《宇宙奥秘探索》课程简答题内容参考

《宇宙奥秘探索》课程研究性学习简答题内容参考

1-1.寒武纪生命大爆炸

寒武纪是地质年代划分中属显生宙古生代的第一个纪，距今约5.4亿至5.1亿年，寒武纪是现代生物的开始阶段，是地球上现代生命开始出现、发展的时期。寒武纪对我们来说是十分遥远而陌生的，这个时期的地球大陆特征完全不同于今天。

寒武纪常被称为“三叶虫的时代”，这是因为寒武纪岩石中保存有比其他类群丰富的矿化的三叶虫硬壳。当时出现了丰富多样且比较高级的海生无脊椎动物，保存了大量的化石，从而有可能研究当时生物界的状况，并能够利用生物地层学方法来划分和对比地层，进而研究有机界和无机界比较完整的发展历史。

但澄江动物群告诉我们，现在地球上生活的多种多样的动物门类在寒武纪开始不久就几乎同时出现。

寒武纪是显生宙的开始，标志着地球生物演化史新的一幕。在寒武纪开始后的短短数百万年时间里，包括现生动物几乎所有类群祖先在内的大量多细胞生物突然出现，这一爆发式的生物演化事件被称为“寒武纪生命大爆炸”。

带壳、具骨骼的海洋无脊椎动物趋向繁荣，它们营底栖生活，以微小的海藻和有机质颗粒为食物，其中，最繁盛的是节肢动物三叶虫，故寒武纪又称为“三叶虫时代”，其次是腕足动物、古杯动物、棘皮动物和腹足动物，寒武纪的生物形态奇特，和我们现在地球上所能看见的生物极不相同。比较著名的有早寒武世云南的澄江动物群、加拿大中寒武世的布尔吉斯页岩生物群。寒武纪的生物界以海生无脊椎动物和海生藻类为主。无脊椎动物的许多高级门类如节肢动物、棘皮动物、软体动物、腕足动物、笔石动物等都有了代表。其中以节肢动物门中的三叶虫纲最为重要，其次为腕足动物。

寒武记物种大爆炸是指生物的形态，种类在寒武记这个短短的时期内发生了飞跃性的变化。从化石的证据来看，在寒武记之前，生命基本上是以单细胞的形式存在，但是到了寒武记时，生命突然由单细胞进化到多细胞形式，并且出现了数目巨大的不同物种。这些物种具有了复杂，多样的身体行态。

寒武记物种大爆炸一说来源于这个时期的化石证据。近年来，在加拿大，Greeland,Siberia 和中国发现了许多寒武记时期的化石，这些化石中的生命形式丰富多样。特别是在中国昆明澄江发现的上寒武记化石中，各种生物的形态保存完好，栩栩如生，受到了各国科学家的极大重视。

1-2.地球有哪些独特的环境和条件适合生命的生存？

到目前为止，一切迹象表明，在宇宙中，在银河系中，至少在太阳系中，有人类的行星只有一个——地球。为什么只有地球存在高级生命形式？这是由一系列关联的条件所决定的。（1）优益的位置：地球处于太阳系中的位置，距太阳不近不远。太阳的辐射能量达到地球正好使地球表面温度适合生命生存。

（2）恰当的质量：地球质量不大不小，它能保持稳定的大气层。使大气中的气体不致逸散。（3）迅速的自转：地球昼夜交替，平均12小时，白天不至日光照射时间太长而使地表温度过高，晚上不因时间过长热量完全散失。（4）小的公转偏心率：使近日点时温度不会太高，远日点时温度不会太低。

（5）有卫星：月球的存在，在保持地球自转和公转的各个参数的稳定性上起重要作用。它的引力影响着地球内软流层和板块运动，产生的潮汐使滨海生态环境丰富多采。

（6）宝贵的液态水：生命离不开水。

（7）神奇的大气圈：地球的大气圈主要由氧和氮气组成，这是生命不可缺少的元素。还有许多其它元素，其中占大气体积0.03%的二氧化碳，为植物的光合作用提供原料，并为保持地球表面温度在一定范围内，起到温室效应。（8）自我调节的循环机制：大气圈、水圈、生物圈、岩石圈和地内各地球化学元素的循环，保持大气层和海洋的稳定。

（9）具有地磁场防护太阳风

（10）具有臭氧层防护紫外线

（11）具有山川和河流利于生命的流动

（12）具有大行星的引力保护伞，例如木星（13）距离其他恒星很远，又处在银河系的郊区，避免了与其他星体的碰撞。

（14）太阳是一颗中等质量的恒星，具有很长的寿命，可以有充足的时间供生命进化。（15）温度适宜变化幅度小：平均17°C。

2-1.太阳系简介

太阳系是由受太阳引力约束的天体组成的系统，它的最大范围约可延伸到1光年以外。太阳系的主要成员有：太阳（恒星）、八大行星（包括地球）、无数小行星、众多卫星（包括月亮），还有彗星、流星体以及大量尘埃物质和稀薄的气态物质。

小行星带，是位于火星和木星轨道之间的小行星的密集区域。

柯伊伯带（还称作艾吉沃斯-柯伊伯带）是太阳系在海王星轨道（距离太阳约30天文单位）外侧的黄道面附近、天体密集的中空圆盘状区域。

奥尔特星云又译欧特云，是一个包围着太阳系的球体云团，布满着不少不活跃的彗星，距离太阳约50,000至100,000个天文单位，差不多等于一光年，即太阳与比邻星距离的四分一。

在太阳系中，太阳的质量占太阳系总质量的99.8%，其它天体的总和不到有太阳的0.2%。太阳是中心天体，它的引力控制着整个太阳系，使其它天体绕太阳公转，太阳系中的八大行星（水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星）都在接近同一平面的近圆轨道上，朝同一方向绕太阳公转。

八大行星中，一般把水星、金星、地球和火星称为类地行星，它们的共同特点是其主要由石质和铁质构成，半径和质量较小，但密度较高。把木星、土星、天王星和海王星称为类木行星，它们的共同特点是其主要由氢、氦、冰、甲烷、氨等构成，石质和铁质只占极小的比例，它们的质量和半径均远大于地球，但密度却较低。

多数行星的自转方向和公转方向相同，但金星则相反。除了水星和金星，其它行星都有卫星绕转，构成卫星系。

在太阳系中，现已发现1600多颗彗星，大多数彗星是朝同一方向绕太阳公转，但也有逆向公转的。彗星绕太阳运行中呈现奇特的形状变化。太阳系中还有数量众多的大小流星体，有些流星体是成群的，这些流星群是彗星瓦解的产物。大流星体降落到地面成为陨石。

太阳系是银河系的极微小部分，它只是银河系中上千亿个恒星中的一个，它离银河系中心约8.5千秒差距,即不到3万光年。太阳带着整个太阳系绕银河系中心转动。太阳是50亿年前由星际云瓦解后的一团小云塌缩而成的，它的寿命约为100亿年。2-2.太阳简介

太阳是太阳系中唯一的恒星和会发光的天体，是太阳系的中心天体，太阳系质量的99.86%都集中在太阳。它几乎是热等离子体与磁场交织着的一个理想球体。

太阳直径大约是1392000公里，相当于地球直径的109倍；体积大约是地球的130万倍；其质量大约是2×1030千克（地球的330000倍）。

组成太阳的物质大多是些普通的气体，其中氢约占73%、氦约占25%，其它元素占2%。太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区和对流区、太阳大气。太阳的大气层，可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层，即从内向外分为光球、色球和日冕三层。我们平常看到的太阳表面，是太阳大气的最底层，温度约是6000度。它是不透明的，因此我们不能直接看见太阳内部的结构。

太阳核心的温度极高，达到1500万℃，压力也极大，使得由氢聚变为氦的热核反应得以发生，从而释放出极大的能量。这些能量再通过辐射层和对流层中物质的传递，才得以传送到达太阳光球的底部，并通过光球向外辐射出去。

太阳中心区的物质密度非常高。每立方厘米可达150克。太阳在自身强大重力吸引下，太阳中心区处于高密度、高温和高压状态。是太阳巨大能量的发源地。

太阳中心区产生的能量的传递主要靠辐射形式。太阳中心区之外就是辐射层，辐射层的范围是从热核中心区顶部的0.25个太阳半径向外到0.71个太阳半径，这里的温度、密度和压力都是从内向外递减。从体积来说，辐射层占整个太阳体积的绝大部分。太阳内部能量向外传播除辐射，还有对流过程。即从太阳0.71个太阳半径向外到达太阳大气层的底部，这一区间叫对流层。这一层气体性质变化很大，很不稳定，形成明显的上下对流运动。这是太阳内部结构的最外层。

日冕是太阳大气的最外层。日冕中的物质也是等离子体，它的密度比色球层更低，而它的温度反比色球层高，可达上百万摄氏度。在日全食时在日面周围看到放射状的非常明亮的银白色光芒即是日冕。日冕的范围在色球之上，一直延伸到好几个太阳半径的地方。日冕还会有向外膨胀运动，并使得冷电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风。

太阳和其它天体一样，也在围绕自己的轴心自西向东自转，但观测和研究表明，太阳表面不同的纬度处，自转速度不一样。在赤道处，太阳自转一周需要25.4天，而在纬度40处需要27.2天，到了两极地区，自转一周则需要35天左右。这种自转方式被称为“较差自转”。

3-1.地球的构造简介

（请自己独立研究学习总结答案，并写在平日测试卷上提交）

3-2.格里历中的闰年是如何设置的？

闰可以理解成附加，附加的一天就叫闰日，附加的月份就叫闰月，而该年中有闰日或者闰月的年份就叫做闰年。闰年以外的年份叫做平年。

格里历中闰日固定是2月29日。即闰年的时候2月份有29天，而平年的时候，2月份只有28天。

每四年设置一个闰年。如果我们把年份的数值除以4，能够整除的是闰年。比如1520年，1824年，1912年，1988年，1992年，1996年。

每一百年减少一个闰年，每四百年又增加一个闰年。这样的做法可在400年中减少3个闰年。即，碰到数值为整百的年份，未必都是闰年。

公元年数被4除尽的是闰年，但如被100除得尽而被400除不尽的则不是闰年。比如：1600年和2000年都是闰年，而1800年和1900年都不是闰年。

经过这样的巧妙设置，格里历的年平均长度是365.2425日，它与一个回归年长度365.2422日相差仅仅是万分之三日。这样每年相差约26秒，3300年才相差一天。这是相当精确的了。

4-1.什么是晨昏蒙影？

在黎明之前和黄昏之后的一段时间，太阳虽不能直接射到地面，但由于大气的散射作用和反射作用，天空仍然很亮，这段时间是昼夜交替的过渡时间，天文学上叫晨昏蒙影，是晨光和昏影的合称。

晨昏蒙影分为三级，它们是民用、航海和天文晨昏蒙影，晨光始和蒙影终的太阳中心分别在地平面以下6度、12度、18度。

民用晨昏蒙影阶段，户外活动几乎没有影响，室内无需照明。

航海晨昏蒙影阶段，一等星显露，地平线可辨析，航海测星（测定天体的地平高度）最佳时机。

天文晨昏蒙影阶段，海上航行不用信号灯已不能辩明方向，肉眼可见的最暗淡的星开始显露。

4-2.流星雨简介

有时候在天空某一区域某一段时间内流星数目会显著增多，每小时几十条甚至更多，看上去就象下雨一样，这种现象称为流星雨。

特别大的流星雨又称流星暴。

如1833年狮子座流星雨出现时每小时竟多达35000条（约每秒10条），景象甚为壮观。

流星雨的各个成员在空间的运动轨道基本上是彼此平行的。由于透视的原因，在地球上看来流星雨仿佛都从同一点向外辐射出来，这一点称为流星雨的辐射点。大多数流星雨以辐射点所在星座或附近的恒星命名，如狮子座流星群，宝瓶座δ流星群等。

彗星散发出的微粒在漫长的年代中会逐渐因辐射压和大行星引力摄动而分布在整个彗星运动轨道上。由于一部分彗星的轨道可以与地球公转轨道相交，当地球穿越这种区域时便会因大批微粒进入地球大气层而形成流星雨。

比如狮子座流星雨平常年份流星数目并不多，只是每隔33年才有一次程度不等、规模较大的流星暴出现，这33年就是母体彗星轨道运动的周期。

流星雨出现对人类活动的影响

1）可能对航天器造成威胁。流星群颗粒大都很小（<1mm），但速度极高。

以98年狮子座流星雨为例，相对地球的运动速度为71km/s，达到子弹初速的100倍。如果较大颗粒或结构较坚实的颗粒高速撞击人造卫星或其它航天器，很可能造成严重后果，如舱面击穿，探测器损坏，太阳能板受损，电子器件因等离子体放电而失效，甚至整个航天器被击坏、击毁等。1993年英仙座流星暴使欧洲航天局的Olympus卫星因遭到一颗流星体的撞击而一度失控。

2）大批流星群闯入地球大气造成的电离效应可能使远距离电讯发生异常。

3）对云层和雨量的影响。大批流星体尘埃散入地球大气，提供了额外的水汽凝结中心，会使云层和雨量增大。

4）陨星击中人类或牲畜。

对流星雨的应用：可以利用流星出现时，因流星体燃烧形成的长条电离离子柱对无线电讯号的反射作用，进行高频或甚高频通讯，作用距离可达1800公里。因流星通讯不受太阳活动或核爆炸影响，在军事上有重要意义，美国已有流星通讯设备作为战术通讯的一种手段来装备部队。

4-3.太阳黑子简介

太阳黑子是在太阳的光球层上发生的一种太阳活动，是太阳活动中最基本，最明显的活动现象。

太阳黑子是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡，温度大约为4500摄氏度。因为比太阳的光球层表面温度要低，所以看上去像一些深暗色的斑点。

太阳黑子的突出特点是具有强大的磁场，范围从小太阳黑子的500高斯到大太阳黑子的4000高斯不等。黑子最多的年份称太阳活动极大年，最少的年份称太阳活动极小年。

黑子一般成群出现在太阳表面，天文学家又将其称为“黑子群”。黑子的形成周期短，形成后几天到几个月就会消失，新的黑子又会产生。太阳黑子是太阳活动的重要标志，其活动存在着明显的周期性，周期平均为11.1年。黑子群对地球的磁场和电离层会造成干扰，并在地球的两极地区引发极光。

黑子是由本影和半影构成的，本影就是特别黑的部分，半影不太黑，是由许多纤维状纹理组成的。当大黑子群数量增多时，就预示着太阳上将有剧烈的变化。人类发现太阳黑子活动已经有几千年了。黑子的活动周期为11.2年。届时会对地球的磁场和各类电子产品和电器产生损害。在开始的4年左右时间里，黑子不断产生，越来越多，活动加剧，在黑子数达到极大的那一年，称为太阳活动峰年。在随后的7年左右时间里，黑子活动逐渐减弱，黑子也越来越少，黑子数极小的那一年，称为太阳活动谷年。国际上规定，从1755年起算的黑子周期为第一周，然后顺序排列。

5-1.温室效应

大气中的二氧化碳浓度增加，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，这就是有名的“温室效应”。

生活中我们可以见到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的温室。

温室效应破坏大气层与地面间红外线辐射正常关系，吸收地球释放出来的红外线辐射，就像“温室”一样，促使地球气温升高的气体称为“温室气体”。

二氧化碳是数量最多的温室气体，约占大气总容量的0.03%，许多其它含量气体也会产生温室效应，其中有的温室效应比二氧化碳还强。

温室效应有什么严重恶果？

1)地球上的病虫害增加；

2)海平面上升；

3)气候反常，海洋风暴增多；

4)土地干旱，沙漠化面积增大。

科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升2－4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。

温室效应是怎么来的？

温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。

人类活动和大自然还排放其他温室气体，它们是：氯氟烃（CFC〕、甲烷、低空臭氧、和氮氧化物气体。

减少温室效应，我们能做什么？

为减少大气中过多的二氧化碳，一方面需要人们尽量节约用电（因为发电烧煤〕，少开汽车。另一方面保护好森林和海洋，比如不乱砍滥伐森林，不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。我们还可以通过植树造林，减少使用一次性方便木筷，节约纸张（造纸用木材〕，不践踏草坪等等行动来保护绿色植物，使它们多吸收二氧化碳来帮助减缓温室效应。

5-2.什么是周年视差法?

为了测量地面上的远方目标，人类发明了“三角视差法”。这一方法的依据是简单的几何学原理。

角α的大小与D和S的大小直接有关，D 值越大，角α值越小；而S值越大，角α值也越大。

角α的大小和S的大小都不难计算或测量出来。那么，D的值就可以通过角α和S的值计算出来了

由于恒星距离我们实在太遥远，能测得的

角α值实在太小了。

对有的恒星，测得的角α值几乎总是为零。为了得到尽可能大而准确有效的角α值，一个办法是尽可能使用大的S值。

人们想到了地球环绕太阳公转的轨道。在每相隔6个月的时间间隔中，地球将先后位于相当于圆形轨道的一条直径的两个端点上。而这两个端点的距离恰恰等于地球到太阳距离的2倍，对于三角视差法说来，这是在地球环境中可以得到的最大的S值了。

于是，人们就开始使用这种相隔6个月先后两次观测同一颗恒星的方法，所测得的角α值就叫做这颗恒星的“周年视差”

天文学家们还定义，当周年视差是1弧秒时（1弧秒＝π/1800），所对应的该天体距离叫做1秒差距（“秒差距”是长度单位，1秒差距＝3.26光年＝3.08×1013千米，

6-1.月球对地球的影响

（请自己独立研究学习总结答案，并写在平日测试卷上提交）

6-2.关于月球起源的学说

1）地球分裂说

地球分裂说认为，在太阳系形成的初期，地球和月球原是一个整体，那时地球还处于熔融状态，自转快。由于太阳对地球强大潮汐力作用，在地球赤道面附近形成一串细长的膨胀体，终于分裂而形成月球。

太平洋盆地就是月球脱离地球时所造成的一个巨大遗迹。

2）地球俘获说

地球俘获说认为，月球可能是在地球轨道附近运行的一颗绕太阳运行的小行星，后来被地球所俘获而成为地球的卫星。

原因1：由于月球的平均密度只有每立方厘米为3.34克，与陨星、小行星的平均密度十分接近。

原因2：月球的运动轨道显著地偏离地球赤道面，而比较接近各行星绕太阳运行的公转平面。

3）共同形成说

共同形成说则认为地球和月球是由同一块原始行星尘埃云所引成。

它们的平均密度和化学成分不同，是由于原始星云中的金属粒子在形成行星之前早已凝聚。在形成地球时，一开始以铁为主要成分，并以铁作为核心。而月球则是在地球形成后，由残余在地球周围的非金属物质凝聚而成。4）外星碰撞说

月亮是在大约45亿年前，由于一颗大小近似火星的星体强烈碰撞并划过地球形成的。当时的碰撞形成的大量熔化的岩石碎片和尘埃被甩到地球周围轨道之内，经过一段时间的相互碰撞和聚集而形成了今天的月亮。

6-3.日食简介

日食是月球绕地球转到太阳和地球中间时，如果太阳、月球、地球三者正好排成或接近一条直线，月球挡住了射到地球上去的太阳光，月球身后的黑影正好落到地球上，这时发生日食现象。在地球上月影里的人们开始看到阳光逐渐减弱，太阳面被圆的黑影遮住，天色转暗，全部遮住时，天空中可以看到最亮的恒星和行星，几分钟后，从月球黑影边缘逐渐露出阳光，开始生光、复圆。由于月球比地球小，只有在月影中的人们才能看到日食。月球把太阳全部挡住时发生日全食，遮住一部分时发生日偏食，遮住太阳中央部分发生日环食。发生日全食的延续时间不超过7分31秒。日环食的最长时间是12分24秒。我国有世界上最古老的日食记录，公元前一千多年已有确切的日食记录。

日食、月食是光在天体中沿直线传播的典型例证。月亮运行到太阳和地球中间并不是每次都发生日食，发生日食需要满足两个条件。其一，日食总是发生在朔日（农历初一）。也不是所有朔日必定发生日食，因为月球运行的轨道（白道）和太阳运行的轨道（黄道）并不在一个平面上。白道平面和黄道平面有5°9′

的夹角。如果在朔日，太阳和月球都移到白道和黄道的交点附近，太阳离交点处有一定的角度（日食限），就能发生日食，这是要满足的第二个条件。

由于月球、地球运行的轨道都不是正圆，日、月同地球之间的距离时近时远，所以太阳光被月球遮蔽形成的影子，在地球上可分成本影、伪本影（月球距地球较远时形成的）和半影。观测者处于本影范围内可看到日全食；在伪本影范围内可看到日环食；而在半影范围内只能看到日偏食。

日全食发生时，根据月球圆面同太阳圆面的位置关系，可分成五种食象：1．初亏。月球比太阳的视运动走得快。日食时月球追上太阳。月球东边缘刚刚同太阳西边缘相“接触”时叫做初亏，是第一次“外切”，是日食的开始；2．食既。初亏后大约一小时，月球的东边缘和太阳的东边缘相“内切”的时刻叫做食既，是日全食的开始，这时月球把整个太阳都遮住了；3．食甚。是太阳被食最深的时刻，月球中心移到同太阳中心最近；4．生光。月球西边缘和太阳西边缘相“内切”的时刻叫生光，是日全食的结束；从食既到生光一般只有二三分钟，最长不超过七分半钟；5．复圆。生光后大约一小时，月球西边缘和太阳东边缘相“接触”时叫做复圆，从这时起月球完全“脱离”太阳，日食结束。

无论是日偏食、日全食或日环食，时间都是很短的。在地球上能够看到日食的地区也很有限，这是因为月球比较小，它的本影也比较小而短，因而本影在地球上扫过的范围不广，时间不长，由于月球本影的平均长度(373293公里)小于月球与地球之间的平均距离(384400公里)，就整个地球而方，日环食发生的次数多于日全食。

7-1.类木行星

类木行星，也叫“巨行星”或“带外行星”。类木行星的体积都非常大，而且没有固态的外壳，主要是由气体组成的。包括行星之王木星、土星、天王星和海王星。类木行星的另一特点是它们都有环，其中尤以土星的环最为显著。

类木行星的卫星众多。是体积大、质量大、但是密度小的气体世界，具有浓密的大气。平均密度约≤1.75g/cm3，土星的密度约为0.7g/cm3，木星质量约为地球的318倍。

结构：由内而外，中心有岩石核心、液态金属氢、液态分子氢、充满气体的大气层，表面有漩涡状的云层。

7-2.类地行星

类地行星是与地球相类似的行星。它们距离太阳近，体积和质量都较小，平均密度较大，表面温度较高，大小与地球差不多，也都是由岩石构成的。

类地行星是以硅酸盐石作为主要成分的行星。它们跟类木行星有很大的分别，因为那些气体行星主要是有氢、氦、和水等组成，而不一定有固体的表面。类地行星的结构大致相同：一个主要是铁的金属中心，外层则被硅酸盐地幔所包围。它们的表面一般都有峡谷、陨石坑、山和火山。

地球所在的太阳系有四个类地行星：水星、金星、地球与火星。当中只有地球有活跃的水界。

与地球类似的，有着坚硬石质外壳,主要是铁的金属中心，外层则被硅酸盐地幔所包围。表面一般都有峡谷、陨石坑、山和火山。

类地行星的卫星非常少，他们体积小、密度大、自转慢。

7-3.木星简介

木星是太阳系中最惹人注目的一颗行星，它是太阳系八大行星中最大的。中国古代把它叫做“岁星”，用它来纪年。

木星是天空中第四亮的星星,次于太阳、月球和金星。

木星确实为九星之王，它的质量是太阳系中其它8颗行星加在一起的2.5倍，相当于地球的318倍。木星没有固体外壳，在浓密的大气之下是液态氢组成的海洋。木星的内部是由铁和硅组成的固体核，称为木星核，温度高达30000℃。木星核的外部则是液态氢组成的木星幔。再向外就是木星的大气层。木星的大气厚达1000千米以上，由90％的氢和10％的氦及微量的甲烷、水、氨等组成。自转周期为9小时50分30秒，比地球快了近二倍半。如此快速的自转在木星表面造成了非常复杂的大气运动，各种对流、环流运动十分激烈和复杂，并出现许多层与赤道平行的云带。更奇异的是木星南半球上有一个持续运动了几百年的大气旋，称为“大红斑”。它的大小足够可容纳好

几个地球，在里面彩色的云团作着剧烈的运动，有些类似地球上的龙卷风。

木星和土星一样也拥有光环。但木星光环和土星光环有很大不同，木星光环比较弥散，由亮环、暗环和晕3部分组成。亮环在暗环的外边，晕为一层极薄的尘云，将亮环和暗环整个包围起来。木星环距木星中心约12.8万千米，环宽9000余千米，厚度只有几千米左右，是由大量的尘埃及暗黑的碎石构成，肉眼很难看到。暗淡单薄的木星环套在庞大的木星身躯之上，发现它确实很不容易。

木星的卫星：木星是太阳系中卫星数目较多的一颗行星，目前已发现有16颗卫星。木星的卫星是按发现的先后次序编号的，其中排名居前的4颗最大也是最亮的卫星由伽利略用望远镜首先发现，后人因此命名为伽利略卫星。

7-4.火星简介

按距离太阳的远近，它排在第四位，火星是地球的近邻。因为火星与地球之间的距离变化幅度相当大，在夜空里的位置也不断变化，看上去它总是时亮时暗，所以中国古代称它为“荧惑”；又因为它的颜色发红，古代罗马人便用神话中的战神玛尔斯（Mars）给它命名它与地球有许多相同的特征。它们都有卫星，都有移动的沙丘、大风扬起的沙尘暴，南北两极都有白色的冰冠。

火星的自转周期几乎与地球（２３小时５６分４.０９秒）一样，１个火星日只比１个地球日长４１分１９秒；

火星自转轴的倾角也几乎和地球相同。因而，火星也有四季变化，气温比地球低，生存条件仅次于地球。

火星与地球明显不同的是，火星的公转周期几乎是地球公转周期的两倍，所以，火星上每个季节要持续６个月，而不是３个月。

多年以来，火星一直以她神秘的地貌、与地球相似相近的特点吸引着无数人翘首以望，盼望着在地球的身边出现和我们人类息息相通的生命与智慧。

7-5.土星简介

土星，为太阳系八大行星之一，至太阳距离（由近到远）位于第六、体积则仅次于木星。并与木星、天王星及海王星同属气体（类木）巨星。古代中国亦称之镇星或填星。

土星主要由氢组成，还有少量的氦与微痕元素，内部的核心包括岩石和冰，外围由数层金属氢和气体包覆著。最外层的大气层在外观上通常情况下都是平淡的，虽然有时会有长时间存在的特征出现。土星的风速高达1,800公里/时，明显的比木星上的风快速。土星的行星磁场强度介于地球和更强的木星之间。

让人着迷的是土星奇妙的盘状圆环。光环显著地分成两个——亮而宽的内环、窄而稍暗的外环，中间的黑暗区域叫做卡西尼分界(CASSINI)。土星环主要的成分是冰的微粒和较少数的岩石残骸以及尘土。已经确认的土星的卫星有62颗。其中，土卫六是土星系统中最大和太阳系中第二大的卫星（半径2575KM）（太阳系最大的卫星是木星的木卫三，半径2634KM），比行星中的水星还要大；并且土卫六是唯一拥有明显大气层的卫星。

8-1.彗星简介

彗星是由冰和少量岩石组成的小天体，平均物质密度只有10-1000千克/立方米，天文学家们把彗星形象地称为“脏雪球”。在一般的情况下，彗星都在太阳系的边缘地区，这时即使被观测到，也与极其微弱的恒星相似，看不出细致的结构。但当其逐渐接近太阳的时候，由于太阳的热辐射、太阳风和太阳光压作用的加大，尤其当它进入火星轨道区域以后，表面物质挥发形成彗尾，表现出其独特的结构。

彗头：彗星有一个形态朦胧而明亮的“头”部——彗头。彗头包括两部分，中央密集而明亮的彗核和雾状的包层——彗发。

彗核：彗核通常很小，直径一般在0.1-100km之间，很少有超过100km的。彗星的质量几乎都集中于彗核。

彗发：彗发是彗核的蒸发物，其形状和大小与距离太阳的远近密切相关。一般来说，离太阳越近，彗发越亮越大，直径可达数十万千米，有时还可与太阳相当，甚或超过太阳直径。

彗云：人类进入空间探测后，发现了彗发之外还有一个更大的，直径约100-1000万千米的包层——彗云。因为它几乎全是由氢原子组成，故又称为氢云。氢云的物质密度极其稀薄，所以地面上一般观测不到。

彗尾：长长的彗尾，是肉眼可见的彗星的主要特征之一，也是太阳系内最长的天体，它总是背向太阳一方。由于彗尾是彗头物质在太阳作用下的结果，所以，彗尾不仅与彗星的质

量有关，更取决于离太阳的距离。在近日点时，达到最长；而一些行星族彗星在望远镜内仅有朦胧的彗尾而已。主要由气体组成的离子彗尾较直，而包含有许多尘埃物质的尘埃彗尾一般比较弯曲。此外，还有少量彗星在某一阶段内出现反常彗尾——朝太阳方向伸出尾状物质，称之为逆向彗尾，也有人称之为“彗翎”。有些彗星的彗尾不止一条，历史上不乏双尾甚至三尾的例子，最著名的是1744年的歇索彗星，曾出现过六条彗尾。彗尾的物质十分稀薄，恒星的光可以自由穿过它而不受任何影响，稀的彗尾密度远远低于实验室真空内气体的密度。

彗星每次访问太阳都要丢失一部分挥发性物质，最终它将成为太阳系中的又一颗岩石天体。因此对宇宙而言，彗星可以说是非常短命的。许多科学家认为有些小行星就是已熄灭的彗核，这些彗星已丢失了它们所有的挥发性物质。

迄今发现的彗星共有1800多颗，它们中的大部分和我们仅有一面之缘，匆匆绕过太阳后，便沿着抛物线或双曲线一去不返了。只有沿着封闭轨道运行的彗星才能去而复来，这便是周期彗星。科学家把200年定为短周期彗星和长周期彗星的分界。

科学家们一直对彗星感兴趣，因为彗星被认为是我们太阳系里最古老最原始的天体，其物质构成与太阳系形成前的星云类似。这种星云后来坍塌形成太阳和行星，因此它含有４６亿年前太阳和行星形成时的尘埃和气体。科学家们认为，形成地球生命的原始物质很可能是在彗星撞击地球时带到地球上来的，彗星为科学家研究太阳系和地球上生命的形成提供了一个窗口。

9-1.通古斯大爆炸简介

1908年7月30日早晨，一个巨大的怪物从九天之外，迅猛闯入地球大气层,接着以风驰电掣般的速度向着遥远的地球北方冲去。不久，从西伯利亚中部的通古斯地区传来了一声震天撼地的巨响，一团蘑菇状的状滚滚浓烟直冲到１２英里的高空，灼热的气浪此起彼伏地席卷着整个浩瀚的泰加森林，熊熊的林火连日焚烧着。这就是历史上有名的通古斯大爆炸。

这场神秘大爆炸的威力是如此之大,以至于因爆炸而产生的地震,波及到美国的华盛顿、印度尼西亚的爪哇岛等地。同时，它那强大的冲击波横渡北海，使英国气象中心监测到大气压持续２０分钟左右的上下剧烈波动。这次大爆炸，使西伯利亚的北欧的上空布满了罕见的光华闪烁的银云，每当日落后，夜空便发出万道霞光。

尽管对通古斯陨石爆炸机制的研究目前还没有结束，但是在部分学者看来，这个天外来客虽然具有很大的动能，但它的密度却很小，甚至小于水的密度，同时强度也不高，而且具有高挥发性。这样的特性导致它在靠近地球密度较高的大气层域急剧减速，并在这一过程中破碎和蒸发。

1）彗星学说：

有人认为，这是一颗由水和气体冻结、中间夹带了一些高熔点物质的彗星。

“彗星说”最早由库利克教授提出，随后，费辛科夫对彗星本质的研究材料使这一学说得到发展。根据他的研究，通古斯陨石的重量不小于100万吨，飞行速度约为30-40公里/秒。

在通古斯爆炸区域发现了细小的硅酸盐和磁铁矿圆珠。从外表上看，这些圆珠很像彗星粉尘或者彗星爆炸产生的颗粒。爆炸后夜空中的光亮很可能是由这些颗粒组成的彗尾在大气层中散射阳光的结果。对通古斯陨石的研究还远没有结束。有些倾向“彗星说”的考察成果，还有待进一步证明。

2）陨石说：

通古斯地区大爆炸后，人们很自然地联想到，这次爆炸是由陨石撞击地球引起的。但是事实并不是这么简单。二十年代初，美国人在亚利桑纳州威尔斯陆的陨石坑附近，找到了一些含有氧化铁、镍、白金和铱等成分的陨石后，为了获得稀有金属，于是开始大规模开探陨石坑。不久，这股开控陨石热传到了苏联。1921年，在年仅38岁的苏联矿物学家库利克领导下，第一次对通古斯地区进行了实地科学考察。

库利克小组为发寻找陨石坑，还冒着华氏零下４０度的严寒深入到西伯利亚。在通古斯地区的玛柯泰河河畔，众目所及的是那场神秘大爆炸所造成的空前劫后的惨象。但是，令人失望的是，在这里怎么也找不到象美国亚利桑纳州那样的大陨石坑。只有数十个大大小小平坦的洞穴，其中最大的一个直径也只有１５０英尺，即使在这些洞穴中把钻头打到７５英尺深的土层中进行探测，仍然连陨石碎片也没有找到。因此，人们开始意识到，通古斯大爆炸不像是陨石引起的。

3）反物质说

有一种说法认为，通古斯陨石是由“反物质”构成，通古斯陨石坠落过程中的爆炸是地球上的“物质”与陨石的“反物质”相互作用的结果:这种相互作用伴随着巨大能量的爆发。但是，类似这种“陨石核爆炸”的提法与事实不符。调查表明，在通古斯陨石坠落地区，没有发现放射性提高的现象，岩石里根本没有放射性物质。如果“核爆炸”假设成立的话，通古斯一定会出现异常的放射现象。

4）黑洞说

另有一种假设“黑洞说”，认为通古斯陨石本身是一个微小黑洞，它从通古斯进入地球，然后从大西洋穿出。但是，通古斯陨石坠落过程中并没有出现“黑洞”运动应该造成的后果。因此，这种假说也不能成立。

5）核爆炸说

1945年8月，第二次世界大战后期，美国在日本的广岛投下了震惊世界的第一颗原子弹。这颗在距离地面1800英尺上空爆炸的原子弹，给广岛人民带来了巨大的灾难。

然而，广岛原子弹的破坏景象却意外地给研究通古斯爆炸的科学家们以新的启示。那雷鸣般的爆炸声、冲天的火柱、蘑菇状的烟云，还有剧烈的地震、强大的冲击波和光辐射。这一系列的现象与通古斯大爆炸简直相似到了维妙维肖的地步。更令人惊异的是，由于强烈的原子辐射，广岛人民与通古斯驯鹿一样，皮肤上也长出了奇怪的疥癣。同时，在通古斯大爆炸附近的树木中发现了放射性物质。因此，苏联的军事工程专家亚历山大·卡萨茨夫第一次大胆地提出了1908年通古斯爆炸是一场热核爆炸的新见解。

卡萨茨夫的独特见解在许多科学家看来简直是不可思议的。然而，大家毕竟还是接受了这个观点，为此，不少人绞尽脑汁，引经据典来推测这场奇怪核爆炸的起因。

6）地外太空飞船说

1946年，卡萨茨夫不仅肯定了通古斯爆炸是一场核爆炸，更惊人的是，不久他还第一次提出了这样一个大胆的推测：通古斯爆炸的神秘怪物是第一艘访问我们地球的太空飞船。在当时，对于这种推测不要说其他人，就是卡萨茨夫本人也不得不承认这纯属科学幻想。

五十年代末，科学家对收集到的通古斯爆炸区的泥土进行高度放大，结果发现有球状的硅酸化合物和磁铁矿。它们的大小仅有几个毫米左右，其中有些磁铁矿颗粒粘在一串，有些甚至钻进了透明的硅酸盐颗粒里去。而这些颗粒只有在极高温度下才会粘结起来。这种材料无疑是制造宇宙飞船外壳最理想的防爆材料。

不久，人们又在通古斯地区的地下和树上，发现了成千上万颗亮晶晶的小球，这些小球象子弹一样深深地嵌在里面。经过分析，在这些小球中发现了钴、镍、铜和锗等金属。这似乎说明，铜是从那艘太空飞船的仪器导线中来的，而锗可能是来自仪器中半导体器件。

此外，从这个圆柱形怪物的飞行速度来看，它似乎有一种有效的制动系统使自己的速度很快慢下来。因为它的速度似乎跟目前人类制造的超音速高空侦察机的速度相仿，远小于地外物体（如反物质、黑洞等）落入地球的速度。

如果把数十年来研究通古斯大爆炸的资料一一串联起来，那么，对于外太空文明世界曾向我们地球发射过一艘太空飞船的推测是合情合理的。有人推测：这艘飞船以接近光速的速度飞抵地球。在将要进入地球轨道时，飞船的推进舱发生的故障，但是飞船依然继续前进。到了７月３０日清晨进入到印度洋上空。

飞船进入地球大气层后，速度进一步减速慢，时速只有２０００英里左右，这时防爆的飞船外壳由于与大气剧烈摩擦，温度迅速上升到华氏５０００度，船壳子由于电离，使整个飞船看上去象一团火球。最后，太空飞船在西伯利亚中部的通古斯上空，终于因核燃料舱的最后一道防护壁被融化而爆炸，发出了震天的巨响，一场热核爆炸使这艘太空飞船顷刻化成了灰烬。

10-1.恒星的诞生和发展史

质量和太阳相当（或小点）的恒星：星云→原恒星→主序星→红巨星→行星状星云→白矮星→黑矮星。

质量比太阳大的恒星演化的各阶段为：星云→原恒星→主序星→亮星→红巨星→超新星→中子星或黑洞（视质量而定，超大质量的变黑洞）

恒星诞生于太空中的星际尘埃（科学家形象地称之为“星云”或者“星际云”）。

恒星形成后光和热的来源，是其中心由氢聚变为氦的核反应。当这种反应产生的辐射压力达到与引力平衡时，恒星的体积和温度不再明显变化，进入一个相对稳定的演化阶段。恒星的“青年时代”是一生中最长的黄金阶段——主序星阶段，这一阶段占据了它整个寿命的

90％。在这段时间，恒星以几乎不变的恒定光度发光发热，照亮周围的宇宙空间此时，恒星能产生热核反应，其内外压力稳定下来达到平衡

当恒星核心部分的氢全部聚变为氦以后，产能过程停止，辐射压力下降，星核将在引力作用下收缩。收缩产生的热将使温度再次升高，达到引发氦燃烧的程度，结果是将3个氦核聚合成1个碳核。类似的过程继续下去，将合成氧、硅等越来越重的元素，直到合成最稳定的铁为止。这一阶段的恒星经历多次的膨胀收缩，光度也发生周期性的变化，恒星将变得动荡不安，变成一颗红巨星。

红巨星将在爆发中完成它的全部使命，把自己的大部分物质抛射回太空中，留下的残骸，也许是白矮星，也许是中子星，甚至黑洞……

10-2.银河系简介

银河是一个星系，它比普通的星系稍微大一些，直径大约为十万光年。银河系中至少有2000亿颗星。其中，大约400亿颗星集中在中央的核球上。四周缠绕着四只旋臂，由气体和尘埃物质混杂的区域。核球的直径为3000光年，呈椭球形，由年龄超过100亿年的老年星球构成。银河系的历史已经有150亿光年。

银河系的外形象一个中间厚，边缘薄的扁平盘状体。圆盘部分称为银盘，银盘的直径为10万光年，由年龄不满100亿年且重金属含量较高的星球组成。银河系的主要物质都密集在这个盘状结构里。银盘是银河系的主体，其直径约8万光年，中央厚约1万光年，边缘厚约3000～6000光年。

银盘外是由稀疏的恒星和星际物质组成一个球状体，包围着银盘，这个球状体称为银晕，银晕的直径约10万光年。银晕的外侧没有任何能用可见光看到的天体，因此被称为暗晕。

银河系的总质量相当于1400亿个太阳的质量，其中恒星的质量约占总质量的90%，星际物质约占10%。太阳系位于银河系的一只旋臂上，距离银河系的中心大约26,000光年。银河系是地球和太阳所属的星系。因其主体部分投影在天球上的亮带被我国称为银河而得名。

银河系是一个巨型旋涡星系，共有4条旋臂。包含一、二千亿颗恒星。银河系整体作自转，太阳处自转速度约220千米／秒，太阳绕银心运转一周约2.5亿年。银河系的目视绝对星等为－20.5等，银河系的总质量大约是我们太阳质量的1万亿倍，大致10倍于银河系全部恒星质量的总和。这是我们银河系中存在范围远远超出明亮恒星盘的暗物质的强有力证据。关于银河系的年龄，目前占主流的观点认为，银河系在宇宙诞生的大爆炸之后不久就诞生了，用这种方法计算出，我们银河系的年龄大概在145亿岁左右，上下误差各有20多亿年。

11-1.黑洞简介

现代黑洞，只是天体演化的一个中间阶段，黑洞也在变化，甚至有些变化异常激烈。黑洞可以发光，放热，甚至爆炸。黑洞不是死亡之星，甚至充满生机。黑洞是相对论的产物，却超出了相对论的范围，与量子论和热力学之间存在深刻的联系。由天体演化形成的黑洞称为常规黑洞。

1972年，美国普林斯顿大学青年研究生贝肯斯坦提出黑洞"无毛定理"：星体坍缩成黑洞后，只剩下质量，角动量，电荷三个基本守恒量继续起作用。其他一切因素("毛发")都在进入黑洞后消失了。这一定理后来由霍金等四人严格证明。

由此定理可将黑洞分为四类。

(1)不旋转不带电荷的黑洞。它的时空结构于1916年由施瓦西求出称施瓦西黑洞。

(2)不旋转带电黑洞，称R-N黑洞。时空结构于1916-1918年由Reissner和Nordstrom求出。(3)旋转不带电黑洞，称克尔黑洞。时空结构由克尔于1963年求出。

(4)一般黑洞，称克尔-纽曼黑洞。时空结构于1965年由纽曼求出。

其中最重要的是施瓦西黑洞和克尔黑洞。因为黑洞一般不带电荷，却大都高速旋转，旋转一周只需千分之几秒甚至更小。一般来说，黑洞平均密度是非常大的，但黑洞质量越大密度越小。太阳质量的黑洞密度为100亿吨/立方厘米，宇宙质量的黑洞密度却只有10-23克/立方米数量级与现在宇宙密度已相差不大，因此有人猜测宇宙可能是个黑洞也不无道理。

黑洞引出了奇点困难，体积为零，密度无穷大的数学奇点应该不会在物理界出现，但是自然界中实在找不到其它的力可以抵抗强大的引力，因此，在奇点附近有可能存在至今未被发现的相互作用或物理定律阻止奇点的形成，这也是研究黑洞的意义之一。

我们说的黑洞大小是指它的视界大小，黑洞内部其实基本空无一物，只有一个奇点。这个点的体积无穷小，密度无穷大，所有的物质都被压缩到这个点里。奇点可能不存在，我们把它当很小的点就可以了。

带电黑洞又称R-N黑洞，它与不带电黑洞的区别是，它有两个视界。落入黑洞的飞船，一旦穿过外视界，就不可抗拒的穿越内外视界间的空间，但穿过内视界后，飞船将自由的飞翔。在那里飞船不至于落到中心奇点上。在奇点附近有巨大的天体引潮力，会把包括飞船在内的所有物质全部撕碎。不过飞船可以避开奇点。研究表明，飞船根本不可能靠近中心奇点，只有光才可以抵达那里。任何有静质量的物体都不能在有限时间内到达奇点。进入内视界之后，还可以从另一个宇宙中的白洞穿出，进入另一个宇宙。这就是带电黑洞的虫洞。这类虫洞是可以穿越的，也就是说我们有可能进入另一个宇宙。

旋转黑洞又称克尔黑洞，它有两个视界和两个无限红移面，而且这四个面并不重合。视界才是黑洞的边界，是指任何物质(经典物理范围内)都无法逃脱的边界。无限红移面是指光在这个面上发生无限红移，即光从一个边界射出后发生引力红移，红移后的频率为零。这一边界就是无限红移面。克尔黑洞中的中心奇异区不是一个点，而是一个奇环，就是由奇点围成的一条圆圈线。

11-2.钱德拉塞卡简介

钱德拉塞卡，出生在印度的美国天体物理学家，以其对演化晚期的恒星，特别是白矮星的理论研究和关于黑洞的数学理论最为著名。

钱德拉塞卡1910年10月19日生于当时属印度、现为巴基斯坦领土的拉合尔。1930年毕业于马德拉斯大学。由于正规物理课程太陈旧，钱德拉塞卡通过阅读大学图书馆学术杂志上尼尔斯·玻尔、魏纳·海森堡和欧文·薛定谔的研究论文以及阿诺德·索末菲的专著《原于结构和光谱线》，自修了量子理论的新物理学。他在念大学本科时就发表了两篇研究论文，凭着这项工作他获得赴英国学习的奖学金。

1930年7月，在驶往英国的轮船上，钱德拉塞卡用他掌握的量子物理学知识进行了一些计算，证明白矮星仅当其质量小于1.4倍太阳质量时才是稳定的，任何恒星在演化结束时的质量若超过这一数值(现在叫做钱德拉塞卡极限)，将无限制地坍缩下去。

钱德拉塞卡的结果没有得到他在剑桥的研究导师拉尔夫·福勒(Ralph Fowler)的特别重视，但这位年轻的印度研究生获准将它发表在1931年的《天体物理学报》上。他在1933年快满23岁时完成博士学业，被录取为剑桥三一学院的特别研究生。

质量大于钱德拉塞卡极限的老年恒星必然无止境坍缩(成为我们现在称之为黑洞的东西)这一断言，使钱德拉塞卡陷入了同1930年代英国天文学伟大老前辈亚瑟·爱丁顿爵士的冲突之中。1935年爱丁顿在英国皇家学会的一次会议上对这一思想加以嘲笑。部分由于这一冲突，钱德拉塞卡离开了剑桥转往芝加哥大学工作，他觉得‘我没有必要老是这么战斗。我宣布我是对的，其他人全错了。我应该写一本书，我应该说明我的观点，然后我就离开这个课题。

钱德拉塞卡写出了他的书(《恒星结构研究导论》)，他转而从事别的事情，从此形成了他一生的工作模式。他往往在一个特定研究领域工作数年时光，写一本有关该课题的大部头著作，然后转到一个新领域。这样，他研究了恒星动力学、恒星大气及其他课题，1960年代做出关于广义相对论在天体物理学中应用的第一流研究，1970和1980年代则是黑洞的数学理论。他充分地施展了他的才能；钱德拉塞卡因其成就获1983年诺贝尔奖，那是奖励他关于黑洞的最新研究和他对白矮星稳定性的首次重要研究的——当然，他在那次海上航行时所做的计算早就得到了进一步研究的支持。

虽然白矮星和黑洞之间有一个中间阶段(中子星)，但钱德拉塞卡在1930年代是正确的，他当时说，一颗质量超过某个确定数量的死亡恒星必定无限制地坍缩。

1936年后，钱德拉塞卡终其一生都在芝加哥大学和所属的叶凯士天文台工作，1953年成为美国公民。同年他担任《天体物理学报》主编，任职到1971年。尽管他在1930年代与爱丁顿有过对抗，他还是充满感情撰写了关于这位伟大天文学家的传记，称他是‘他那个时代最卓越的天体物理学家’。

钱德拉塞卡于1995年8月21日因心脏病发作逝世。

他在恒星内部结构理论、恒星和行星大气的辐射转移理论、星系动力学、等离子体天体

物理学、宇宙磁流体力学和相对论天体物理学等方面都有重要贡献。

12-1.宇宙的起源与演化

我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。

根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束（见元素合成理论）。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。

大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言，今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。1965年，果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度约为3K。

12-2.生命的起源与进化史

早期的地球在不断的熔融和凝结过程中释放出大量的甲烷、氨、水和氢气，它们被地球捕集而形成原始的大气和海洋。在阳光的沐浴下，地球逐渐变暖，并产生了风暴和电闪雷鸣。火山爆发、岩浆奔流。这一切过程使原始大气中的分子碎裂，分子的分裂物重新聚结，逐渐生成日益复杂的物质形式，溶解在原始的海洋中。再经过一段时期后，池水变成温暖而又稀疏的液体。在地表上，发生了分子的组合和复杂的化学反应。有那么一天，偶然出现了一种分子能以其他分子为原料，复制出与它们自身相同的分子来。随着时间的推移，出现了能更加准确精细地进行自我复制的分子。自然的选择有利于那些复制能力最强的分子。哪些分子复制得好，哪些分子便增多。由于分子复制的消耗，以及转化成自我复制的有机分子的复杂缩合，原始的海水逐渐变稀了。生命就这样在不知不觉之中慢慢出现了。

纵观地球生命历史，从生命起源到人类文明，大致可分为四个大的阶段：（1）生命诞生和细胞形成；（2）单细胞生物在地球上繁衍及原始的生态系统建立；（3）多细胞生物出现和多样化表达以及生物圈扩展覆盖整个地球；（4）高等智能生物——人类诞生和文明发展。

（1）生命诞生和细胞形成

单细胞生物居于统治地位占据了地球生命存在的几乎6/7的时间。这一时期又可以分为以原核生物和真核生物分别占主体的两个发展阶段。

1.原核生物的发展

在细胞形成的早期，以原核生物蓝菌为主体的单细胞生物很快便开始了生命的第一次生态系统的构建和扩张，成为当时生物界的主宰。

2.真核生物的兴起

由于环境因素的驱动，原核生物蓝细菌生态体系走向衰落，真核生物走向它的兴盛和繁荣，表现在叠层石丰度和形态多样性的显著下降和主要真核生物构成的海水表层浮游生态系统和海滨底栖生态系统逐渐形成，出现了历史上第二次生态扩张。真核生物从它的开始就表现出了比原核生物明显突出的多样化趋势。

（2）单细胞生物在地球上繁衍及原始的生态系统建立

1.多细胞植物诞生

目前，明确的多细胞群集植物化石在大约6亿年前元古宙晚期地震旦纪。在中国贵州地陡山沱组磷块岩中保存了多种形式的植物化石，其中发现有两种类型的植物：一种是表现为细胞群体的结构，它们是由无数细胞不规则集聚成形态不定的集群，或者由几十到几百个形态相似的细胞有规则地排列成球状地集群；另一种则是具有明确多细胞生物结构地化石－叶藻。叶藻是有宏观体积地叶状植物体，它地内部结构复杂，有皮层和髓层地分化，髓层由薄壁组织和假薄壁组织构成。

2.多细胞动物的诞生

目前，一般认为多细胞动物的发生要比植物晚。明确的最早的多细胞动物化石发现于澳大利亚南部伊迪卡拉地区的晚前寒武纪，约5.7亿～5.5亿年的庞德石英砂岩中。

多细胞生物带来的不仅仅是生物个体体积规模的增大，它出现了细胞的分化和由大量不同分化细胞级联形成的整体结构，出现了生物

体内精细的组织、器官、系统的秩序构建，出现了各项生命机能的分工。多细胞生物对环境的适应能力大大地增强了，生物个体间的交流方式也同时极大地丰富了，由多细胞生物建立起来的生态系统的复杂性和规模更是单细胞生物所远远不能比拟的。所以应该说多细胞生物将给生命带上了一个新的层次，它的优越的动力学性质为生命带来了新的巨大的进化潜力。

（3）多细胞生物出现和多样化表达以及生物圈扩展覆盖整个地球

在大约5.4亿～5.5亿年前，多细胞生物迅速大量地出现，相应地地质学地显生宙时代开始。多细胞生物地出现带来了地球生命地巨大进步，单细胞生物在生物界地主角地位很快地被多细胞植物和动物取代了。在进化中植物由水生走上了陆地，经苔藓植物、蕨类植物，最终发展出庞大的裸子植物、被子植物群落，成为今天地球上最重要的生态景观；动物更是展开了一幅波澜壮阔的进化画卷，无脊椎动物和脊椎动物先后登陆，两栖、爬行、哺乳、鸟类动物相继进化出现。在各类动物中不同物种此起彼伏、你来我往，地球上出现了前所未有的一派昂然生机景象。从生物学的角度，多细胞的进化主要表现在两个方面，第一是生物个体结构与功能的一系列进化革新，第二是大量新的生物物种形成、生态系统迅速扩张并覆盖全球。

（4）高等智能生物——人类诞生和文明发展

生命经过了38亿年的漫长的进化历史，在大约400到1000万年前走上了人类诞生的道路。人类在庞大的生物学系统中，实实在在只占据着一个十分微小的位置。

进化历程：南猿（440万年~100万年前）→能人或早期猿人（200万年~175万年）→直立人(200万年~20万年)→智人（25万年，即现代人）

13-1.开普勒对宇宙研究的贡献

开普勒(1571-1630)是德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。他以数学的和谐性探索宇宙，在天文学方面做出了巨大的贡献。开普勒是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说、并在天文学方面有突破性成就的人物，被后世的科学史家称为“天上的立法者”。

开普勒是丹麦著名天文学家第谷的继承人，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作了科学论证，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

行星运动第一定律（椭圆定律）：所有行星绕太阳的运动轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一焦点上。

行星运动第二定律（面积定律）：连接行星和太阳的直线在相等的时间内扫过的面积相等。

行星运动第三定律（调和定律）：行星绕太阳运动的公转周期的平方与它们的轨道半长径的立方成正比。

不仅在天文学上，开普勒在在光学领域的贡献也是非常卓越的。他是近代光学的奠基者。1611年出版《光学》一书，这是一本阐述近代望远镜理论的著作。他把伽里略望远镜的凹透镜目镜改成小凸透镜，这种望远镜被称为开普勒望远镜。

13-2.惠更斯对宇宙研究的贡献

惠更斯(1629年04月14日—1695年07月08日)荷兰物理学家、天文学家、数学家，他是介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱,是历史上最著名的物理学家之一，他对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越的成就，是近代自然科学的一位重要开拓者。他建立向心力定律，提出动量守恒原理，并改进了计时器。

惠更斯在天文学方面有着很大的贡献。他设计制造的光学和天文仪器精巧超群，如磨制了透镜，改进了望远镜（用它发现了土星光环等）与显微镜，惠更斯目镜至今仍然采用，还有几一十米长的“空中望远镜”（无管、长焦距、可消色差）、展示星空的“行星机器”（即今天文馆雏型）等。

他把大量的精力放在了研制和改进光学仪器上。当惠更斯还在荷兰的时候，就曾和他的哥哥一起以前所未有的精度成功地设计和磨制出了望远镜的透镜，进而改良了开普勒的望远镜。惠更斯利用自己研制的望远镜进行了大量

的天文观测。因此，他得到的报酬是解开了一个由来已久的天文学之谜。伽利略曾通过望远镜观察过土星，他发现了“土星有耳朵”，后来又发现了土星的“耳朵”消失了。伽利略以后的科学家对此问题也进行过研究，但都未得要领。“土星怪现象”成为了天文学上的一个谜。当惠更斯将自己改良的望远镜对准这颗行星时，他发现了在土星的旁边有一个薄而平的圆环，而且它很倾向地球公转的轨道平面。伽利略发现的“土星耳朵”消失，是由于土星的环有时候看上去呈现线状。以后惠更斯又发现了土星的卫星--土卫六，并且还观测到了猎户座星云、火星极冠等。

14-1.爱因斯坦对宇宙研究的贡献

1）作为爱因斯坦终生事业的标志是他的相对论。他在1905年发表的题为《运动物体的电动力学》的论文中，完整地提出了狭义相对论。他根据惯性参考系的相对性和光速的不变性这两个具有普遍意义的概括，改造了经典物理学中的时间、空间及运动等基本概念。否定了绝对静止空间的存在，否定了同时概念的绝对性。在这一体系中，运动的尺要缩短，运动的钟要变慢。狭义相对论最出色的成果之一是揭示了能量与质量之间的联系。著名的关系式E=mc2成为打开核能源理论的金钥匙。核能的发现，使长期存在的恒星能源的疑难最终获得了满意的解决。近年来发现越来越多的高能天体物理现象，狭义相对论已成为解释这种现象的一种最基本的理论工具。

2）狭义相对论确立之后，爱因斯坦开始致力于引力理论的研究。他也像在建立狭义相对论的工作一样，抓住一个众所周知的基本事实，即：惯性质量同引力质量之比是一个与物性无关的普遍常数。根据这一点，他提出等效原理。经过多年的努力，终于在1915年建立了本质上与牛顿引力理论完全不同的引力理论---广义相对论。广义相对论从一开始就与天文现象有密切的关系根据广义相对论，爱因斯坦推算出水星近日点的（反常）进动，解决了一个天文学上多年不解之谜。同时，他推断光线在引力场中要弯曲。这一预言于1919年由爱丁顿等通过日食的观测而得到证实。

3）最能代表爱因斯坦对天文学有重大影响的莫过于他的宇宙学理论了。爱因斯坦在确立了广义相对论之后，紧接着就转向了对宇宙的考察。1917年，爱因斯坦发表他的第一篇宇宙论文《根据广义相对论对宇宙学所作的考察》。象他多次以一篇论文开创一个领域一样，这篇论文宣告了相对论诞生。虽然时间已经过去六十多年了，但是，这篇论文所引进的许多观念至今仍富有生命力。在探索宇宙中，爱因斯坦首先指出无限宇宙与牛顿理论二者这间存在着难以克服的内在矛盾。爱因斯坦放弃了传统的宇宙空间三维欧几里得几何的无限性。他根据广义相对论建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型。在这个模型中，宇宙就其空间广延来说是一个闭合的连续区。这个连续区的体积是有限的，但它是一个弯曲的封闭体，因而是没有边界的。

4）爱因斯坦在宇宙学的研究中引进用动力学建立宇宙模型的方法，引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念。而且他主张，宇宙的体积是无限的或有限的这个问题，只有依靠科学而不是依靠信仰才能解决。这种崇尚科学的态度，继承了由哥白尼等开创的科学探索精神。爱因斯坦在宇宙学中也写下了十分光辉的一页。

14-2.戈达德对火箭研究的贡献

美国火箭专家罗伯特·戈达德有句名言：“昨天的梦想就是今天的希望、明天的现实”。

罗伯特·哈金斯·戈达德（1882年10月5日－1945年8月10日）是美国教授、工程师和发明家，液体火箭的发明者。他建立了火箭运动的基本数学原理，并推导出火箭脱离地球引力所需的7.9km/s的第一宇宙速度。他于1926年3月16日发射了世界的第一枚液体火箭。戈达德共获得了214项专利，其中83项专利在他生前获得。设于1959年的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心就是以他的名字命名。月球上的戈达德环形山也以他的名字命名。

戈达德在中学时代，阅读了《月球上的第一批人》等科幻小说，萌生了献身宇宙航行事业的念头。从1909年开始，他对火箭动力学进行了广泛的理论研究。1911年，他将一枚固体燃料火箭放在真空玻璃器内进行点火实验，证明火箭能在真空中工作。

1919年，他写了一篇题为《达到极大高度的方法》的论文，论述了火箭运动的基本数学原理，并提出将火箭发往月球的方案，“制造重598.2千克的火箭，可以把0.9千克的镁送到月球，火箭撞月时将镁点燃，镁的明亮闪光可持续几秒钟，在地球上用望远镜可以看到它”。由于一些媒体的夸大宣传，褒贬纷至沓

来，一时间，“月球火箭”成了戈达德的代名词。

后来，他被誉为美国的"火箭之父"，美国宇航局的一座空间飞行中心被命名为"戈达德空间研究中心"。

他获得的荣誉达到了顶峰。他被追授了第一枚刘易斯·希尔航天勋章。

14-3.哈勃对宇宙研究的贡献

美国天文学家爱德温·哈勃(1889-1953)是研究现代宇宙理论最著名的人物之一，是河外天文学的奠基人。他发现了银河系外星系存在及宇宙不断膨胀，是银河外天文学的奠基人和提供宇宙膨胀实例证据的第一人。

他发现漩涡状的星云其实是好象我们银河系般的星系。他又确认出仙女座大星系中的造父变星，证明河外星系的存在，并把它们分类，同时又发现星系光谱中的红移现象，证明星系间正互相远离，这发现给予宇宙膨胀理论极大的支持。

哈勃在芝加哥大学学习时，受天文学家海尔启发开始对天文学发生兴趣。他在该校时即已获数学和天文学的校内学位；但毕业后却前往英国牛津大学学习法律，1913年在美国肯塔基州开业当律师。后来，他终于集中精力研究天文学，并返回芝加哥大学，在该校设于威斯康星州的叶凯士天文台工作。在获得天文学哲学博士学位和从军参战以后，他便开始在威尔逊天文台（现属海尔天文台）专心研究河外星系并作出新发现。20世纪20年代，天文界围绕星系是不是银河系的一部分这个问题展开了一场大讨论。他在1922～1924年期间发现，星云并非都在银河系内。哈勃在分析一批造父变星的亮度以后断定，这些造父变星和它们所在的星云距离我们远达几十万光年，因而一定位于银河系外。这项于1924年公布的发现使天文学家不得不改变对宇宙的看法。

1925年当他根据河外星系的形状对它们进行分类时，哈勃又得出第二个重要的结论：星系看起来都在远离我们而去，且距离越远，远离的速度越高。这一结论意义深远，以为一直以来，天文学家都认为宇宙是静止的，而现在发现宇宙是在膨胀的，并且更重要的是，哈勃于1929年还发现宇宙膨胀的速率是一常数。这个被称为哈勃常数的速率就是星系的速度同距离的比值。后来经过其他天文学家的理论研究之后，宇宙已按常数率膨胀了100～200亿年。

20世纪初，大部分天文学家都认为宇宙不会膨胀出银河系。但20世纪20年代初，哈勃用当时最大的望远镜观察神秘的仙女座时，发现仙女座中的星云不是银河系的气体，而是一个完全独立的星系。在银河系之外存在许多其它的星系，宇宙比人类想象的要大许多。

哈勃根据星系结构来区分星系，至今天文学上仍在延用哈勃的星系分类法。

由于他对天文学的贡献，哈勃获得许多荣誉称号和奖章。在他的著作中，有《星云光谱的红移》和《哈勃星系图集》。

15-1.万户对火箭研究的贡献与意义

万户是明朝初期人，原来是一个木匠。由于他喜欢钻研技巧，尤其是对技术发明方面特别痴迷，所以从军后改进过不少当时军队里的刀枪车船。

在那个人类对自然界认识受到很大局限的特殊时代，木匠出身的万户甚至做出了一份很详尽的科学理论计算报告，他认为按照当时的火箭技术，再加之风筝原理的帮助，他一定能在一个时间段内飞到月亮上去。

１４世纪晚期，作为明代官吏的万户，他在一把座椅的背后，装上４７枚当时可能买到的最大火箭。他把自己捆绑在椅子上面，两只手各拿一个大风筝。然后叫他的仆人同时点燃４７枚火箭，想借火箭向前推进的力量，加上风筝上升的力量飞向前方。

不幸的是，火箭发生爆炸，万户为此献出了生命。

万户是世界上第一个利用火箭向太空搏击的英雄。他的努力虽然失败了，但他借助火箭推力升空的创想是世界上第一个，因此他被世界公认为“真正的航天始祖”。

为了纪念这位世界航天始祖，在２０世纪７０年代的一次国际天文联合会上，将月球上的一座环形山命名为“万户”，以纪念“第一个试图利用火箭作飞行的人”。

15-2.国外航天的发展简介

1958年6月5日，苏联科学院院士、火箭飞船总设计师科罗廖夫在为政府起草的《开发宇宙空间的远景工作》中提出1961～1965年完成研制能乘2～3人的载人飞船，1962年开始建造空间站。

1958年10月7日，美国航宇局（NASA）正式批准“水星”号载人飞船工程。这是航宇局1958年10月1日成立后作出的第一个重大决策。

1959年9月9日，美国用“宇宙神”D

运载火箭首次成功地发射了“水星”飞船模型，进行亚轨道飞行。此后一直到1961年4月25日，美国共进行了7次无人飞船试验，其中失败3次，成功4次，为美国成功实施载人航天飞行奠定了坚实基础。

1960年1月，苏联成功发射了两艘无人的卫星式飞船，进行亚轨道飞行。此后一直到1961年3月25日，苏联共进行了7次无人飞船试验，其中失败4次，成功3次，最后两次连续成功。苏联决策机关认为已完全具备了载人飞船的发射能力。

1961年3月23日，苏联准备上天的航天员邦达连科在为期10天的地面训练的最后一天，在一个高浓度氧气舱里，用酒精棉球擦完身上固定过传感器的部位后，随手将它仍在电热器上，立即引起大火，他被严重烧伤，10小时后，抢救无效死亡。

1961年4月12日，苏联发射世界第一艘载人飞船“东方”1号。尤里·加加林少校乘“东方”1号飞船用了108分钟绕地球运行一圈后，在萨拉托夫附近安全返回。加加林成为世界上第一位遨游太空的航天员，使苏联在与美国开展的载人航天竞赛中赢得了世界第一。

1961年5月5日，美国第一位进行亚轨道飞行的航天员艾伦·B·谢泼德驾驶美国“水星”MR3飞船进行首次载人亚轨道飞行，美国因此成为继苏联之后世界上第二个具有载人

航天能力的国家。

1961年5月25日，美国总统肯尼迪在国会宣布：在60年代结束之前，美国要把人送上月球，并安全返回地面。从此，美国正式开始实施举世闻名的“阿波罗”载人登月工程计划。这是在与苏联之间展开的谁第一个把人送上天的竞赛中失利后，美国发起的又一个竞赛项目。

1962年2月20日，美国发射载人飞船“水星”6号，航天员欧约翰·H·格伦中校驾驶“水星”6号飞船绕地球飞行3圈，历时4小时55分23秒，在大西洋海面安全返回。格伦因此成为美国第一个进入地球轨道的人。

1962年8月11日，苏联发射载有尼古拉耶夫少校的“东方”3号飞船上天。8月12日，苏联发射载有波波维奇中校的“东方”4号飞船上天。“东方”4号与“东方”3号首次在太空实现载人飞船的交会飞行，最近相距5公里，第一次从太空传回电视。

1963年6月16日，世界上第一位进入太空的女航天员捷列什科娃中尉驾驶苏联“东方”6号飞船进入太空，飞船绕地球飞行48圈，历时70小时50分，19日返回。

1964年10月12日，苏联成功发射载3人的第二代载人飞船“上升”1号。航天员科马罗夫、耶戈洛夫和费捷斯托夫驾驶飞船绕地球飞行16圈，历时24小时17分，返回于库斯塔奈地区。这是苏联、也是世界航天史上第一次载3人飞行。

1965年3月18日，苏联发射载有别列亚耶夫、列昂诺夫的“上升”2号飞船。飞行中，列昂诺夫进行了世界航天史上第一次太空行走，他在离飞船5米处活动了12分钟，完成了目视观测、拆卸工作及其他实验。

1965年3月23日，美国成功发射第二代载人飞船“双子星座”3号。飞船乘载着美国航天员格里索姆中校和约翰·杨少校，绕地球飞行5圈，历时4小时53分钟。这是美国首次载2人飞行。

1965年6月3日，美国发射载有航天员麦克迪维特上尉和怀特上尉的“双子星座”4号飞船，绕地球飞行62圈。怀特到舱外行走21分钟，用喷气装置使自己在太空中机动飞行。这是美国第一次太空行走。

1965年12月15日，美国发射“双子星座”6号飞船，飞船载有希拉中校和斯坦福尔德上尉。飞船绕地球飞行16圈，历时25小时51分钟。此次飞行是与12月4日发射的“双子星座”7号交会，并保持近距离编队飞行，最近时约0.3米。这是美国载人飞船第一次空间交会飞行。

1966年3月16日，美国发射载有航天员阿姆斯特朗和斯科特的“双子星座”8号，绕地球飞行6.5圈，历时10小时41分。飞行中首次实现载人飞船与一个名叫“阿金纳”的对接舱体对接。这是世界航天史上第一次空间对接。

1967年1月27日，美国“阿波罗”4A

飞船在发射台上进行登月飞船的地面试验。飞船内坐着曾参加过“水星”号、“双子星座”飞船飞行的格里索姆上校、美国第一个完成舱外活动的怀特中校和第一次准备参加太空飞

行的查菲少校。突然，充满纯氧的座舱起火爆炸，3名航天员当即烧死。

1967年4月23日，苏联用“联盟”号运载火箭发射第三代飞船“联盟”1号。4月24日飞船返回时，因降落伞故障，飞船坠毁于乌拉尔奥伦波克附近，航天员科马罗夫不幸遇难。

1968年4月14日，苏联发射宇宙212号无人飞船。飞船在轨运行中与后来发射的宇宙213号无人飞船自动对接。这是苏联完成的第一次空间对接。

1968年10月11日，美国发射“阿波罗”7号飞船。航天员希拉、艾西尔和坎宁哈姆绕地球飞行163圈，历时260小时9分钟，22日返回。这是“阿波罗”飞船的第一次载人地球轨道飞行。

1968年12月21日，美国发射载有波尔曼、洛弗尔和安德斯的“阿波罗”8号飞船。飞船进入距月面112公里的月球轨道上飞行

了10圈，时间20小时6分钟，并向地球发回电视。27日返回。这是世界上第一艘绕月飞行的载人飞船。

1969年7月16日，美国发射“阿波罗”11号载人飞船，第一次把人送上月球。飞船上载有航天员阿姆斯特朗、科林斯、奥尔德林3名航天员，经过75小时50分钟的飞行后，进入环月轨道。7月21日格林尼治时间2时56分，航天员阿姆斯特朗将左脚踏到月球上，成为世界上第一个踏上月球的人，并说出了一句广为流传的名言：“这对一个人来说，只不过是小小的一步，可是对人类来讲，却是巨大的一步。”19分钟后，奥尔德林跟着也踏上了月球。他们在月面插上美国国旗，放置科学仪器，搜集22公斤月球岩石和土壤样品，共活动了2小时31分40秒。

1970年4月11日，美国发射载有航天员洛弗尔、海斯和斯威加特的“阿波罗”13号飞船进行第3次登月飞行。

1970年6月1日，苏联发射载有航天员尼古拉耶夫和谢瓦斯基扬诺夫的“联盟”9号飞船。飞船绕地球飞行268圈，历时424小时59分，创造了载人飞行史上的新记录。

1971年4月19日，苏联用“质子”号火箭发射世界上第一个载人空间站“礼炮”1号。“礼炮”1号空间站于1971年10月11日在太平洋上空坠毁，共飞行了175天。此后一直到1982年，苏联又连续发射了“礼炮”2～5号空间站和第二代“礼炮”6号、7号空间站。

1971年6月6日，苏联发射载有航天员多勃罗沃尔斯基、帕查耶夫和沃尔科夫和“联盟”11号飞船。飞船成功地实现了和“礼炮”1号空间站的对接、在轨运行24天后，在返回途中，返回舱空气泄露，返回地面时，人们发现未穿航天服的3名航天员全部遇难。

1971年12月7日，美国发射载有塞尔南、埃文斯和施密特的“阿波罗”17号飞船。11日到达月球，两名航天员在月面逗留75小时，在月球轨道上释放了一颗卫星。飞船19日返回。这是人类迄今最后一次载人登月飞行，也是“阿波罗”飞船第7次登月飞行。

1973年5月14日，美国用“土星”V火箭发射名为“天空实验室”的空间站。后与多艘“阿波罗”飞船对接,先后有3批9名航天员到其上工作。原预计“天空实验室”能运行到1982年，但终因空间站故障严重,无法正常使用,其运行轨道急剧下降，于1979年7月12日坠落于南印度洋澳大利亚西南水域。这是美国发射的第一个载人空间站。

1975年4月5日，苏联发射载有拉扎列夫和马卡罗夫的联盟18A飞船，准备与礼炮4号对接。火箭第3级点火不久，正值火箭上升到144公里的高空时，因制导系统发生故障，飞船在空中翻滚，并偏离预定轨道。地面控制中心不得不发出应急救生指令，使火箭紧急关机，返回舱与飞船分离，航天员按应急方案返回，在西伯利亚西部山区安全着陆。飞行只进行了22分钟。这是载人航天以来，第一次因火箭飞行不正常而成功地采取的应急救生措施。

1975年7月15日，苏、美发射飞船进行联合对接飞行。首先发射的是载有苏联航天员列昂诺夫和库巴索夫的“联盟”19号飞船。发射后7.5小时，美国“阿波罗”18号飞船载着美国航天员斯坦福尔德、斯莱顿和布兰德从肯尼迪航天中心发射成功。7月17日，“阿波罗”18号飞船和“联盟”19号飞船成功地对接。飞船对接状态保持了两天，美苏航天员实现了飞船间的互访。这是冷战期间美苏两个竞争对手难得的“太空握手”。

1981年4月12日，美国发射了世界上第一架航天飞机“哥伦比亚”号。此后又陆续建造了“挑战者”号、“亚特兰蒂斯”号、“发现”号和“奋进”号航天飞机。1986年1月

28日，“挑战者”号航天飞机在发射升空仅73秒后即爆炸，机上7名航天员全部遇难；2003年2月1日，“哥伦比亚”号航天飞机在返航途中解体，机上7名航天员再次遇难。尽管如此，美国航天飞机投入运营22年来，已成功飞行111次，在太空部署过卫星、维修过“哈勃”、完成了无数科学试验，是目前正在建造中的国际空间站的主要运送工具。

1984年7月17日，苏联发射“联盟”T12号飞船升空。船上载有扎尼拜科夫、沃尔克和女航天员萨维卡娅，与“礼炮”7号空间站-“联盟”T10号飞船联合体对接。25日，萨维茨卡娅和扎尼拜科夫一起进行了3小时35分钟的舱外活动。萨维茨卡娅成为世界上第一位在太空行走的女性。

1986年2月20日，苏联发射了第三代长期载人空间站——“和平”号空间站的核心舱。此后历时10年，直到1996年4月26日，苏联（俄罗斯）才建成由核心舱、“量子”1号舱、“量子”2号舱、“晶体”舱、“光谱”舱和“自然”舱组成的完整的“和平”号空间站。2003年3月23日，“和平”号在绕地球飞行8万多圈、行程约35亿公里、超期服役近10年后，坠毁在太平洋预定海域。作为世界上第一个长期载人空间站，“和平”号是20世纪质量最大、载人最多和寿命最长的航天器，堪称“一代天骄”！在“和平”号天马行空近15载中，共接待了来自10多个国家和国际组织的航天员100多人次。其中俄罗斯航天员在“和平”号上创造了两项太空飞行纪录：一项是由玻利亚科夫创造的、人在太空连续生活和工作438天的世界纪录，另一项是由阿夫杰耶夫创造的、在太空飞行累计时间达748

天的世界纪录。科学家们利用“和平”号空间站进行了包括生命科学、微重力科学与应用、空间科学、对地观测等众多领域的成千上万项科学实验，取得了举世瞩目的丰硕成果。

1995年6月27日，美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机载着5名美国航天员和2名俄罗斯航天员升空，首次实现与俄罗斯“和平”号空间站对接飞行。此后一直到1998年，美国航天飞机与俄罗斯“和平”号空间站进行了8

次对接飞行，所取得的成功经验降低了目前正在组装的国际空间站装配和运行中的技术风险。

1996年9月26日，在俄罗斯“和平”号空间站上工作的美国女航天员露西德乘“亚特兰蒂斯”号航天飞机返回地面。露西德在太空生活了188天，打破了俄罗斯航天员康达科娃创造的女性在太空飞行的最高纪录。

1998年11月20日，俄罗斯用“质子”K 火箭将国际空间站的第一个部件——“曙光”号多功能舱送入太空，建造国际空间站的宏伟而艰巨的任务从此拉开了帏幕。国际空间站是由美国和俄罗斯牵头、欧洲11国（即德国、法国、意大利、英国、比利时、荷兰、西班牙、丹麦、挪威、瑞典和瑞士）、日本、加拿大和巴西共16个国家建造的，预计要到2006年才能全部建成。建成后的国际空间站长110米，宽88米，大致相当于两个足球场大小，总质量达400余吨，将是有史以来规模最为庞大、设施最为先进的人造天宫，运行在倾角为51.6°、高度为397公里的轨道上，可供6～7名航天员在轨工作，之后国际空间站将开始一个为期10～15年的永久载人的运行期。2001年4月28日，世界上首位太空游客、美国富翁蒂托搭乘“联盟”TM32号飞船从哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场出发，到国际空间站上旅游观光8天，5月6日返回地面。蒂托此行耗资2000万美元，除了太空观光外，他还负责飞船的一部分无线电通信、导航和供电任务，并与俄宇航员一起执行了对地观测任务。蒂托的太空之旅开创了太空旅游的新时代。2002年4月25日～5月5日，世界上第二位太空游客、南非亿万富翁马克·沙特沃斯也在太空度过了10天的时光，其中8天生活和工作在国际空间站上。

16-1.中国航天发展简介

1956年3月，国务院制订《一九五六年至一九六七年科学技术发展远景规划纲要(草案)》，其中提出要在十二年内使中国喷气和火箭技术走上独立发展的道路。这标志着中国开始谋划发展独立的航天事业。

1956年4月，成立中华人民共和国航空工业委员会，统一领导中国的航空和火箭事业。聂荣臻任主任，黄克诚、赵尔陆任副主任。这是中国航天事业最早的领导机构（由航空主管部门代管）。同年10月8日，中国第一个火箭导弹研制机构——国防部第五研究院成立。

1958年1月，国防部制订了喷气与火箭技术十年(1958～1967年)发展规划纲要。1957年10月苏联第一颗人造地球卫星发射之后，

钱学森等一些著名科学家建议开展中国卫星

工程的研究工作。中国科学院负责拟订了发展人造卫星的规划草案，代号为“五八一”任务，成立了“五八一小组”，议定建立三个设计院。1958年8月，第一设计院成立，同年11

月迁往上海，改名为中国科学院上海机电设计院。

1958年4月，在甘肃酒泉开始兴建中国第一个运载火箭发射场，标志着中国航天第一个自主发射基地的诞生。

1958年5月17日，毛泽东主席在中共八大二次会议上指出：“我们也要搞人造卫星。”从此,中国航天事业蓬勃发展。

1960年2月19日，中国自行设计制造的试验型液体燃料探空火箭首次发射成功。这是中国研制航天运载火箭征程上的一次重大突破。

1964年4月29日，国防科委向中央报告，设想在1970年或1971年发射中国第一颗人造卫星。

1964年6月29日，中国自行研制的中近程火箭继1962年3月21日首次试验失败之后再次发射试验，获得成功。

1965年，中央专门委员会批准第七机械工业部制订的1965～1972年运载火箭发展规划，标志着中国开始正式立项研制航天运载火箭。

1966年11月，“长征一号”运载火箭和“东方红一号”卫星开始立项研制。

1966年12月26日，中国研制的中程火

箭首次飞行试验基本成功。

1968年2月20日，中国空间技术研究院成立，专门负责研制各类人造卫星。

1968年4月1日，中国航天医学工程研究所成立，开始进行载人航天医学工程研究。

1970年1月30日，中国研制的中远程火箭飞行试验首次成功，使中国具备了发射中低轨人造卫星的发射能力。

1970年4月24日，“东方红一号”卫星在甘肃酒泉航天发射基地由“长征一号”火箭发射成功，美妙的“东方红”乐曲首次响彻在太空。这是中国发射的第一颗人造卫星，使中国成为世界上继苏联（1957年10月4日）、美国（1958年1月31日）、法国（1965年

11月26日）和日本（1970年2月11日）之后，第五个自主发射人造卫星的国家。

1971年3月3日，中国发射了科学实验卫星“实践一号”。这是中国发射的第一颗科学试验卫星，卫星在预定轨道上工作了八年。此后又陆续发射了“实践二号”、“实践三号”、“实践四号”和“实践五号”，大大推进了中国空间科学的发展。

1975年11月26日，中国发射了第一颗返回式遥感卫星，卫星按预定计划于当月29日返回地面。这使中国成为世界上继美国和苏联之后第三个掌握人造卫星返回技术的国家。

1979年，“远望”1号航天测量船建成并投入使用，使中国成为世界上第四个拥有远洋航天测量船的国家。此后又先后建成了“远望”2号、“远望”3号和“远望”4号航天测量船。目前我国已形成先进的陆海基航天测控网，由北京航天指挥控制中心、西安卫星测控中心、陆地测控站、4艘“远望”号远洋航天测量船以及连接它们的通信网组成，技术达到了世界先进水平。

1980年5月18日，中国向太平洋预定海域成功地发射了远程运载火箭，标志着中国具备了发射高轨道人造卫星的发射能力。

1981年9月20日，中国用一枚运载火箭发射了三颗科学实验卫星，这是中国第一次一箭多星发射，使中国成为世界上第三个掌握一箭多星发射技术的国家。

1984年4月8日，中国第一颗地球静止轨道试验通信卫星发射成功。4月16日，卫星成功地定点于东经125o赤道上空。这次发射成功，标志着中国掌握了地球静止轨道卫星发射、测控和准确定点等技术。

1986年2月1日，中国发射了第一颗实用地球静止轨道通信广播卫星。2月20日，卫星定点成功。这标志着中国卫星通信技术由试验阶段进入了实用阶段。

1988年9月7日，中国发射了第一颗试验性气象卫星“风云一号”。这是中国自行研制和发射的第一颗极地轨道气象卫星。

1990年4月7日，中国自行研制的“长征三号”运载火箭在西昌卫星发射基地，把美国制造的“亚洲1号”通信卫星送入预定的轨道，标志着中国航天发射服务开始走向国际市场。截至目前，中国已将２７颗国外制造的卫星成功送入太空，我国在国际商业卫星发射服务市场中占有了一席之地。

1990年7月16日，“长征”2号捆绑式火箭首次在西昌发射成功，其低轨道运载能力

达9.2吨，为发射中国载人航天器打下了基础。

1992年，中国载人飞船正式列入国家计划开始研制，这项工程后来被命名为“神舟”号飞船载人航天工程。

“神舟一号”：实现天地往返重大突破

1999年11月20日凌晨，中国载人航天计划中发射的第一艘无人实验飞船“神舟一号”飞船在酒泉卫星发射基地顺利升空，经过21小时的飞行后顺利返回地面。

作为中国航天史上的又一里程碑，“神舟一号”试验飞船的成功发射与回收，标志着中国载人航天技术获得了新的重大突破。

“神舟二号”：中国第一艘正样无人飞船

2001年1月16日19时22分，中国第二艘无人飞船“神舟二号”在内蒙古中部地区成功着陆。至此，飞船按预定计划，在太空飞行了7天。围绕着飞船的测控和回收，中国航天测控人员决战太空，展开了紧张的工作。

“神舟二号”是第一艘正样无人飞船，由轨道舱、返回舱和推进舱三个舱段组成。其技术状态与载人飞船基本一致。它的发射完全是按照载人飞船的环境和条件进行的，凡是与航天员生命保障有关的设备，基本上都采用了真实件。

“神舟三号”：载人航天安全性提高

2002年3月25日，“神舟三号”飞船发射升空，于4月1日返回地面。

“神舟三号”飞船搭载了人体代谢模拟装置、拟人生理信号设备以及形体假人，能够定量模拟航天员呼吸和血液循环等重要生理活动参数。飞船工作正常，预定试验目标全部达到，试验获得圆满成功。

与第一艘无人飞船“神舟二号”相比，“神舟三号”飞船的发射，在运载火箭、飞船和发射测控系统上，采用了许多新的先进技术，进一步提高了载人航天的安全性和可靠性。

神舟四号：突破中国低温发射的历史纪录

2002年12月，“神舟四号”在经受了零下29摄氏度低温的考验后，于30日0时30分成功发射，突破了中国低温发射的历史纪录。2003年1月5日，飞船安全返回并完成所有预定试验内容。

“神舟四号”飞船是第四艘无人飞船，由推进舱、返回舱、轨道舱和附加段组成。飞行中，飞船相继完成了对地观测、材料科学、生命科学实验和空间天文和空间环境探测等任务。

“神舟五号”：中国首位航天员进太空

2003年10月15日，中国第一艘载人飞船“神舟五号”成功发射。中国首位航天员杨利伟成为浩瀚太空的第一位中国访客。

“神舟五号”21小时23分钟的太空行程，标志着中国已成为世界上继俄罗斯和美国之后第三个能够独立开展载人航天活动的国家。

“神舟六号”：实现“多人多天”飞行任务

2005年10月12日，中国第二艘载人飞船“神舟六号”成功发射，航天员费俊龙、聂海胜被顺利送上太空。17日凌晨，在经过115小时32分钟的太空飞行后，飞船返回舱顺利着陆。

“神舟六号”是中国第二艘搭载太空人的飞船，也是中国第一艘执行“多人多天”任务的载人飞船。这也是世界上人类的第243次太空飞行。飞船进行了中国载人航天工程的首次多人多天飞行试验，完成了中国真正意义上有人参与的空间科学实验。

“神舟七号”：航天员出舱在太空行走

2008年9月25日，中国第三艘载人飞船“神舟七号”成功发射，三名航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏顺利升空。

主要任务是实施中国航天员首次空间出舱活动，同时开展卫星伴飞、卫星数据中继等空间科学和技术试验。

27日，翟志刚身着中国研制的“飞天”舱外航天服，进行舱外活动——太空行走。

“神舟八号”：与“天宫一号”实现对接

2011年11月1日，发射神舟八号飞船，实施中国首次空间飞行器无人交会对接飞行试验。

“神舟八号”飞船，是中国神舟系列飞船的第八个。“神舟八号”是不载人的。

“神舟九号”：第一位女航天员

2012年6月16日，我国第四艘载人飞船于18点37分24秒神舟九号成功发射，三名航天员景海鹏、刘洋、刘旺顺利升空，展开对接天宫一号的工作。

“神舟十号”：太空授课活动

2013年6月11日，我国第五艘搭载太空人的飞船。飞船于2013年6月11日17时38分搭载三位航天员飞向太空，将在轨飞行15天，并首次开展我国航天员太空授课活动。飞行乘组由男航天员聂海胜、张晓光和女航天员王亚平组成，聂海胜担任指令长。飞船升空后再和目标飞行器天宫一号对接，任务将是对“神九”载人交会对接技术的“拾遗补缺”