什么是宇宙？據(jù)中國(guó)古書上講，上下四方曰宇，古往今來曰宙，也就是說，“宇”表示空間，“宙”表示時(shí)間。現(xiàn)代科學(xué)對(duì)宇宙有了更為深刻的認(rèn)識(shí)，一般稱作“時(shí)空”。

1609年，意大利著名科學(xué)家伽利略制作了一架放大倍數(shù)為32倍的小型望遠(yuǎn)鏡，其口徑只有不到5厘米，并由此取得了很多科學(xué)發(fā)現(xiàn)。伽利略望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)結(jié)束了人類肉眼觀天的時(shí)代。雖然望遠(yuǎn)鏡在1608年就已經(jīng)出現(xiàn)，但當(dāng)時(shí)的人們只用望遠(yuǎn)鏡來觀測(cè)距離，或者用于海上航行，并沒有人用它來觀測(cè)星空，而伽利略開創(chuàng)了人類用望遠(yuǎn)鏡探索宇宙的新時(shí)代。同時(shí)，伽利略最早發(fā)現(xiàn)了金星有圓缺與大小的變化。

（圖2）

這是現(xiàn)代地面天文臺(tái)觀測(cè)室示意圖（圖2）。需要觀測(cè)時(shí)，人們會(huì)打開天窗；如果天氣不好時(shí)，就關(guān)閉天窗。

現(xiàn)代天文學(xué)家還把望遠(yuǎn)鏡放到了太空。由美國(guó)宇航局研制而成的哈勃望遠(yuǎn)鏡主鏡長(zhǎng)2.4米。2021年，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空，它的主鏡口徑達(dá)6.5米，重量只有6噸左右。

（圖3）

這是太陽系示意圖（圖3）。太陽的質(zhì)量占整個(gè)太陽系的99.8%。八大行星是太陽系的八個(gè)大行星，按照離太陽的距離從近到遠(yuǎn)依次為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。在火星和木星之間有小行星帶。在地球上，肉眼可以看到的行星有五顆——金星、木星、水星、火星、土星。

（圖4）

這是太陽系八大行星示意圖（圖4）。

天文學(xué)家為了研究方便，把太陽系八大行星分成兩大類：一類是類地行星，包括水星、金星、地球和火星，因?yàn)樗鼈兌加袌?jiān)硬的巖石的地殼；另一類是巨行星，包括木星、土星、天王星和海王星，它們以氣體為主，體積非常大。2006年，國(guó)際天文學(xué)協(xié)會(huì)術(shù)語委員會(huì)正式?jīng)Q定以后不再稱冥王星為“行星”，而是稱其為“矮行星”。

太陽系中有沒有地外生命？天文學(xué)家非常關(guān)注這個(gè)問題。早在20世紀(jì)60年代，美國(guó)就發(fā)射了一些探測(cè)器，分別探訪了水星、金星、火星、木星、土星、海王星等，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在太陽系中只有地球存在生命。研究發(fā)現(xiàn)，最早的化石形成于35億年前，也就是地球誕生后的幾億年內(nèi)。通過研究人們發(fā)現(xiàn)，從細(xì)菌到人，一切生命都是因?yàn)槔昧怂奶厥庑再|(zhì)才得以存活，地球表面70%以上被海水覆蓋。地球繞其自轉(zhuǎn)軸自西向東不停地旋轉(zhuǎn)。地球自轉(zhuǎn)軸簡(jiǎn)稱地軸。地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)，地軸是傾斜的，其北端始終指向北極星。還有研究表明，人類起源于非洲，因?yàn)槿藗冊(cè)诜侵薨l(fā)現(xiàn)了最古老的人類化石。人類在不斷的勞動(dòng)中創(chuàng)造、發(fā)展文明。

（圖5）

這就是地球。1972年12月7日，美國(guó)宇航局為慶祝地球日，公布了這張由阿波羅17號(hào)拍攝的地球照片（圖5）。地球的直徑約為1.3萬千米。在夜晚，人們看到滿天的星星中，大多數(shù)都是恒星。夜晚能看到的恒星，幾乎都處于銀河系內(nèi)，而銀河系大約有四千億顆恒星。

（圖6）

這是大熊星座和小熊星座（圖6）。北斗七星在大熊星座。如果我們先找到了北斗七星，由斗勺的前面兩顆星向前延長(zhǎng)五倍，我們就看到了北極星。北極星是最靠近北天極的一顆恒星。

（圖7）

全天中最亮的恒星是天狼星，它屬于大犬座（圖7）。

（圖8）

這是一張冬夜星空的照片（圖8）。人們常說“三星高照，新年來到”，是指在天黑后不久，看到這3顆星位于正南方天空的時(shí)候，新的一年就來到了。獵戶座是北半球冬季最顯著的星座之一。參宿三星指的就是獵戶座中的參宿一、參宿二和參宿三，也稱“獵戶三星”。這三顆星恰好在獵戶座的“腰部”，均勻地排成一條線。大犬座的天狼星、小犬座的南河三及獵戶座的參宿四構(gòu)成一個(gè)三角形，也就是“冬季大三角”，它是冬季夜晚星空的主要景象。

（圖9）

星座只是平面投影，同一星座的不同恒星彼此相距可能極為遙遠(yuǎn)。在這張圖（圖9）中我們可以看到獵戶座每顆星的距離是不同的，有的距離地球約500光年，有的距離地球約1500光年。

（圖10）

這張圖（圖10）展示的是一個(gè)小姑娘作為一個(gè)觀察者在仰望星空。

（圖11）

在晚上，如把照相機(jī)固定，取景框中心對(duì)準(zhǔn)北極星附近的天空進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間曝光，就可以得到一張北極星附近星辰運(yùn)動(dòng)的照片（圖11）。這是地球自轉(zhuǎn)引起的。

（圖12）

這是三球儀的示意圖（圖12），紅色球代表太陽，黃色球代表地球，白色球代表月球。地球的強(qiáng)大引力拉著月球一起圍繞太陽公轉(zhuǎn)。月球離地球最近的時(shí)候只有35.7萬公里，而月球離地球最遠(yuǎn)的時(shí)候可以達(dá)到40.6萬公里。我們熟悉的其實(shí)是平均距離，大約是38.5萬公里。

（圖13）

這張圖（圖13）向我們展示了日地平均距離。日地平均距離是1.496億千米。如果一個(gè)人步行從地球到太陽需要4267年，如果乘坐火車需要85.4年，如果坐飛機(jī)需要17.1年。以地球到太陽的平均距離為一個(gè)天文單位，一天文單位是1.496億千米。同時(shí)，“光年”也是天文學(xué)上常用的距離單位，表示光在真空中傳播一年的距離。真空中的光速（C）每秒約29.9萬千米，再乘以365天、24小時(shí)、60分鐘、60秒，通過計(jì)算就得出了一光年的距離，即9.46萬億千米。在天文學(xué)上計(jì)算星球之間的距離通常用“光年”作單位。

（圖14）

這是側(cè)看銀河系圖及銀河系俯視圖（圖14）。在銀河系俯視圖中可以看到人馬臂、獵戶臂、英仙臂、天鵝臂。銀河系直徑約10萬光年。

從宇宙的大體結(jié)構(gòu)來看，地球?qū)儆谔栂?，太陽系屬于銀河系。銀河系外還有很多河外星系，仙女座星系是其中之一，這兩個(gè)星系相距較近。而相距很遠(yuǎn)的星系彼此間的引力遠(yuǎn)小于空間膨脹的力，這讓它們彼此背離而去。

瑞典科學(xué)家阿列紐斯是第一位提出地球上的生命起源于太空的人，他相信生命來自附著在彗星塵埃微粒上的有機(jī)體，當(dāng)彗星與地球相撞時(shí)，這些小組織來到地球并形成了生命。

（圖15）

（圖16）

這是在南極發(fā)現(xiàn)的火星隕石，編號(hào)為ALH84001（圖15）。科學(xué)家們?cè)趯?duì)該隕石的分析中，發(fā)現(xiàn)了一些蠕蟲狀的管狀結(jié)構(gòu)（圖16）。由此科學(xué)家們推測(cè)，火星早期可能有生命。

（圖17）

這就是火星（圖17）。人們把火星南北兩極都覆蓋著的白色的冠狀物叫火星極冠，極冠含有水冰和二氧化碳干冰?；鹦堑谋砻婧写罅康蔫F銹和氧化鐵，所以火星的顏色看起來是紅色的。此外，火星上還經(jīng)常發(fā)生風(fēng)暴，也就是火星塵暴。

“機(jī)遇號(hào)”火星探測(cè)器于2003年7月7日發(fā)射，2004年1月25日安全著陸火星表面。“火星快車”探測(cè)器拍攝的圖像顯示火星表面疑似有河流痕跡。

中國(guó)也進(jìn)行了火星探測(cè)。2020年7月23日，長(zhǎng)征五號(hào)遙四運(yùn)載火箭在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射升空，經(jīng)過2000多秒的飛行后，成功將中國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器送入預(yù)定軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。2021年3月4日，國(guó)家航天局發(fā)布3幅由我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)天問一號(hào)探測(cè)器拍攝的高清火星影像圖。2021年4月24日上午，國(guó)家航天局正式公布我國(guó)首輛火星車命名為“祝融”，全稱“祝融號(hào)”。2021年5月15日7時(shí)18分，天問一號(hào)探測(cè)器成功著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)著陸火星取得成功。2021年5月22日10時(shí)40分，祝融號(hào)火星車安全駛離著陸平臺(tái)，到達(dá)火星表面，開始巡視探測(cè)。

（圖18）

這是南半球上方火星影像（圖18）。南半球影像由天問一號(hào)中分辨率相機(jī)于北京時(shí)間2021年3月16日拍攝，此時(shí)環(huán)繞器軌道高度約1.12萬千米。

（圖19）

這是北半球上方火星影像（圖19）。北半球影像由天問一號(hào)中分辨率相機(jī)于北京時(shí)間2021年3月18日拍攝，此時(shí)環(huán)繞器軌道高度約1.15萬千米。

很久之前，人們就開始猜測(cè)火星上是否有外星人。美國(guó)還拍攝了一部科幻電影——《火星叔叔馬丁》。斯皮爾伯格執(zhí)導(dǎo)影片《E.T.外星人》中也塑造了外星人形象。“外星人”的學(xué)名為“地外智慧生命”或“地外文明”，英文簡(jiǎn)稱“ET”。1878年1月，美國(guó)得克薩斯州一位農(nóng)場(chǎng)主馬汀在田間忽然望見空中有一個(gè)圓形碟狀的物體在飛行。1947年6月，美國(guó)聯(lián)邦警察局長(zhǎng)凱尼恩·阿諾德駕駛飛機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有9個(gè)閃閃發(fā)光的耀眼物體排成梯形，從他的飛機(jī)前方由北向南飛去。他的描述是，“每個(gè)飛行物都跳躍式地前進(jìn)，就像水上打漂的碟子”，“估計(jì)它們的半徑為15米左右”。1954年12月，4名當(dāng)?shù)厝嗽谝獯罄魑骼飴u上空看到了2個(gè)不明飛行物。1981年10月，漢納·麥克羅伯茨在加拿大溫哥華島東海岸的克勒斯灣附近拍攝了一張照片，當(dāng)時(shí)他看到了附近山峰上面出現(xiàn)一處怪異的云彩，當(dāng)照片沖洗出來后盤狀物體才變得清晰可見。對(duì)于不明飛行物，全人類都很好奇。但是經(jīng)過科學(xué)分析，人們否定了不明飛行物是外星人派來地球的說法。

“地外生命在哪里？他們?yōu)槭裁床辉诎讓m草坪上著陸，歡迎人類加入銀河俱樂部？”意大利物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者費(fèi)米早在1939年就提出這樣的疑問。科學(xué)家推論，假定銀河系（約有兩三千億顆恒星）里存在智慧生命即可溝通的文明，應(yīng)能夠持續(xù)約500萬年的繁衍，那就意味著銀河系里的智慧文明星球可能有500萬顆。也有的科學(xué)家認(rèn)為，銀河系具有文明的星球數(shù)目可能達(dá)到2500萬顆。當(dāng)然，這種推測(cè)相當(dāng)粗略。

為了探索外星人是否存在，科學(xué)家們陸續(xù)派出了一些“使者”，也就是探測(cè)器。先驅(qū)者探測(cè)器上攜帶著一塊載有人類訊息的鍍金鋁板，鋁板上刻有人類男女形象。1977年，美國(guó)航天局發(fā)射了“旅行者一號(hào)”和“旅行者二號(hào)”探測(cè)器，它們各自攜帶了一張稱為“地球之音”的唱片，上面錄制了豐富的地球信息，包括世界不同民族的音樂、問候語，以及地球形狀、人體構(gòu)造等。唱片還有時(shí)任聯(lián)合國(guó)秘書長(zhǎng)庫爾特·瓦爾德海姆的問候。

（圖20）

這是木星的衛(wèi)星（圖20），叫木衛(wèi)二。木衛(wèi)二的表面有冰凍的外殼，表面的條紋是冰殼反復(fù)破裂形成的裂縫?？茖W(xué)家分析，木衛(wèi)二上可能有類似的細(xì)菌存在，當(dāng)然這只是一種推測(cè)，仍需要探測(cè)器的探測(cè)。土衛(wèi)六是土星的衛(wèi)星，也叫泰坦星。土衛(wèi)六可能有巨大的甲烷湖。

用射電天文方法尋找外星人。所謂的射電，就是用無線電的方法探測(cè)遙遠(yuǎn)的天體。美國(guó)天文學(xué)家弗蘭克·德雷克是搜尋外星人的開拓者，并寫出了著名的“德雷克公式”。阿雷西博望遠(yuǎn)鏡修建于1963年，鏡面直徑305米，深度51米。1974年，科學(xué)家用阿雷西博天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)射了著名的“阿雷西博信息”，期望銀河系里有生命的天體上的智慧生命能夠收到這一信息，這是一個(gè)大膽的嘗試。如今，阿雷西博天文望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)坍塌。

2016年9月25日，全球最大的500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（FAST）在中國(guó)貴州一處偏遠(yuǎn)的大山深壑竣工，成為我國(guó)重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)史上的一座里程碑，在全球大型射電望遠(yuǎn)鏡的建造史上創(chuàng)造了新紀(jì)錄。2020年1月11日，被譽(yù)為“中國(guó)天眼”的FAST通過國(guó)家驗(yàn)收，正式開放運(yùn)行。這臺(tái)500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，世界最大、靈敏度最高，能收到100多億光年以外的電磁信號(hào)。

我們?cè)賮砜锤ヌm克·德雷克，他多年來領(lǐng)導(dǎo)搜尋外星人的工作，并提出了著名的“奧茲瑪計(jì)劃”和“太空多通道分析計(jì)劃”。1977年8月15日，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的射電望遠(yuǎn)鏡從人馬座方向采集到一個(gè)明顯的窄頻無線電信號(hào)，長(zhǎng)達(dá)72秒?？茖W(xué)家非常驚訝，他們寫了“Wow”表示他們的驚訝。因?yàn)榘l(fā)射這樣的信號(hào)需要使用一個(gè)22億瓦的發(fā)射臺(tái)，這個(gè)發(fā)射臺(tái)比當(dāng)時(shí)地球上的任何無線電發(fā)射臺(tái)都強(qiáng)得多。這是被發(fā)現(xiàn)的最有可能來源于地外文明的信息。

前面講到，1974年科學(xué)家用阿雷西博天文望遠(yuǎn)鏡向銀河系發(fā)送了信息，這是為了讓外星人盡早發(fā)現(xiàn)我們，通過向太空深處發(fā)射定向無線電信號(hào)，將地球人的存在告知外星人。它的發(fā)射目標(biāo)是哪里？是武仙座球狀星團(tuán)M13。

（圖21）

這張圖是武仙座球狀星團(tuán)M13，其中有30萬顆恒星（圖21）。

“阿雷西博信息”于1974年11月16日以2380兆赫的頻率和10赫茲的有效帶寬向球狀星團(tuán)M13傳輸?？紤]到這個(gè)星團(tuán)有30萬顆恒星，如果那里有智慧生命，那么向該星團(tuán)發(fā)射這個(gè)信號(hào)它們應(yīng)該能夠收到，整個(gè)傳輸過程持續(xù)了不到三分鐘。“阿雷西博信息”由1679位二進(jìn)制數(shù)字組成。信息內(nèi)容是關(guān)于地球生物的知識(shí)，包括1到10的數(shù)字、原子序數(shù)、DNA的結(jié)構(gòu)、人類DNA中的堿基數(shù)目、DNA的雙螺旋形結(jié)構(gòu)、地球上的人口總數(shù)、太陽系、阿雷西博天文臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡的拋物面天線等等。當(dāng)然，對(duì)于有沒有外星人、外星人能不能收到、收到后能不能看懂，這就是另外的問題了。

2022年，平方公里陣列射電望遠(yuǎn)鏡（SKA）正式開始其建設(shè)階段的工作，這一預(yù)計(jì)將于2028年建成的全球最大規(guī)模綜合口徑射電望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目，被英國(guó)廣播公司稱為“21世紀(jì)最偉大的科學(xué)項(xiàng)目之一”，也被稱為“世界巨眼”。