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从托勒密到哈勃，从大地的形状到宇宙的尺度，用讲故事的方式历数人类在天文上的重大发现。

托勒密的地心说为什么能统治世界 1500 年？哥白尼、开普勒、伽利略如何改变了人类的宇宙观？宇宙到底是有限还是无限的？当今天文学谜题是什么？星系与星系之间的空间真的是完全空旷的吗？宇宙将会怎样终结？从大地的形状到日月星辰的变化，从天文学问题到银河系的秘密，跟随作者，你将进入浩瀚的宇宙，体会科学带来的震撼。

这是一部人类探索天文的历史，更是一部人类理性崛起的历史。跟随本书，你将回到过去，在那一个个激动人心的天文大发现的历史现场，和科学家们一起感受当时的兴奋，也体会他们探索的艰辛。

第二版序…………………………………………………………………………………001

前言科学精神比科学知识更重要…………………………………………001

一 大地的形状………………………………………………………………………001

二 日月星辰的变化………………………………………………………………008

三 古代天文学之大成……………………………………………………………015

四 中国古代天文学思想…………………………………………………………024

五 哥白尼单挑托勒密……………………………………………………………031

六 天空立法者开普勒……………………………………………………………043

七 伽利略的证明……………………………………………………………………057

八 牛顿的天体力学………………………………………………………………068

九 恒星不恒…………………………………………………………………………077

十 天文学问题………………………………………………………………086

十一 失踪的行星……………………………………………………………………092

十二 初窥银河………………………………………………………………………098

十三 银河系揭秘……………………………………………………………………109

十四 宇宙的尺度……………………………………………………………………117

十五 膨胀中的宇宙………………………………………………………………123

十六 大爆炸…………………………………………………………………………129

十七 星际有机分子………………………………………………………………143

十八 类星体…………………………………………………………………………147

十九 脉冲星…………………………………………………………………………151

二十 哈勃的宇宙……………………………………………………………………155

二十一 暗物质………………………………………………………………………161

二十二 暗能量………………………………………………………………………168

二十三 快速射电暴………………………………………………………………180

二十四 宇宙有限还是无限……………………………………………………189

二十五 后的问题………………………………………………………………194

二十六 探索永无止境………………………………………………………………201

汪诘，职业科普作家、 科学影视导演、编剧、中国科普作协成员、“科学声音”执行秘书。代表作《时间的形状：相对论史话》获第八届国家图书馆文津图书奖，科幻小说《时间囚笼》获第十八届百花文学奖“科幻文学奖”。另著有《植物的战斗》《亿万年的孤独》《未解的宇宙》《少儿科学思维培养书系》《太阳系简史》等十多部著作。执导（编剧）《令人惊叹的宇宙》，获 2020年中国科普作家协会优秀科普作品奖（科普影视动画类）金奖。

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《三体》的作者刘慈欣写过一篇科幻短篇小说叫《朝闻道》，在这篇小说中，他写了一个普通人几乎很难理解的故事。有一天，一个文明程度远超地球文明的外星文明降临地球。外星文明给地球人一个机会，每个人都可以问他们一个科学上的问题，并且保证地球人一定能得到正确的答案，但只有一个条件：得到答案以后马上去死！说到这里，估计你马上就明白了小说标题的含义，子曰：“朝闻道，夕死可矣！”而小说里面还不是夕死，是立即就死。

对于大多数人来说，这似乎是不可理解的，难道真有人会为了一个科学问题的答案而放弃生命吗？人都死了，知道答案又有什么意义呢？

但是，我却能深深体会到这个故事的意义。我坚信这个世界上有这么一群科学家，就是“朝闻道，夕死可矣”的人。在人类的基因中，有一种叫作好奇心的生物编码，每个人都有，只是多少强弱的区别而已，有些人的好奇心已经强到可以为揭开谜底而放弃生命。而历史上，正是这样的一群好奇心强的科学家，把人类对宇宙规律的认识提升到了一个又一个崭新的高度，他们探索自然规律的动力，就是好奇心。

如果刘慈欣小说中的场景真的出现在地球上，我可以保证会有很大一批天文学家、物理学家为了一个问题而放弃生命，而这个问题就是：暗物质到底是什么？

暗物质这事还得从1932年说起。当时荷兰有一位著名的天文学家叫作奥尔特（JanHendrikOort，1900—1992），你可能听过“奥尔特云”图21?1奥尔特云的概念图这个词，对，就是这个奥尔特。他在极其有限的观测条件下，隐约发现一件事情不怎么对头，什么事情呢？就是银河系的自转似乎不太符合牛顿力学。

大家知道，太阳系以太阳为中心，好多行星绕着太阳转，离太阳越远的行星转得越慢，比如火星比地球距离太阳更远，它的一年就是687天，这个现象完全可以用牛顿的万有引力公式推导出来。但是奥尔特隐约发现，银河系外侧的恒星运动速度似乎与靠近银心的恒星运动速度没有什么大的差别。

这事就很奇怪了，难道对于整个银河系而言，牛顿的万有引力不适用了？这里我要说明一点，虽然爱因斯坦的广义相对论对牛顿的万有引力公式做出了修正，但并不是说牛顿的公式就错了，在计算太阳系行星的运转周期和整个银河系的自转规律时，对精度要求不是极高的话，牛顿的公式足够用了。

实际上，美国宇航局发射火星探测器也只需要用到牛顿公式，登陆误差仅仅是1秒钟而已，因此大家不要认为爱因斯坦“推翻”了牛顿，“推翻”这个词可不能随便用。即便再过1亿年，只要人类还生活在这个宇宙中，牛顿公式就依然会被频繁使用。

奥尔特的这个发现虽然发表了出来，但刚开始并没有引起太多人的注意，因为当时的观测条件确实很有限，连奥尔特本人也没有对此问题深究下去。不过，我们仍然要把个窥探到暗物质的荣誉颁给奥尔特。

又过了一年，1933年，在美国加州理工学院有一位叫作兹维基（FritzZwicky，1898—1974）的年轻天文学家，正在着迷地研究后发座星系团。那一年他35岁，刚刚结婚。虽然兹维基并不知道前一年奥尔特的那个困惑，但他居然遇到了与奥尔特几乎相同的困惑。

为啥他们一个研究银河系、一个研究后发座星系团，却会遇到几乎相同的困惑呢？这里要稍稍费一番口舌了。

后发座星系团位于狮子座附近，由差不多1000多个大星系组成（今天我们知道还包含了几万个小星系），是一个巨大的星系团。兹维基试图测算出这个星系团中星系的平均质量，有两种方法可以测算。一种为“动力学质量”，要用到一个叫位力定理的公式。这个定理也是基于牛顿的万有引力定理推导出来的，比较麻烦一点，需要先测出星系团中星系之间的相对运动速度，然后套几个公式，后就能估算出该星系团中星系的平均质量了。

还有一种方法为“光度学质量”，这个比较好理解，就是先测量星系亮度，然后就可以估算大约需要多少物质，才能发出这样的亮度来。

按理说，用这两种方法测算出来的星系平均质量应该差不多在同一个数量级上，但兹维基计算的结果是“动力学质量”居然比“光度学质量”大了多倍！虽然我们今天知道兹维基低估了后发座星系团离我们的距离，从而低估了星系的质量，但是即便是按照今天的数据，两种质量的比值依然大得离谱。

兹维基看到自己的计算结果后，呆呆地出神，他也冒出了和奥尔特同样的一个疑问：难道牛顿定理在后发座星系团失效了？但他很快就想到，也许还有一个更合理的解释：会不会是在后发座星系团中存在着大量不发光的物质呢？这个解释听上去合理多了，而且后发座星系团距离地球足足有3.5亿光年之遥，有一些物质不发光，或者发光很微弱，在地球上根本观测不到，这也是很合理的。

于是，兹维基就在论文中猜测，在后发座星系团中包含大量暗物质，也就是不发光或者相对很暗的物质，而且这种物质占到了该星系团中物质总量的99%。这是“暗物质”这个词次出现在学术论文中，但兹维基并没有觉得这个猜测有多么了不起，或者根本就没有意识到，他无意中触碰到了一个宇宙的惊世之谜。

只过了一年，兹维基的注意力就完全被宇宙中的另外一种迷人天体“超新星”吸引过去了，“supernova”这个词也是他和别人一起发明的。

暗物质是宇宙中暗的，而超新星则是宇宙中亮的，在直觉上当然是研究亮的比暗的更有趣，于是兹维基就把暗物质丢在了一边，转头研究超新星去了。这一搁置，就是50多年没人理会，而兹维基在1974年去世，没有等到自己提出的暗物质惊动全世界的那一天。后面又发生了什么呢？

美国有一位女天文学家叫鲁宾（VeraRubin，1928—2016），在二十世纪六七十年代，女性天文学家是很少的，鲁宾选择了在天文学研究中不是那么热门的星系自转曲线。在鲁宾做研究的那个年代，天文观测设备已经取得了长足的进步，因而观测精度也大大提高。

鲁宾在研究银河系的转动时，和奥尔特一样，产生了一个巨大的困惑，是什么呢？就是我前面说的，银河系外侧的恒星绕银河系中心转动的速度，比用理论推算出的数值大了太多。这一发现让鲁宾大惑不解，也激发了她深入研究的兴趣，这一研究就持续了十几年。

她取得了大量翔实的观测数据，又做了仔细计算。鲁宾发现，如果要维持银河系目前的转动速度，又不让银河系分崩离析，银河系的总质量必须远远高于目前已经观测到的所有可见天体的质质量。

我还是怕有的读者看不太明白，多解释一句：如果我们用沙子捏一个陀螺，然后把这个陀螺旋转起来，转速一快，沙陀螺肯定会散架，因为沙子与沙子之间的结合力不足以维持向心力。要想让沙陀螺不散架，就得拿胶水和在沙子里面。如果把银河系想象成一个沙陀螺，那么万有引力就是胶水，这个胶水的强度决定了陀螺的转速能到多少。

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‍并不是古人的智商比现代人低，事实上，人类的智商在5000多年中并没有明显提升，现代人的“聪明”只是知识积累和教育水平提升所造成的假象。

‍“拯救现象”是天文学史上一个很著名的词，在古代天文学的研究中，观测到的现象与当时的理论不相符是常有的事，因此每每出现一个不符合理论预期的现象，就需要被“拯救”一番。

‍据后世学者充分的考据，牛顿是这样分配他一生的时间的：三分之一用来研究《圣经》的年代学，三分之一用来研究炼金术，剩余的三分之一时间用来顺便研究一下物理、数学、天文等自然科学。

‍牛顿有一句流传很广的名言：之所以我比别人看得远，是因为我站在巨人的肩膀上。后人往往引用牛顿的这句话来说明一个人应当谦虚如牛顿，但实际上牛顿讲这句话是为了讽刺长得矮小、驼背的胡克。

‍引力的大小与两物体的质量成正比，与物体之间的距离平方成反比，如果用数学公式来表达的话，就是这样：其中G是万有引力常数，它的精确值在100多年后的1798年由英国科学家卡文迪许测得，为6.67×10-11牛顿·米2/千克2。

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那么，研究这个问题到底有没有意义，为什么要去研究？我认为，所有的意义也都是人赋予的。在我看来，引发思考，满足好奇，就是无与伦比的意义。在人类没有解决温饱问题之前，艺术是没有意义的，但是满足了温饱之后，人们会发现艺术的意义大于吃饭。如果你追问下去，艺术对人类的意义到底是什么？那么追问到最后就只有一个答案：给人带来美感。

编辑推荐

1.国家图书馆文津奖得主、著名科普作家汪诘经典之作，畅销5年热度不减，豆瓣评分8.1。多次获评读者喜爱图书，入选中国科技部2020年度向全国青少年推荐阅读书目。

2.没有翻译障碍，没有时间差，优美的语言，更新的数据，更贴近中国读者的阅读需求。作者汪诘以“科学有故事”为ID，常年在各网络平台以讲故事的方式讲科普，的特征是用风趣幽默的语言将科普讲得生动有趣，全网粉丝超千万，影响无数青少年。本书为作者重要作品之一，倾注三年心血，先在喜马拉雅FM以音频栏目播出，播放量超500万人次，后根据音频核心内容，重新梳理撰写成书，一经推出即广受好评，畅销5年，经久不衰。不少初高中生评论反馈，因为读了这本书，爱上天文物理，走上科学探索之路。

3.国内天文学史话类图书扛鼎之作，比肩《上帝掷骰子吗：量子力学史话》《时间的形状：相对论史话》，被读者奉为国内原创天文学领域经典。以讲故事的方式讲人类对天文和宇宙的认知史，以详解加图释的方式讲天文学知识。大量原创手绘原理详解图、原版照片，珍贵手稿、宇宙模型，直观清晰，好读易懂。

4.本书的特点是，既有西方对天文学的探索史，更有中国自古以来的星象天文探知史，中西比较，较之引进版天文物理类图书，内容更丰富更全面。

书摘插图

媒体评论

好奇心是人类区别于动物的根本。感谢作者带我走过人类智慧的历程，从亚里士多德到哥白尼，开普勒，伽利略，牛顿，爱因斯坦，哈勃，每一颗性感的大脑都应该报以崇高的敬意。宇宙微波背景辐射，暗物质，暗能量，热寂，大撕裂，这些知识在我脑子里或新生，或加深。感谢汪诘，不要停，要继续写书啊！——豆瓣评论

很好的科普，作者虽然时常有主观情绪，不过理科生的浪漫果然还是只有理科生能get到。人类真是既渺小又伟大的生灵，天文这种跟数学和物理密切联系的科学可能才是接近上帝的吧！非常迷人！非常震撼！非常感动！多的星全部送给天文学。

从星空到宇宙，从无到有再到无～原来高中学的物理和数学都可以说是因为观天所需而出现的～从一颗星星开始了宇宙的探索之谜。作为科普读物，宏观的把握很棒，让我对天文学充满敬畏～

书籍介绍

编辑推荐

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失踪的行星和不恒的恒星，暗物质、暗能量，类星体、脉冲星，它们都是怎样被发现的？人类怎样测算出了遥远星系的距离？粒子视界的界限和哈勃深空场的震撼，它们是怎样引导着人类一步步揭开宇宙的奥秘？

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内容简介

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