走！去看星空尽头

当30多万年前

最早的人类成员

第一次抬头仰望星空时

对宇宙的好奇与探索

便永远种在了我们心底

（措学仁玛的星空，摄影师@南卡）

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从第一台望远镜

到遨游在地球上空的哈勃

我们窥探宇宙深处的瑰丽图景

（今年迎来“30岁生日”的哈勃望远镜，图片来源@NASA）

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从直径几米的天线

到口径500米的“天眼”

我们接收可能来自地外文明的讯息

（近日宣布开始地外文明探索的“中国天眼”——FAST，摄影师@李子韬）

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从第一个缓缓升空的热气球

到咆哮着飞天的大火箭

我们拓展着人类的视野

（长征五号B首飞成功，摄影师@陈肖）

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从第一颗人造卫星

到庞大的国际空间站

我们在开拓着新的家园

（从发现号航天飞机上拍摄的国际空间站，图片来源@NASA）

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人类本身

也在无数先驱的带领下

不断向太空迈进

（1961-2018年历年进入太空人数，制图@郑伯容/星球研究所）

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如今

哈勃望远镜

迎来自己的“30岁生日”

“中国天眼”FAST

正式开启了地外文明的探索

长征五号B火箭

成功发射升空

一个宇宙大发现的时代

才刚刚开启

我们为什么要探索宇宙

宇宙中又有些什么？

让我们亲自从地表出发

飞向星空的尽头

去寻找答案

01家园旅程的开始

是我们自己的家园——地球

从高空俯瞰

一切细节都被抹去

这颗行星显露出它的本色

板块运动

为它带来永不停歇的活力

（俄罗斯千岛群岛马图阿岛上的火山爆发，图片来源@NASA）

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覆盖地表70%的水

是生命活动不可或缺的介质

（卫星影像展示了太平洋加利福尼亚寒流中浮游生物的复杂分布，图片来源@NASA）

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大气和磁场

保卫着我们

免受过量辐射的伤害

保持着地表适宜的温度

更重要的是

大气中的21%是氧气

大多数地球生物赖以生存

（上海上空的风暴，摄影师@何炜）

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大气运动带来了降水

有雨水滋润的地方

植被繁茂、动物成群

（坝上草原羊群，摄影师@朱哲）

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大地表面

人类的城市

整齐划一

（洛杉矶，摄影师@陈剑峰）

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38万千米

我们进入月球轨道

荒凉的月面上

阿波罗登陆的遗迹清晰可辨

这里的大气极为稀薄

这些痕迹将孤独地留存数万年

（NASA的月球勘测轨道器在距离月面仅24千米处拍摄到的阿波罗11号登月遗迹，图中LM所指的是登月舱，其周围的月面上可以看到黑色的线条，那些是宇航员移动的痕迹，其它箭头所指为科学仪器放置的位置，图片来源@NASA）

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7800万千米

地球的“孪生姐妹”——火星

进入视野

它曾有过泛滥的洪水

和剧烈的火山活动

但如今

它的大气和水流失殆尽

只剩下陨石坑、火山、沙丘

（火星水手谷，图片来源@Kevin Gill）

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6-13亿千米

穿越火星和木星之间的小行星带

躲过这里四处乱飞的石块

我们来到了外太阳系

这里是“巨人”的世界

木星

体积有地球的1300多倍

表面是氢元素组成的大气

大气之下压力增大

氢气变为液态金属氢“海洋”

最内部是岩石和冰组成的内核

（木星大气，图片来源@NASA）

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土星

情况和木星相似

气态和液态氢外层占据了大部分体积

使得土星的密度仅有0.69克每立方厘米

比水还要轻

（卡西尼号拍摄的土星及其巨大光环，这个距离上看地球只是一个“黯淡蓝点”，图片来源@NASA）

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在这两颗巨行星的周边

有着数十颗卫星环绕

俨然是缩小版的太阳系

这些卫星大多表面冻结

但在冰面之下

很可能存在液态水

（木卫二地表被冰层覆盖，冰上的纹路在太空中亦可见，仿佛盘根错节的植物根系，而冰面之下很有可能有液态水，图片来源@NASA）

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有的则拥有浓密的大气

地表形成了充满有机物的甲烷海

（土卫六地表可能存在甲烷海，图片来源@NASA）

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59亿千米

这里的天体变得越来越陌生

天王星和海王星

两颗巨大的气态巨行星闯入视野

因为距离太阳过于遥远

它们的表面温度低至零下二百摄氏度

肃穆幽静的巨大星体和同样冷漠的卫星

在黑暗中发出神秘的光芒

（海王星的“微笑”，其中较小的天体是海卫一，照片由旅行者2号拍摄，图片来源@NASA）

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然而

我们才刚刚迈出家门口

整个太阳系

有着更加庞大的结构

（太阳系结构，制图@郑伯容/星球研究所）

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海王星之外

无数的石头、冰块

组成了一个宽约1500亿千米的区域

柯伊伯带

（柯伊伯带天体，图片来源@NASA）

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柯伊伯带之外又数万亿千米

是笼罩整个太阳系的奥尔特云

数千亿颗质量更小的天体

在这里游荡

（一颗从奥尔特云飞入内太阳系的彗星，图片来源@NASA）

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然而在空旷的空间中

我们发现了一个人造物

旅行者1号！

它正孤独地向着星辰大海航行

这是迄今为止

距离地球最远的人类痕迹

（旅行者1号探测器进入星际空间的想象图，图片来源@NASA）

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告别旅行者1号

也就意味着离开了太阳系

告别了人类目前唯一的家园

前方

一个光怪陆离的世界在等待着我们

02异星1 -3000光年

太阳系外的空间中

充斥着尘埃和星际物质

但这里同时也是一个

恒星世界

无数颗与太阳大相径庭的恒星

在这里闪耀

( 恒星分类，制图@郑伯容/星球研究所）

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与太阳质量相当

或比太阳质量更小的恒星

按质量从大到小分别属于

黄矮星、橙矮星和红矮星（G、K、M型恒星）

(一颗年轻的红矮星及围绕它旋转的行星想象图，图片来源@NASA）

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比太阳质量大的

则被称为大质量恒星

它们温度高

发出耀眼的蓝光

(图中央的蓝色恒星是一颗巨星Zeta Ophiuchi，它向外发射的辐射和粒子吹动了周围的尘埃，造成了涟漪，图片来源@NASA）

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这些恒星并不孤独

它们大部分“两两为伴”

在彼此吸引下共同旋转

被称为双星

( 双星系统开普勒-47想象图，图中发光的两颗为两颗恒星，而在其周围的是围绕双星旋转的行星，左侧最近的行星为开普勒-47c，是一颗气态巨行星，右上角为行星开普勒-47b，图片来源@NASA）

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更有“三五成群”的

形成多星系统的

可以观赏到三日同辉的景象

(从系外气态巨行星HD 188553 Ab的一颗假想卫星上看到的三星系统，图片来源@NASA/JPL）

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但是

恒星并非这里唯一的天体

在恒星的光芒中

偶尔会出现一两颗黑色的“斑点”

那是一颗行星的阴影

这些行星围绕恒星旋转

组成了完全不同于我们的恒星系

因此它们也被称为

系外行星

( 行星开普勒-16b想象图，它是首个被发现的围绕双星系统运转的系外行星，图片来源@NASA/JPL）

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通过观察恒星前的”黑斑“

我们发现在恒星世界之下

是一个更加多样的

系外行星世界

它们有的质量巨大

类似木星或海王星

被称为

气态巨行星或冰巨星

(一颗4倍于木星质量的系外气态巨行星想象图，图片来源@NASA）

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有的质量比地球小

距离恒星距离近

类似水星

表面温度高达700℃

(系外行星Kepler-20e是第一颗被发现的比地球小的系外行星，图片来源@NASA）

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质量介于地球1~10倍的

可能拥有岩石表面

以及稳定的大气层

它们被称为

超级地球

( 红矮星TRAPPIST-1和它的七颗类地行星想象图，图片来源@NASA）

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这些行星与其母星的距离不同

有的距离很近

面对母星的一面

几乎被烤焦

( 环绕其母恒星绕行的两颗行星TRAPPIST-1b和TRAPPIST-1c，距我们40光年，图片来源@NASA）

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有的则距母星遥远

像天王星、海王星一样冰冷

（环绕恒星HR 8799的行星，图片来源@NASA）

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距离适中的凤毛麟角

它们很可能孕育出

类似地球上的生命

( 系外类地行星开普勒186-f想象图，半径约为地球的1.17倍，且位于红矮星的宜居带内，图片来源@NASA）

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通过开普勒望远镜的观测

已经被确定的系外行星数量

多达

4241颗

（开普勒候选行星，图中大的球体是恒星，恒星表面的黑点，是其行星在经过恒星时遮挡部分光线形成的阴影，通过这种方式，我们得以发现系外行星的存在，图右上角是木星经过太阳时留下的阴影以供参考，恒星的颜色越偏蓝其温度越高，越偏黄其温度越低，图片来源@NASA）

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但是对于整个银河系而言

我们所看到的这个异星世界

还只是一个小小的角落

03银河银河系的天体

集中在直径8万光年的巨大盘状区域中

被称为银盘

银盘中间是一个长1.3万光年的“棒子”

即星系棒

星系棒两端伸出4条“触手”

即旋臂

（银河系结构以及太阳系的位置，制图@郑伯容/星球研究所）

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接下来

让我们穿透旋臂

直达银河系中心区域

3000-20000 光年

穿越旋臂十分危险

这里拥挤而混乱

充满气体、尘埃、辐射

以及大量恒星

（马头星云，图片来源@Ken Crawford）

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当旋臂扫过星际空间

其中的物质被压缩

大量新恒星形成

这些年轻的恒星组成松散的集团

称为疏散星团

( 昴宿星团，也叫七姊妹星团，摄影师@朱阳）

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20000-25000 光年

走向星系核心的最后一段路

我们将穿越星系棒

这里恒星数量更大，密度极高

接近星系中心

恒星密度是太阳附近的500倍

恒星以难以想象的速度高速飞驰

（银河系中心的恒星、尘埃和气体景象，图片来源@NASA）

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25000 光年

银河系的终极核心

一个超大质量黑洞稳居C位

其质量是太阳的四百多万倍

它是整个银河系的王者

地位无法被撼动

它更是一个吞噬万物的巨兽

如果恒星不幸误入它的引力范围内

将被残忍撕碎、吞噬

（银河系中心的黑洞，图片来源@Gallery of Space Time Travel）

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银河系中心

是名副其实的死亡陷阱

还是赶快逃离吧！

100000光年

我们调转方向

离开银盘

但银河系并未结束

它的物质分布在十万光年范围内

（银河系影像，中心黑洞、银盘和星团，图片来源@NASA）

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银盘之外并非空无一物

那里的球状星团

每一个都由数十万颗恒星组成

这些恒星的平均年龄超过100亿岁

彼此间的引力

使它们高度聚集成球状

(NGC 2419等球状星团 ，图片来源@ESA/NASA）

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这个年迈而高密度的世界

并不适合行星的生存

有的行星与母星失去引力联系

沦落为“流浪行星”

漂泊在星际空间

(一个类似木星的流浪行星想象图 ，图片来源@NASA/JPL）

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当我们离开球状星团

就接近了银河系的边缘

现在

让我们花点时间转头回望

银河系的千亿颗星星

正在黑暗的背景中闪耀

（银河系全景，图片来源@Two Micron All Sky Survey）

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但我们的旅程尚未结束

银河系之外

还有一个更加庞大的星系世界

在等待着我们

04宇宙254万光年

此时我们所在的位置

是距离我们最近的大型河外星系

仙女座星系

它拥有多出银河系数倍的恒星

（仙女座星系，摄影师@秦建）

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银河系、仙女座星系等众多星系

组成了本星系群

本星系群又与其它星系群、星系团

组成了本星系团

本星系团和其它星系团

组成了本超星系团

本超星系团又和其它超星系团

组成了可观测宇宙

（宇宙中的星系示意，制图@郑伯容/星球研究所）

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这个庞大的星系世界

共包含着1000亿个以上的星系

每一个都是一个独立的世界

有的和银河系一样

中央有一个星系棒

为棒旋星系

（NGC 1300，图片来源@NASA）

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有的则没有星系棒

直接成旋涡状

为旋涡星系

（草帽星系M104，由于侧面对着我们所以呈现出这种特殊的模样，图片来源@Adam Block）

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有的没有触手一般的悬臂

整体呈椭圆形

为椭圆星系

（NGC 1316，图片来源@NASA）

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有的则没有固定的外形

为不规则星系

（星系M 82，图片来源@NASA）

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有的在中心

拥有活跃的超大质量黑洞

被称为

射电星系

（射电星系Hercules，图片来源@NASA）

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有的拥有剧烈的恒星形成活动

被称为

星暴星系

（半人马座A，中心拥有一个超大质量黑洞，图片来源@ESO）

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它们涌动、爆发、吸积、喷流、扰动

组成一个个奇异的世界

465亿光年

这里

是我们可观测的宇宙边缘

来自古老星系的光芒在黑暗中闪烁

我们看到的影像来自几百亿年前

它们如今变成了什么样

我们一无所知

旅程在此到达终点

回头寻觅

连巨大的银河系都已经不知所踪

更不用提那颗小小的蓝色星球

以及生活在其上的人类了

我们在宇宙中的位置

正是如此微不足道

（哈勃超深空场，拍摄到最古老的星系，图片来源@NASA）

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然而

也正是通过这样的探索

我们认识到地球的不可替代

认识到的生命的珍贵

和文明的稀有

作为宇宙中拥有文明的一个物种

我们又是何其幸运

（德雷克方程，生命和文明的出现需要满足极为严苛的条件，制图@郑伯容/星球研究所）

▼

现在

让我们返程

走出星系的“迷宫”

回到众星闪烁的银河

通过无数奇特的异星世界

在那条普通的旋臂上

找到那颗普通的恒星——太阳

再经过早已熟悉的

海王星、天王星、土星、木星、火星

回到了我们当下唯一的家园

地球！

（地球，图片来源@NASA）

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脚下

是坚实的大地

耳边

是微风与鸟鸣

你我的生活继续

忙忙碌碌、鸡毛蒜皮

但请记住星空教会我们的事

谦卑地看待宇宙

谨慎地对待地球

本文创作团队

撰稿：成冰纪

编辑：张楠

图片：任炳旭

设计：郑伯容

审校：云舞空城、haibaraemily、刘博洋

封面图来源：NASA/JPL

P.S. 本文主要参考文献：

[1]苏宜. 天文学新概论[M]. 科学出版社, 2009.

[2]胡中为，徐伟彪. 行星科学[M]. 科学出版社, 2008.

[3]（英）罗德里·埃文斯. 天体写真[M]. 北京联合出版公司, 2017.

[4]（美）麦克米伦. 太阳系和地外生命探索[M]. 机械工业出版社, 2016.

[5]田丰. 宜居环境与地外生命[J]. 科学通报, 2016.

[6]NASA系外行星档案，网址：https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/index.html

[7]系外行星百科，网址：http://exoplanet.eu/

[8]NASA开普勒项目网站，网址：https://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/main/index.html

The End

星球研究所

一群国家地理控，专注于探索极致世界