重新发现太阳系

内容简介：

数千年前，人类便开始仰望和探索头顶上这片浩瀚的星空。从最初的肉眼观星，到发明和使用望远镜进行观测，再到发射空间探测器和空间望远镜，人类对宇宙的探索不断向前推进。然而，因探测技术的限制，人类在很长一段时间内都未能深入了解太阳系。进入21 世纪后，空间技术持续快速发展，空间探测器探索范围继续扩大，不断刷新着我们对太阳系的认知。

《重新发现太阳系：国家地理终极探索指南》从太阳出发，直至太阳系边界，依照空间顺序依次呈现了太阳、太阳系行星及卫星、小行星、彗星等天体探测任务的前沿研究成果，对天体的表面形态、运转规律等进行了全面的解读，系统梳理了人类的太空探索历程，并对搜寻地外生命等重要计划进行了阐释。

全书精选美国国家航天局（NASA）等太空科研机构的大量天文图片，不仅展现了表面布满环形山的月球、沟壑纵横的火星等各具特色的太阳系天体，也介绍了不断更新迭代的空间探测器，为读者开启了一场精彩纷呈的太阳系探索之旅。

作者简介：

帕特里夏·丹尼尔斯（Patricia Daniels）

作家、编辑，创作了多部科学及历史题材的著作，包括《国家地理太空百科全书》《国家地理世界历史年鉴》《终极人体百科：适合孩子读的人体科学入门书》。

霍华德·施奈德（Howard Scheider）

资深科学记者，《华盛顿邮报》科学专栏撰稿人，著有《国家地理终极观星指南》。

译者简介：

蒋云，博士，中国科学院紫金山天文台副研究员，对各种月球、火星、小行星陨石及地外样品开展矿物岩石学、年代学和同位素地球化学分析，研究太阳系起源和类地行星演化。

符磊，博士，中国科学院紫金山天文台天文学报编辑，从事高能天体物理研究近10年。主要研究方向为脉冲星自旋演化、X射线双星演化、近邻伽马射线源的辐射研究等。

陈维，博士，中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文重点实验室高级工程师。主要从事太阳高能物理研究，研究方向主要包括太阳伽马射线、X 射线的理论研究和观测分析。

王科超，硕士，中国科学院紫金山天文台科普部中级工程师，从事陨石学研究，并在面向大众的天文科普教育方面，有丰富的经验。

前 言

我们的太阳系从诞生到现在已经有46 亿年了，自从人类第一次仰望星空，我们就不断刷新着对它的认知，几乎每个世纪都会有一到两次的飞跃或更新。如果把我们认识太阳系的过程比作一个故事，那么最新一章的故事主题就是——太阳系行星的数量由9 颗变为了8 颗。

作为一本太阳系漫游指南，本书旨在帮助读者了解太阳系的美丽奇妙之处，并呈现科学家对太阳系中行星、小行星、彗星等天体的最新研究成果。同时，书中还附有大量来自空间探测器的照片，这些精美绝伦的照片拍摄于人类目前尚无法涉足之处。

在古代，人类只能用肉眼来观测星空，因此对太阳系的认识也受到很大的限制。1608 年，望远镜的问世打破了这一局面。天文学的研究逐渐进入望远镜时代。在望远镜的帮助下，天文学家取得了越来越多的新发现，这些发现向我们展现了一个更为广阔而丰富多彩的太阳系, 同时也表明，太阳系中天体的运行可以得到精确预知，就像天文台里的精密摆钟一样。在整个17 世纪，以艾萨克·牛顿（Isaac Newton）为代表的科学家为现代自然科学奠定了数学基础，在这个过程中，基于望远镜的天文观测和研究可谓功不可没。

在科学发现的两个有力工具——观测和数学的相互促进下，科学家陆续发现了太阳系的新成员。1727 年牛顿去世后，天王星（Uranus）于1781 年被发现，它也是人类用望远镜发现的第一颗行星；自1801 年开始，位于火星和木星轨道之间的众多小型岩质天体——小行星也相继被发现。由于观测到的天王星运行轨道与理论计算的轨道之间存在偏差，有天文学家根据牛顿万有引力定律计算推测，在天王星轨道外应该还存在着一颗行星，正是这颗行星的引力导致了天王星轨道的偏离。随着1846 年海王星（Neptune）的发现，这个预言得到了证实。太阳系这个巨大摆钟的运行也似乎精确地遵从了牛顿定律。

进入20 世纪后，随着技术的进步，望远镜开始趋向大型化，天文学的前沿阵地也随之转变为对遥远的恒星、星云和星系的天体物理学研究。太阳系的相关研究则备受冷落，“志向远大”的天文学家唯恐避之不及。1930 年冥王星（Pluto）的发现，便是这种境况的一个缩影：作为一个薪资要求较低的业余天文学家，克莱德·汤博（Clyde Tombaugh）因此得到了狩猎冥王星的机会，并成功找到了冥王星。

直到1957 年，太阳系才再次成为大家关注的焦点。当年，苏联发射了一颗重约83.5 千克的近地轨道卫星，由此拉开了美苏两国之间太空竞赛的序幕，这场竞赛建立在美苏两国在“二战”之前及“二战”时期对火箭技术的发展与研究积累的基础上。太空竞赛开始后，两国以月球、金星和火星为目标，先后发射了空间探测器进行近距离的探测研究。

有了火箭技术的助力，望远镜得以摆脱地面的条件限制而进入太空，并为人类展现了一幅几乎全新的太阳系图景。有关月球环形山起源的问题一直存在争议，但空间探测器仅用一两次太空飞行发回的数据就平息了这场持续了数百年并大有愈演愈烈之势的争论。

在对空间探测器的观测数据进行分析后，科学家得到的结论同样颠覆了人们原有的很多观念。例如：所谓的“火星运河”只是火星上的峡谷和沟壑，其地质复杂程度与地球上相同的地貌类似；金星上的“沼泽”和“丛林”也只是遍布在金星表面的纵横交错的熔岩流，那里的温度高到足以使铅像水一样流动。

此外，空间探测器还探访了距离我们更远的气态巨行星——木星，并且在飞越木星的卫星和木星环时拍到了木星表面的巨型风暴气旋，这个风暴气旋大到足以放进2~3 个地球。

太阳系外围的柯伊伯带（Kuiper belt）中遍布着大量的冰质天体。在过去30 年中，随着行星科学家开始系统地编目这些遥远的天体，呈现在我们面前的太阳系图景与太空时代初期相比已经有了很大的变化。原本很简单的问题——“什么是行星？”，其答案也变得不那么简单了。在这个时期，研究恒星形成和演化的恒星天文学家开始与行星科学家合作，共同研究太阳系的起源问题。至此，太阳系的相关研究与天文学“前沿阵地”之间的鸿沟才算是真正弥合了。

随着研究的深入，未来呈现在我们面前的太阳系会是什么样的呢？答案正在揭晓。2015 年1 月15 日，美国国家航天局（NASA，以下简称美国航天局）的新视野号（New Horizons）探测器开始对冥王星进行成像观测，同年7 月14日，新视野号抵达最接近冥王星的位置。我们过去对太阳系的认识只是一个序幕， 重新认识太阳系的新时代——一个全新的太阳系即将展现在我们面前。

我们的太阳系探索之旅即将开启，敬请期待！

目 录

前言 6

第1章 探寻太阳系的疆界 14

第2章 太阳 58

第3章 带内行星 98

第4章 岩质矮行星 162

第5章 有环行星 184

第6章 冰质矮行星 228

第7章 人类是宇宙中唯一的智慧生命吗 260

附录 288