宇宙探秘

宇宙常识

■太空

太空是指地球大气层以外的宇宙空间。夜晚抬头仰望天空，太空中似乎布满了星星。然而那些星星彼此之间的距离却是远得难以想象，相隔的空间里除了宇宙尘埃以外几乎什么都没有。太空是一个广袤空旷的空间——“太空”这个名称就是因此而来的。没有人知道太空究竟有多大，很多天体因为太远而无法被观测到。但是利用现代的观测技术，天文学家能观测到的宇宙空间将越来越大。

»宇宙的大小

人类所能观测到的宇宙仅仅是整个宇宙空间中极小的一部分。借助强大的天文望远镜，人类能够观测到130亿光年外的恒星和被称做类星体的星系所发出来的强烈而明亮的光。所以，如果遥远的类星体是平均分布在宇宙空间的话，那么宇宙的直径就应该有260亿光年。通过望远镜，你有可能观测到几千甚至几百万光年以外的某些恒星发出的光。

»用光作标尺

光是宇宙中跑得最快的，其传播速度将近每秒30万千米。天文学家用了很多方法来衡量宇宙中星体之间的距离。他们用光年取代千米作为衡量星体间距离的单位。1光年就是光在1年中走过的距离——大约9.5万亿千米。天文学家有时候也用秒差距作为距离单位。1秒差距相当于3.26光年。

»星云

在一个晴朗的夜晚，通过大功率的望远镜，你可能会在恒星之间发现一些暗淡模糊的光斑。其中一部分是遥远星系发出的光，有一部分是宇宙中巨大的“云系”，人们称之为星云。星云是大片的宇宙尘埃和气体的混合体。著名的蟹状星云是由一颗巨大的恒星在公元1054年爆炸后残余的碎片所形成的。在引力的作用下，星云中的宇宙尘埃和气体凝聚到了一起，于是某些恒星就从中诞生了。

»终极之洞——黑洞

光是宇宙中跑得最快的，在20世纪最惊人的宇宙发现之一就是黑洞的存在得到了证实。黑洞是宇宙中引力极为强大的一个点，它巨大的引力能够吞噬宇宙中的一切——甚至连光也不例外。因为连光也无法逃脱黑洞的吸引，所以我们是无法看到黑洞的。当一颗恒星的生命最终结束，恒星在自身引力的作用下坍缩，星体内的物质在抛向宇宙前被紧紧地压缩到一起，以至于组成恒星的所有物质最后全部被压缩成一个极微小的点——奇点，于是形成了黑洞。

■皎洁的月球

在我们看来夜空中最大、最明亮的天体就要属月球了，它就像一个小太阳一样照耀着夜晚的大地。月球本身不会发光，它只是一颗巨大而冰冷的星球而已，完全是靠反射太阳光才会在夜空中显得明亮。月球是地球在宇宙中的好伙伴，两者相距38.4万千米。月球绕地球运行一周大约需要一个月。它在绕地球公转的同时也在自转，由于月球的公转周期与自转周期完全相同，所以月球始终都以同一面朝着地球，在地球上永远不可能看到月球的背面。

»月球漫步

当1969年宇航员登上月球的时候，他们发现月球上满是悬崖峭壁和宽广的平原，很多地方完全被白色的细小灰尘所覆盖。这些月尘是许多年之前月球表面在陨石的撞击下碎裂而形成的。由于月球上没有大气、没有风、没有雨雪，所以月尘不会四处飘散，宇航员在月球上留下的脚印就可能按原样保存百万年以上。

»月相变化

从地球上只能看见月球明亮的半边，也就是月球的阳面。在月球绕地球公转的过程中，从地球上观察月球阳面的角度也随之不同，因此看上去月球似乎在不断地变化形状。在每个月月初，也就是新月的时候，月球处于太阳和地球的正中间，从地球上只能看到的月球阳面只有弯弯的一道娥眉。在随后的2星期中，月球一点一点地显露出来，直至最后皓月当空，此时月球离太阳最远，月球阳面全部可见。在接下去的2星期中，月球的可见部分又一点一点地隐没到黑暗之中，慢慢又变成一个月牙形，称做残月。

»登月

月球是除地球以外人类造访过的唯一天体。美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林是最早在月球表面漫步的人。1969年7月20日，他们在“阿波罗11号”载人登月任务中成功地登陆月球表面。第一位进入太空的女性则是前苏联宇航员瓦连金娜·捷列什科娃。

■巨大的火球

和夜空中其他恒星一样，太阳也是一颗恒星。实际上，太阳是一颗中等大小的恒星，它的寿命约有100亿年，目前正处于壮年期。太阳距离地球约1.5亿千米，是宇宙中离地球最近的恒星。和其他恒星一样，太阳内部的温度高得难以想象。太阳内部巨大的压力使得其温度高达1 500万摄氏度。如此巨大的热量使太阳表面如此炽热，以至于传播了1.5亿千米到达地球后，仍带给地球光和热。

»太阳的内部

太阳基本上是由2种气体构成的：其中3/4是氢气，剩下1/4是氦气。太阳内部反应生成的能量要经过1000万年的时间，穿过包括发光发热的光球层、到处充满火焰的色球层和像冕状火焰光圈的日冕等数层太阳大气层才能到达太阳表面。

太阳被分为几个层次来研究。从太阳中心向外依次为日核、辐射层、对流层和太阳大气。太阳大气包括光球、色球和日冕3部分，太阳半径的15%是由日核构成的，是热核反应区。热核反应发生时，释放出巨大能量的主要形式是氢聚变成氦。日核部分的物质密度是1.6×105千克/米 3，中心压力达3300亿大气压，温度也很高，达1500万～2000万开。

日核外面就是辐射层，从0.15个太阳半径到0.86个太阳半径都是辐射层。这里的温度和密度已急剧下降。密度为18千克/米 3，温度为70万开。辐射层最先接收到日核传来的能量，通过吸收和再辐射来自日核的能量极高的光子而实现能量传递，每进行一次吸收和再辐射，高能光子的波长会变长，频率降低，这种再吸收、再辐射的过程反复地进行多次，逐渐将高能光子变为可见光和其他形式的辐射，经过对流层后，再向太阳的表面传播。

对流层厚度约14万千米，其起点在距离太阳中心0.86个太阳半径处。这里的物质内部的温度、压力和密度的梯度特别大，处于对流状态。对流运动的特性是非均匀性，这样会产生噪音，机械能就是这样通过对流层上面的光球层传输到太阳的外层大气的。

光球是人们平时看到的光彩夺目的太阳表面，厚度约500千米。光球层温度约6000℃。光球面上有黑暗斑点，这是太阳黑子，它的温度约4500℃，是日面上温度较低的区域，由于温度相对较低，看上去会比较暗。通过观察日面上的黑子的位置变化，可知太阳平均自转周期是27天。

»日食

尽管地日距离是地月距离的400倍，但是天空中的太阳看起来和月球差不多大。在月球绕地球公转的过程中，月球有时候会运行到地球和太阳的中间。这时候，月球就会完全挡住太阳的光芒，在地球上投下一片阴影。这就是所谓的日全食。如果还能见到太阳的一部分，那就是所谓的日偏食。

»太阳光

太阳向四面八方放射出大量的光和热。虽然其中只有一小部分到达地球，但却足以提供这颗行星所需的几乎全部能量。如果没有太阳，地球上将是一片冰冷的黑暗，比最黑的黑夜还要黑，比南极洲还要冷。虽然部分太阳射线具有极强的危害性，但是地球外覆盖的大气层和地磁场却能保护人类免受太阳辐射的危害。

»炽热的表面

太阳的表面十分灼热。从太阳内部喷发出来的热量在晦暗的表面形成一个个光亮的斑点。太阳表面剧烈燃烧的氢吐出的巨大的火舌被称做日珥，弧状的日珥可长达9.6万千米。偶尔会有巨大的能量从太阳表面喷薄而出，持续数分钟左右，被称做太阳耀斑。太阳黑子则是相对温度较低的、在太阳赤道附近缓慢舞动的黑暗的斑点。

■行星的运行

在宇宙中，地球并不孤单。包括地球在内，一共有8颗行星在围绕着太阳运转。八大行星在太阳引力的牵引之下，沿着椭圆的轨道，以同一个方向绕太阳公转。许多行星都有自己的卫星。在行星的运行轨道之间还有许多大大小小的石块，称之为小行星。太阳、八大行星和各自的卫星，加上矮行星和其他诸多的小行星，以及难以计数的彗星组成一个大家庭——太阳系。

»太阳系

太阳系八大行星绕太阳公转的轨道都在同一平面上，而矮行星冥王星和厄里斯的轨道则与这个平面相交成一夹角。离太阳越远的行星绕太阳公转的周期也越长。离太阳最近的水星其公转周期只有88天，金星是225天，地球是365天，遥远的海王星公转周期是165年，而矮行星冥王星绕太阳一周则几乎需要250年。

»太阳系的诞生

通过测量陨石（从宇宙中坠落到地球上的石块）的年龄，科学家们计算出太阳系的年龄大约已经46亿岁了。在太阳系最初形成的时候，它只是旋涡状的一团宇宙尘埃和各种气体，随着旋涡越转越快，周围的物质开始在引力的作用下被拉向中心，聚集到一起。最后，中心致密的物质团形成了太阳，周围远端的尘埃渐渐聚成团状，形成现在的八大行星。

»行星探测

直到将近200年以前，人们都还一直以为太阳系中只有六大行星：水星、火星、金星、土星、木星和地球。因为能用肉眼观察到的行星只有这6颗。随着强力天文望远镜的出现，剩下的2颗行星也先后被人们所发现：首先是天王星（1781年发现），然后是海王星（1846年发现）。至于矮行星冥王星则是在1930年被发现的。现在，无人宇宙探测器已经造访了所有的八大行星，并且还在火星和金星上成功实现了着陆。

»遥远的行星

科学家们估计，银河系中大约有300亿颗恒星拥有自己的行星，这些行星就像八大行星一样，绕着各自的“太阳”运转。目前，天文学家们正在努力寻找这些“系外行星”。它们距离地球太过遥远，无法用望远镜直接观测到。不过由于它们的引力会对各自的“太阳”产生扰动，所以还是可以被探测到的。天文学家已经发现了大约100颗左右的“系外行星”，其中大部分的体积都和木星一样庞大。天文学家们希望有一天也能找到和地球一样大小的行星。一些“系外行星”拥有稠密的大气，所以看上去就像右图中所示的这颗紫色行星一样颜色鲜亮。

■岩石构成的行星

最靠近太阳的4颗行星依次为：水星、金星、地球和火星。相比于木星等其他离太阳较远的行星来说，这4颗行星的体积都比较小，被称为类地行星。和其他较远的大行星不同，类地行星基本都由岩石构成，有坚硬的表面可供宇宙飞船或探测器在其表面着陆。实际上，宇宙探测器已经在金星和火星这两颗离地球最近的行星上成功实现着陆。所有的类地行星都被一层大气层包裹着——尽管水星的大气层几乎不存在，但在其他方面它们却各不相同。最重要的一点就是地球上有大量的水和生命存在，当然每一颗行星都有各自的特点。

»地球

地球是太阳系由内向外第3颗行星，距离太阳大约1.5亿千米。地球有时也被叫做“金凤花”行星。这个名字来源于童话故事“金凤花姑娘”。故事里的金凤花姑娘选择了一碗“不冷不热”刚刚好的粥来喝，而地球离太阳不远不近，既不会太灼热，也不会太寒冷。它也是唯一一颗表面有大量水的行星。两大条件结合到一起，使得地球格外适合生命繁衍。

»水星

水星是八大行星中距离太阳最近的一颗，和太阳的距离通常只有580万千米左右。水星没有大气层的保护，所以朝向太阳的一面温度会飙升至425℃，而背向太阳的一面温度则会骤降至-180℃。水星离太阳非常之近，以至于它绕行太阳一周只需88天（地球需要365天）。但是水星的自转却很缓慢，一个周期为58个地球日。所以水星上的一年只有不到2天的时间。

»金星

金星的体积和地球差不多。金星的直径大约是12000千米，质量约是地球的4/5。金星与地球的相似点也就仅此而已。金星厚厚的大气层中充满了有毒的二氧化碳气体和硫酸云层。它厚厚的大气层能积聚太阳的辐射热量，所以金星表面温度可高达470℃，就像一个灼热的大沙漠。金星是太阳系中温度最高的行星。

»火星

火星是唯一一颗有着和地球类似的白昼温度和大气层的行星，只不过火星大气层中主要气体是二氧化碳。火星也是除了地球之外，唯一一颗表面上有水的行星，只不过这些水是以冰帽的形式呈冰冻的固体状存在的。火星表面的大部分是沙漠，没有海洋，也没有任何生命的迹象，有的只是富含铁质的红色岩石和砂尘，火星也因此被称为“红色的行星”。当1997年“火星探路者”计划中的“旅行者号”探测车在火星登陆时，上述一切想象再次得到了证实。尽管火星看上去似乎是一个毫无生命迹象的世界，但是科学家们依然希望宇宙探测器能够在火星表面以下发现微生物活动的痕迹。

■庞大的气体星球

在火星轨道以外的是太阳系中4颗最大的行星：木星、土星、天王星和海王星。木星和土星体积格外庞大。木星的质量相当于其他七大行星质量总和的2倍，体积是地球的1300倍！土星的体积也差不多大。除此之外，这些巨大的行星基本由气体所组成，而非岩石。只有行星中央小小的核心是由岩石所构成的。由于自身巨大的引力作用，所以气体会被急剧地压缩，直至变成液体甚至固体。

»木星

木星是太阳系中体积最大的行星——直径超过14万千米，绕太阳一周大约需要12年的时间。尽管木星的体积极其庞大，但是它的自转速度却是太阳系中最快的。事实上，木星的自转周期只有不到10小时，这也意味着木星表面以将近每小时4.5万千米的速度旋转着。木星的表面覆盖着含有大量氨冰的多彩云层，同时在飓风、闪电和雷雨云的猛烈卷挟之下汇入风暴带。其中有一个叫做大红斑的大风暴，直径约有4万千米，已经肆虐了至少300年。木星有一轮暗淡的光环和共计16颗卫星。

木星上的大气绝大部分是氢，然后是氦、氨和甲烷，而地球主要的大气成分是氮和氧。

美国在20世纪70年代先后发射了4艘宇宙飞船探测木星、土星等大行星，成绩斐然。飞船的探测结果告诉我们，木星的大气层下是一片沸腾着的海洋，海洋里充斥着液态氢。氢在高温和高压下成为液体，像水一样地流动，而且具有金属的某些特征。

意大利科学家伽利略早在1610年初就惊奇地发现，有4颗卫星在长达十几天的时间里徘徊在木星附近。现在，这4颗卫星被称为“伽利略卫星”。后来对木星的卫星、大红斑照片进行观察发现，木星上还有一些小红斑。现在科学家们已证实大红斑实际上是木星上空的一个大气旋，长约2万多千米，宽约1万多千米。

后来，“旅行者”号飞船又发现了3颗小卫星。现在我们已经知道木星有16颗小卫星，它们与木星好像构成了一个小小的“太阳系”。其中，最大的卫星是木卫3，其直径达5150千米。许多木卫（即木星的卫星）上有环形山，但是地势非常凹凸不平。有的卫星表面还有一层冰冻层。

飞船还探测到木星存在一个比较小而且暗的光环，不太壮观。科学家研究后认为，它主要由反射阳光能力很差的黑色石块组成，其直径从数十米到数百米不等。探测表明，木卫1上有数百个火山口。飞船还拍到了一张木卫1上火山在喷发的照片。

»土星

土星是太阳系中的第二大行星，这个气体星球像是一颗巨大的乳白色糖果，直径超过12万千米。土星上也有光环。在土星的中央，一轮轮的光圈组成了壮观的土星光环。土星光环由大大小小难以计数的岩石和冰块所组成。尽管土星光环的厚度几乎只相当于一幢房子的高度，但它却相当宽广，向太空延伸出去的距离超过17万千米。

»海王星

海王星是太阳系中距离太阳最远的行星，也是太阳系中体积第四大的行星。和天王星一样，海王星也被包裹在深深的液态甲烷的海洋之中，因而整个星球呈现出美丽的深蓝色。海王星与太阳的距离十分遥远，它需要164.79年的时间才能绕行太阳一周。自从1846年人们发现海王星以来，它甚至还没有完整地绕太阳一圈。

在天文学史上流传着一个在“笔尖上”发现海王星的故事。英国剑桥大学的学生亚当斯于1845年10月就计算出海王星的轨道和位置，遗憾的是，剑桥天文台和格林尼治天文台并不十分重视他的相关报告。

法国天文学家勒维耶于1846年8月底，也独立计算出了“未知行星”的质量、轨道和位置数据。勒维耶将他的计算结果整理出来，并对那颗未知行星的位置作出了预告。勒维耶一方面向科学院写研究报告，另一方面，他还给欧洲一些国家的天文台写信，请求他们用天文望远镜帮助寻找新行星。这一次，天文学界对勒维耶的研究十分重视。当年的9月23日，柏林天文台的加勒先生在看到勒维耶来信的当天晚上就按信中指出的位置，用望远镜进行了认真的搜寻。第二天晚上，加勒发现这颗小星星在恒星背景上的位置发生了一点点移动。由此表明，确实有一颗行星存在。以后其他天文学家经过进一步观测研究，终于证明这颗行星是太阳系的第八颗大行星。这项新发现，给天文学的发展增添了新的一页，人类对太阳系及其范围的认识又进了一步。

»天王星

天王星距离太阳相当遥远，以至于它的表面冷得难以想象。天王星云层顶端的温度只有-210℃！在这样的严寒中，甚至连天王星大气中的主要成分甲烷也凝结为液体。天王星和海王星所呈现的奇异蓝色便是由大气中的甲烷引起的。

■炽热的恒星

和太阳一样，恒星也是由炽热气体组成的巨大的星球，这些炽热气体的温度高得令人难以想象。恒星会发光是因为它们在释放能量。在每个闪闪发光的恒星深处，巨大的压力使氢原子相互挤压产生核聚变，所释放的能量相当于一颗大型氢弹所释放能量的数百万倍。这些核聚变使恒星中心的温度升得非常高，以至于表面都发出白热的光。一颗恒星能够持续发光，不断送出光、热、电磁波和其他多种辐射，直到最终氢气耗尽为止。

»燃烧的恒星

恒星产生能的方式与氢弹相同，但是它们很少会发生爆炸。中等大小的恒星能够稳定燃烧数百万年，因为推动气体向外膨胀的热能与吸引气体向内的重力存在着一种平衡。当核燃料燃尽后，这种平衡被打破，恒星才会发生坍缩。当然，在某些情况下也会爆炸。

»双子星

许多恒星都是成对出现的，人们称之为双星。真正的双星是在彼此的引力作用下靠在一起，就像一对共舞的舞者一样相互绕行的两颗恒星。有时候，一颗恒星运行到另一颗的前方，就会发生恒星间的掩食现象。从地球上看，有时候两颗恒星同处于一条直线上，因此尽管它们根本不挨着，但是看上去还是很像一对双星。天文学上将此现象称为“视觉双星”。

双星的质量通过观测和研究，可以很容易推算出来，单个恒星的质量却很不容易求出。根据双星的运动情况，利用牛顿万有引力定律、开普勒定律可以求出双星的质量，然后通过对比的方法估算出单个恒星的质量。

通常把三四颗以上直到一二十颗星聚集在一起的叫做聚星。原来我们一直认为半人马座a星离我们很近，后来发现它是三合星，比邻星是其中距离地球最近的一颗恒星。

恒星在太空的分布除了单个恒星、各种双星和聚星外，还有一种奇特的现象，就是它们喜欢“群居”。星团就是许多聚集在一起的恒星集团。

»恒星的寿命

漫漫宇宙中，每天都有恒星突然出现或慢慢消失。最初恒星是气体和尘埃构成的巨大云块，物质聚集在一起形成一大块云称为分子云，每个分子云都包含有蒸发的气体小液滴或者“胚”，这便是恒星的雏形。在黑黑的分子云里面，“星胚”受到自身重力而被挤压，温度逐渐升高。当一个星胚达到足够高的温度时（至少是1000万摄氏度），开始产生聚变，它就变成了一颗恒星。类似太阳大小的中等恒星可以燃烧100亿年。

»最亮的恒星

恒星发出光的颜色与它们的温度有关：蓝色的恒星温度最高，红色的恒星温度最低。天文学家用数字或者“星等”为恒星的亮度划分等级。最亮的恒星有最低的星等，甚至有可能是负数。一些恒星看起来比其他星星要亮，这是因为它们离地球更近，所以天文学家使用“相对星等”的概念，指恒星与其他星相比的亮度，和“绝对星等”指恒星的绝对亮度。

■星系

恒星在宇宙空间中并非完全平均分布。相反，许多恒星都扎堆聚集在一起，组成各个星系，星系间则是广袤无垠、完全真空的宇宙空间。在夜空中，只有3个星系用肉眼能够看见，但当用大功率的天文望远镜观察它们时，就会发现这些平日里看上去模模糊糊的团状物其实是由数十亿颗恒星所组成的。尽管大部分星系离地球十分遥远，无法被观测到，但是天文学家们估计宇宙中星系的总数应该在1000亿个左右。一个像银河系这样普通的星系，其直径在10万光年左右，其中的恒星数量就约有1000亿颗。

»银河系

在一个晴朗的夜晚，天空中没有月亮，如果你远离城市明亮的灯光，你就有可能看到一条横贯整个天空、灰暗朦胧的白色带子，那就是人们所说的银河系。用双筒望远镜就能清楚地看到，银河系其实是由无数颗星星组成的——实际上，银河系是由超过1000亿颗恒星所构成的巨大星系。在我们看来，银河是一条窄窄的白色带子，这是因为我们是从银河系的侧面来观察的。如果我们能够从正上方俯视整个银河系，那么银河系就像一个巨大的凯瑟琳车轮，车轮的中央凸出，其中满是年代久远的恒星。

»椭圆星系

最大的星系是由大约1万亿颗恒星组成的椭圆星系。这些椭圆星系可能在很久很久以前就已经形成了，或许是在100亿年之前，也就是整个宇宙才刚刚诞生的时候。在宇宙中很少有单独出现的椭圆星系，基本上是许多椭圆星系聚集在一起，组成星系团。

»旋涡星系

许多星系与银河系一样，都属于旋涡星系，有大量的恒星密集在星系的中央区域。旋涡星系在不停地旋转着，因而呈螺旋形。在星系的旋臂上有数以十亿计的恒星以惊人的速度随着整个星系旋转着。因为我们被地球的引力吸收着，所以感觉不到星系的任何运动，但是我们的太阳确实正在以将近每小时1000万千米的速度飞速地旋转着。

»不规则星系

大约有1/10的星系根本没有明显的形状。有的天文学家认为这些不规则星系是由两个星系相互碰撞之后剩下的星系残片构成的。

■宇宙大爆炸

宇宙不是一开始就存在的。科学家们认为宇宙诞生于130亿～150亿年前的“宇宙大爆炸”。而大爆炸前一刻的宇宙只是一个灼热的小球，里面包含着现在宇宙中的一切。然后，随着有史以来最大、最剧烈的一场爆炸，宇宙诞生了！电磁力、万有引力等基本作用力也随着大爆炸分离出来。这场爆炸相当猛烈，以至于到现在为止，宇宙中的所有物质还在不断地向外疾驰。

»“宇宙膨胀说”

天文学家们通过观察星系在宇宙中的运动方式，提出了“宇宙大爆炸”理论，并且计算出大爆炸发生的时间。他们还发现，宇宙中所有的星系正在逐渐远离地球而去。如果这是真的，那么就说明宇宙正在不断膨胀之中。而如果现在的宇宙仍在不断膨胀，那么肯定在某一时刻，宇宙的体积曾经非常之小——这就是所谓的“宇宙膨胀说”。

»红移

通过观测星系的颜色，天文学家们能够判断出星系的运动方向。如果星系正在远离地球而去，那么光的波长就会被拉长，光的颜色看上去就会偏红。星系远离的速度越快，光波就会被拉得越长，颜色就越红。这就是所谓的红移现象。

■行星际旅行

人类的太空探索之旅始于半个世纪之前。自从1957年前苏联发射了第一颗人造地球卫星“人造地球卫星1”号之后，人类已经将几百颗航天器送入了太空。随着宇宙飞船相继造访太阳系的几大天体，人类所能探测的宇宙空间越来越大，范围也越来越广。1969年，美国的“阿波罗11”号在月球上成功登陆。1976年“海盗1”号探测器登陆火星。1973年“先驱者10”号探测器抵达木星。于1977年发射的“旅行者1”号和“旅行者2”号探测器已经飞越冥王星的轨道，但总的说来还没有飞出太阳系的范围。

»航天飞机

早期的载人宇宙飞船只能被使用一次，在返回地球时只是用一个小小的飞行舱装载宇航员。现在，宇航员乘坐航天飞机进入太空轨道。航天飞机能像普通飞机一样多次重复地起飞和降落。前苏联的航天飞机是一艘名为“暴风雪”的一次性飞行器，而美国的航天飞机则是人们熟知的“轨道穿梭机”。

航天飞机主要由三部分组成：外形像飞机的轨道飞行器机身长37.2米，装有3台以液氧和液氢为燃料的主引擎。巨大的外挂燃料箱内装有补给燃料。两台长45米的固体燃料火箭推进器连接在外挂燃料箱两侧。航天飞机的前段是航天员座舱，分上、中、下三层。上层为主舱，可容纳7人；中层为中舱，也是供航天员工作和休息的地方，有卧室、洗浴室、厨房、健身房兼贮物室；下层为底舱，是设置冷气管道、风扇、水泵、油泵和存放废弃物等的地方。航天飞机的货舱长18米，最大有效载荷可达27.6吨，是放置人造地球卫星、探测器和大型实验设备的地方。与货舱相连的还有遥控机械臂，用于施放、回收人造地球卫星和探测器等航天器，还可以作为宇航员太空行走的“阶梯”。

航天飞机发射升空后，所有的五枚火箭（安装在轨道飞行器上的三枚火箭以及两枚固体燃料火箭推进器）全部点燃。两分钟后，外置的两枚火箭推进器脱离机身并借助降落伞落入大海，回收修复后还可以重复利用20次。当轨道飞行器进入地球轨道6分钟后，机组航天员将外挂的燃料箱抛离机身，燃料箱重新进入地球大气层后烧毁。在任务完成返航阶段，机组航天员将机动火箭点燃使航天飞机减速，然后航天飞机在海拔高度120千米处重新进入地球大气层，距离发射基地8000千米远——发射基地通常是肯尼迪航天中心。轨道飞行器经历滑翔减速，与大气摩擦产生的热量使机翼上的耐热片以及机身迅速达到红热状态。航天飞机经历整个降落减速过程后，在其着陆阶段，减速降落伞使航天飞机进一步减速，速度约为320千米/小时。

»宇宙探测器

尽管目前为止人类仅登上过月球，但是宇宙探测器却已经造访了太阳系的八大行星。美国宇航局的“伽利略号”探测计划可算是其中最为成功的探测计划之一了。“伽利略号”不仅环绕木星飞行，还于1995年12月成功下降进入木星大气层，拍摄并传回有关木星及其卫星的许多令人震惊的图片资料。

»发射火箭

要使宇宙飞船能达到足够的速度以摆脱地球的引力作用进入太空，需要强大的火箭提供推动力。宇宙飞船一旦进入太空，就不再需要火箭的推动了。将宇宙飞船送入太空的任务是由一系列火箭或者是数级火箭共同完成的，一旦任务完成，推进燃料耗尽，各级火箭就相继从本体分离、脱落。

»在太空生存

空间站是一类停留在太空中的宇宙飞船，它们沿着轨道不断绕地球运行。空间站为宇航员、科学家以及偶尔的太空游客们提供了一个太空的家。在一系列的宇航任务中，空间站被一点一点地建造起来。目前运行的空间站——国际空间站是有史以来最大的空间站，它长达108米，所提供的生存空间足以容纳2架巨大的喷气式飞机。

»未来的恒星际飞船

在太阳系以外，地球最近的邻居是半人马座的阿尔法星系。该星系距离地球40万亿千米，如果利用现在人类所能达到的最高速度，飞船需要1万年才能抵达，并且还要为飞船装载足够的推进剂。光速是宇宙中目前所知的最快速度，只要4年多便可抵达半人马阿尔法星系。如果想同《星际旅行》中的“美国精神号”一样，在恒星系之间往来自如，飞船的速度就必须突破光速，为此，科学家们做了许多大胆的设想。