一看就懂！宇宙的奧秘

第1章 宇宙「現在」的模樣──從地球到宇宙的盡頭──
何謂宇宙？
宇宙的範圍到哪裡？
宇宙非真空也非無重力
物質．空間．時間這一切就是宇宙
10
距離地球最近的天體「月球」
比人造衛星遠上數倍的月球
經常以同一面朝著地球
12
月世界的樣貌
細沙沈積的坑洞地形
不存在生命的嚴峻世界
14
行星撞擊產生月球？
月球與其他衛星不同嗎？
其他行星曾經撞擊地球？
16
太陽系的構造
太陽與繞行太陽的天體們
擁有數百億km的寬度
18
繞行在地球軌道內側的「水星」和「金星」
富含鐵的小小水星
熱風吹拂的金星
20
活動中的紅色行星「火星」
幻滅的火星人傳說
變化活躍的環境
22
最大最重的氣體巨星「木星」
差點成為太陽的行星
活躍中的大氣與衛星
24
擁有美麗光環的行星「土星」
由冰粒與岩石粒構成的光環
巨大但密度小
26
「天王星」與「海王星」
青白色的冰巨星
變成矮行星的冥王星
28
太陽系的盡頭
可知道太陽系誕生秘密的小行星。
「彗星大本營」確實存在
30
太陽的構成
太陽是個巨大的核熔爐
周期性改變的太陽活動
32
在附近閃閃發光的恆星群
最近的恆星距離約4光年
南門二的樣貌
34
各種恆星
視星等與絕對星等
還有比太陽大2000倍的恆星
36
我們的銀河系
包含太陽系在內的星雲
直徑10萬光年的銀河系
38
相鄰的眾星系
包括銀河系在內的本星系群
銀河系附近的星系們
40
星系的各種形狀
依形狀分類星系
代表性的星系形狀
42
分佈在宇宙各處的星系群
本星系群四周的星系群
星系群、星系團構成的超星系團
44
創造牆壁與空間的宇宙
氣泡般的宇宙大尺度結構
位在大尺度結構前面的東西
46
COLUMN
行星運動的構造
行星運動的定律
奇妙的運動及其構成
48
COLUMN
月食與日食
天體的影子遮住其他天體

49
第2章 宇宙的開展與進化──從宇宙誕生到結束──
50
思考宇宙的樣貌
星星位在遙遠的地方
赫雪爾描繪的宇宙模型
52
測量星星的距離
一般方式無法測量
只利用地球軌道的直徑遠端估測
54
發現宇宙的燈塔
利用變星的週期測量距離
造父變星是照亮宇宙的燈塔
56
宇宙有沒有盡頭？
奧伯斯佯謬
宇宙並非無止盡也非永恆不變
58
浩瀚的宇宙
星系正在遠離
宇宙正在膨脹
60
大霹靂的發現
宇宙由火球開始
來自宇宙的爆炸殘跡
62
【宇宙進化Album1】
宇宙的誕生
超高溫、超高壓的宇宙
急遽膨脹的發生
64
【宇宙進化Album2】
物質產生
充滿光子的時代
38萬年後，宇宙清澈透明
66
【宇宙進化Album3】
星星誕生
星星由星際物質產生
還沒找到最早期的星星
68
【宇宙進化Album4】
大尺度結構完成
宇宙大尺度結構完成
宇宙的歷史約137億年
70
來自宇宙盡頭的光
觀測130億年前的光
抵達宇宙盡頭的距離和時間
72
宇宙構造形成的原因
早期的宇宙有雜訊
打造大尺度結構的主角
74
大霹靂理論是否正確？
大霹靂理論也存在問題
大霹靂之外的宇宙論
76
宇宙正在加速膨脹？
透過超新星可知道正在加速膨脹
原因是暗能量
78
宇宙的未來將會如何？
宇宙終結的3個劇本
宇宙持續膨脹的話…
80
COLUMN
都卜勒效應
遠離就會變紅

81
第3章 恆星與銀河的構造──星星有生命──
82
恆星中發生的事
內部發生核融合反應
內部的能量傳到表面
84
星星如何誕生？
星際物質集結出原恆星
獨立的恆星誕生
86
透過顏色知道恆星的溫度
顏色不同、溫度不同
藉由光譜可知星星的大小
88
恆星的一生
星星的壯年期是主序星
根據重量不同的星星一生
90
恆星的各種發光方式
能夠改變亮度的構造
反覆收縮膨脹的脈動變星
92
恆星戲劇性的結束
平靜的死與戲劇性的死
大霹靂迎接死亡
94
物質環繞宇宙
重元素誕生自星星之中
創造生命的超新星爆炸
96
黑洞是什麼？
連光也無法洩出的巨大引力
看不見但可推測存在
98
黑洞真正的模樣
放出X射線的黑洞
與伽瑪射線暴之間的關係
100
螺旋星系的構造
暗物質創造星系
螺旋臂是旋轉的密度波
102
星系的活躍活動
衝突星系
劇烈活動的星系
104
星系進化
星系的形狀就是進化的證據
星系確實在進化
106
星系的中心有什麼？
能夠看見的銀河系中心
存在大質量黑洞
108
COLUMN
利用巨型加速器創造宇宙
仿造大霹靂？

p109
第4章 思考宇宙及生命──我們是孤單的嗎？──
110
生命由何處誕生？
能夠產生生命的行星區域
星系之中正好適合的領域
112
生命之母的太陽
生命誕生時少不了的穩定恆星
用來孕育生命的時間
114
地球的存在不可思議
費米悖論（Fermi paradox）
地球的特殊性
116
太陽系中存在其他生物嗎？
火星可能存在生命
令人期待的外行星衛星
118
搜尋系外行星
發現系外行星是90年代以後
找尋系外行星的方法
120
打造第二顆地球
實現科幻小說點子
把火星變成地球
122
太陽死掉的話該怎麼辦？
人類轉向太陽系之外
追求最有效率的推進方法
124
生命進化與宇宙的關係
宇宙帶來大量滅絕
決定地球環境的宇宙構造
126
宇宙中是否存在其他高智能生物？
找尋高智能生物發射的電波
送向宇宙的訊息
128
COLUMN
SETI@home
在自己家中尋找地球之外的高智能生物

129
第5章 挑戰宇宙之謎──最先進宇宙科學及宇宙論──
130
捕捉宇宙的樣貌
從肉眼觀測到望遠鏡
抓住眼睛看不見的光
132
宇宙科學的新「眼」
捕捉來自超新星的次原子粒子
目標是重力波檢測的寶座
134
探尋宇宙
觀測宇宙的科學衛星
靠近調查的宇宙探測器
136
邁向宇宙
化學燃料火箭成本高
讓宇宙旅行變得容易
138
掌握時空的扭曲
時間或空間改變
重力波無法飛越時空
140
時光旅行可行嗎？
通往未來的時光旅行可能辦到
利用蟲洞進行時光旅行？
142
宇宙中有什麼？
將物質加熱後會如何？
宇宙剛誕生時的物質樣貌
144
宇宙中「看不見的存在」
暗物質確實存在
產生斥力的暗能量
146
思考真空的能量
真空也會相變
加速的宇宙膨脹
148
宇宙的4力
宇宙存在的力量有4種
力量統一促使宇宙誕生
150
「超弦理論」的宇宙
次原子粒子是弦
死灰復燃的「超」弦理論
152
時空有幾維？
統一超弦理論的M理論
11維時空的M理論
154
宇宙原本是什麼？
籠罩高維宇宙的膜
膜的衝撞就是大霹靂？
156
是否存在各式宇宙呢？
宇宙也分成許多種
平行宇宙的可能性
158
宇宙與地球與生命的存在理由
奇妙的剛剛好的宇宙
思考宇宙與思考人類
160
COLUMN
找尋磁單極子
握有宇宙誕生證據的次原子粒子

p161
附錄
熟悉宇宙資料集
太空望遠鏡、探測器掌握的宇宙面貌
──Space Gallery──
宇宙開發年表
關於國際太空站
太陽系行星情報
世界的火箭
世界的巨型望遠鏡

前言

　　自大霹靂（Big Bang）宇宙論發表以來，約已過了半個世紀。近年來人類對宇宙的解讀有驚人的成就，尤其是1990年代末期到21世紀初期這段時間昴星團望遠鏡 等的出現，使得觀測技術大幅躍進。現在我們可透過哈伯太空望遠鏡 、COBE 及WMAP 衛星等從衛星軌道上進行劃時代的觀測，逐漸接近宇宙誕生之謎。

　　而在此同時，星星也正從大都市的天空逐漸消失。愈來愈多孩子不曾見過銀河，甚至不曉得那些用肉眼就能夠看見，接觸星空的機會正在急速銳減。

　　在這樣的背景下，2009年發起了「世界天文年」活動，紀念400年前伽利略將望遠鏡朝向星空；而同一年正好日本能夠看見日全食等景象，也多了些關心天文學的機會。透過本書的編寫，我希望各位能夠接觸到宇宙的廣大及神祕，進而了解天文學和科學的發展。

　　本書的用意在於希望各位體會宇宙超乎想像的時間、空間廣度，以及超越個體（Micro）或宏觀（Macro）領域的深度。我盡量使用簡單的語彙，以淺顯易懂為優先，並使用豐富的照片及插圖進行解說。第1章談宇宙空間的廣度，第2章講時間的廣度，內容強調實際感受上的共鳴，與一般解說書不同。另外在最後一章將會介紹一部分目前正在進行的先進研究，讓各位體驗一下氣氛，期待您們能夠因為接觸到宇宙及相關研究的魅力，而走入更專業的天文研究和宇宙論領域。

　　各位讀者如果能夠因為本書，對宇宙和天文學多了一些好奇心，並感受到科學的浪漫之處，將是筆者最大的喜悅。

高柳雄一