飞越太阳系

飞越太阳系

来源是一本名为《飞越太阳系》的图书，由英国BBC《仰望夜空》杂志编辑，并由钱磊翻译成中文，人民邮电出版社于2019年出版。这本书作为BBC夜空探索系列的一部分，全面介绍了太阳系的结构、历史、组成行星及其卫星，以及柯伊伯带和奥尔特云等遥远区域。书中通过精美的彩色图片和科学探测任务的介绍，旨在向广大天文爱好者普及太阳系的知识。译者后记强调了天文学的发展历程以及中国在射电望远镜领域的成就，进一步丰富了本书的教育意义。

本书《飞越太阳系》由英国BBC《仰望夜空》（Sky at Night）杂志社编辑，钱磊翻译，并由人民邮电出版社于2019年8月出版。本书定价为49.00元，字数达215千字。

内容提要 《飞越太阳系》是BBC基于其有50多年历史的经典电视节目《仰望夜空》杂志出版的一系列图书之一。该书主要围绕太阳系展开，内容涵盖太阳系的结构、演化历史、组成部分以及各大行星的详细信息。此外，书中还讲解了柯伊伯带及其以外区域的相关知识。全书亮点在于收录了近百张绚丽迷人的彩色图片，旨在全面展示太阳系的壮美景色。这本书特别适合广大的天文爱好者阅读和收藏。

序言 序言由BBC《仰望夜空》杂志编辑克里斯·布拉姆斯撰写。序言回顾了人类探索太阳系的历史，从阿波罗系列航天器登陆月球，到空间探测器造访水星、金星和火星。特别是“旅行者1号”和“旅行者2号”探测器在1979年抵达木星，并最终将造访天王星和海王星，极大地拓展了我们对太阳系行星的认知。 几十年来，麦哲伦号、金星快车探测器绘制了金星表面图，伽利略号奔向木星，卡西尼–惠更斯号前往土星，以及火星探路者、火星环球勘测者、好奇号等众多探测器造访了火星，极大地丰富了人类对太阳系的了解。书中还提及对小行星、彗星和太阳的探索，如近地小行星交会探测器舒梅克降落在小行星上，星尘探测器收集彗星尘埃等。哈勃空间望远镜也为天文学家提供了独特平台来研究行星。
这些探索的结果是科学家们极大地更新了我们对太阳系的认知，使我们对银河系家园的认识每分钟都在增长，并且对围绕太阳运动的天体有了前所未有的全面认知。本书因此收集了太阳系探索的重要图片，为读者呈现了空间探测器传回的震撼人心图像，提供了对宇宙家园“后院”的最新认识。序言将这本书描述为一座知识的宝库和一场不同寻常的视觉盛宴，并提醒我们地球的独一无二。

• 太阳系结构 这一章简要介绍了太阳系的组成，包括行星、月球、小行星以及围绕太阳的其他天体。这些天体大小各异，从微小星体到直径14万千米的气体巨行星木星。整个太阳系的空间跨度超过180亿千米。
• 太阳系历史 本章深入探讨了太阳系的形成与演化历史。大约50亿年前，一大块由氢和氦组成的星云坍缩，形成了我们今天的太阳。随着太阳的诞生，行星也随之形成。在恒星诞生前，一次超新星爆发产生的气体和尘埃逐渐形成了行星盘，其中包含无数被称为星子的石块和冰块。这些星子经过数百万年的猛烈撞击合并，最终形成了今天的行星。
  靠近太阳的地方温度高，水等挥发性化学物质无法保持固态，因此最靠近太阳的四颗行星体积相对较小。而在小行星带外边缘，温度足够低，使得气体在岩石核周围形成浓密大气，从而形成了木星、土星、天王星和海王星这四颗气体巨行星。
  本章还解释了月球的起源，认为其形成于早期地球与另一颗行星的剧烈碰撞产生的残骸融合。大约40亿年前，行星和卫星已经形成，但太阳系面貌与今天大相径庭，可能存在更多行星，且彼此距离更近。随着时间推移，外围行星缓慢远离太阳，导致引力失衡，一些早期行星被抛入深空。大约40亿年前，余下的残骸撞击了行星，这一时期被称为“晚期重轰击”，在月球、火星等岩石行星表面留下了至今可见的伤痕。地球上的陨石坑则被火山活动或大气侵蚀殆尽。 “晚期重轰击”给地球带来了重要的馈赠——水。早期太阳系太热，水无法留存，但在晚期重轰击期，温度显著下降，彗星撞击地球表面带来了水，形成了海洋。数亿年后，行星进入各自轨道并继续演化，火山活动塑造了它们的表面，内部的熔化核开始冷却。较小的类地行星的核固化后，磁场衰退，大气暴露在太阳风中。这些差异逐渐被放大，形成了今天太阳系行星间的巨大差异。本章最后指出，太阳系演化过程远未结束，彗星和小行星仍在撞击行星，太阳也在缓慢膨胀和变亮，数十亿年后太阳系将再次改变。
• 地球和月球 本章重点介绍了地球及其独特的卫星——月球。地球保持了完美的平衡，温度适宜，液态水得以保留超过40亿年，这归功于大气和磁场对其免受太阳风伤害的保护。月球是由火星大小的行星与原始地球碰撞形成的，是太阳系中相对其行星而言最大的天然卫星。月球对地球海洋产生潮汐影响，而地球引力则使月球的自转被锁定，导致我们总是看到月球的相似月面。
  本章配有大量精美图片，如NASA在2012年拍摄的“蓝色大理石地球”拼接图、北极上空的云街和卡门涡、北极海冰的消退（1979年与2012年对比图）、2005年卡特里娜飓风袭击墨西哥湾海岸的景象、2001年埃特纳火山喷发、1972年阿波罗17号拍摄的月球静海、2011年月球勘察轨道探测器拍摄的第谷环形山、克拉维斯环形山、国际空间站拍摄的北极光、1971年阿波罗15号在月球上的画面、虹湾、直墙 和柏拉图环形山
  等，展现了地球和月球的多样地貌与天文现象。
• 太阳 本章聚焦太阳，这个太阳系中最大、最有影响力的天体。太阳直径约140万千米，质量约2×10^30千克，占据了太阳系99.98%的质量，但其在天文上只是一颗中等大小的恒星。巨大的质量导致太阳核心压强巨大，温度可达100万摄氏度。等离子体到达表面后冷却至5500摄氏度，发出白炽光，为太阳系提供能量。
  太阳的极端条件使其成为一个剧烈变化的天体。它的外层不断抛出高能等离子体，形成扫过太阳系的太阳风。太阳内部等离子体的运动产生了巨大的磁场，每11年翻转一次，导致内部物质浮到表面，爆发为壮观的太阳耀斑。 本章还展示了多个震撼人心的太阳活动图片，如2014年中级太阳耀斑、2011年日珥喷出翻腾等离子体、2010年一个巨大太阳暗条断裂、2007年日冕物质抛射、2014年活动区图片、2012年太阳耀斑、2006年太阳米粒组织、2012-2013年一年的太阳活动合成图像
  以及SOHO探测器研究太阳的图片。
• 水星 水星是距离太阳最近的行星，一年只有88天，轨道高度偏心，与太阳的距离在4580万千米至7000万千米之间变化。这颗比月球大一点点的行星自转缓慢，一天相当于两年的长度，导致其气候在白天420摄氏度以上和夜晚零下180摄氏度之间剧烈摆动。高温和强辐射早已摧毁了水星大气层。
  图片展示了水星坑坑洼洼的表面，如2008年信使号探测器拍摄的突出亮度、对比度和色调细微变化的图像；卡洛里斯盆地中的环形山；水星北极永久阴影中的水冰沉积物；信使号两年运行期间制作的北极区域拼接图片；非流星撞击产生的火山口及其火山碎屑物质；最大的火山碎屑坑群；以及不同成分组成的深色物质。此外，还展示了彩色滤光片对图像质量的影响，巴托克环形山、水星全球图像数据绘制的卡洛里斯盆地、“发现断崖”——一条650千米长的巨大断崖
  以及信使号探测器于2004年发射的画面。
• 金星 金星被形容为一点也不浪漫的世界。它距离地球轨道仅4500万千米，质量是地球的80%，是地球最近的邻居，但两者迥然不同。金星大气是类地行星中最稠密的，表面大气压是地球的92倍，由96%的二氧化碳组成，导致显著的热量积累，表面温度可达462摄氏度。厚厚的云层掩盖了金星地形。苏联金星探测器拍摄了第一张金星表面图像，显示金星可能曾拥有海洋。 本章配有金星先驱者轨道探测器和水手10号探测器在1979年和1974年拍摄的硫酸云层图片。苏联金星15号、16号探测器在1983年使用雷达设备绘制了金星地形图，揭示了山脊和峡谷等特征。其他图片包括马特山——金星上最大的火山（8000米高）；利用多年雷达图像制作的地形图，显示了陡峭的高地和高海拔地区，可能存在富含矿物的长石英岩；计算机生成的古拉山图像；欧洲空间局金星快车探测器拍摄的南极极涡形状变化；麦哲伦卫星雷达图像加上其他数据制作的北半球全景图，展示了金星上最大的山脉麦克斯韦山脉；萨帕斯山——一座巨大的盾形火山，径向熔岩流清晰可见；以及苏联金星13号着陆器于1981年发射，成功在金星严酷环境中坚持127分钟，拍摄全景图和分析土壤样品。
• 火星 火星是太阳系第二小的行星，半径是地球的一半，但最具想象空间。在20世纪60年代水手4号传回近照前，许多人相信火星有生命。几十亿年前，火星可能与地球相似，温暖且有液态海洋，24小时40分钟的一天有利于保持温度恒定。然而，现在火星大气层被剥离，大部分水也随之流失，只剩下贫瘠荒芜的地貌，土壤中仍有冻结的水。许多人相信火星曾是生命家园，人类已发射数十个探测器寻找生命迹象。
  图片展示了火星的壮丽景色，如1980年拍摄的大瑟提斯平原；太阳系第二高山——奥林匹斯火山（超过2.1万米）；帕弗尼斯山侧翼的熔岩通道；太阳系最大的峡谷——水手大峡谷（最深处8千米，是美国大峡谷深度的4倍多）；维多利亚环形山；塔塔勒斯山脉的冰冻环形山（可能是熔岩流过冰冻地面引起的蒸汽爆炸）；笼罩在云中的奥林匹斯山；2000年南极冠最小状态（420千米宽）；稀薄的火星大气；2012年机遇号火星车在奋进环形山发现的昵称“蓝莓”的球形物；好奇号火星车自2012年降落以来传回的丰富彩色图像；2014年好奇号接近野狗缺口；2013年火星侦察轨道探测器拍摄的罗素环形山中沙丘；以及2013年好奇号火星车自拍照。
• 小行星带 小行星带位于火星和木星之间，是一个由岩石小行星组成的环，距离太阳3亿至6亿千米。它原本可能形成一个地球大小的行星，但被木星引力撕碎，只剩下0.01%的物质。谷神星是第一个被发现的小行星（1801年），占据了小行星带1/3的质量。目前已发现成千上万颗小行星，估计有超过100万颗直径大于1000米的小行星。尽管数量众多，小行星带的区域大部分是空旷的，小行星之间距离可达100万千米。 本章展示了2011年黎明号探测器拍摄的巨型小行星灶神星表面，显示了赤道周围的平行凹槽和无数环形山。图片还包括矮行星谷神星；近地小行星爱神星的环形山内部，显示了风化层的化学变化；2013年哈勃空间望远镜拍摄的P/2013 P5小行星的6条类似彗星的尾巴；2010年哈勃望远镜证明P/2010 A2是两颗小行星正面碰撞的产物；灶神星的安东尼娅环形山，显示了来自下地壳的颗粒状物质；黎明号探测器围绕灶神星的艺术想象图；以及1972年先驱者10号向小行星带进发的发射场景。甚至有计划要开采富铁小行星上的矿物，估计价值高达7万亿亿美元。
• 木星 木星是第一颗也是最壮观的气体巨行星，横跨14万千米，可容纳太阳系所有其他行星总和的两倍。木星质量是地球的318倍，其引力影响了太阳系所有天体。它在太阳系形成过程中发挥了关键作用，吸收了可能形成其他行星的物质。尽管尺寸巨大，木星的自转周期最短，仅需10小时。作为一个气体巨行星，它没有固态表面，由多层独立运动的气体组成。我们唯一能看到的一层是上方50千米处巨大的气流旋涡，其中包含木星最著名的特征——大红斑，这是一个肆虐了几个世纪、地球大小的风暴源。
  本章展示了2000年卡西尼号探测器拍摄的木星颜色，展现了其风暴大气层的壮观细节和结构。旅行者1号在1979年拍摄了布朗·巴奇，一个横跨1万千米的棕色椭圆，被认为是上层云层的一个开口，揭示了更深的气体层。卡西尼–惠更斯号探测器拍摄了木星北极和南极的拼接图像，显示了平行的白色和红棕色云圈，大红斑清晰可见。大红斑的再处理图片显示它是一个正在运动的反气旋，横跨4万千米，可能已存在350年。 本章还包括2009年天体撞击木星大气后遗迹的红外图片；1994年舒梅克–列维9号彗星碎片撞击木星大气的紫外图片；以及木星的四颗伽利略卫星的详细图片和描述：爱奥（木卫一）是火山最活跃的天体；欧罗巴（木卫二）表面覆盖冰层，下面可能有活跃海洋；盖尼米得（木卫三）是太阳系最大卫星；凯里斯特（木卫四）表面布满环形山。其他图片包括木卫三上的恩基链环形山、木卫四有纹理的地形、木卫一上的火山活动、木卫二表面浮冰、以及1989年伽利略号空间探测器发射的场景。
• 土星 土星是太阳系第六颗行星，第二大行星，比地球大760倍，距太阳距离是地球的9.5倍。它是肉眼可见的最远行星。土星主要由氢组成，密度极低，理论上可以漂浮在水上。 土星最著名的特征是它的环，由9个主要的环组成，几乎是纯水冰，延伸至土星表面上方8万千米处，而土星本身直径为12.05万千米。这些环的厚度仅约1000米。62颗卫星的引力引导冰块进入确定轨道，形成了土星环错综复杂的样式。环的形成原因仍是谜，可能由行星形成时残余物质或卫星碎片组成，其是否是永久结构也尚不确定。
  图片展示了2004年卡西尼号探测器拍摄的土星环和南半球的高分辨率合成图像。其他图片包括2012年土星北极的巨大风暴“玫瑰花”；2011年卡西尼号探测到的北边对流闪电风暴，形成横跨1.2万千米的旋涡；F环——最外围分立环，由“牧羊人”卫星束缚；B环中的幽灵般辐条；土星环未被照亮一侧的真彩色图像，可见金星。
  本章还介绍了土星的六颗卫星：泰坦（土卫六）是土星已知62颗卫星中最亮的，拥有寒冷稠密大气和甲烷与乙烷湖泊；瑞亚（土卫五）核心可能主要是水冰，有暗环；狄奥妮（土卫四）以其后随半球的深谷群、构造裂缝或峡谷闻名；忒堤斯（土卫三）富含水冰，表面布满环形山；伊阿珀托斯（土卫八）前导半球被深色有机物覆盖，有明显赤道山脊；恩刻拉多斯（土卫二）表面覆盖冰雪，水蒸气和冰从南边裂缝喷出；弥玛斯（土卫一）表面被赫歇尔环形山占据很大一部分。其他图片包括2013年卡西尼号拍摄的“地球微笑入镜”的拼接图片，可见土星七颗卫星、金星、火星和地球；2005年惠更斯探测器绘制的泰坦表面墨卡托投影图；弥玛斯上赫歇尔环形山的伪彩色图像；以及1997年卡西尼号探测器发射的准备工作。
• 天王星和海王星 本章介绍了太阳系边缘的两颗遥远冰巨行星。它们的岩石核被水冰包裹，隐藏在厚厚的氢大气之下。 天王星是第一颗冰巨行星，云层平静而无特征，因上层大气中的甲烷而呈现蓝白色。天王星倾斜一侧，意味着其84年的公转周期内，整个行星才能轮流感受阳光。 第二颗冰巨行星海王星是距离太阳最远的行星，远达45亿千米，却拥有太阳系中最高的风速，达2400千米/小时。这两颗行星仅在20世纪80年代末由旅行者2号探测器造访过一次，目前没有进一步探测计划。 本章展示了2004年凯克望远镜拍摄的天王星环及其97.77度轴向倾角。2012年凯克II望远镜拍摄的天王星大气细节图片，揭示了北极的对流风暴和赤道附近的带状云。1986年旅行者2号拍摄的天王星五颗椭球体卫星：阿丽尔、米兰达、奥伯龙、泰坦尼亚和昂布瑞尔。 海王星的图片包括1989年旅行者2号拍摄的湍动大气和巨大风暴；大暗斑，一个反气旋风暴，长1.3万千米，以近1200千米/小时的速度向西移动，但不像木星大红斑那样长期存在；2011年哈勃望远镜拍摄的海王星上空白色甲烷冰晶云；1989年旅行者2号拍摄的长条状云；以及大暗斑和下面的小暗斑之间的快速移动的“滑板车”。最后，本章介绍了两台旅行者号探测器，它们于1977年发射，旅行者2号造访了天王星和海王星，而旅行者1号在2012年进入星际空间，是飞离地球最远的人造航天器。
• 柯伊伯带及其以外 柯伊伯带围绕整个太阳系，从海王星开始，延伸到距离太阳75亿千米处。这个由小天体组成的环代表了太阳系形成的遗迹，是许多矮行星的家园，其中最大的是阋神星和冥王星。2015年，新视野号探测器到达冥王星，使我们首次直接看到柯伊伯带天体。大部分彗星也来源于此区域，它们通过碰撞或内行星引力被送入更靠近太阳的轨道。柯伊伯带彗星公转周期不到200年，但许多彗星的轨道周期更长，这些彗星一定来自更遥远的未见区域——奥尔特云。
  本章展示了艺术家对创神星的想象图，创神星是2002年发现的矮行星，每288年在65亿千米外绕太阳运动一周。此外，还有海王星外天体的艺术想象图；哈勃空间望远镜在2002-2003年间拍摄并编辑的从各个角度看到的冥王星表面图，冥王星在2006年被重新分类为矮行星；冥王星内部的截面图，显示其由50%-70%的岩石和30%-50%的冰组成；2003年发现赛德娜星的三张照片，通过其微小位置变化确认，其公转周期约1.05万年；以及矮行星阋神星及其卫星戴丝诺米娅的艺术想象图，阋神星是太阳系已知最大的矮行星，比冥王星大1/4。
• 外面是什么 本章简要介绍了太阳系以外的世界，展示了1995年哈勃空间望远镜拍摄的猎户座星云中的弓形激波，由年轻恒星LLOri的星风形成。这个弓形激波是来自恒星的带电粒子碰到稠密气体云时产生的三维波，距地球约1300光年，为我们自己的太阳风在广阔星际空间的样子提供了线索。
• 译者后记：仰望星空，脚踏实地 译者钱磊在后记中回顾了天文学作为最古老学科之一的历史，强调了星空对人类早期生产、生活和文化的影响。从哥白尼的日心说改变人类世界观，到伽利略使用望远镜开启现代观测天文学序幕。
  随着望远镜口径的增大，人类发现了越来越多太阳系天体。20世纪物理学和技术发展，使天文学研究不再局限于可见光波段，射电望远镜的出现帮助人类发现脉冲星等有趣天体，这些天体可用于验证广义相对论，未来还能用于导航和引力波探测。射电望远镜对增进人类对太阳系的认识也功不可没，例如阿雷西博望远镜测定了水星自转周期，发现其与公转周期并非相等，还测定了金星被浓密大气覆盖的地形图和小行星的形状。
  译者形象地将射电望远镜比作人类在射电波段的眼睛，用反射面聚集射电波，接收机接收信号，数据处理系统传输信号。他指出，和光学望远镜一样，射电望远镜越大，探测暗弱天体的能力越强。钱磊先生分享了自己参与中国500米口径球面射电望远镜FAST项目（从无到有，到发现第一颗脉冲星）的经历。他认为这是一个最好的时代，FAST即将调试完成，将帮助我们发现更多太阳系外天体，并更深入地了解太阳系。

总的来说，这本书以其丰富的彩色图片和详尽的文字描述，为读者提供了一场视觉与知识的盛宴。它不仅介绍了太阳系各个天体的基本信息，还深入探讨了它们的形成、演化以及人类的探索历程，非常适合天文爱好者阅读和收藏。