Introduction 前言

天文学的历史是一个不断发现的过程——一场持续的，由技术进步、理论突破和人类对知识的无尽渴望推动的革命，这场革命的起源要追溯至史前。我们只能根据考古记录上那些虽然罕见，但是明确无误的痕迹，去猜测最早的观星者坚持的信仰。3 000多年前古巴比伦时期的楔形文字，为天文学提供了第一份文字证据。但是，这些细致的记录，更像是为了占星学而存在的。至于古人怎么理解地球在广阔宇宙中的位置，关于这方面的描述少之又少。第一份与包罗万象的宇宙学理论相关的证据，来自生活在公元前几百年的古希腊时期的哲学家。

从中心到边缘

从那时起，我们在宇宙中的位置一直在发展中不断被纠正，由此形成了一条强有力的贯穿天文史的线索。从托勒密到哥白尼，再到哈勃，我们生活的地球，从宇宙中心，一步步降级为一个围绕星系中的一颗普通恒星运行的小天体，而且那颗恒星所在的星系也只不过是千亿个星系中的普通一员。

如果你看了上面的描述认为这些发现降低了人类在宇宙中的地位，那就大错特错了。一个微不足道的星球上诞生了智慧生命，这样的事实自然会激发出“宇宙的本质是什么？”这个值得深思的疑问。我们对宇宙的理解越复杂，越会为人类掌握这些复杂事物的能力感到骄傲。

一门不断变化的学科

当然了，几个世纪以来，人类对宇宙本质的理解发生了巨大的变化。神职人员和占星家的思考，一直与航海、计时和制图等领域的实际应用并存。17世纪的技术突破，再加上全球贸易变得日益重要，天文学变成了第一门“专业化”的科学，欧洲上下和其他地方都设立了国家天文台。

天文学对业余爱好者一直有很强的吸引力，18世纪到19世纪很多突破性的进展，都要归功于热情的天文迷们的不懈努力。即便到了今天，天文学已经变得越来越复杂，越来越学术化，专业性越来越强，但它依然是少数的几个业余爱好者也能取得重大发现的学科之一——这多亏了强大的望远镜、图像工具和电脑技术的普及和进步，而且业余爱好者的贡献还在持续增长。有了分布式计算项目，即便不用望远镜也能做出有价值的贡献——比如筛选行星搜索卫星传回的数据，或者对遥远宇宙中复杂星系的图像进行分类。

对于专业的天文学家来说，过去几十年也发生了革命性的转变。长期横亘在他们面前的技术壁垒被突破，由此释放出了大量的新数据和新发现。新出现的多镜面望远镜和计算机控制的望远镜，比之前的望远镜大得多，也精确得多，因此能从地面观测站获得更清晰、亮度更高的图像。由于不受大气影响，卫星天文台能生成可见光下的超清图像，还能收集包括红外线和紫外线等在内的其他辐射，这是在地球表面不可能做到的。计算机化的电荷耦合器件图像传感器和其他传感器提升了辐射探测的敏感度，也因此形成了新的操控和分析方法。时至今日，空间探测器已经能直接从太阳系中的其他星球传回图像，甚至还能带回从彗星和其他天体上采集的物理样本。

新的挑战

这些新理论产生的信息排山倒海般地压过来，天文学的变革速度也因此越来越快。最近开放的新研究领域包括太阳系的动态历史（见第93页），系外行星的复杂多样（见第281页），以及动荡的早期宇宙（见第60页）。诸如“大爆炸驱动宇宙持续膨胀”这类经过长时间考验的观点，也被证实了神秘“暗能量”存在的证据颠覆，暗能量的存在会影响宇宙自身的结构（见第393页）。

实际上，有时我会觉得，我写这本书的速度似乎赶不上天文学领域的发现速度。无疑，这只是一种由集中查阅新闻稿、大学网站和科学期刊所引发的选择效应（译注：通常指天文学领域中，由于采样、观测仪器或处理方法的局限性而引发的效应），但是我依然希望，这张记录了天文学现状的快照，捕捉到了漫长历史中振奋人心的特殊时刻——在这个时刻，留存许久的问题，我们很快会找到答案，与此同时，更大的、新的挑战似乎也正在取代它们的位置。

这幅拍摄于智利拉西亚天文台（La Silla Observatory）的长曝光图片，显示了恒星绕着南天极旋转的一圈圈的轨迹。现在我们将恒星的移动看作是地球自转的关键证据，但是古代天文学家相信地球是固定不动的，恒星绕着地球旋转。