本書(shū)主要講述了星系和宇宙學(xué)相關(guān)內(nèi)容，包括銀河系、星系、星系和暗物質(zhì)、宇宙學(xué)、早期宇宙、宇宙中的生命等。對(duì)廣大天文愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，本書(shū)是不可多得的經(jīng)典佳作。同時(shí)，本書(shū)可作為高校天文學(xué)專業(yè)的教材或教學(xué)參考書(shū)，也可作為天文通識(shí)教育選修課教材。
適讀人群 ：科學(xué)愛(ài)好者，高校學(xué)生
本書(shū)作者，美國(guó)天體物理學(xué)家埃里克·蔡森和史蒂夫·麥克米倫都是長(zhǎng)期從事天文學(xué)研究和教學(xué)工作的資深學(xué)者。他們的研究著述等身，《今日天文》是其中突出的代表作，是當(dāng)今暢銷的天文學(xué)通識(shí)讀物，全書(shū)氣勢(shì)恢宏，洋洋灑灑，蔚為大觀，以廣闊的時(shí)空視角，深入淺出、圖文并茂地展示了當(dāng)代天文學(xué)的基本概念、觀測(cè)現(xiàn)象和研究發(fā)展的歷程。
本書(shū)科學(xué)知識(shí)不難，但是涉及的知識(shí)面卻非常廣，基本包括了天文學(xué)的方方面面，從業(yè)余愛(ài)好者關(guān)注的星座、望遠(yuǎn)鏡，到比較專業(yè)的星系團(tuán)、宇宙學(xué)等，完全稱得上是全景式展現(xiàn)天文學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的一部巨著。
本書(shū)是廣大天文科普愛(ài)好者、天文工作者的必備枕邊書(shū)，同時(shí)完全可以作為廣大高校學(xué)生及中學(xué)生的通識(shí)教育課教材。
譯者序
《今日天文》可能是世界上排名第一的、最為暢銷的天文學(xué)通識(shí)課程教材，它的寫(xiě)作流暢、不拘一格，但卻具有嚴(yán)肅的科學(xué)性，書(shū)籍配有令人賞心悅目的藝術(shù)性插圖，并且致力于用新穎的媒體手段來(lái)傳播推陳出新的天文內(nèi)容。中譯本分為三卷：第一卷“太陽(yáng)系和地外生命探索”、第二卷“恒星：從誕生到死亡”及第三卷“星系世界和宇宙的一生”。全書(shū)涵蓋了天文學(xué)的發(fā)展史、天文研究的物理基礎(chǔ)和工具，帶領(lǐng)讀者探索地球、太陽(yáng)系、恒星、星系和宇宙本身，引導(dǎo)讀者超越地球的限制，跨越當(dāng)前的時(shí)間，向外觸及遙遠(yuǎn)的太空和宇宙，甚至是另一個(gè)地球、另一個(gè)文明。不僅如此，作者還通過(guò)引入科學(xué)研究的循環(huán)，讓讀者了解科學(xué)研究是如何進(jìn)行的，我們?nèi)绾卫眠@種科學(xué)方法來(lái)知曉宇宙的運(yùn)作及各種天文現(xiàn)象的相互聯(lián)系。
二十多年來(lái)，結(jié)合幾乎是全世界使用最廣泛的、最先進(jìn)的在線天文教學(xué)和考核系統(tǒng)“MasteringAstronomy（精通天文學(xué)）”，《今日天文》占據(jù)了眾多美國(guó)大學(xué)及部分歐洲大學(xué)天文通識(shí)課程的講臺(tái)，同時(shí)也積極推動(dòng)了美國(guó)大學(xué)天文通識(shí)教育的普及�！督袢仗煳摹返挠绊懸脖榧拔覈�(guó)，目前國(guó)內(nèi)廣泛使
用的《天文學(xué)基礎(chǔ)》《天文學(xué)概論》及《天文學(xué)教程》等教材都在一定程度上受到了該書(shū)的影響。如此好書(shū)，在之前二十多年里，由于種種原因沒(méi)有得以引進(jìn)，而絕大多數(shù)中國(guó)讀者也因語(yǔ)言問(wèn)題而無(wú)緣一讀，實(shí)在是一
大憾事。譯者曾在上世紀(jì)90年代末得到過(guò)該書(shū)的第3版，由此得以窺見(jiàn)許多當(dāng)時(shí)天文學(xué)的新發(fā)現(xiàn)。如今，機(jī)械工業(yè)出版社首次在國(guó)內(nèi)引進(jìn)該書(shū)紙質(zhì)版，期望通過(guò)發(fā)行此書(shū)能促進(jìn)天文科學(xué)在國(guó)內(nèi)中學(xué)和普通高校內(nèi)的普及。我們很高興也很榮幸能夠作為本書(shū)的譯者向大家推薦這部對(duì)天文愛(ài)好者而言堪稱鴻篇巨著的《今日天文》。雖然國(guó)內(nèi)各類天文科普?qǐng)D書(shū)并不少，但非常系統(tǒng)又非常詳細(xì)地把整個(gè)現(xiàn)代天文學(xué)全貌用圖文并茂的生動(dòng)形式徹底展示出來(lái)的可以說(shuō)是鳳毛麟角。這一
點(diǎn)正是《今日天文》在國(guó)外流行多年的原因之一。
《今日天文》的定位主要是面向國(guó)外（美國(guó)）大學(xué)以前沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)大學(xué)數(shù)理基礎(chǔ)類課程的、非物理或非天文專業(yè)的學(xué)生，它依靠定性推理并通過(guò)與學(xué)生熟悉的物體和現(xiàn)象進(jìn)行類比來(lái)展示廣闊的天文學(xué)，并在敘述中盡量避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)和物理運(yùn)算。鑒于國(guó)內(nèi)中學(xué)物理和數(shù)學(xué)的教學(xué)已接近甚至超過(guò)美國(guó)普通大學(xué)的本科低年級(jí)，本書(shū)其實(shí)也很適合作為國(guó)內(nèi)中學(xué)天文科學(xué)課程的教材使用。實(shí)際上，本書(shū)不只是教材，更是一部天文大全的科普書(shū)：有大量第一手的照片和精心繪
制的彩圖，行文生動(dòng)活潑，用很多讀者熟悉的日常事例來(lái)講述天文知識(shí)。本書(shū)同樣非常適合廣大天文愛(ài)好者，尤其是愛(ài)好天文學(xué)的中學(xué)生和大學(xué)生閱讀，不同年齡段和知識(shí)層次的讀者都能從本書(shū)中獲益良多。
本書(shū)的兩位作者都非常專業(yè)，都有豐富的科學(xué)論文和科學(xué)普及著作的寫(xiě)作經(jīng)驗(yàn)，并曾獲得過(guò)文學(xué)方面的獎(jiǎng)項(xiàng)。他們的這部心血巨作，不僅向我們傳達(dá)了他們對(duì)天文學(xué)的熱情，也喚醒了我們對(duì)自己所處的不可思議的宇宙的關(guān)注。兩位作者都非常勤奮，每隔幾年就會(huì)結(jié)合當(dāng)時(shí)最新的天文發(fā)現(xiàn)和理論，把全書(shū)內(nèi)容更新再版。原書(shū)幾乎每隔三年就會(huì)再版一次，如今已經(jīng)是第8版。這一更新絕非簡(jiǎn)單地修改字詞或者加上一兩句話那么簡(jiǎn)單，而是內(nèi)容的更新，甚至許多次會(huì)將整個(gè)章節(jié)體系重新編排。這樣的編排再版也為我們的翻譯工作帶來(lái)了“麻煩”。當(dāng)我們剛開(kāi)始著手翻譯時(shí)，參照的還是第7版。但當(dāng)翻譯工作進(jìn)行了一大半時(shí)，編輯突然告知第8版已經(jīng)出版，版權(quán)剛剛拿到，已經(jīng)完成的翻譯工作幾乎要完全重新校排甚至是重新翻譯……很難述說(shuō)當(dāng)時(shí)內(nèi)心的感受!
撥云見(jiàn)日，經(jīng)過(guò)近兩年的翻譯工作，《今日天文》的最新版（第8版）終于能夠呈現(xiàn)在讀者面前了。在這里我們非常感謝機(jī)械工業(yè)出版社的張金奎編輯，正是他的策劃才使得《今日天文》的中譯本得以付梓面世。
如今，信息傳播已經(jīng)進(jìn)入“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，我們也期望《今日天文》的電子版、網(wǎng)絡(luò)版在不遠(yuǎn)的將來(lái)也能與讀者會(huì)面。本書(shū)的出版還得到了北京師范大學(xué)天文系及北京天文館領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，北京師范大學(xué)的張同杰教
授也十分關(guān)心本書(shū)的翻譯工作。
《今日天文》翻譯分工如下：“太陽(yáng)系和地外生命探索”卷第1、2章由高健翻譯，第3~12章由詹想翻譯；“恒星：從誕生到死亡”卷第1~11章由高健翻譯；“星系世界和宇宙的一生”卷第1章由高健翻譯，第2~6章
由詹想翻譯；原書(shū)序言由高健、詹想共同翻譯，附錄內(nèi)容由高健翻譯，全書(shū)最后由高健統(tǒng)校。當(dāng)然，《今日天文》幾乎涵蓋了天文學(xué)的方方面面，內(nèi)容博大精深，兩位譯者熟悉的天文領(lǐng)域不可能如此全面，加上自身才
疏學(xué)淺，書(shū)中難免有翻譯錯(cuò)漏、表達(dá)不及的地方，甚至謬誤之處也在所難免，懇請(qǐng)各位專家和讀者不吝批評(píng)指正。歡迎給我們發(fā)郵件進(jìn)行交流：jiangao@bnu.edu.cn，universezx@bjp.org.cn，我們非常希望得到您的反饋和建議！
原書(shū)序
天文學(xué)是一門(mén)充盈著新發(fā)現(xiàn)的科學(xué)。在新技術(shù)和新穎理論見(jiàn)解的推動(dòng)下，對(duì)宇宙的研究不斷地改變著我們對(duì)宇宙的理解。我們很高興能有機(jī)會(huì)在這本書(shū)中呈現(xiàn)一些具有代表性的當(dāng)今天文學(xué)中已知的事實(shí)、不斷發(fā)展的思想和前沿發(fā)現(xiàn)的事例。
《今日天文》面向以前沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)大學(xué)科學(xué)課程和不主修物理或天文專業(yè)的學(xué)生，可用于一個(gè)或兩個(gè)學(xué)期的非技術(shù)性的天文學(xué)課程。我們展示天文學(xué)的廣闊視野，直截了當(dāng)?shù)剡M(jìn)行描述，省略了復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。然而，復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算的缺失，卻并不會(huì)妨礙我們討論重要的概念。相反，我們依靠定性推理并用學(xué)生熟悉的物體和現(xiàn)象進(jìn)行類比，用于解釋問(wèn)題的復(fù)雜性，以避免過(guò)分簡(jiǎn)化。我們?cè)噲D向?qū)W生傳達(dá)我們對(duì)天文學(xué)的熱情，喚醒學(xué)生關(guān)注我們所處的不可思議的宇宙。
我們非常高興地看到，本書(shū)的前七版深受眾多天文教育團(tuán)體的喜愛(ài)。很多老師和學(xué)生在使用本書(shū)的早期版本后，給了我們有益的反饋和建設(shè)性的批評(píng)，我們從中學(xué)會(huì)了如何更好地表達(dá)天文學(xué)的原理和興奮點(diǎn)。許多受這些意見(jiàn)啟發(fā)而得到的改進(jìn)已被納入了這個(gè)新版本中。
機(jī)工授權(quán)書(shū)
埃里克·蔡森，擁有哈佛大學(xué)的天體物理學(xué)博士學(xué)位，在哈佛大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)系工作了10年。在其后二十多年的時(shí)間里，他在空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所擔(dān)任高級(jí)科學(xué)工作人員，并且擁有約翰霍普金斯大學(xué)和塔夫茨大學(xué)的多種教職�，F(xiàn)在他又回到哈佛，在哈佛-史密松天體物理中心任教并進(jìn)行研究。埃里克撰寫(xiě)了12本有關(guān)天文學(xué)的書(shū)，在專業(yè)期刊上發(fā)表了近200篇科學(xué)論文。
史蒂夫·麥克米倫，擁有劍橋大學(xué)的數(shù)學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位，以及哈佛大學(xué)的天文學(xué)博士學(xué)位。他在伊利諾伊大學(xué)和西北大學(xué)從事博士后科研工作，在那里繼續(xù)有關(guān)
理論天體物理、星團(tuán)和高性能計(jì)算的研究。史蒂夫現(xiàn)在是德雷塞爾大學(xué)的杰出教授，并且是普林斯頓高級(jí)研究所和萊頓大學(xué)的長(zhǎng)期訪問(wèn)學(xué)者。他在專業(yè)期刊上發(fā)表了超過(guò)100篇文章和科學(xué)論文。
高健，理學(xué)博士，畢業(yè)于北京師范大學(xué)天文系，現(xiàn)為北京師范大學(xué)副教授，北京天文學(xué)會(huì)會(huì)員、中國(guó)天文學(xué)會(huì)會(huì)員和國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)會(huì)員。2002年留系任教，教授天文專業(yè)課程《球面天文學(xué)》和《天體力學(xué)基礎(chǔ)》，以及通識(shí)教育《行星科學(xué)初探》和《遨游太陽(yáng)系》等。長(zhǎng)期關(guān)注天文學(xué)的普及工作，多次參與天文奧林匹克競(jìng)賽培訓(xùn)及賽事工作；2005年起在北京師范大學(xué)開(kāi)設(shè)《行星科學(xué)初探》通識(shí)課程（學(xué)院路共同體校際課程），受到廣大同學(xué)的歡迎，并因此獲2008年北京師范大學(xué)“本科生歡迎的十佳教師”殊榮。曾主持和承擔(dān)過(guò)多項(xiàng)國(guó)家和省部級(jí)項(xiàng)目，特別曾參于中國(guó)科學(xué)院高能物理所的天文衛(wèi)星HMXT、中國(guó)科學(xué)院光電研究院有關(guān)神舟飛船定軌的工作，現(xiàn)主要從事星際/星周塵埃領(lǐng)域的科研工作。
詹想，理學(xué)碩士，畢業(yè)于北京師范大學(xué)天文系，現(xiàn)為北京天文館副研究員，北京天文學(xué)會(huì)會(huì)員、中國(guó)博物館協(xié)會(huì)和北京博物館學(xué)會(huì)會(huì)員。主要從事天文科普教育、天文觀測(cè)和攝影、太陽(yáng)系小天體等領(lǐng)域的研究。曾在《天文愛(ài)好者》雜志連載“觀測(cè)攻略”系列文章；是天文科普?qǐng)D書(shū)《跟我一起去追星——星空攝影指南》、《相約星空下》的作者或主要作者；為北京地區(qū)戶外觀星組織“星緣山風(fēng)隊(duì)”創(chuàng)始人和隊(duì)長(zhǎng)，長(zhǎng)期帶領(lǐng)隊(duì)員在京郊各地賞美景和星空。致力于讓所有人知道：在你身邊就有壯美的星空！微博賬號(hào)@北京天文館詹想有4.3萬(wàn)粉絲，在中國(guó)天文科普界有很大的影響力。
第1章 銀河系 太空中的旋渦
1.1 我們的星系家園
1.2 丈量銀河系
探索1-1 早期“計(jì)算機(jī)”
1.3 銀河系結(jié)構(gòu)
1.4 銀河系形成
1.5 銀河系的旋臂
探索1-2 密度波
1.6 銀河系的質(zhì)量
1.7 銀河系中心
章節(jié)回顧
第2章 星系 宇宙的基本成分
2.1 星系的哈勃分類
2.2 星系在太空的分布
2.3 哈勃定律
詳細(xì)說(shuō)明2-1 相對(duì)論紅移和回溯時(shí)間
2.4 活動(dòng)星系核
2.5 活動(dòng)星系的中央引擎
章節(jié)回顧
第3章 星系和暗物質(zhì) 宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)
3.1 宇宙中的暗物質(zhì)
3.2 星系碰撞
3.3 星系的形成與演化
探索3-1 斯隆數(shù)字化巡天
3.4 星系中的黑洞
3.5 大尺度上的宇宙
章節(jié)回顧
第4章 宇宙學(xué) 大爆炸和宇宙的命運(yùn)
4.1 最大尺度上的宇宙
4.2 膨脹的宇宙
4.3 宇宙的結(jié)局
4.4 空間的幾何學(xué)
詳細(xì)說(shuō)明4-1 彎曲的空間
4.5 宇宙會(huì)永遠(yuǎn)膨脹嗎？
4.6 暗能量和宇宙學(xué)
探索4-1 愛(ài)因斯坦和宇宙學(xué)常數(shù)
4.7 宇宙微波背景
章節(jié)回顧
第5章 早期宇宙 回到時(shí)間的起源
5.1 回到大爆炸
5.2 宇宙的演化
探索5-1 關(guān)于基本力的更多知識(shí)
5.3 原子核和原子的形成
5.4 暴脹的宇宙
5.5 宇宙中結(jié)構(gòu)的形成
5.6 宇宙結(jié)構(gòu)和微波背景
章節(jié)回顧
第6章 宇宙中的生命 我們是孤獨(dú)的嗎？
6.1 宇宙演化
探索6-1 病毒
6.2 太陽(yáng)系中的生命
6.3 銀河系中的智慧生命
6.4 尋找外星智慧
章節(jié)回顧
附錄
附錄1 科學(xué)計(jì)數(shù)法
附錄2 天文測(cè)量
附錄3 表格
檢查題答案
概念自測(cè)答案
圖片/文字授權(quán)
星圖
教學(xué)支持申請(qǐng)表
盡管很難想象，但是在不到100年前，人類始終認(rèn)為太陽(yáng)是宇宙的中心。哥白尼、開(kāi)普勒、伽利略和其他學(xué)者的早期研究廢黜了地球的中心位置，但是作為太陽(yáng)系的中心，太陽(yáng)本身仍然被當(dāng)作是銀河系的中心。對(duì)于一個(gè)世紀(jì)前的人類來(lái)說(shuō)，銀河系就相當(dāng)于整個(gè)宇宙。而至于我們?cè)谟钪嬷械恼鎸?shí)位置，以及存在無(wú)數(shù)其他與銀河系相似星系的事實(shí)，是完全未知的。
美國(guó)天文學(xué)家哈羅·沙普利（1885—1972）通過(guò)研究球狀星團(tuán)中的變星，推斷出了銀河系的大小和尺度，以及我們?cè)阢y河系中的位置。1918年，他發(fā)表了這項(xiàng)成果，不僅表明了我們?cè)谔罩械募覉@跨越10萬(wàn)光年，遠(yuǎn)比此前認(rèn)為的尺度大得多；而且也證實(shí)了地球位于他稱為“星系遠(yuǎn)郊”的位置上，今天，我們知道了這里距離銀河系中心大約25000光年。沙普利證明了太陽(yáng)從任何角度來(lái)說(shuō)都不是中心、不是獨(dú)一無(wú)二的、也不是特殊的。他的這項(xiàng)工作是人類認(rèn)識(shí)自身在宇宙中位置的里程碑，無(wú)疑也是20世紀(jì)最重要的天文發(fā)現(xiàn)之一。
具有諷刺意味的是，沙普利舉世矚目的擴(kuò)大銀河系大小和尺度的發(fā)現(xiàn)，卻導(dǎo)致他在對(duì)當(dāng)時(shí)另一個(gè)更為深刻和先進(jìn)的重大發(fā)現(xiàn)的認(rèn)知上誤入歧途——認(rèn)識(shí)到銀河系僅僅是宇宙眾多星系中的一個(gè)。他的觀測(cè)表明，銀河系具有龐大的尺度，這也使他不能接受存在一個(gè)更廣大宇宙的觀點(diǎn)——他無(wú)法相信存在與我們的銀河系一樣巨大的其他遙遠(yuǎn)星系。即使對(duì)于如此杰出的科學(xué)家，個(gè)人偏見(jiàn)有時(shí)也會(huì)蒙蔽科學(xué)的判斷。
這直接引發(fā)了1920年在華盛頓國(guó)家科學(xué)院發(fā)生的“大論戰(zhàn)”。論題是關(guān)于“旋渦星云”（也就是今天所說(shuō)的星系）的謎團(tuán)：它們究竟是“近鄰”銀河系的一部分，還是因足夠遙遠(yuǎn)而自成星系？沙普利認(rèn)為，既然他的研究已經(jīng)增大了銀河系的大小，那么旋渦星云必然是銀河系的一部分。而他的對(duì)手，來(lái)自加利福尼亞利克天文臺(tái)的希伯·柯蒂斯，雖然錯(cuò)誤地拒絕認(rèn)同銀河系的巨大尺度，但是卻正確地指出了旋渦星云其實(shí)是與銀河系相似的遙遠(yuǎn)恒星的集合體。兩人分別列舉了支持自己觀點(diǎn)的其他科學(xué)依據(jù)（1.2節(jié)），但是也都被自己的偏見(jiàn)干擾了對(duì)銀河系的完整理解。由于沒(méi)有對(duì)星云真實(shí)距離的客觀測(cè)量，所以這場(chǎng)論戰(zhàn)以平局告終。
僅僅幾年后，利用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡——威爾遜山上的2.5m反射鏡，沙普利的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手——加州理工學(xué)院的天文學(xué)家埃德溫·哈勃（1884—1953）打破了僵局。他第一次分辨出仙女星云中的單顆恒星，并仔細(xì)測(cè)量了其中的變星，從而證明了仙女星云是一個(gè)坐落在銀河系外數(shù)百萬(wàn)光年的真實(shí)星系。具有諷刺意味的是，哈勃采用的正是沙普利及其哈佛大學(xué)的同事所開(kāi)創(chuàng)的基本方法。這是在擴(kuò)展哥白尼原理道路上的又一里程碑：無(wú)論地球還是太陽(yáng)都絲毫不特殊，甚至連我們所生存的銀河系也只是更廣袤宇宙中無(wú)數(shù)星系里的一員。
今天，天文學(xué)家全面測(cè)量了仙女星系中變星的分布。令人費(fèi)解的是，我們?nèi)匀辉诮弑M全力地將這個(gè)星系的距離測(cè)量精度提高到10%以內(nèi)。即便是在這本教科書(shū)啟用至今的數(shù)十年里，所引用的仙女星系的距離也在220萬(wàn)～290萬(wàn)光年之間反復(fù)變動(dòng)；在這一版中，我們選取了最新測(cè)量結(jié)果的平均值——250萬(wàn)光年。正確的距離數(shù)值非常重要，因?yàn)樗鼘?duì)確定所謂的距離階梯具有關(guān)鍵作用。這個(gè)宇宙標(biāo)準(zhǔn)可以用來(lái)測(cè)量數(shù)十億更遙遠(yuǎn)星系的距離，從而測(cè)定宇宙本身更為廣大的領(lǐng)域。
昔日的沙普利—柯蒂斯論戰(zhàn)，還有今天我們?yōu)闇?zhǔn)確測(cè)定真正遙遠(yuǎn)星系的距離所付出的努力，都能成為科學(xué)方法如何工作的經(jīng)典實(shí)例。科學(xué)是人類進(jìn)行的實(shí)踐，而科學(xué)家與常人無(wú)異，也都擁有強(qiáng)烈的感情和個(gè)人價(jià)值觀。然而，隨著時(shí)間的推移，經(jīng)歷這般批判與辯論，研究課題才最終得到客觀的量度。通過(guò)不斷的試驗(yàn)和事實(shí)證明，科學(xué)界逐漸削弱了個(gè)人的主觀意識(shí)，而在一個(gè)批判性思考者的群體中形成更加客觀的視角角。合理懷疑和重復(fù)試驗(yàn)是現(xiàn)代科學(xué)方法的標(biāo)志。
……
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