩石圈从月表一直延伸到1000千米的深度，而地球岩石圈仅厚100千米。由于它的体积很小，所以月球上的岩石很厚。
以前科学家们对月球表面的研究一直致力于月球上的岩石圈有多厚。直到20世纪后半叶，随着航天技术的发展，人类发射了大量的月球探测器，后来随着美国阿波罗载人登月计划和苏联月球探测计划的实施，使人类能够对月球的地质和构造等一系列问题，进行全面而系统的研究，并采回大量的月球岩石标本进行详细的分析。并将研究的结果公布于世，今天的我们已经可以了解到月球的基本构造了。
8.研究月球的脆弱大气
对人类来说，到现在为止，月球仍是一座充满了谜团的鬼城。月球上除了业已废弃的阿波罗月球车或者是布满尘埃的登月舱底逗留着，它们是过往人类活动的无声证明，其他的则几乎没有任何活动现象。在这些年里，也许只有偶然的小行星撞击才能把这延续了几十年的深邃寂静打破。
但是也正是这样的寂静给了科学家探索月球的提供了一个重要的机会。现在，月球稀薄的大气相对处于未被打扰的状态。不过这不会持续太长时间了。NASA计划派人返回月球，而人类的活动会扬起尘埃，喷出火箭的尾气，并将其他气体释放到月球大气中。由于月球的大气十分稀薄，这些意外地干扰很快就会掩盖其自然组分。
由于月球大气保持着相对自然的状态，于是给了人们观察它的时间和机会。所以研究人员正在建造一架名为月球大气与尘埃环境探测器（Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer，缩写为LADEE）的设备，它将环绕月球运行，并更好地测量其稀薄的大气。加州莫菲特场（Moffett Field）NASA艾姆斯研究中心的安东尼·科拉佩雷特（Anthony Colaprete）说：“月球大气是一个非常脆弱的系统。我们尽量要在干扰过多之前就了解它的原始状态。否则，一旦人类开始了频繁的月球生活和工作，我们就很难研究它了。”
其实所谓的月球大气，因为其非常稀薄，技术上人们都认为这是外逸层，而非真正的大气。科拉佩雷特说：“这与我们所认为的大气完全不同。”举例来说，海平面上每立方厘米的大气包含大约一万亿亿个分子。同样体积的月球外逸层只有大约100个分子。实际上，月球外逸层过于稀薄，其中的分子几乎不会彼此相碰撞。月球外逸层中的分子与地球大气分子不不同，它们是在自由的飞行，并与遵微观炮弹十分相似。
然而月球的外逸层还有更古怪的地方，就是在月球的夜间，外逸层几乎落回到了月表。我们可以想象一下，如果地球大气晚上会落回地表会是什么样的情形！）当月夜结束，阳光重新回归时，太阳风打出了新的粒子，补充着外逸层。
在1968年NASA的探测者7号多次在月夜来临后拍摄到了“地平线辉光”。研究者现在确信，这样的辉光是月球表面之上漂浮的带电月尘散射太阳光导致的。同样，强烈的紫外阳光将电子从月球土壤中的粒子剥离，使得这些粒子带电并浮到空中。而这些带电尘埃粒子之所以能浮起到月表的几千米高空外，都是周围的电场所致。这些飘浮起来的带电粒子正是形成外逸层中的重要部分。
而对于登月的宇航员来说，他们不得不在这样奇异的环境下进行生活和工作，因此各界的科学家都希望能够得到有关外逸层及其怪异行为的更好图景。浮起的尘埃可以进入仪器设备、宇航服以及计算机中，导致硬件损坏，缩短使用寿命。实际上，月尘给阿波罗计划的宇航服带来了巨大的破坏，当返回地球的时候，它们几乎已经变成破衣烂衫了。如果能够知道有多少尘埃漂浮在外逸层和它们的行为如何，那么对工程师们设计下一代的登月设备是极有帮助的。
对科学界来说，研究月球的外逸层化学成分是具有极高的内在科学价值的。但除此之外，如果还能了解到外逸层中化学物质的运动，这将有助于回答一个人们有着强烈兴趣的问题：月球是如何保存冻结水的？有迹象表明，月球可能在深深的黑暗极地环形山中保存着水冰。在月球表面上，强烈的阳光会很快使冰升华，水蒸气逃逸到宇宙空间。但是环形山本身就很深而黑暗，如果再结合缺乏阳光就会导致难以想象的寒冷，这样就能为水冰提供一个安全的避难所。
有这样一个流行的观点，在远古时代含冰的彗星在一系列地碰撞中将水带给了月球。但是还有一个问题：哪怕彗星纯粹出于运气而撞击在某个黑暗的极地环形山上，撞击产生的热量也会将大部分冰升华掉。那么为什么可以积累如此大量的水冰呢？假设彗星撞击月球后，会在暴露的月表留下一些H2O分子。根本上说，这些水分可以跳跃到安全的地方而保存下来。水分子可以逃逸到外逸层中，“跳”过月球表面，随后在外逸层喘息的时候重新被月表俘获。单独的水分子可以这样运动，直到降落在某个黑暗的极地环形山内，在那里积累成冰。
9.金星
——太阳系中温度最高的行星金星（Venus）是太阳系中八大行星之一，它是离地球最近的行星。中国古代称之为长庚、启明、太白或太白金星。公转周期是224.71地球日。夜空中亮度仅次于月球，排第二，金星要在日出稍前或者日落稍后才能达到亮度最大。它有时会黎明前出现在东方天空，被称为“启明”；有时黄昏后出现在西方天空，被称为“长庚”。
金星是除了全天最亮的太阳和月亮之外最亮的行星。它的亮度最大时为-4.4等，比著名的天狼星（除太阳外全天最亮的恒星）还要亮14倍，就像一颗耀眼的钻石。古希腊人称它为阿佛洛狄忒（Aphrodite）——爱与美的女神，而罗马人称它为维纳斯（Venus）——美神。
在太阳系中仅有两个行星是没有天然卫星的，这两个行星分别是金星和水星。因此金星上的夜空中没有“月亮”，最亮的“星星”是地球。由于离太阳比较近，所以在金星上看太阳，太阳的大小比地球上看到的大1.5倍。有人称金星是地球的孪生姐妹，确实，从结构上看，金星和地球有不少相似之处。金星的半径约为6073公里，只比地球半径小300公里，体积是地球的0.88倍，质量为地球的4/5；平均密度略小于地球。但两者的环境却有天壤之别：金星的表面温度很高，不存在液态水，加上极高的大气压力和严重缺氧等残酷的自然条件是河能有生命的存丰。因此，金星和地球只是一对“貌合神离”的姐妹。
金星周围有浓密的大气和云层，这些云层也为金星罩上了一层神秘的面纱，要想穿透这层面纱看到金星的本来面止，就只有借助于射电望远镜。金星大气中，二氧化碳最多，占97%以上。同时还有一层厚达20到30公里的由浓硫酸组成的浓云。金星表面温度高达摄氏465至摄氏485度，大气压约为地球的90倍（相当于地球900米深海中的压力）。
金星的自转很特别，它是自东向西自转的，与其他行星的自转方向是相反的，而且它是太阳系内唯一一颗逆向自转的大行星。因此，在金星上看，太阳是西升东落。它的一个日出到下一个日出的昼夜交替只是地球上的116.75天。金星绕太阳公转的轨道是一个很接近正圆的椭圆形，且与黄道面接近重合，其公转速度约为每秒35公里，公转周期约为224.70天。但其自转周期却为243日，也就是说，金星的自转恒星日一天比一年还长。不过按照地球标准，以一次日出到下一次日出算一天的话，则金星上的一天要远远小于243天。这样的缘故是因为金星是逆向自转的。
相传，金星逆向自转现象是很久以前与其他小行星相撞而造成的，但并未得到证实。金星除了这种不寻常的逆行自转以外，还有一点不寻常，那就是它的自转周期和轨道是同步的，这么一来，当两颗行星距离最近时，金星总是以同一个面来面对地球（每5.001个金星日发生一次）。这可能是潮汐锁定（tidal locking）作用的结果，当两颗行星靠得足够近时，潮汐力就会影响金星自转。不过也可能是一种巧合。
10.天王星
——躺在轨道上运行的行星天王星是太阳系八大行星之一，以离太阳由近至远的次序为第七位。天王星是在1781年由英国天文学家赫歇耳发现。它与太阳平均距离28.69亿千米。直径51800千米，平均密度124克/厘米3，质量8742×1028克。公转周期84.32年，自转周期239小时，为逆向自转。表面温度约-180℃。有磁场、光环和十五颗卫星。在八大行星里，它与海王星属于冰巨星一类，其原因是因为它拉大气构成与巨大气体巨星构成完全不一平。
天王星大气的主要成分为氢和氦，另外还包含了由水、氨、甲烷所结成的“冰”和可以察觉到的碳氢化合物。他是太阳系内温度最低的行星，最低的温度只有49K，还有复合体组成的云层结构，水在最低的云层内，而甲烷组成最高处的云层。它和其他的大行星一样，有系统、有磁场和许多卫星。它系统非常独特，它的自转轴斜向一边，几乎是躺在公转太阳的轨道平面上，因而两极也躺在其他行星的赤道位置上。
在西方文化中，天王星是唯一一颗以希腊神祗命名的行星，而太阳系中的其他行星都是根据罗马神祇命名的。从地球看，天王星的环像就像是标靶的圆环，而它的卫星就好像是钟表的指针。在1986年，来自旅行者2号的影像显示天王星实际上是一颗平凡的行星，在可见光的影像中没有像在其他巨大行星所拥有的云彩或风暴。然而，近年内，随着天王星接近昼夜平分点，地球上的观测者看见了天王星上的季节的变与天气活动，它风速可以达到每秒250米。
对于气体巨星和冰巨星的形成，有些论点认为它们刚形成的时候就有差异的存在。太阳系的诞生应该开始于一个气体和尘土构成的巨大转动的球体，也就是前太阳星云。当它凝聚时，就会逐渐形成盘状，然后在中心的崩塌形成了太阳。星云气体，主要是氢和氦，然后与尘土结合就形成了第一颗原行星。在行星成长的过程中，有些累积到足够的质量，能够凝聚星云中残余的气体的就开成了气体巨星。冰巨星是由于气体只有几个地球的质量，没能达到这个临界点。目前，太阳系形成理论遭遇了困难，有人认为天王星和海王星如此远离木星和土星，而且他们也太大了，因此在那个距离上无法取得足够的材料来形成。不然也有科学认为在离太阳较近的位置形成之后，它们才被木星驱赶到外面的。然而，经过最近的模拟，并将行星漂移计算在内，似乎能在他们现存的位置上形成天王星和海王星。
天王星的在行星之前就已经被观测了多次，人们把它当作恒星来看。而天王星的发现，最早的纪录可以追溯至1690年，约翰·佛兰斯蒂德在星表中将他编为金牛座34，并且至少观测了6次。法国天文学家Pierre Lemonnier在1750至1769年也至少观测了12次，包括一次连续四夜的观测。威廉·赫歇尔在1781年3月13日在索美塞特巴恩镇新国王街19号自宅的庭院中观察到这颗行星（现在是赫歇尔天文博物馆），但在1781年4月26日最早的报告中他称之为彗星。赫歇尔用他自己设计的望远镜对这颗恒星做了一系列视差的观察。他在他的学报上的纪录著：“在与金牛座成90°的位置……有一个星云样的星或者是一颗彗星。”在3月17日，他注记着：“我找到一颗彗星或星云状的星，并且由他的位置变化发现是一颗彗星。”最后他半角发现交给皇家学会，虽然他认为那颗比较像行星，但他还称它为彗星。
威廉·赫歇尔是天王星的发现者，它是一个很快被天体所接受的一颗行星。在1783年，法国科学家拉普拉斯证实赫歇尔发现的是一颗行星。赫歇尔本人也向皇家天文学会的主席约翰·班克斯承认这个事实：“经由欧洲最杰出的天文学家观察，显示这颗新的星星，我很荣誉的在1781年3月指认出的，是太阳系内主要的行星之一。”为此，威廉·赫歇尔被英国皇家学会授予柯普莱勋章。当时的国王根据他们成就，将他移居到温沙王室。乔治三世依据他的成就将他移居至温莎王室。让皇室的家族有机会使用他的望远镜观星的前提下，还给予了他200英镑的年薪。
11.海王星
——神秘的淡蓝色行星海王星是一个典型的气体行星。海王星上呼啸着按带状分布的大风暴或旋风，海王星上的风暴是太阳系中最快的，时速达到2000千米。海王星的蓝色是大气中甲烷吸收了日光中的红光造成的。尽管海王星是一个寒冷而荒凉的星球，但科学家们推测它和木星、土星一下是有内部有热源的。它辐射出的能量是它吸收的太阳能的两倍多。由于海王星是一颗淡蓝色的行星，人们根据传统的行星命名法，称其为涅普顿。涅普顿是罗马神话中是统治大海的海神，掌握着1/3的宇宙。
海王星是在太阳系中的第八颗行星，它是在1846年9月23日被发现的。计算者为英国剑桥大学的大学生亚当斯，也是最早被计算下来的。德国天文学家J.G.伽勒是按计算位置观测到该行星的第一个人。这一发现被看成是行星运动理论精确性的一个范例。海王星由于距离遥远，光度暗淡，即使用大型望远镜也难看清其表面细节，因而不能依靠观测表面标志的移动来定出自转周期。在1928年通过观测谱线的多普勒位移测出它的自转周期为15.8±1h，贝尔通等从分析约300次红外观测中定出的，海王星的快速自转使它的扁率达1/50（即赤道半径比极半径约长500km）。在1968年4月7日曾出现海王星掩恒星事件，通过这个事件准确的得出了它的赤道直径50950km，与目前的最新数据相差很小。如果用永远镜观看海王星，它则呈绿色。
海王的大气中含有丰富的氢和氦，大气温度大约为-205℃，这个值高于从太阳辐射算得的期望值，由些说明海王星的大气下要么存在着温室效应，要么它有热源。在1932年证实了海王星光谱红外区的强吸收线为甲烷引起。1846年，W.拉塞尔发现逆行的海卫一，据计算它正接近海王星，将来也许会碎裂成为海王星的环，1949年发现海卫二。从地球上来看，遥远的海王星常常隐身于宝瓶座星系不被人们发现。直到一天，人们发现天王星运动方式有点怪异，通过计算和推算才发现了海王星。在天王星被发现后，人们注意到它的轨道与根据牛顿理论所推知的并不一致。因此科学家们预测可能是因为存在的另一颗遥远的行星影响了天王星的轨道。
正是基于以上的预测，在1846年9月23日首次观察到海王星。它所出现的地点非常靠近于亚当斯和勒威耶根据所观察到的木星、土星和天王星的位置经过计算独立预测出的地点。于是一场关于谁先发现海王星和谁享有对此命名的权利的国际性争论产生于英国与法国之间。现在将海王星的发现共同归功于他们两人。后来的观察显示亚当斯和勒威耶计算出的轨道与海王星真实的轨道偏差相当大。也就是说，如果搜寻海王星的时间早几年或晚几年，人们将无法在预测的位置或其附近找到他。
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