作者：达芬奇科学馆
出版社：四川科学技术出版社
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写给孩子的天文学启蒙书试读：
前言
为什么要探索宇宙1935年，被誉为“航天之父”的康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基去世，在他的墓志铭上镌刻着这样一句话：“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”
这位航天史上的伟人的话果然应验了。1957年，第一颗人造卫星进入轨道；1961年，尤里·加加林成为第一个进入太空的地球人；1969年，人类第一次登上月球；1973年，“先驱者10号”第一次飞掠木星……
说到这里，可能有人会质问：“我们就连地球都不是很了解，有必要去了解浩瀚的太空吗？”其实不只读者有这个疑问，赞比亚修女玛丽·尤肯达也有类似的疑问。她还给当时在美国宇航局工作的恩斯特·施图林格写了一封信。在信中她生气地问道：“现在地球上还有那么多孩子吃不上饭，你们怎么舍得为远在火星上的一个项目花掉几十亿美元？”
面对修女的质问，恩斯特在回信中首先讲了一个故事：
400年前，在德国一座贫困的小镇上有一个善良的伯爵。有一天，伯爵遇到一个怪人，这个怪人除了白天工作外，晚上还要在家里研磨玻璃片。伯爵感到很奇怪，于是邀请这个怪人到自己家专心研究。听到这个消息后，镇上的人很生气：“我们还在受瘟疫之苦，他却把钱花在那个闲人的无用爱好上。”就是人们口中的“无用爱好”使得显微镜得以发明，从而促进了医学的迅速发展，解决了世上大多数瘟疫问题。
在讲完这个故事后，恩斯特又讲解了探索太空的好处。他说每年约有1 000项太空项目的新技术用于人们的日常生活，如飞机、通信、医疗和天气预报等方面。总之，恩斯特的整封回信都在告诉玛丽这样一个事实：探索宇宙，能让地球变得更美好。
后来，每当人们质问太空探索计划时，美国宇航局都会用这封信进行回应，并且他们还会用不断更新的航天科技的日常应用来打消质疑者的顾虑。这是一种聪明的做法，也是责任所在。
设想一下，如果将来地球无法提供人类需要的生存环境，比如，石油枯竭了，水资源没有了，生态恶化了，人类该如何生存呢？
其实，天文学并没有我们想象的那么遥远，甚至和我们的日常生活息息相关。如果没有天文学，现在可能没有Wi-Fi；如果没有通信卫星，我们就看不了电视；如果没有气象卫星，我们就不能预测天气情况……人类之所以要探索太空，走向宇宙，其实是为了更好地生存。
地球只是太阳系里很小的一个星球，如果从地球上看宇宙，就好像站在一间房子里了解全世界。现在让我们走出地球，放眼宇宙，去学习很多有趣又令人着迷的天文学知识，开启一场了解宇宙的奇幻之旅吧！第一部分 我们身边的天文学奇妙的天文现象
虽然你的课本中有月食、日食现象，但不一定有超级月亮；你很少有机会见到美丽的极光，但是你很有可能是流星雨划过天际短短一瞬的见证者。这些都是奇妙的天文现象，你知道它们是怎么形成的吗？谁偷吃了月亮
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传说古时候有个妇人喜欢做恶事。一次，她做了很多狗肉包子送给和尚们吃。这件事被玉帝知道后，玉帝就把她变成了一只恶狗，贬到地狱做苦力。后来，这只恶狗脱困后一气之下把月亮吃了。人们敲锣打鼓、燃放爆竹，把恶狗吓得一下子又吐出了月亮。可是恶狗不甘心，等人们离开后又跑去吃月亮。这样一次又一次，就形成了天上的“月食”。
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在古代，人们一看到月食就认为是天狗吃月亮了。至今，有的地方还保留着敲锣打鼓、燃放爆竹来赶跑天狗的习俗。古代的人们因缺乏天文学知识，把月食误当成天狗吃月亮。其实，月食是一种特殊的天文现象。那么，月食究竟是怎么一回事呢？
月球运行到地球的阴影部分时，即太阳、地球和月球在同一条直线上，此时地球会挡住照射到月球上的太阳光，使得月亮就像消失了一样，这就是“月食”。
我们一起去太空看看月食是怎么形成的吧！因为地球不停地自转，太阳照不到的地方就会留下阴影，就像人的影子一样。图中灰色的部分叫作半影，当月球进入半影时，就会出现“半影月食”，这时月亮只是略微变暗，所以用肉眼是不容易分辨的；当月球一部分进入半影，一部分进入本影时，就会出现“月偏食”，这时的月亮像是被咬掉了一块；当月球移动到本影里，我们就看到了“月全食”，这时的月亮像是一个红铜盘子。在这三种月食中，当属月全食最为好看。月食形成的原理示意图
月食的出现是有规律的，一年当中出现的次数一般为2~3次，并且通常会出现一次月全食，但是有时一次也不会出现。因为一般情况下，月球不是从地球本影的上方通过，就是从下方通过，很少穿过地球的本影，所以月全食不会轻易出现。日全食过程图
趣味知识
有时候人们会看到“红月亮”，又叫“血月”。这是因为当太阳光经过地球大气层时，多数色光（橙、黄、绿、蓝、靛、紫）都被过滤掉了，只剩下了红色光线。这些红色光线又投射到躲在地球影子里面的月亮上，于是在发生月食时，我们就看到了暗红色的月亮，即红月亮。日食是不祥的象征吗
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公元前6世纪，在爱琴海东岸的两个部落之间发生了一场残酷的战争。智者泰勒斯预先推演出公元前585年5月28日会发生日全食，他宣布：“上天对这场战争十分厌恶，它要吞噬天上的太阳来警告人类。”到了这一天，当交战双方正打得不可开交时，一个黑影突然把天空中的太阳慢慢地吞掉了。奇异的天象使得大家都相信这是上天发出的警告，于是双方赶紧握手言和。
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智者泰勒斯用天文学知识机智地化解了两个部落之间的战争，足以看出天文学的价值和作用。在古代，人们不了解日食这种天文现象，将它看作不祥的象征或是神的诏谕。现在，人们借助天文学知识，已经解开了日食的重重谜题。
当月球运行到太阳和地球中间时，如果三者正好在一条直线上，月球就会遮挡住太阳照射向地球的光，即月球的黑影正好落到地球上，这时就会发生“日食”现象。
日食和月食的形成原理有相似之处。因为月亮比太阳小很多，并且它运行的轨道并不是一个规规矩矩的正圆；所以有时候月亮看起来比较大，能把太阳遮住，这就形成了“日全食”。有时候太阳看起来比月亮大，月亮只能挡住太阳中间的一部分，在外围留下一圈光环，这就叫“日环食”。当我们在半影区的时候，月亮只能挡住太阳的一部分，太阳好像是被吃掉了一块，这就是“日偏食”。日食的形成原理示意图
你能正确判断下面图片中的三种日食分别属于哪种日食现象吗？日食过程
趣味知识
观察日全食时，我们会发现太阳先是缺了一块，然后慢慢变成一个月牙形。又过了一会儿，太阳的边缘出现一点光芒，接着太阳圆面上被遮的部分逐渐减少，太阳渐渐恢复了本来的面貌。为什么星星也会眨眼睛
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从前，一个英国诗人创作了一首《一闪一闪小星星》的诗歌。诗人的妹妹还为这首诗歌配了音乐家莫扎特的钢琴曲。后来，这首歌曲跨过陆地、海洋，传到了中国，可是被粗心的翻译工作者搞错了，将歌名翻译成了“一闪一闪亮晶晶”，而且人们觉得原来的歌词既长又不好记，就改了歌词的内容。于是，我们就听到了这首家喻户晓的儿歌——《小星星》。
星星博士课堂《小星星》是大家都十分熟悉的儿歌，当我们轻快地哼起小调，抬头望着夜空时，脑海里会不会有疑问：为什么星星会眨眼睛呢？
让我们先来做一个实验吧。将一根筷子插在水杯中，你会发现：在水与空气的界面上，筷子好像被折成了两截。这是因为水和空气的密度不同，光在通过密度不同的物质时改变了传播方向，形成了光的折射现象，而星星的闪烁就是由光的折射现象造成的。水杯中看似折断的筷子与光的折射现象
你注意到了吗？夏天灼热的沥青路面上方的空气像流水一样上下翻动，远方的景物模糊不清，不断“抖动”，这也是由光的折射现象造成的。
我们肉眼看到的星星，大多是宇宙中的恒星，它们的光会穿过遥远的宇宙空间到达地球上。我们生活的地球是一个很特别的星球，在它的周围有一层厚厚的大气，这层大气各个地方的疏密不一样。另外，大气本身也处于流动状态，冷热空气的不断循环流动，使得空气流动不定，致使各个地方大气的疏密程度也在不断地变化。漫天的星星
当星星的光穿过大气层时需要经过不断地折射，一会儿左，一会儿右，一会儿强，一会儿弱，所以在我们看来就像星星在眨眼睛。
趣味知识
为什么白天几乎看不到星星的踪影呢？其实，星星在白天也是亮着的。只是因为太阳中的一部分光线被地球上的大气散射，把天空照得十分明亮，掩盖住了星星的光芒，所以我们白天才看不到星星。“超级月亮”是怎么回事
课前阅读“超级月亮”不仅出现在了夜空中，还出现在了比利时的邮票上。有一年比利时发行了一张邮票，邮票中间是一个大大的月球，一时间很多媒体都被这张邮票吸引了，争相报道“超级月亮”。不过，很多主流的天文学家并不赞同“超级月亮”的说法，因为从科学的角度讲这是不准确的。但是因为“超级月亮”的说法通俗易懂，并且朗朗上口，所以成了人们约定俗成的一种称呼。
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事实上，在天文学家的眼里，“超级月亮”的说法是不准确的，他们更喜欢称之为“近地满月”。那么“超级月亮”究竟是怎么一回事呢？
所谓“超级月亮”，是指月亮围绕地球公转，当运行到椭圆轨道的近地点时，由于距离的缩短，月面会比在其他位置上看起来增大一些的天文现象。
我们知道，月球绕地球的轨道是一个近似椭圆的轨道，有近地点和远地点，近地点就是当月球绕地球公转时离地球最近的位置，远地点就是月球绕地球公转时离地球最远的位置。当月球经过近地点时，月亮会比平时我们看到的稍微大一些，但是用肉眼我们很难看出“超级月亮”和其他满月的区别。
说到这里可能有很多小朋友要问了：“可是网络上的月亮确实又大又圆呀，而且月亮比飞机、城堡什么的看起来要大得多。”人们拍下的“超级月亮”
其实很多图片都是经过特殊处理的，比如，一些摄影师借助一些修图软件让月亮变得夸张，从而增加月亮的魅力。实际上，我们现实中看到的“超级月亮”并没有想象中的那么壮观，毕竟“超级月亮”也不是什么稀奇的天象。
趣味知识
有些人认为由于地球和月球“靠得太近”，当“超级月亮”来临时，月球的引力将会诱发大规模的地震、火山和海啸。实际上，“超级月亮”是一种正常的天文现象，每年平均出现4～6次，而且并没有证据表明“超级月亮”会给地球带来灾难。对着流星许个愿吧
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仔仔和美美正在草地上仰望着灿烂的星空，突然一颗流星划过天空。“我要赶紧闭上眼睛许个愿。”仔仔说。“你许了什么愿呀？”美美问。“这是个秘密哦。”“哼，小气鬼！”“哈哈，才不是，因为愿望说出来就不灵了。”“好吧，那为什么天空中会出现美丽的流星呢？”
仔仔挠挠头，表示不知道。
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你能替仔仔回答这个问题吗？人们通常把流星与美好的愿望相联系，传说中对着流星许愿，愿望就会实现，所以人们认为看到流星就会带来好运气。在中国古代，人们还把流星看作名人逝世的天象昭示，有句话叫“一代巨星陨落”，就是由此而来的。那么，天空中为什么会出现流星呢？流星雨又是怎么回事？
外太空的尘埃颗粒等空间物质在闯入地球大气层时与大气摩擦，从而产生大量热量，使得尘埃颗粒等空间物质燃烧发光，这时就形成了流星。
在地球附近的宇宙空间里，存在着大量流星体（通常包含尘埃颗粒和固体块等空间物质），流星体本来在自己的轨道上运动，可是在地球引力的拉扯下可能会偏离自己的轨道冲向地球。在经过大气层时，流星体和大气产生剧烈的摩擦，又因为本身的速度很快，所以一下子燃烧起来，在天空中形成光弧，于是我们就看到了流星。当有着众多流星体的流星群进入地球的大气层时，就形成了壮观的流星雨。流星雨
流星雨不仅景象壮丽，还有各种各样好听的名字，比如，仙女座流星雨、天琴座流星雨、狮子座流星雨等。这是科学家在观测时，看到流星雨好像是从夜空中的一个点（实则是一块小的区域，但是肉眼看起来像是一个点）迸发而坠落下来，这个点叫作流星雨的辐射点，为了便于确认和记录，就以辐射点所在的星座来命名。
趣味知识
流星在天空中的路线其实是平行的，那么为什么在我们看来却像是从一个点散发出来的呢？原来我们的地球在不断地自转，这就像是坐在开动的汽车上，如果向前看，两旁的树木就像在散开；而向后看，两旁的树木则像在向一个点集中。自然奇观——极光
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欧若拉，古罗马神话里的织架女神，掌管北极光，所以人们称她为“极光女神”。当北极光出现的时候，便是人们充满希望与期盼的时刻。英国著名诗人科尔里奇在他的《老水手之歌》一诗中这样描写极光：“天空高处突然充满生气，一百面火旗的光辉照向大地；它们在太空跳跃飞舞，来也匆匆，去也匆匆；淡淡的星光在其中黯然失色。”
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在地球的南北两极，当夜幕悄悄降临时，晴朗的夜空中常常会出现一种神秘的现象：一条条五彩斑斓的光带不断变换着形状在天空中飞舞，它们像风一样轻盈，又像一条条彩带一样把夜空点缀得灿烂夺目，让所有的星光都黯然失色。这就是地球上最美丽的天象之一——极光。
极光是地球南北两极附近地区常出现的一种大气发光现象，是自然界最漂亮的奇观之一。极光产生的条件有三个：高能带电粒子、磁场和大气。
太阳不仅每天向太空辐射光和热，同时还发射大量高能带电粒子。在太阳活动剧烈时，大量带电粒子以每秒几百千米的速度吹向地球，这些高能带电粒子撞上地球高层大气后，就产生了壮丽的极光。美丽的极光
我们的地球存在磁场，高能带电粒子在抵达地球时，大部分会被地球自身的磁场推开，而一部分高能带电粒子会被吸引到南北两个磁极，即位于地球南北两极的位置。磁极上方的磁场像是一个漏斗，这些高能带电粒子可以从漏斗进入地球高层大气，接着这些高能带电粒子与高层大气摩擦，于是就产生了极光。
不过，并非所有地方都能看到极光，一般只有在维度高的地方才有机会看到。在加拿大北部、俄罗斯北部、美国的阿拉斯加地区、丹麦、芬兰、瑞典、挪威和冰岛，都可以看到美丽的极光。在我国最北部的漠河，在太阳活动剧烈的时候也有机会一睹极光的风采。
趣味知识
极光的颜色主要取决于高空中的大气成分。大气的主要成分是氮气和氧气，当氮气和高能带电粒子碰撞时会发出蓝色的光，当氧气和高能带电粒子碰撞时会发出红色或黄绿色的光。极光里面还有我们肉眼看不到的紫外线和无线电波，只能用仪器来探测。天文学与生活
提到天文学，人们首先想到的或许是复杂的天文数字，也可能是哈勃望远镜或者是伽利略。总之，人们可能认为天文学与我们日常生活毫无关联。其实，我们每个人的生活都和天文学息息相关。二十四节气
课前阅读《二十四节气歌》：春雨惊春清谷天，夏满芒夏暑相连。
秋处露秋寒霜降，冬雪雪冬小大寒。每月两节日期定，
最多相差一两天。上半年来六廿一，下半年是八廿三。
星星博士课堂《二十四节气歌》是为了便于记忆我国历法中的二十四节气而编写的小诗歌，诗歌中包含了立春、雨水、惊蛰、春分等二十四个节气；而且还告诉我们，上半年节气多在公历的6日、21日，下半年的节气多在公历的8日、23日。
2016年，二十四节气被列入了联合国教科文组织《人类非物质文化遗产代表作名录》。
二十四节气是古代劳动人民智慧和传统文化的结晶，它反映了我国四季交替的气候特征。我们经常听到的各种谚语，比如“谷雨前后，种瓜点豆”“过了惊蛰，春耕不歇”等都与节气密切相关。不仅是农谚，二十四节气还触发了诗人们的灵感，比如，唐代诗人杜牧就写过“清明时节雨纷纷，路上行人欲断魂”这样朗朗上口的诗句。
二十四节气里面很多关于气象的概念，其实属于天文学范畴。如果把黄道（即地球绕太阳公转的轨道）比作一个大圆盘，那么以黄经0°（春分）为起点，沿着圆盘每隔15°确定一个节气，转完360°刚好一年，这样就划分出了二十四节气。二十四节气示意图
趣味知识
古人是用立竿见影的方法确立了节气，简单来说就是在地上立一根杆子（古人称作“表”），在表的正北方平放一根尺子（古人称作“圭”）。当太阳照射时，人们通过表的影子投射到圭上的长度把一年分为四等份，后来经过反复观测，就划分出了二十四节气。不能缺少的历法
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公元前46年，在希腊数学家、天文学家索西琴尼的帮助下，古罗马的统帅儒略·恺撒制定了一项新的历法——儒略历。在之后的一千多年中，人们一直沿用这种历法。后来，人们发现这种历法有误差，于是到了1582年，当时的罗马教皇格里高利十三世对这部历法进行了修订，人们习惯把它称为“格里历”，而格里历就是一直沿用至今的公历。
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设想一下，如果人们突然不知道自己活在什么时间，那些重要的纪念日也不知道是哪一天，该是一件多么可怕的事。在古代，人们发现可以借助天象来确定年、月、日，于是就产生了历法。
所谓历法，是推算年、月、日，并使其与相关天象对应的方法。简单来说就是以太阳或者月亮为参照物，来确定年、月、日的时间长度和它们之间的关系。
世界上许多古老的民族都有着独特的历法体系，人们根据地球绕太阳公转的运动周期创造了太阳历，简称“阳历”，也叫作“公历”。
一回归年，即地球绕太阳公转一周的时间，为365.242 2天，人们为了便于计算，取整数为365天，但是多出来的0.242 2天该怎么办呢？为了消除与实际回归年之间的差距，人们采取了置闰的方法，即以公历年份能被4整除的年份为闰年，闰年有366天，在2月份闰一天，为29日；不能被4整除的年份为365天，也叫“平年”。这样，在400年里，每年的平均长度为365.242 5日，与实际长度相差极小。
你有没有过这样的经历：按照阳历，你的生日明明是5月13日，而外婆却说是三月二十九，原来外婆是按“阴历”算的。那么这里的“阴历”又是怎么回事呢？从字面意思来看，“阴”字的右边是一个“月”字，所以阴历是以月相的变化周期制定的历法，以月球绕行地球1周为1个月，12个月为1年。不过它没有考虑太阳的运动规律，所以有很多缺点。于是我们的祖先就在传统的阴历中加入了阳历，而我们口中所说的阴历其实是阴阳历，也称为“农历”。
农历的年份分为平年和闰年。平年为12个月，闰年多1个月，即13个月，多出来的月份叫闰月。比如，2017年六月过后多出1个闰六月。农历月份分为大月和小月，大月30天，小月29天。人们根据农历日期，既可以知道潮汐涨落，又可以掌握四季的更替变化。
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农历三年一闰，五年两闰，十九年七闰。阴历年每年和地球绕太阳一周的时间相比大致差了11天，那么19年就大致差210天，大致为7个月，所以每19年就要补7个闰月的误差。用GPS导航去天文馆
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假设你现在想去天文馆，而你不知道路线，你会怎么办？当然，你可以购买一份纸质地图，然后再从复杂的路线图中选出最优的乘车方案。如果你有一部智能手机，打开手机中的导航软件，它会自动帮你规划道路；或者打开车载GPS就可以很快到达目的地。你知道我们现在之所以能享受到这样的便利，其实和爱因斯坦的广义相对论有关吗？
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对于我们来说，相对论似乎离我们很远，它只会出现在爱因斯坦的故事和有趣的语录里面。大家可能想不到的是，如果没有爱因斯坦的相对论的有关理论，就没有现在我们使用的全球定位系统。
物理学史上的巨人爱因斯坦在对引力的探索过程中提出了广义相对论，它以一种奇特的方式来描述时间、空间以及它们和物质间的相互作用。
广义相对论的概念：时间不是绝对的——运动速度越快，时间过得越慢；越靠近大质量天体，时间走得越慢。
20世纪50年代，物理学家研发出了精度达十亿分之一秒的原子钟。如果把原子钟搭载到飞机上会怎样呢？1971年，搭载着4台原子钟的飞机绕地球飞行了两圈，一圈从东向西，另一圈从西向东。结果发现，原子钟上记录的时间和地面上的时间差了几十和几百纳秒（1纳秒等于10亿分之一秒）。这次实验又一次证明了爱因斯坦的相对论是正确的。
后来，人们在成功发射人造卫星后把原子钟也装到了卫星上，并且人们还发现通过卫星可以确定我们的位置。这是怎么实现的呢？原来当卫星运行在地球上方的近地空间中时会向我们手中的设备发送两个简单的信息——发送信号的时间和卫星所在的位置。因为时间差的存在，我们有必要把相对论的效应也考虑在内，否则定位就不准确。
举一个例子，假设现在有一颗卫星在太空中运行，这时卫星上的时钟比地球上的时钟每天会慢一些；另一方面，广义相对论告诉我们，越靠近地球，时间走得越慢，所以，卫星上的时钟又会比地球上的快一些。两个时间综合一下，就会得到时间差。虽然时间差很小，但是卫星定位的距离会比实际多出很多。
趣味知识
现在世界范围内成熟的导航系统主要有以下四种： 美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、欧洲伽利略卫星导航系统和中国的北斗卫星导航系统。Wi-Fi的起源与霍金的黑洞理论
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在瑞士日内瓦西部与法国接壤的边境矗立着一座庞然大物——粒子物理学实验室。这座实验室聚集了全球粒子物理圈大半的精英。这座实验室在2015年发布了一项报告，报告列出了六大重要的科学创新，Wi-Fi是其中之一。在报告中还有这么一句让人深省的话：“如果没有天文学和霍金，也许就没有Wi-Fi！”
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你能想象突然没有Wi-Fi的生活吗？这就像是突然停电一样，一下子很多事情都会变得糟糕和烦琐：我们不能无忧无虑地看视频、刷流量；笔记本电脑要想上网必须用网线连接；去麦当劳、肯德基，再也蹭不到免费的Wi-Fi……没有Wi-Fi会给我们的生活带来很多不便，所以我们要感谢Wi-Fi的发明者。你知道Wi-Fi的起源竟然和著名物理学家霍金提出的黑洞理论有关吗？
斯蒂芬·威廉·霍金是英国著名的物理学家，现代最伟大的物理学家之一，他提出的最有名的概念是“黑洞”。
所谓黑洞，是指宇宙空间中一种引力极强的奇异天体。之所以说它“黑”，是因为它像一个无底洞，任何物质一旦掉进去，似乎就再也不能逃脱出来了。不过霍金认为，黑洞并不总是黑的，当它的温度达到极高并开始塌缩时就会产生爆炸，并且向空间发出一种辐射，这种辐射被称为“霍金辐射”。
当时，毕业于澳大利亚悉尼大学的奥沙利文被霍金的黑洞理论深深地吸引，由此提出了一个测试霍金辐射的计划，并和同事开始测量霍金所说的从爆炸的黑洞发出来的无线脉冲信号。研究小组使用了当时最先进的技术和设备去寻找无线脉冲信号，可是结果令大家很失望，他们在论文中写道：“我们没有找到任何有关黑洞的事件。”在这个过程中，他们却意外地研发出了一种微弱信号识别技术，后来这个技术经过不断地完善和发展，就出现了现在我们熟悉的Wi-Fi。斯蒂芬·威廉·霍金
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奥沙利文在天文学和无线技术方面的成就为他赢得了很多头衔，如澳大利亚总理科学奖、欧洲发明家奖等。对于Wi-Fi，几项权威的国际大奖并没有颁发给提出问题的霍金，但有趣的是，背景资料中都特别说明：Wi-Fi来自天文学和霍金。迷路了为什么要看北极星
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通常，人们晚上在郊外或者森林里如果迷失了方向，只要认识天上的北极星，就知道哪里是北方。其实这个野外生存指南对海上航行的水手、探险家等也有同样的作用。北极星最靠近正北的方位，千百年前人们就靠它的星光来导航。古人十分信奉北极星，他们认为众星都要围着北极星转，所以北极星是帝王的象征。
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因为地球是围绕着地轴进行自转的，而北极星与地轴的北部延长线非常接近，所以夜晚看北极星是几乎不动的。因为北极星在我们的头顶偏北方向，所以它才可以指示北方。虽然一年四季，由于地球绕太阳公转，地轴倾斜的方向也发生变化，但是北极星距地球的距离远远大于地球公转半径，所以地球公转带来的地轴变化可以忽略不计。于是一年四季，我们看到的北极星位置好像都是在正北方不动的，其实这只是我们肉眼观察不到其中的细微变化，觉得地轴一直指向北极星。 北极星像灯塔一样指明方向
如今，北极星指的是最靠近北天极的一颗星，是夜空中能看到的亮度和位置较稳定的恒星。
有什么方法能快速地找到北极星吗？最简便的办法是在北斗七星前端的天璇和天枢两星之间连一条直线，再向天枢方向延长5倍的距离就是北极星。或者可以先找到仙后星座，仙后星座在秋冬季节的星空中特别显眼，像是一个W形状。找到W的两条边，然后延长到一个焦点，再与仙后星座最中间的恒星连线延长5倍就是北极星的位置。寻找北极星
其实，历史上的北极星有许多颗，只要是处于地轴指向正北方的、最亮的星都可以称为北极星。与北极星相邻的是大名鼎鼎的北斗七星，这也是辨认北极星的重要标志之一。
趣味知识
现在的北极星正慢慢地远离北极点指向。等到12 000年以后，织女星很可能会取代北极星，成为新的北极星。不过，无论是哪颗恒星，都在我们的银河系内，因为银河系外的单个恒星用肉眼是看不见的。北京时间是哪个天文台测定的
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时间对我们有多重要？我们每天要看无数次时间，早晨伴着闹钟按时起床，上下课时铃声按时播报，新闻联播按时播出……如果时间不准确了会发生什么？可能会迟到，会错过好看的电视节目，会错过和别人约定的时间……所以我们需要一个标准时间来辅助我们的生活，这个时间就是“北京时间”。
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我们知道，按照国际上的惯例来说，各国的标准时间一般都是以本国首都所处的时区来确定的。那么，北京时间是北京当地所在时区的时间吗？其实在新闻联播里听到的报时声，不是由北京直接播报的，而是由我国的报时中心——中国科学院国家授时中心（位于陕西临潼）授时给北京天文台，然后再通过中央电视台播放出来的。
中国科学院国家授时中心承担着我国标准时间的产生、保持和发播任务，是国家重大科学工程之一。
中国科学院国家授时中心为什么要设定在陕西临潼呢？首先这个位置距离中国大地原点[①大地原点，也称为“大地基准点”，是我国的国家地理坐标——经纬度的起算点和基准点。 ]很近，从这里发出标准时间信号，可以更好地覆盖全国。其次，当地地质结构稳定，发生地震等自然灾害的可能性较小。最后，就是出于战备的考虑了。因为时间是一个国家的基础保障设施，其重要性不言而喻，因此建在内陆会更加安全。中国科学院国家授时中心
那么，北京时间准确吗？在2013年的日内瓦国际会议上，权威机构发布了他们对各国长达7年的研究结果，表明北京时间的准确度仅次于美国和俄罗斯，位居世界第三。从2013年以来，北京时间与该权威机构发布的国际标准时间之间的误差始终保持在10纳秒以内，能达到如此准确度的国家，全球不到5个。
趣味知识
北京时间是我国使用的东八时区的区时。
北京处于国际时区划分中的东八区，与世界时相差了8个小时（世界时+8小时=北京时间），因此叫作“北京时间”。太空中的房子——空间站
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在第十二届中国国际航空航天博览会上，一座像房子一样大的庞然大物引起了人们的注意，原来这是中国空间站的重要组件——核心舱。这座“三室两厅且带有储藏间的房子”将在不久的将来被发射到外太空。因为现有的国际空间站已经到了寿终正寝的年纪，到那时，我国的空间站很可能会成为太空中唯一的空间站。
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在太空中生活，一直是一件难以想象的事，以前只在书里和电影里出现，而现在我们不仅能看到关于空间站的新闻报道，还能看到航天员在空间站的日常生活。那么，世界上第一座空间站是什么时候建立的呢？
在1971年到1986年间，俄罗斯建成了礼炮系列空间站，其中“礼炮1号”成了人类在太空中建立的第一个空间站。后来，美国也加入了建造空间站的行列。
空间站，是一种能在距离地球很近的轨道上长时间运行的载人航天器，既能满足人们去太空旅游的愿望，又能用于科学研究和开发太空资源。
现在的国际空间站是由美国、俄罗斯为首，巴西、加拿大、日本等16个国家参与研制的。国际空间站由100多个组件组成，这些组件分别由这些成员国提供。比如，美国提供太阳能电池板、实验舱、节点舱等，俄罗斯提供内核生活舱，日本提供研究实验舱，加拿大提供一只机械臂。国际空间站
国际空间站长期停留在太空中，航天飞机会把宇航员和一些物资送到空间站。然后航天飞机返航，宇航员开始在空间站进行科学试验和观测。那么，你了解航天员在太空中的生活吗？我们知道太空中没有氧气，也没有种植食物的土壤，没有水。所以，为了保证宇航员的正常生活，国际空间站必须有提供生命保障的系统。比如，有专门提供氧气的设备，有供宇航员锻炼、休息的地方。
就像在地球上一样，宇航员在太空中的大部分时间都在工作，有时候他们还会打开舱门，借助机械臂在太空中行走。
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因为在失重条件下，水和食物很容易飘散在空中，所以宇航员的食物大都是脱水食物（干食），使用的洗发露是免水洗发露。如果是男宇航员，在刮胡子的时候要十分注意，因为胡渣飞散到空中很可能进入设备和眼睛中。第二部分 太阳系星球联盟 守护我们生命的联盟总部——太阳
太阳虽是宇宙中十分普通的一颗恒星，却是我们的大家庭（太阳系）中的中心天体，周围有许多小天体围着它转。太阳也是我们生命的源泉，如果没有太阳，地球将是一个了无生机的荒凉星球。万物生长靠太阳
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在距离我们14 960万千米的地方，有一个庞大的发光体，它的直径是地球的109倍，质量约是地球的33万倍。据科学考证，这个大块头已经猛烈地燃烧了46亿年。它像一个庞大的发动机一样，不断地向地球输送光和热。可以说，如果没有它，地球仍然是一块大冰坨，不会出现生命。你想更多地了解这个大块头吗？
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太阳是银河系中最耀眼的一颗恒星，周围还有很多小天体围着它转，如行星、矮行星、太阳系小天体等。这些以太阳为中心的天体与太阳一起构成了太阳系。
在太阳系中，太阳属于独特的存在。如果没有太阳，我们不仅会陷入无尽的黑暗之中，而且我们所在的地球上将没有光明，没有生命，没有绿色。即使我们有幸存活下来，看到的也只有满天的星光，根本无法带给我们生存下去的希望。
太阳究竟是什么样子的呢？我们把平时看到的太阳叫作“光球”，光球并不像地球表面那样坚硬，而是有着500千米厚的炙热气体，那里源源不断地散发着巨大的能量。太阳是一颗大火球
太阳的能量中有一半是氢，这些氢可以让太阳足足燃烧大约500亿年，而现在我们的太阳不过46亿岁。
不过太阳的巨大能量并不是来自光球，而是来自深埋在它表面之下的炽热核炉——核心。核心是核反应发生的中心区域，其温度高达1 500万摄氏度。在这样的高温下会发生核反应，氢会转变为氦，同时释放出巨大的能量；而8.3分钟后，一部分能量会到达地球，在经过地球大气层过滤后，温暖的阳光便洒了下来。
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在科学技术不发达的年代，人们认为太阳是正在燃烧的大煤块，还有人认为它上面覆盖着火山，火山不断喷发，给地球提供光和热。更有一些天马行空的人认为是陨石不断撞击太阳，使太阳表面产生了热量。太阳长“雀斑”了——太阳黑子
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随着我们慢慢长大，一些小朋友开始喜欢通过照镜子来探索自己。有的小朋友在照镜子时会发现自己的脸上长了一些斑点，医学上称之为“雀斑”。或许当你发现雀斑时会觉得有点沮丧，但是你知道吗？太阳也会长“雀斑”，这又是怎么回事呢？
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当我们借助天文望远镜观察太阳表面时，我们会发现太阳表面有时会出现一些小黑点，这些黑点有时独自出现，有时会成群结队地出现，像人类脸上的雀斑一样；而且如果黑点足够大，不需要借助天文望远镜，只拿一块黑色的玻璃挡在眼前就能看到。我们把太阳表面的黑色“雀斑”叫作“太阳黑子”。
通过观测和计算，现在已知最小的黑子直径接近1 000千米，叫作微黑子；而庞大的黑子群可以绵延10万千米。曾经出现过一个黑子群，竟然把太阳圆面的1/6都遮住了。太阳黑子
太阳黑子只在太阳某些纬度上才出现，并不遍布整个太阳的表面。
太阳黑子是光球上的浅洼地，这里的磁场非常强，而且温度要比光球的其他部分低大约1 500℃，也正是因为如此，在周围强光的衬托下，太阳黑子呈暗色。也就是说，太阳黑子之所以看上去黑，是与其他部分明暗对比的结果。如果把太阳黑子单独取出来，我们就会看见黑子不仅不黑，光芒甚至超过了月亮。
当黑子群剧烈活动时，会产生一些亮斑，这些亮斑经常出现在黑子群的上空，与黑子群形成十分鲜明的对比，这就是我们常说的“耀斑”。一个正常发展的黑子群几乎几小时就会产生一个耀斑，耀斑不仅会干扰地球上的无线电通信信号，还会对天空中的宇航员造成伤害。耀斑
太阳黑子的出现，有的年份多，有的年份少。通过不断的观测，人们发现太阳黑子的发生是有规律的，大概11年一个周期。
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太阳活动会影响地球的气候，1645年至1715年，太阳几乎没有了黑子，这段时期北欧异常寒冷，而我国历史学家也证明这段时期是人类历史上最寒冷的时期，因此这段时期被称为“小冰河期”。太阳的“耳环”是什么
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在观察日全食的过程中，我们会发现一种壮观的现象：月亮慢慢地把太阳遮住，天空开始变得昏暗，等阳光被最大限度地遮住时，整个太阳只剩下一圈红色的光环，像是从黑色圆盘边缘喷薄而出的火焰。那么，你知道这层火焰是什么吗？
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因为我们平时看到的光球层太过耀眼了，所以常常使得我们无法看到那些暗淡、稀薄的大气，即太阳大气。太阳大气主要由两部分组成：色球和日冕。在这两块区域中经常发生巨大的物质喷射和爆发，形成“日珥”和“耀斑”。耀斑我们在上一节中已经讲过，这一节我们来认识一下日珥。 日珥
发生日全食时，太阳的周围镶着一个红色的环圈，这就是日珥。日珥是在太阳的色球层上产生的一种非常强烈的太阳活动。
日珥是太阳活动中十分有趣的现象，因为形状像耳环而得名。日珥是从太阳各个部分喷射出来的云团和气体，从色球层向外延伸，绵延数十万千米后到达太阳大气层的最外围日冕。日珥升腾时的速度十分惊人，现在世界上常规导弹的平均速度在7 350千米每小时左右，换算成秒为单位后大约是2千米每秒，而日珥的喷射速度高达700千米每秒，是常规导弹速度的几百倍。
除了爆发日珥外，还有活动日珥和宁静日珥。活动日珥不像爆发日珥那样暴躁，它经常是从太阳表面喷发出来之后又慢慢地沿着弧形轨道回到太阳表面。有些调皮的日珥也会趁机跑到外太空。宁静日珥则像一个安静的女孩子一样，经常安静地待着，即使是在温度高达100万℃的日冕里也能安然不动。
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日珥的密度远大于日冕，按理说日冕中的日珥会坠落下来，可事实上它可以长期存在于日冕中。日冕的温度极高，而日珥的温度只有约7 000℃，但是日珥却能安静地待着。以上种种都让科学家们百思不得其解。太阳风是从太阳里刮出来的风吗
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在闷热的夏天，要是吹来一阵微风，我们会感到特别舒服；如果是中级的风，我们必须穿厚一点的衣服来抵挡；如果是五六级的大风，顶风走会感到吃力；而如果碰到龙卷风、台风，我们只能乖乖地躲起来，等待它们过去。地球上有各种各样的风，太阳上也是如此。不过太阳上的风和地球上的风有点儿不一样。
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我们在很多科幻电影或杂志中都会看到“太阳风”这个词，难道太阳风是从太阳里刮出来的一阵风吗？其实太阳风和在地球上见到的风不是一个概念，我们常见的风是由气体组成的，偶尔会夹杂一些尘埃颗粒。但是太阳风就不一样了，它是由高速带电粒子流组成的。
1958年，美国的一颗人造卫星的粒子探测器发现了来自太阳的高速带电粒子流，科学家帕克发现它在流动时与地球上的风相似，所以将其命名为“太阳风”。
太阳风是从日冕射出的超声速等离子体带电粒子流。其他恒星也会产生这种带电粒子流，称为“恒星风”。
太阳风的密度虽然稀薄，但是猛烈程度远远超过地球上的风。举一个例子，地球上12级大风的风速约为32.5米每秒，而太阳风的速度则达到了350～450千米每秒，是前者的上万倍。太阳风在最猛烈时甚至可达800千米每秒以上。
这么猛烈的风刮到地球上会不会造成影响呢？地球磁场在太阳风面前像是一间“漏风”的房子，会给带电粒子进入地球大气层提供可乘之机，给我们的生活带来影响。
1957年7月21日，一股猛烈的太阳风入侵地球，这股巨大的力量竟然使地球的自转速度减慢了0.85毫秒，同时全球发生多起地震。因为磁场也受到了干扰，使得无线电信号突然中断，一些靠指南针和无线电导航的飞机、船只一下子变成了“瞎子”。
太阳风分为两种，一种是持续太阳风，也叫宁静太阳风。这类太阳风起源于平静的日冕区，速度一般在450千米每秒左右，对地球的影响不是很大；另一种是扰动太阳风，速度一般可以达到1 000～2 000千米每秒，会对地球产生比较明显的干扰。上述例子中的太阳风就属于扰动太阳风。太阳风
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你知道太阳风能发电吗？美国华盛顿州立大学的科学家正在研究把太阳能和风能结合在一起。他们设想在卫星轨道上放置一个宽8 400千米的巨型太阳帆来收集太阳风的能量。如果能实现，产生的电量就可以满足全人类的用电需求。我们的蓝色家园——地球
现在我们要看看我们脚下的这个球体了。虽然在整个太阳系里，地球只不过是一颗很小的行星，但是对于我们来说意义非凡，因为这是我们赖以生存的家园。被大气层包裹着的蓝色星球
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盖亚是古希腊神话中的大地之母。当时的第一代人类因为沉迷于安逸而被天神的洪水惩罚。在人类濒临灭绝之际，盖亚用自己的身体——土壤和石头创造了第二代人类，土壤变成了血肉，石头变成了骨骼，而石头上的纹理则变成了经脉。
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整个世界在刚刚诞生的时候一片混沌，而盖亚就诞生于这片混沌中。神话与现实往往有着美妙的契合，我们生活的地球确实是从一片混沌中演化而来的。这要从46亿年前讲起。
在经过一场大爆炸之后，当时的宇宙空间到处是由炙热的气体和坚固的微粒组成的星云和尘埃。其中一个云团高速旋转，其粒子不断变大，最后在云团内核中形成了一个中心极热的大圆盘——太阳。与此同时，微小的颗粒物越聚越多，最终形成了星子。星子的直径达到几千米以后就会吸引更多的物质，就这样星子不断长大，不断互相结合，最后成长为岩质行星，地球就是其中的一颗行星。
地球是太阳系中唯一存在液态水和冷冻冰、大气中富含氧气的行星，也是目前已知的唯一存在生命的星球。
不过，刚诞生的地球可摸不得，因为它是一个由炙热稠密的岩浆组成的大火球。随着地球在宇宙中不断旋转，温度渐渐冷却了下来，于是地球表面形成了地壳。在这个过程中，位于地球表面的岩石释放出大量水蒸气，水蒸气上升到天空中形成云，由此开始了持续数千年的降雨。大量的降水覆盖了部分地壳，就这样，原始海洋诞生了。我们的地球
渐渐地，地球周围形成了大气层，这层气体像外衣一样保护着我们的地球，阻挡了大部分太阳光线。按照与地球的距离由近及远，大气层依次被划分为不同的气体层，距离我们最近的大气层中含有氧气。大家都知道，氧气对我们的呼吸来说必不可少。如果没有大气层，人类、动物、植物都不可能生存，也不会有风、云、雨等自然现象。
海洋和大气层形成之后，我们的地球上就有了丰富的水和氧气，大约在35亿年前，生命也相继诞生。
地球上最早的“居民”并不是人类，而是一些极其简单的单细胞生物，如细菌和海藻；接着出现了比较复杂的水生动物；随着陆生植物的出现，陆生动物也出现了。就这样，地球上相继出现了我们今天已知的各种生物，后来终于出现了人类。
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古印度人认为，大地是一个由站在乌龟背上的三头大象托起来的大圆盾。我国古代则有“天圆地方”的说法。当航海家麦哲伦完成环球航行后，人们认为地球是圆的。现在我们已经知道地球其实是个两极稍扁、赤道稍鼓的椭球体。打开地壳，看看地球内部的世界
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在印度尼西亚巴布亚省的一处山脉中有一个大坑，这里是世界上最大的金矿所在地，每天大约有2万名工人在矿井中工作。在矿井中工作可不是一件容易的事，矿工不仅要冒着矿井坍塌的危险，还要忍受一年四季的高温。在那些深1 000多米的矿洞中，温度甚至达到40℃，并且越接近地心，温度越高。难道地球的中心存在着一个大火炉吗？
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你有没有想过去地心旅行呢？其实，探究地球的内部世界一直是人类的梦想。你看过《地心历险记》吗？电影中的地心世界是一个充满各种奇异生物的梦幻世界。事实上，这些仅仅是人们的想象罢了，因为如果要到达地心，需要挖掘一口约6 378千米的深井。到目前为止，人们在地球表面挖的最深的井还没超过15千米。如果把地球比作一个苹果，那么人类只挖到了苹果皮那样的厚度。
虽然我们无法亲自到地球的内部世界旅行，但是科学家已经通过一些数据推测出了地球内部的构造。科学家发现，地球的内部结构是一层一层的，有点像我们经常见到的洋葱。
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