航行宇宙 逐夢太空

你想不想一頭扎進星空，在浩瀚星空中恣意翱翔？

為什么會有宇宙？宇宙里有多少顆星星……

天文學家已經能回答大部分問題，但每次的回答又給我們帶來了新的問題。

航天科技的發展與進步讓人類探索宇宙的步伐越走越遠，新時代的科技工作者們為實現中華民族千年“飛天”夢想在繼續戮（lù） 力前行。

Part 1"開始！認識宇宙

我們認識和理解宇宙的歷史，講起來是一個特別神奇的故事，這個故事還跨越了很長的時間周期。

從古希臘人的宇宙觀，到文藝復興時期的天文學，從托勒密的“地心說”，到哥白尼的“日心說”，從伽利略的天文望遠鏡，再到現代的宇宙學……故事中各種有趣新奇的想法應有盡有。

那古人對宇宙有哪些猜想呢？

又經歷了怎樣的過程才了解了真實的宇宙呢？

關于宇宙的奇思妙想

猜想1 車輪

在2600多年前的古希臘，有的人相信，宇宙就是兩個巨大的車輪。第一個輪子就是太陽轉動的軌道，第二個輪子是月亮轉動的軌道。兩個輪子大小不同，我們自己就生活在兩個車輪中間的一動不動的陸地上，所有的星星都在陸地以外的空間，圍著我們轉動。

猜想2 帽子

古希臘哲學家阿那克西美尼認為，宇宙是一頂大帽子，蓋在平坦不動的地面上。在帽子形狀的天空中，所有的星星都圍著北極星旋轉。那太陽和月亮呢？它們和星星一樣，都是扁扁的圓形，掛在帽子里。

猜想3 水晶球

畢達哥拉斯覺得宇宙應該是完美和諧、晶瑩剔透的大水晶球，地球是一個小水晶球。在水晶球宇宙的基礎上，柏拉圖和亞里士多德提出新的想法，他們認為整個宇宙是一個多層的水晶球，天上的太陽、月亮、行星和恒星，都是鑲嵌在不同層上的寶石，每層水晶球帶著星星一起轉動。

猜想4 鍋蓋

中國古人認為大地是正方形，就像棋盤，而天空是圓的，就像鍋蓋。鍋蓋蓋在棋盤上，就是天和地，也就是我們常聽到的“天圓地方”。這樣的宇宙有點像我們坐在球幕影院里看電影，天空是倒扣下來的樣子。

猜想5 雞蛋

在古代中國，還有另一種說法：宇宙就像一個雞蛋，地球是雞蛋中央漂浮著的雞蛋黃，我們就生活在雞蛋黃上，周圍的天空和星星都是雞蛋清，蛋清包裹著蛋黃。我國東漢時期著名的天文學家張衡就相信這個“大雞蛋”理論。

在遙遠的古代，人們沒有先進的天文儀器，也沒有系統的科學知識，對于宇宙的猜想聽起來有點滑稽，但這就是人類祖先仰望星空、認識宇宙的開端。無論是車輪、帽子還是雞蛋，這些猜想有一個相同之處，就是它們都認為宇宙只有一個，地球只有一個，我們人類就生活在宇宙的中心，我們看到的星星都圍著地球轉動，那么這個想法是正確的嗎？請在下一頁尋找答案。

地球不是宇宙中心？

公元前5世紀，留基伯和他的學生德謨克利特提出一個想法：在無限大的宇宙里可能有好多好不上什么中心，，上面生活著別的生命。我好多別的“地球”，上面生活著別的生命。我們自己算不上什么中心，只不過是茫茫宇宙中的一角。我們到底在不在宇宙的中心呢？為了回答這個問題，天文學家們彼此爭論了幾千年，又出現了很多好玩的想法。

古代科學家：我們相信地球就在宇宙中心。

古希臘、中世紀的歐洲、阿拉伯國家和中國古代的科學家都長時間堅持“地心說”。怎么理解“地心說”呢？你可以把宇宙想象成一個大洋蔥，或者卷心菜，每一層都緊緊包圍著我們，每一層都有一顆星星。但隨著天文學家觀察星空越來越仔細，發現了一些“地心說”不能解決的問題，比如說，一年的四個季節不太平均，天上有些星星跑著跑著會突然停下來不動，然后反方向倒著跑幾天，如果地球是宇宙中的中心，不應該發生這樣的現象。

托勒密：雖然“地心說”無法解釋很多問題，但它一定是正確的，我要用我的研究證明它。

托勒密的這套理論又被稱為“地靜說”。“地靜說”認為星星先在自己的小圓圈軌道上轉，再圍繞地球在大圈上轉，因為相對方位不同，所以我們看到有些星星會有時前進，有時后退。由于地球不在宇宙的中心，因此一年四季長短不一。托勒密的這套辦法需要特別高難度的數學計算來配合。他的數學特別厲害，算出了所有的大圈和小圈的尺寸，能完美地契合觀測到的星空的真實狀況。

開普勒：我也支持哥白尼的“日心說”，但我有了新的發現，行星圍繞太陽運動的軌跡并不是正圓形......

開普勒本來是大天文學家第谷的助手，獲得了非常精確的觀測資料。在開普勒的努力下，“日心說”繼續發展完善。但開普勒發現，行星圍繞太陽運動的軌跡并不是正圓形，也并非勻速。通過研究他提出了開普勒三定律，被后世稱為“天空立法者”。

赫歇爾：我用望遠鏡觀測天空，根據亮度計算它們與地球的距離，把恒星都畫了下來。我發現宇宙的一頭有一個大分叉，這是什么呢？等等，我發現了銀河系！

天文學家赫歇爾把觀測到的所有星星畫成一張星圖。在他最終完成的這張星圖里，宇宙是扁平的，宇宙的一頭還有一個大分叉。后來的天文學家證明，那個分叉其實是靠近銀河系中心的地方，赫歇爾畫出來的就是我們的銀河系的一部分。從此，人們知道遙遠的恒星不再是隨隨便便的小光點，幾千億顆像太陽這樣的恒星組成了巨大的銀河系。所以，“日心說”也并不完全正確。

哥白尼：托勒密的大圈小圈相互套起來實在太復雜了，每顆星都用一大堆圈圈，整個宇宙實在是亂成了一鍋粥！宇宙就應該簡單美好，應該把太陽和地球交換一下位置，太陽才是宇宙的中心。

哥白尼的想法被稱為“日心說”，也就是說宇宙的中心是太陽，每顆星都圍著太陽轉，地球也圍著太陽轉。只要星星們不繞著地球轉而是繞著太陽轉，很多問題就解決了。“日心說”看起來挺好，但是大家都不同意。因為首先誰也沒感受到地球在動；其次人們不愿意相信地球只是很普通的一顆星球；但在當時“日心說”仍然贏得了許多支持者，他們中最著名的有布魯諾、伽利略和開普勒。

布魯諾：我支持哥白尼的“日心說”，我愿意為真理而獻身。

伽利略：我也支持哥白尼的“日心說”，我用天文望遠鏡觀測天空，看到了別人都不知道的秘密。

伽利略造出了天文望遠鏡，他發現銀河其實就是大量的恒星密密麻麻地聚集在一起的樣子，這就證明了宇宙可能比我們想的大得多。地球并不是中心，他最終因為反對“地心說”被宗教法庭制裁，判處終身監禁。布魯諾在歐洲各國傳播哥白尼的“日心說”，但這嚴重挑戰了教會的權威，最終被燒死。他為科學而獻身的精神被世人銘記。

宇宙是如何形成的？

牛頓：宇宙很簡單，像一塊平坦的大地毯，星星或者星系就是地毯上的圖案。因為宇宙是平坦的，所以每個地方的規律都一樣，每個地方的時間都一樣，整個宇宙無限大。

在研究宇宙是如何形成的之前，大名鼎鼎的牛頓和愛因斯坦對宇宙的樣子有截然不同的想法。

愛因斯坦：宇宙可沒這么簡單。因為有星星的存在，有些地方的引力就會大一些，這些引力巨大的地方的時間和空間都變得很特殊。所以整個宇宙不是平坦的，而是到處都有凹凸不平的起起伏伏。

從“地心說”到“日心說”，從太陽系到銀河系，認識宇宙的過程中很多科學家都作出了貢獻。那么科學家們有沒有搞清楚宇宙是怎么形成的呢？

100年前，天文學家開始探索銀河系與宇宙的關系。當時天文學家有兩派觀點：一派認為銀河系就是宇宙，另一派不同意，他們認為銀河系外還有別的星系。天文學家哈勃在仙女座的星云里發現了一種特殊的恒星，計算出這顆恒星的真實距離，也就知道了仙女座星云的距離。這個距離實在太遠了，遠遠超出了銀河系的范圍。所以哈勃證明，銀河系之外還有更大的宇宙。

哈勃通過望遠鏡還發現遠處的星系都在運動，它們朝著遠離我們的方向跑，而且越遠的星系跑得越快。整個宇宙就像一個氣球一樣正在越吹越大，氣球上的斑點就是星系，正在散開隊形。

宇宙大爆炸理論：

既然宇宙現在正在變大，星系都在遠離，那如果把時間倒退回去，以前的宇宙一定很小。宇宙的開始就是一個無限小的小點，這個點就是宇宙的誕生處，宇宙可能就是從這么小的一個點開始膨脹成今天的樣子。

由此，勒梅特、伽莫夫、哈勃等人提出了大爆炸宇宙論，是現代宇宙學中最有影響力的一種學說，也就是“宇宙大爆炸”。但問題是，宇宙會一直膨脹下去嗎？從理論上說，宇宙變大的過程應該慢慢減速，然后停下來。但天文學家發現宇宙竟然沒有停下來的意思，反而在加速長大。這是因為宇宙里不光有我們觀測到的普通物質組成的星星，還有更多的根本無法觀測到的暗物質，和比暗物質還多的暗能量。在它們產生的不同引力的作用下，形成了我們今天看到的宇宙。

暗物質也和普通物質一樣產生引力，它像膠水一樣，可以把很多物質吸引到一起。正是因為有了暗物質“膠水”的存在，宇宙誕生之后才更容易形成一些小團塊。等到小團塊逐漸粘在一起，形成大團塊，就變成了我們今天看到的星系。

暗能量產生的引力效果完全相反，它把物質往外推。宇宙里包含那么多物質，本該相互吸引，但因為有了暗能量的作用，宇宙仍然在加速向外膨脹，完全看不到停下來的意思。

Part 2"注意！“宇宙套娃”

我們的宇宙，從時間上有138 億年的歷史，從空間上看大得離譜。

宇宙里裝得下那么多星星，也裝得下我們的想象力。

整個宇宙到底是個什么結構呢？漫天的星星和宇宙又是什么關系呢？

其實啊，在天文學家看來，宇宙就像一個超級大號的俄羅斯套娃。這是怎么回事呢？

NO.1 第一層：地月系

地球身邊有月亮圍繞， 地球和月亮一起組成的這個小組合就叫地月系。地月系的范圍有幾十萬千米，如果你的爸爸媽媽每天上下班的路途是15千米，連續走100年才能走出地月系的范圍。這么大的范圍對“宇宙套娃”來說，才剛剛開始。月亮環繞地球一圈的時間就是一個月。到現在為止，月亮是人類去過的最遠的地方。有12 位宇航員曾在月亮的表面工作過。

NO.2"第二層：太陽系

地球帶著月亮一起圍繞太陽旋轉，同時繞著太陽旋轉的還有另外7 顆行星、幾百萬顆小行星、數不清的彗星和其他小天體。這些天體一起組成了太陽系這個大家庭，太陽就是這個家的家長。人類制造的最快的飛行器用了幾十年的時間才剛剛飛到太陽系的邊緣。太陽系比地月系的尺寸大了一千萬倍，相當于小螞蟻和城市的關系。

NO.3"第三層：銀河系

太陽和其他幾千億顆像太陽這樣發光發熱的恒星和氣體、塵埃共同組成了更大的系統，叫銀河系。銀河系的大部分恒星，包括太陽，都在一層扁平的圓盤上圍繞銀河系的中心轉動。銀河系的中心隱藏著一個超級巨大和超大重量的黑洞。整個銀河系的樣子，就像一個放大了10萬倍的太陽系。如果說太陽系是一粒沙子，那么銀河系就像一片沙灘。

NO.4"第四層：本星系群

銀河系的附近有一個仙女座的大星系，還有幾百個相對小一些的星系，這些星系共同組成了一個比銀河系更高級的“套娃”，因為是銀河系所在的星系群，所以叫作“本星系群”。本星系群一點也不平靜，因為星系本身的個頭兒都不算小，星系和星系之間又離得比較近，所以經常發生“撞車”事故。比如，人馬座方向的一個橢球形狀的小星系就掉進了銀河系的體內，成了銀河系的一部分。

NO.5 第五層：室女座星系團

星系群周圍還有別的星系群。幾十個甚至上百個星系群組成了一個更大的系統，叫星系團。銀河系屬于室女座星系團，室女座星系團包含3000多個像銀河系這樣的星系，這個星系團的大家長是M87 星系，M87 的中心隱藏著一個相當于十億個太陽重量的巨大黑洞。

NO.6～10"第六層到第十層

室女座星系團和附近的幾百個星系團，組成了拉尼亞凱亞超星系團，這個超星系團包含10 多萬個星系，直徑超過5 億光年，總重量至少是太陽的一億億倍，這是第六層；比拉尼亞凱亞超星系團更大的系統是雙魚鯨魚座超星系團復合體，這是第七層；比雙魚鯨魚座超星系團復合體更大的系統是連綿不斷的星系團組成的、像長城一樣的宇宙墻，這是第八層；所有這些星系和星系團組成了目前天文學家能觀測到的宇宙的全部，這是第九層；但是，可觀測到的宇宙和真正的全部宇宙完全不是一回事。宇宙中只有很少的一部分可以被我們的望遠鏡看到，在這部分之外，還有更大的范圍，也就是真實宇宙，這就是“套娃”的第十層。

既然真實宇宙是最大一層宇宙“ ”，15套娃那宇宙外面還有什么呢？天文學家相信，宇宙之外還有其他的宇宙，叫平行宇宙。很多個平行宇宙組成了更大一層的“套娃”，叫多重宇宙。但是，比可觀測宇宙更大的范圍都沒有辦法進行觀測，這僅僅是天文學家的猜想。

想要打開更高一層的“套娃”看一看有什么秘密嗎？

酒泉發射場

位置：內蒙古自治區額濟納旗

始建時間：1958年

優勢：位于戈壁灘，人煙稀少，200 千米內基本為無人區，安全性好；地勢開闊，是天地往返運輸系統理想的回收著陸場所；距海岸線遠，可以充分利用已基本形成的陸上航天測控網；氣候干燥少雨，雷電日少，一年四季多晴天，容易滿足發射條件，每年約有300天可以進行發射試驗。

Part 3"高能！飛向太空

在人類科學技術還沒有那么發達的時候，科學家們只能用望遠鏡觀測太空，隨著科學技術的進步，人類制造出了人造衛星、火箭、宇宙飛船......這些進步和突破讓人類飛上太空的夢想成為現實。

我們經常能在科幻大片中看到衛星、火箭、宇宙飛船的“身影”，作為飛向星辰大海始發地的航天發射場卻不常享有“高光時刻”，今天我們就一起來認識航天發射場這個“幕后英雄”。

探秘航天發射場

航天發射場還有很多名字，比如我們經常聽到的“衛星發射中心”“衛星發射場”，不過，這里可不僅是發射衛星的地方，它是為航天事業的各類發射進行前期準備、發射和飛行控制的場所， 通常包括發射陣地、發射控制中心、技術保障中心和后勤保障中心等。我國目前共有四座成規模的航天發射場，分別是酒泉發射場、太原發射場、西昌發射場以及文昌發射場，形成了沿海內陸相結合、高低維度相結合、各種射向范圍相結合的格局，它們共同支撐著我國的航天發射任務，為實現中華民族千年“飛天”夢想戮力前行。

太原發射場

位置：山西省忻州市

始建時間：1967年

優勢：群山環抱、地勢高峻，安全性高。

這里地處溫帶，海拔1500米左右，并且冬長無夏，春秋相連，無霜期只有90天，全年平均氣溫5℃。特殊的經緯度使得這里成為我國近地、極地軌道衛星發射的理想場所。

西昌發射場

位置：四川省西昌市

始建時間：始建1970年

優勢：緯度低，海拔高，地空距離短，發射角度好，發射窗口長，每年10月至次年5 月是最佳發射季節；交通便利，路網發達。從西昌發射場起飛，可充分利用地球自轉，消耗較少的燃料就能到達預定軌道。

文昌發射場

位置：海南省文昌市

始建時間：始建2009年

優勢：緯度低，發射效費比高；射向寬、安全性好， 火箭射向1000千米范圍內均為海域，殘骸落區均在海上；海運便捷、可行性強，能夠解決鐵路、公路和空運均無法運輸大尺寸火箭的難題。

縱覽航天新成就

我國的航天事業始于1956 年，至今已走過67 年光輝的發展歷程，歷經1956年～1978年艱苦創業、1978 年～1999 年改革振興、1999 年至今跨越發展三個階段，我國已躋身于世界航天強國的行列，創造了以人造衛星、載人航天、月球探測、火星探測等里程碑為代表的輝煌成就。

成就一 神舟飛天

1992 年，我國制定了載人航天工程“三步走”發展戰略，現已完成第一步——神舟飛船將航天員送進太空，第二步——空間實驗室實現航天員進駐太空，正式進入第三步——建造空間站、建成國家太空實驗室的新階段。

成就二 嫦娥探月

我國先后圓滿完成嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號、月地高速再入返回試驗、嫦娥四號和嫦娥五號等6 次無人月球探測任務，實現“六戰六捷”，20 余個中國文化元素被永久地鐫刻在月球上。

成就三 北斗導航

我國在2000年、2012年分別建成北斗一號、二號系統，向國內、亞太地區提供服務；2020年7 月，北斗三號全球導航系統全面建成并開通全球服務，目前定位精度、授時精度等系統性能指標均達到國際一流水平。

成就四 “三高”觀測

我國已具備高空間分辨率、高時間分辨率和高光譜分辨率觀測能力，“三高”觀測在國民經濟建設和社會發展中得到廣泛應用，已成為重要信息技術支撐。

成就五：天問探火

2021年5月，“天問一號”探測器成功著陸在火星預選著陸區，在火星表面開展巡視探測，一次任務實現環繞、著陸和巡視探測，成為第二個在火星成功著陸探測的國家，開啟了行星探測的新征程。

這些重大航天工程的成功實施，標志著我國從航天領域第二梯隊邁入第一梯隊，進入世界航天強國行列，航天工作者將不忘初心，繼續努力，為探索宇宙繼續貢獻力量；仰望星空、腳踏實地，奮力開創新時代中國航天的美好未來！

Part 4"期待！無限可能

“地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠生活在搖籃里。”對宇宙的探索，未來，有無限可能！

未來太空城

地球是否是唯一適合人類生存的星球？浩瀚宇宙中是否有其他的家園？人類能否在太空中建造城市……千百年來，人們在不斷追尋這些問題的答案。

2022 年底，中國舉一國之力獨立自主完成了中國空間站建造，建成了國家級太空實驗室，這是一個持有合作和開放態度的人類太空之家，也讓我們對未來太空城市的建設有了更為切實的期盼。

一座太空城市不僅僅需要強大的科技實力，更要考慮到它的可持續發展能力，要保證它的可持續發展，就需要考慮很多方面。

首先是太空港，這是一座太空城市的關鍵。太空港可以停靠來自不同國家的載人或者載貨飛船，方便太空城的生活和工作人員可以隨時往返于天地之間。

其次要考慮生命保障。在太空中最寶貴的就是氧氣和水，如何為長期生活在太空成中的人們提供安全有效的生命保障就成了關鍵，可循環的再生氧氣和再生水、清潔能源的使用、無土栽培的食物等都很重要。

同時，還要考慮到心理健康問題。太空生活必定會面臨活動空間的問題，面對狹小空間，人類的心理健康問題遠高于生理健康問題，如何為太空城中的居民提供健康的娛樂活動也是太空城建設需要考慮的關鍵問題。

太空實驗室

我國載人航天工程的目標之一就是建造中國空間站、建成國家級太空實驗室。30 年來載人航天始終秉承航天人搭臺、科學家唱戲、老百姓受益的原則，在科學實驗和技術試驗方面取得了豐碩成果。空間站階段更是加強了空間科學實驗的占比，數千項科學試驗已在有條不紊地策劃進行，并逐步進駐空間站。例如：在太空微重力環境下，可以將科學實驗樣品懸浮固定在無容器柜中，先加熱熔化，再冷卻凝固，這樣就能夠獲得純度高且均勻的材料。無容器材料實驗柜中已開展多項關鍵研究項目，實驗中產生的大量數據，將為在地面制造出質量更高的材料以及探索新材料提供指導。

太空大課堂

2013年6月20日10時，一堂來自太空的科普課電視直播刷新收視紀錄。通過女航天員王亞平的講解和展示，太空中進行的水膜實驗、單擺運動實驗、陀螺運動實驗生動呈現在全國6 000 多萬中小學生眼前。2022 年10 月12日的太空課堂中， 中國航天員邀請了青少年朋友們同步“天地”做實驗。在現在的空間站上，太空課堂更是成為系列科普課堂，內容也正在逐步增加科學性和前沿性。隨著我國航天科技的不斷進步，將會有更多的太空課堂帶領我們探索宇宙的奧妙。

開始！認識宇宙

◎關于宇宙的奇思妙想

◎地球不是宇宙中心？

◎宇宙是如何形成的？

注意！“宇宙套娃”

◎第一層：地月系

◎第二層：太陽系

◎第三層：銀河系

◎第四層：本星系群

◎第五層：室女座星系團

◎第六層到第十層

高能！飛向太空

◎探秘航天發射場

◎縱覽航天新成就

期待！無限可能

◎未來太空城

◎太空實驗室

◎太空大課堂

（責任編輯：李睿嫻）

（特別感謝中國航天空間研究院團委對本文的大力支持）