太空飞行轨道(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：吴国峰

出版社：吉林出版集团有限责任公司

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太空飞行轨道试读：

前言

神舟十号载人飞船圆满完成了载人空间交会对接与太空授课任务，嫦娥三号即将探测月球表面，萤火一号火星探测器启动了我国的火星探测计划……让我们乘坐如彗星一样的宇宙飞船遨游太空的时代就要到了！

在21世纪，伴随着宇宙太空探索热的飞快来到，一个个云遮雾绕的宇宙未解之谜被揭去神秘面纱，使我们越来越清楚看清了宇宙这个魔幻大迷宫，向我们展现了走向太空熠熠闪烁的道路。

宇宙太空将是我们人类的最后一块“大陆”，走向太空，开垦宇宙，是我们未来科学发展的主要方向，也是我们未来涉足远行的主要道路。因此，感知宇宙，了解太空，必定为我们未来的人生沐浴上日月辉映的光芒，也是我们走向太空的第一步。

神秘的宇宙向我们敞开了走向太空的大门，我们必须首先知道整个宇宙的主要“景点”。宇宙不仅包括太阳系、星系、星云，还蕴藏着许多奥秘，总之，宇宙是一块神奇的地方，太空充满着我们无限的梦想，发现天机，破解谜团，是这个时代发展的需要，也是我们知识素质的标杆。

宇宙的奥秘是无穷的，人类的探索是无限的，我们只有不断拓展更加广阔的生存空间，破解更多的奥秘谜团，看清茫茫宇宙，才能使之造福于我们人类的文明。

宇宙的无限魅力就在于那许许多多的难解之谜，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，并勇敢地征服它、利用它。虽然今天科学技术日新月异，达到了很高的程度，但对于那些无限的奥秘谜团还是难以圆满解答。古今中外许许多多的科学先驱为之不断奋斗，使得一个个奥秘不断解开，并推进了科学技术的大发展，但同时又发现了许多新的奥秘现象，又继续向新的问题发起挑战。科学技术不断发展，人类探索永无止境，解决旧问题，探索新领域，这就是人类一步一步发展的足迹。

为了激励广大读者认识和探索整个宇宙的科学奥秘，普及科学知识，我们根据中外的最新研究成果，特别编辑了本书，主要包括宇宙、太空、星球、星系、飞碟、外星人、气象、大气、异度空间等存在的奥秘现象、未解之谜和科学探索等诸多内容，具有很强的系统性、科学性、前沿性和新奇性。

本套系列作品知识全面、内容精练、深入浅出、通俗易懂并且图文并茂、形象生动，非常适合广大读者阅读和收藏，其目的是使广大读者在领略宇宙奥秘现象的同时，能够加深思考、启迪智慧、开阔视野并增加知识，激发求知的欲望和探索的精神，激起热爱科学和追求科学的热情，掌握开启宇宙的金钥匙。

宇宙的活动星系

活动星系的特点

活动星系又称激扰星系，是一种有猛烈活动现象或剧烈物理过程的星系，包括类星体、塞佛特星系、射电星系和蝎虎天体等。

活动星系最主要的特点是：星系中心区域有一个极小且极亮的核，称为活动星系核；有强的非热连续谱；光谱中有宽的发射线。

有的活动星系有快速光变，时标为几小时至几年。有的活动星系有明显的爆发现象，如喷流。活动星系的特点大多数是与活动星系核联系在一起的。

有些活动星系辐射的绝大部分来自星系核，如类星体、蝎虎座BL型天体，其他部分的辐射几乎观测不到。

活动星系核

活动星系核是一类中央核区活动性很强的河外星系。这些星系显得比普通星系活跃，在从无线电波到伽马射线的全波段里都发出很强的电磁辐射，人们将它们称为活动星系。活动星系核是这些星系明亮的核心部分，尺度通常在一光年上下，只占整个活动星系的很小一部分。但由于其光度大大超过宿主星系，因此活动星系核通常也指整个活动星系。

从20世纪60年代类星体以来，又相继发现了许多具有类似特征的天体，都是系外星系，统称为活动星系核，共同点是光谱具有很高的红位移，表明距离远在宇宙学尺度上，同时光度很高，远远高于普通的星系。

据进一步的观测显示，这些天体往往具有快速的光变，光变时标从数小时到数日不等，其尺度只占整个星系的很小一部分。

此外，活动星系核的光谱范围非常宽，表现为非热辐射谱，还具有很强的发射线，同时往往伴有喷流现象。几十年来，发现的活动星系核种类繁多，包括西佛星系、类星体、射电星系、蝎虎座BL型天体等，而且不同种类之间观测特征相互混杂。

活动星系的分类

西佛星系：最早被证认的活动星系核。特点是核的亮度高，具有较强的高电离发射线，谱线很宽，有强大、变化的X射线和很强的红外辐射，大部分为旋涡星系，也有不规则星系。根据发射线的宽度、形状可分为Ⅰ型和Ⅱ型，Ⅰ型塞佛特星系具有宽的发射线，Ⅱ型只具有窄的发射线。进一步还可以划分成1.5、1.8、1.9等类型。

类星体：具有非常大的红移，光度很高，光谱中有发射线，可见光波段为幂律谱，多数有X射线辐射，少部分具有很强的射电辐射。

射电星系：具有很强的射电辐射，大部分有两个辐射源，称为双源型射电星系，通常为椭圆星系。根据发射线的宽度大体可分为宽线射电星系和窄线射电星系。

蝎虎座BL型天体：星系核非常亮，短时间的曝光和恒星很类似。光度具有很快的变化，射电辐射有很强的偏振，光谱中既没有吸收线也没有发射线，因此其红移只能从宿主星系的光谱推断出来。

光学剧变类星体：光度具有很快的变化，往往是强射电源。与蝎虎座BL型天体合称耀变体。

低电离核发射线区：核光度比较低，具有低电离的核发射线区，有时发现为低光度的II型塞佛特星系。

窄线X射线星系：具有高电离发射线，类似塞佛特星系，但光度较低。被认为是光谱受到星系内尘埃消光的塞佛特星系。

星爆星系：具有巨大的恒星形成区，红外光度高于可见光光度，大部分为旋涡星系。属于活动星系，但与活动星系核的关系尚无定论。除此之外还有N星系、兹威基星系、高偏振类星体、低光度活动星系核和热星体等。

根据射电波段的辐射，还可以分为射电宁静活动星系核与射电噪活动星系核两大类。其中，射电宁静活动星系核包括低电离核发射线区、塞佛特星系以及部分类星体，射电噪活动星系核包括射电噪类星体、耀变体（包括蝎虎座BL型天体和光学剧变类星体）射电星系等。

活动星系的演化

长期以来，人们一直对它们的机制和演化感到困惑，并投入了大量的人力物力进行研究，使得活动星系核成为20世纪90年代以来天文学最热门和最活跃的研究领域之一。目前被广泛接受的观点认为，活动星系核由超大质量黑洞和吸积盘构成。

依据理论和观测研究，人们建立了活动星系核标准模型，即中央是一个黑洞，周围的物质受到引力作用下落，在黑洞周围形成了吸积盘。由于耗散作用，气体被加热到很高的温度，并逐渐下落到黑洞中央，并且形成了沿吸积盘法线方向的喷流。

活动星系核的观测特征主要依赖于中心黑洞、吸积盘的特征以及观测者的视线方向。拓展阅读活动星系的数量约为正常星系总数的1%，其寿命约为一亿年。人类对活动星系的本质了解得还很少，对活动星系的研究已成为星系天文学甚至整个天体物理中最活跃的领域之一。

宇宙间的椭圆星系

椭圆星系的特征

椭圆星系是河外星系的一种，呈圆球型或椭圆型，其中心区最亮，亮度向边缘递减，对距离较近的用大型望远镜可以分辨出外围的成员恒星。

同一类型的河外星系质量差别很大，有巨型和矮型之分。其中以椭圆星系的质量差别最大。椭圆星系根据哈勃分类，按其椭率大小分为E、E、E、E……E共8个类型，E型是圆星系，E是最扁的椭0123707圆星系。

质量最小的矮椭圆星系和球状星系相当，而质量最大的超巨型椭圆星系可能是宇宙中最大的恒星系统，质量范围为太阳的千万倍至百万亿倍，光度幅度范围从绝对星等9等到23等。

椭圆星系质量光度比为50至100，而旋涡星系的质光比为2至15。这表明椭圆星系的产能效率远远低于旋涡星系。椭圆星系的直径范围是1至150千米差距。总光谱型为K型，是红巨星的光谱特征。颜色比旋涡星系红，说明年轻的成员星没有旋涡星系里的多，由星族Ⅱ天体组成，没有或仅有少量星际气体和星际尘埃，椭圆星系中没有典型的星族Ⅰ天体蓝巨星。

椭圆星系的形成

关于椭圆星系的形成，有一种星系形成理论认为，椭圆星系是由两个旋涡扁平星系相互碰撞、混合和吞噬而成。据天文观测说明，旋涡扁平星系盘内的恒星的年龄都比较小，而椭圆星系内恒星的年龄都比较大，即先形成旋涡扁平星系，两个旋涡扁平星系相遇、混合后再形成椭圆星系。

还有人用计算机模拟的方法来验证这一设想，结果表明，在一定的条件下，两个旋涡扁平星系经过混合的确能发展成一个椭圆星系。

加拿大天文学家考门迪在观测中发现，某些比一般椭圆星系质量大得多的巨椭圆星系的中心部分，其亮度分布异常，仿佛在中心部分另有一小核。他的解释就是，由于一个质量特别小的椭圆星系被巨椭圆星系吞噬所致。但是，星系在宇宙中分布的密度毕竟是非常低的，它们相互碰撞的机会极小，要从观测上发现两个星系恰好处在碰撞和吞噬阶段是非常困难的。所以，这种理论的正确性还有待人们去深入探索和验证。拓展阅读科学观测表明，椭圆星系中没有什么气体，也找不到年轻的恒星。因为椭圆星系中的所有恒星都是在过去遥远的年代里同时诞生的，这使得星系中的气体被一下子消耗殆尽，所以在后来的漫长岁月里，这个星系再也不能造出新的恒星，老的恒星个个都成为老寿星了。

宇宙里的脉冲星

什么是脉冲星

在恒星世界中，有很多是人们未知的天体和奇特的天体。脉冲星就是其中之一。人们最早认为恒星是永远不变的，其实有些恒星也很“调皮”，并且变化多端。于是，人们就给那些喜欢变化的恒星起了个形象的名字，叫“变星”。脉冲星就是变星的一种。1967年，英国女研究生贝尔发现狐狸星座有一颗星发出一种周期性的电波。后来，科学家就把这种不断地发出电磁脉冲信号的未知天体命名为脉冲星。

脉冲星的一般符号是PSR。例如，第一个脉冲星就被记为PSR1919+21。1919表示这个脉冲星的赤经是19小时19分，+21表示脉冲星的赤纬是北纬21度。脉冲星是20世纪60年代天文的四大发现之一。

发射脉冲信号的天体

1967年夏天，著名的英国射电天文学家休伊什和女研究生贝尔发现一个能发射无线电脉冲的天体。1968年2月，他们在英国《自然》杂志发表了一篇轰动世界的文章——《观测到脉冲电源》。后来这个天体被命名为脉冲星。

当时，他们发现这个天体很有规律地发射一断一续的脉冲，每经过1.337秒就重复一次。开始，他们以为是地球上某个无线电台发射的讯号，不过这一假设很快就被否定了。后来又怀疑是从某个具有“超级文明”的星球上发来的电报，最后才肯定这种脉冲信号来自一个未知的天体。为何会发射脉冲脉冲星并非或明或暗地闪烁发光，而是发射出恒定的能量流。只是这一能量汇聚成一束非常窄的光束从星体的磁极发射出来。当星体旋转时，这一光束就像灯塔的光束或救护车警灯一样扫过太空。只有当光束直接照射到地球时，我们才能探测到脉冲信号。这样，恒流的光束就变成了脉冲光。绝大多数的脉冲星可以在射电波段被观测到。少数的脉冲星也能在可见光、X射线甚至γ射线波段内被观测到，例如著名的蟹状脉冲星射电到γ射线的各个波段内会被观测到。

脉冲星的周期

脉冲星发射的射电脉冲的周期性非常有规律。一开始，人们对此很困惑，甚至曾想到这可能是外星人在向我们发电报寻求联系。

1968年，有人提出，脉冲星是快速旋转的中子星。中子星具有强磁场，运动的带电粒子发出同步辐射，形成与中子星一起转动的射电波束。由于中子星的自转轴和磁轴一般并不重合，每当射电波束扫过地球时，就接收到一个脉冲。脉冲的周期其实就是脉冲星的自转周期。

脉冲星靠消耗自转能来弥补辐射出去的能量，因而自转会逐渐放慢。但是这种变慢会非常缓慢，以至于信号周期的精确度能够超过原子钟。而从脉冲星的周期就可以推测出其年龄的大小，周期越短的脉冲星越年轻。

科学家的研究

科学家们对这种脉冲现象进行了仔细认真的研究，确定这是脉冲星自转的结果。它自转一周，我们就观察到一次它辐射的电磁波，因此就形成了一断一续的脉冲。

经研究才知道这种脉冲星就是科学家们早已预言过的中子星。早在1932年，前苏联著名物理学家朗道就推测，宇宙里可能存在一种频度很高的、差不多全由中子组成的中子星。

1934年，美国科学家巴德和兹维基又假定说，中子星可能形成于超新星爆发的过程中。休伊什和贝尔的发现完全符合以上的猜测。

第一，只有非常小的天体，才能迅速旋转。脉冲星就具备这个条件，有的最短周期达0.033秒。第二，就目前发现的脉冲星来看，其中一部分就存在于超新星爆发的遗迹中。

研究发现，脉冲星所在的地方正好是超新星爆发时应该形成中子星的地方。

至此，关于脉冲星的另外一些问题科学上至今还没有答案，比如，脉冲星内部为什么总处于超导状态和超流动状态？为什么只有蟹状星云脉冲星发射光量子？拓展阅读脉冲星是中子星的一种，是会周期性发射脉冲信号的星体。脉冲星被认为是“死亡之星”，是恒星在超新星阶段爆发后的产物。变星狭义上是指亮度有显著起伏变化的恒星。一些恒星在光学波段的物理条件和光学波段以外的电磁辐射有变化，这种恒星现在也被称为变星，如光谱变星、磁变星、红外变星、X射线新星等。

星体中的“四大金刚”

2006年6月，美国太空总署发射了Dawn探测器前往谷神星，预计于2015年8月到达。

智神星同样是火星与木星之间的小行星带中较大的一个小行星，直径600千米。这是1802年发现的第二颗小行星。

智神星是第三大小行星，体积与灶神星相似，但质量较小。智神星可能是太阳系内最大的不规则物体，即自身的重力不足以将天体聚成球形。智神星体积虽然甚大，但作为小行星带中间的天体，它的轨道却相当倾斜，而且偏心率较大。

婚神星处于火星和木星的小行星带之间，它在数千万小行星里面体积排第四，直径240千米，也被称为3号小行星。在古罗马神话中，婚神星是助产女神，职能是引导新娘到新家，使婴儿见到光明。在这个小行星上，还有两座叫“贾宝玉”和“林黛玉”的环形山呢！

灶神星是第四颗被发现的小行星，也是小行星带质量最高的天体之一，仅次于谷神星。灶神星的直径约为530千米，质量估计达到所有小行星带天体的9%。

2007年9月27日，北京时间19时34分，“黎明”号探测器在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地由一枚德尔塔2型火箭运载，顺利升空，开始它的星际探索之旅。

它将远赴火星和木星之间的小行星带，首先探测灶神星，此后再赶往谷神星继续观测，帮助专家寻找太阳系诞生的线索。

按计划它将在2015年抵达谷神星。如果不辱使命，“黎明”号将成为第一个环绕两个不同天体运行的无人探测器。

发现“四大金刚”

1801年，皮亚齐发现了第一颗目标之后，他就宣布他注意到这是一个缓慢并且均匀运动的天体，认为它是不同于彗星的天体。但是之后的几个月皮亚齐却丢失了这个天体的行踪，直至年底才依据德国数学家高斯初步计算出的轨道位置再次找到了它。这个目标就是现在被列为矮行星的谷神星。

智神星由德国天文学家奥伯斯于1802年3月28日发现，是继谷神星之后第二颗被发现的小行星。智神星的轨道倾斜较大。

婚神星是德国天文学家卡尔·哈丁发现的。婚神星是首颗被观测到掩星的小行星。1958年2月19日，在SAO112328前方经过。

此后，又观测了几次婚神星的掩星，成果最丰硕的是1979年12月11日由18位观测者共同完成的。

灶神星，又称第四号小行星，是德国天文学家奥伯斯于1807年3月29日发现的。灶神星和谷神星是火星和木星之间小行星带里个头最大的成员，灶神星是第二大的小行星，仅次于谷神星，并且是在2.5天文单位的柯克伍德空隙内侧最大的小行星。它的体积与智神星相似(在误差范围内)，但更为巨大一些。

灶神星的形状似乎已经受到重力的影响，是扁圆球体，但是大的凹陷和突出使它在国际天文联合会第26届的大会中被断然地排除在行星之外。因此，灶神星将继续被归类为小行星，仍属于太阳系内的小天体。自从1807年发现灶神星之后，在长达37年的时间中未再发现其他的小行星。

研究“四大金刚”

2003年底至2004年末，哈勃太空望远镜首度拍摄到谷神星的外貌，发现它相当接近球形，并且表面具有的不同的反照率让它拥有了复杂的地形。

有天文学家甚至推测，谷神星具有冰质的幔及金属的核心。从近年测光的结果表明，智神星的自转轴倾角接近60度，这代表智神星上不同地区的日照长度有强烈的季节性。另外，天文学家仍未能就智神星的自转方向有一致的看法。

透过掩星及测光方法，使天文学家能间接推测智神星的形状。詹姆斯·L·希尔顿在1999年的研究中认为，婚神星的轨道在1839年有微小的改变。这种变动是由于身份尚未获得确认的小行星经过附近而应起的摄动，不可能是由其他天体撞击造成的。

对于灶神星，科学家有大量有力的样品可以研究，有200颗以上的HED陨石可以用于观察灶神星的地质历史和结构。灶神星被认为有以铁镍为主的金属核心，外面包覆着以橄榄石为主的地幔和岩石的地壳。但是，我们只是了解了“四大金刚”的一部分，更多的细节还需要科学家们不断去探索研究。拓展阅读掩星是一种天文现象，指一个天体在另一个天体与观测者之间通过而产生的遮蔽现象。一般而言，掩蔽者较被掩者的视觉面积要大。有天文爱好者认为日食也是月掩星的一种。 谷神星的符号是一把镰刀，与金星的符号相似。金星是象征女性的性别符号和维纳斯手中的镜子。1803年发现的元素铈就是以谷神星的拉丁名称Cerium命名的。

宇宙中的长城

宇宙长城是什么

宇宙长城并不是指某个星系，而是指一大群星系的集合。星系成群出现的现象，叫作星系群，而星系群也有成群出现的现象，叫作超星系团。例如，我们的银河系就属于本星系群，本星系群是本超星系团的成员之一。

科学家通过观测发现，宇宙中的大量星系都集中在一些特定的区域内，这种极大的尺度结构看上去就像是长长的链条，所以叫宇宙长城，这可比星系的尺度要大得多。

这个结构长约7.6亿光年，宽达两亿光年，而厚度为1500万光年，俨然就是一条不规则的薄带子的样子。被天文学家们形象地称呼为“长城”，后来就被人称为“格勒-赫伽瑞长城”。

宇宙长城的研究

多年来，美国天体物理研究中心的科学家约翰·赫奇勒和玛格特·盖勒一直不断地研究，他们利用首创的三度空间图像可以推测宇宙建立在许多巨大空间的周围。这些空间看起来就像洗脸盆上的肥皂泡，而大大小小的星系就依附在“泡沫”上。有的“肥皂泡”相当大，直径达到15亿光年。

这些“肥皂泡”是怎样产生的呢？构成星系的物质是如何空出这么巨大的区域来的呢？此类问题在科学界引起了激烈争论。有人认为，是大爆炸将物质从空间中心推向四周，从而形成“泡状”。这种说法存在很大问题，无法解释物质怎么跑完这么长的路程，并形成这么巨大的空间。

这道肉眼看不见的曲线形的“长城”，离地球2亿至3亿光年。由于距离遥远，它在一般的天文摄影照片上显示不出来。它使人们了解到宇宙中最大的发光结构不是银河系中的超星系团。与此同时又给人们一些启示：在太空中会不会还有更大的天体呢？

科学家的发现

2003年10月20日，以普林斯顿大学的天体物理学家丁·理查德·格特为首的一些天文学家启动了一个名为“斯隆数字天空观测计划”的项目，他们利用新墨西哥州阿帕奇角天文台的大型望远镜，对1/4片天空中的100万个星系相对地球的方位和距离进行了测绘，然后把它们描绘在一张《宇宙地图》上面。

在这个地图上面，他们惊讶地看到了这个被命名为“斯隆”的巨大无比的由星系组成的“长城”。这样一种条带状的星系长城并不是第一次被发现。1989年，天文学家格勒和赫伽瑞领导的一个小组就从星系地图上面发现了一个显眼的由星系构成的条带状结构。

科学的再探索

科学家们打开计算机，看到底能不能由现有理论通过模拟计算得到这样一种大范围的条带结构。他们建立了一个巨大的由星系构成的宇宙模型，用来模拟真实宇宙里面包含了斯隆长城的那部分空间。研究发现用来组成斯隆长城的星系，占到了整个模型里面星系数量的10%。计算结果让天体物理学家们大大松了口气，因为不管是7.6亿光年长的“格勒-赫伽瑞长城”，还是13.7亿光年长的“斯隆长城”，都还不是属于理论无法预测的结构。拓展阅读爱因斯坦从宇宙学原理出发，为宇宙列出了一个基本力学方程式，这个方程式能够描述宇宙的演化历史和结构形成。星系测量显示，宇宙很像一块巨大海绵：宇宙中星系聚集呈条带状，被广阔、空旷的地带和巨大的空洞分隔开。

宇宙里的岛屿

宇宙岛是什么

在宇宙产生之初就产生了不均匀的物质。在后来宇宙膨胀的过程中，这些不均匀物质由于引力的作用，逐渐收缩成一个个“岛屿”，这就是星系，人们就将其形象地称作“宇宙岛”或“岛宇宙”。

16世纪末，意大利思想家布鲁诺推测恒星都是遥远的太阳，并提出了关于恒星世界结构的猜想。

至18世纪中期，测定恒星视差的初步尝试表明，恒星确实是远方的太阳。这时，就有人开始研究恒星的空间分布和恒星系统的性质了。

1750年，英国人赖特为了解释银河形态，即恒星在银河方向的密集现象，就假设天上所有天体共同组成一个扁平系统，形状如磨盘，太阳是其中的一员。这就是最早提出的银河系概念。

19世纪中期，德国科学家洪堡又提出了宇宙结构图像。将宇宙比喻为大海，银河系和其他类似的天体系统比喻成海洋中无数的小岛。宇宙岛的研究天文学家通过观测，看到宇宙中有许多雾状的云团，便猜测可能是由很多恒星构成的，只是离得太远，人们无法分辨出来罢了。现在人们观测到的河外星系已达上万个，最远者距银河系达70亿光年。河外星系数目大得惊人，若画一个半径达20亿光年的圆球，其内就含有约30亿个星系，每个星系都包含着数以千亿计的恒星。英国天文学家赫歇尔首先发现许多星云可分解成恒星群，后来又发现一些星云无法分解，于是他提出了星系并非宇宙岛的观点。至19世纪，人们借助更大的望远镜进行更仔细的观测，特别是分光术的应用，使人们对星云的观测有了极大进步。只是由于赫歇尔的影响，人们对宇宙岛与星云的关系仍然缺乏正确认

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