第一章 去宇宙逍遙
1．從地球出發
夜空中的滿天繁星，總能給人類帶來無限的遐想。閃爍星星的背後是什麼？這個世界從何而來、向何處去？外星人，或外星生命存在嗎？……深不可測的宇宙中似乎暗藏著無窮多的奧祕，這是對人類永恆的誘惑！無論古人還是今人，無論老耄或者年輕，只要你還保持著一顆天真好奇的心，你便會對地球之外的茫茫世界疑問不斷，並且想要窮根究底。
古人仰望蒼穹，不明就裡，於是編出了一個一個的神話故事來寄託他們的夢想和遐思。幸好我們生活在現代的文明社會，人類發展至今，已經累積了足夠多的天文資料。今天我們就跟隨天文學家，做一個快速又簡潔的「宇宙漫遊夢」，去宇宙逍遙一下。
所謂「快速又簡潔的宇宙旅行」的意思是說，我們不會詳細介紹太陽系、銀河系以及相關的基本天文知識，想要更詳細了解這方面的讀者，請閱讀參考文獻［4］。我們只是各處瀏覽，挑幾個有趣的、特別的事例做簡單說明，主要目的是為了介紹和解釋天文學及宇宙學中一些必要的物理概念，為讀者理解今後的章節打下一定的基礎。
從地球出發後，最快能到達的星球當然是地球的衛星：月亮。孩子們最早的天文知識，一定是開始於白天的太陽和晚上的月亮。然後再進一步，才了解了其他一些常見的星星。古人將離地球最近的、肉眼可見的幾顆星星命名為「金星、木星、水星、火星、土星」，西方則大多數以羅馬神話中的諸神來稱呼它們。我們現在知道，天空中最亮的天體：太陽、月亮，還有其他和地球一樣繞著太陽轉圈的星星一起，組成了「太陽系」大家庭。
在這個大家庭中，最重要的主角是太陽。太陽是一個會發光發熱的龐然大物，大到可以放下100萬個地球。它供給我們必不可少、賴以生存的能量。因為有了太陽，地球上才孕育出生命，低等生命才得以演化為高等智慧的人類，人類又發展了引以為傲的高科技及現代文明。然而，如果沒有太陽，或者太陽某一天突然停止發光發熱，地球上的這一切都將化為烏有。
地球在太陽系中的確小得可憐，不僅是相對於太陽而言，即使在八個兄弟姐妹中，地球也只是一個很不起眼的「小個子」。不過，儘管大小不一，繞太陽轉圈的八大行星和諧共處，各行其「橢圓軌道」，各有其不同的「性情特色」。
水星離太陽最近，也許人們想像它最能探聽太陽的祕密，所以把它的英文名字「Mercury」取為神話中的情報商業之神。水星並不是一個適合居住的地方，因為它的表面溫度白天可達425℃，晚上冷到零下175℃。在水星之外，離太陽第二近的是金星。她在黑暗的天空中非常搶眼，因而被稱為「美神」（Venus）。美神雖美，卻又太熱情，溫度總在470℃以上，所以對我們人類而言，只能遙望，不宜親近。
接下來便是我們可愛的家園，這顆鬱鬱蔥蔥的綠色地球，這是唯一沒有用「神」來命名的太陽系行星，也是迄今為止我們唯一發現有智慧生物居住的地方；在地球之外是火星，不過火星並不「火熱」，溫度比地球還低，從零下80℃到零下5℃左右。火星表面大氣稀薄，土壤內富含鐵質類的氧化物，經常狂風四起，鋪天蓋地而來的紅褐色含鐵沙塵暴使它贏得了一個「戰神」（Mars）的英名；火星之外是塊頭最大的木星，不過木星上並沒有木頭，而是一顆氣態加液態的行星，它內心炙熱（溫度攝氏上萬度），外表冷漠（只有零下110℃），極大的溫差使得木星表面天氣惡劣，它是羅馬神話中的主神朱比特（Jupiter）；下一位土星兄弟，比木星稍小一點，也是氣態氫為主。據說因為它看起來呈土黃色，古人將它稱為「土」星，而西方人似乎也認為它適宜耕種，用羅馬神話中的農業之神（Saturn）來命名它。它有兩個與眾不同之處：一是它特有的、引人注目的、使它顯得縹緲瀟灑的光環，那是由冰粒和塵埃構成的；另一個特點是「多子多孫」，它有60多顆衛星，其中的「土衛六」（Titan），是由荷蘭物理學家惠更斯在西元1655年發現的。土衛六擁有濃厚的大氣層，被懷疑有可能存在生命體，曾引起研究者們極大的興趣。
從土星再往太陽系的外圍走，下一個是天王星（Uranus），這個名字來自於羅馬神話和希臘神話中共同的「天空之神」。天王星離地球較遠，但用肉眼仍然依稀可見。
西元1820年，法國天文學家布瓦（Alexis Bouvard），根據牛頓萬有引力定律計算天王星的運動軌道，發現算出的軌道與觀測結果極不相符。科學家們對此提出各種猜測，而被大多數人接受的假設，是認為天王星軌道之外可能存在另一顆行星，它的重力作用使天王星的軌道運動受到干擾，也就是天文學上所謂的攝動作用（perturbation）。二十多年之後，英國的亞當斯（John Couch Adams）和法國的勒維耶（Urbain Le Verrier）兩位年輕人，分別獨立地用天王星運動的偏差估計攝動大小，從而推算出未知行星的質量和軌道位置。1846年9月，柏林天文臺的天文學家，果然在預期位置附近發現了這顆新行星，並以羅馬神話中的海神涅普頓（Neptunus）為其命名，中文翻譯為海王星。海王星距離太陽最遠，表面溫度低達零下203℃，是太陽系中最冷的地區之一。
海王星的發現，證實了牛頓定律的正確，展現了科學預言的無比威力。從此之後，天文學家在人們心目中，似乎變成了一群破解宇宙之謎的「大師」，能追捕未知星球的「偵探」。事實也的確如此，天文學家後來又根據對海王星的觀察，推測有其他行星攝動天王星的軌道，從而進一步發現了以地獄之神（Pluto）命名的冥王星。不過，因為後來又有許多類似的矮行星及其他小天體陸續被發現，冥王星於2006年被剝奪了太陽系行星的資格，我們的大家庭最後留下「八大行星」。
雖然在大家庭中，月亮是地球最親近的「伴侶」，但月亮對地球總是「羞羞答答」、「猶抱琵琶半遮面」，永遠只是用它的正面對著地球；直到1959年，蘇聯的「月球3號」太空船，才拍攝到了月球背面的第一張影像。能產生這種現象，是因為月亮的自轉速度和繞地公轉速度一致，這種一致性平衡了星體「腹背」所受到的不同重力。這種因為作用於物體不同部位的重力不同，而在物體內部產生的應力，被稱為潮汐力。實際上，月亮這個屬性並不是太陽系中獨一無二的，許多衛星的「面孔」取向，都符合這種「潮汐鎖定」現象，即只用一面對著它的「主人」，以使得內部應力最小，這似乎又一次證實了大自然造物按照某種「極值」規律！
潮汐力這類重力效應，以後還會碰到，因而在此略作介紹。潮汐力這個詞來源於地球上海洋的潮起潮落，但後來在廣義相對論中，人們將由於重力不均勻而造成的現象都統稱為潮汐力。我們所熟知的地球表面海洋的潮汐現象，是因為月亮對地球的重力不均勻而形成的。人站在地球上，地球施加在我們頭頂的力，比施加在雙腳的力要小一點，這個差別使得在我們身體內部產生一種「拉長」的效應。但因為我們個人的身體尺寸，相對於地球來說太小了，我們感覺不到重力在身體不同部位產生的微小差異；然而，在某些大質量天體，如黑洞附近，就必須考慮這點了。這種差異能產生明顯的效應，甚至將人體撕裂毀滅。
月亮離地球說近也不近。與太陽系大家庭比起來，它們非常親近，但比較起月亮和地球的體積大小而言，中間似乎空空蕩蕩的什麼也沒有。要知道月地距離是380,000km，地球半徑不過6,000km，因而，地球直徑大約只是月地距離的1/30，你可能沒有想到，太陽系的七大行星可以被排成一排，完全「塞進」地球和月亮之間，還仍然有剩餘空間。不過，還好我們的七大行星從未擠到地球和月亮之間，如果發生那種情形，將會引起一場大災難！
物理學家最感興趣的大家庭成員，是作為主人的太陽。太陽的形狀幾乎是一個理想的球體，中間是核心，然後是輻射帶，最外層是對流帶。太陽內部及表面發生的核融合反應，與我們地球上人類的生存息息相關。太陽是被我們稱為「恆星」的那一類星體。恆星有它的生命週期，它的「生死」決定了大家庭成員們的生死，不可小覷。
1．從地球出發
夜空中的滿天繁星，總能給人類帶來無限的遐想。閃爍星星的背後是什麼？這個世界從何而來、向何處去？外星人，或外星生命存在嗎？……深不可測的宇宙中似乎暗藏著無窮多的奧祕，這是對人類永恆的誘惑！無論古人還是今人，無論老耄或者年輕，只要你還保持著一顆天真好奇的心，你便會對地球之外的茫茫世界疑問不斷，並且想要窮根究底。
古人仰望蒼穹，不明就裡，於是編出了一個一個的神話故事來寄託他們的夢想和遐思。幸好我們生活在現代的文明社會，人類發展至今，已經累積了足夠多的天文資料。今天我們就跟隨天文學家，做一個快速又簡潔的「宇宙漫遊夢」，去宇宙逍遙一下。
所謂「快速又簡潔的宇宙旅行」的意思是說，我們不會詳細介紹太陽系、銀河系以及相關的基本天文知識，想要更詳細了解這方面的讀者，請閱讀參考文獻［4］。我們只是各處瀏覽，挑幾個有趣的、特別的事例做簡單說明，主要目的是為了介紹和解釋天文學及宇宙學中一些必要的物理概念，為讀者理解今後的章節打下一定的基礎。
從地球出發後，最快能到達的星球當然是地球的衛星：月亮。孩子們最早的天文知識，一定是開始於白天的太陽和晚上的月亮。然後再進一步，才了解了其他一些常見的星星。古人將離地球最近的、肉眼可見的幾顆星星命名為「金星、木星、水星、火星、土星」，西方則大多數以羅馬神話中的諸神來稱呼它們。我們現在知道，天空中最亮的天體：太陽、月亮，還有其他和地球一樣繞著太陽轉圈的星星一起，組成了「太陽系」大家庭。
在這個大家庭中，最重要的主角是太陽。太陽是一個會發光發熱的龐然大物，大到可以放下100萬個地球。它供給我們必不可少、賴以生存的能量。因為有了太陽，地球上才孕育出生命，低等生命才得以演化為高等智慧的人類，人類又發展了引以為傲的高科技及現代文明。然而，如果沒有太陽，或者太陽某一天突然停止發光發熱，地球上的這一切都將化為烏有。
地球在太陽系中的確小得可憐，不僅是相對於太陽而言，即使在八個兄弟姐妹中，地球也只是一個很不起眼的「小個子」。不過，儘管大小不一，繞太陽轉圈的八大行星和諧共處，各行其「橢圓軌道」，各有其不同的「性情特色」。
水星離太陽最近，也許人們想像它最能探聽太陽的祕密，所以把它的英文名字「Mercury」取為神話中的情報商業之神。水星並不是一個適合居住的地方，因為它的表面溫度白天可達425℃，晚上冷到零下175℃。在水星之外，離太陽第二近的是金星。她在黑暗的天空中非常搶眼，因而被稱為「美神」（Venus）。美神雖美，卻又太熱情，溫度總在470℃以上，所以對我們人類而言，只能遙望，不宜親近。
接下來便是我們可愛的家園，這顆鬱鬱蔥蔥的綠色地球，這是唯一沒有用「神」來命名的太陽系行星，也是迄今為止我們唯一發現有智慧生物居住的地方；在地球之外是火星，不過火星並不「火熱」，溫度比地球還低，從零下80℃到零下5℃左右。火星表面大氣稀薄，土壤內富含鐵質類的氧化物，經常狂風四起，鋪天蓋地而來的紅褐色含鐵沙塵暴使它贏得了一個「戰神」（Mars）的英名；火星之外是塊頭最大的木星，不過木星上並沒有木頭，而是一顆氣態加液態的行星，它內心炙熱（溫度攝氏上萬度），外表冷漠（只有零下110℃），極大的溫差使得木星表面天氣惡劣，它是羅馬神話中的主神朱比特（Jupiter）；下一位土星兄弟，比木星稍小一點，也是氣態氫為主。據說因為它看起來呈土黃色，古人將它稱為「土」星，而西方人似乎也認為它適宜耕種，用羅馬神話中的農業之神（Saturn）來命名它。它有兩個與眾不同之處：一是它特有的、引人注目的、使它顯得縹緲瀟灑的光環，那是由冰粒和塵埃構成的；另一個特點是「多子多孫」，它有60多顆衛星，其中的「土衛六」（Titan），是由荷蘭物理學家惠更斯在西元1655年發現的。土衛六擁有濃厚的大氣層，被懷疑有可能存在生命體，曾引起研究者們極大的興趣。
從土星再往太陽系的外圍走，下一個是天王星（Uranus），這個名字來自於羅馬神話和希臘神話中共同的「天空之神」。天王星離地球較遠，但用肉眼仍然依稀可見。
西元1820年，法國天文學家布瓦（Alexis Bouvard），根據牛頓萬有引力定律計算天王星的運動軌道，發現算出的軌道與觀測結果極不相符。科學家們對此提出各種猜測，而被大多數人接受的假設，是認為天王星軌道之外可能存在另一顆行星，它的重力作用使天王星的軌道運動受到干擾，也就是天文學上所謂的攝動作用（perturbation）。二十多年之後，英國的亞當斯（John Couch Adams）和法國的勒維耶（Urbain Le Verrier）兩位年輕人，分別獨立地用天王星運動的偏差估計攝動大小，從而推算出未知行星的質量和軌道位置。1846年9月，柏林天文臺的天文學家，果然在預期位置附近發現了這顆新行星，並以羅馬神話中的海神涅普頓（Neptunus）為其命名，中文翻譯為海王星。海王星距離太陽最遠，表面溫度低達零下203℃，是太陽系中最冷的地區之一。
海王星的發現，證實了牛頓定律的正確，展現了科學預言的無比威力。從此之後，天文學家在人們心目中，似乎變成了一群破解宇宙之謎的「大師」，能追捕未知星球的「偵探」。事實也的確如此，天文學家後來又根據對海王星的觀察，推測有其他行星攝動天王星的軌道，從而進一步發現了以地獄之神（Pluto）命名的冥王星。不過，因為後來又有許多類似的矮行星及其他小天體陸續被發現，冥王星於2006年被剝奪了太陽系行星的資格，我們的大家庭最後留下「八大行星」。
雖然在大家庭中，月亮是地球最親近的「伴侶」，但月亮對地球總是「羞羞答答」、「猶抱琵琶半遮面」，永遠只是用它的正面對著地球；直到1959年，蘇聯的「月球3號」太空船，才拍攝到了月球背面的第一張影像。能產生這種現象，是因為月亮的自轉速度和繞地公轉速度一致，這種一致性平衡了星體「腹背」所受到的不同重力。這種因為作用於物體不同部位的重力不同，而在物體內部產生的應力，被稱為潮汐力。實際上，月亮這個屬性並不是太陽系中獨一無二的，許多衛星的「面孔」取向，都符合這種「潮汐鎖定」現象，即只用一面對著它的「主人」，以使得內部應力最小，這似乎又一次證實了大自然造物按照某種「極值」規律！
潮汐力這類重力效應，以後還會碰到，因而在此略作介紹。潮汐力這個詞來源於地球上海洋的潮起潮落，但後來在廣義相對論中，人們將由於重力不均勻而造成的現象都統稱為潮汐力。我們所熟知的地球表面海洋的潮汐現象，是因為月亮對地球的重力不均勻而形成的。人站在地球上，地球施加在我們頭頂的力，比施加在雙腳的力要小一點，這個差別使得在我們身體內部產生一種「拉長」的效應。但因為我們個人的身體尺寸，相對於地球來說太小了，我們感覺不到重力在身體不同部位產生的微小差異；然而，在某些大質量天體，如黑洞附近，就必須考慮這點了。這種差異能產生明顯的效應，甚至將人體撕裂毀滅。
月亮離地球說近也不近。與太陽系大家庭比起來，它們非常親近，但比較起月亮和地球的體積大小而言，中間似乎空空蕩蕩的什麼也沒有。要知道月地距離是380,000km，地球半徑不過6,000km，因而，地球直徑大約只是月地距離的1/30，你可能沒有想到，太陽系的七大行星可以被排成一排，完全「塞進」地球和月亮之間，還仍然有剩餘空間。不過，還好我們的七大行星從未擠到地球和月亮之間，如果發生那種情形，將會引起一場大災難！
物理學家最感興趣的大家庭成員，是作為主人的太陽。太陽的形狀幾乎是一個理想的球體，中間是核心，然後是輻射帶，最外層是對流帶。太陽內部及表面發生的核融合反應，與我們地球上人類的生存息息相關。太陽是被我們稱為「恆星」的那一類星體。恆星有它的生命週期，它的「生死」決定了大家庭成員們的生死，不可小覷。
