黑格尔说:“一个民族要有一些仰望星空的人,才会有希望。”仰望星空,探索宇宙,是人类诞生以来,一直孜孜不倦地追求。我们可以从众多的考古发现和文献记载中,一窥端倪。
约5300年以前,古美索不达米亚人创造了人类历史上的第一部星图。约3600年前,我国商代的甲骨卜辞中,有丰富的天象记录,如彗星、月食、日食等。2600多年前,古希腊人泰勒斯,准确预测了公元前585年发生的日食,并确认了小熊座。几千年前,人类已经揭开了星空神秘面纱的一角。现在,人类更是把探索的触角,延伸到更远的太空。
灿烂的星空、浩瀚的太空、无边的宇宙、人类探索的历程,以及空间科学与太空旅行,这些专业深奥的天文知识,如何让孩子们轻松接受和理解呢?英国作家西蒙·泰勒深谙其道。
西蒙·泰勒不仅是作家,还是插画家和设计师。他擅长用图形解释宇宙探索领域的概念和原理,从而使晦涩难懂的专业知识变得简单易懂。为此,他特地创作了《去更远的太空》,这是一部写给7—9岁孩子的天文书。
《去更远的太空》是全新空间科学与太空旅行的图解指南,详细介绍了行星、恒星、黑洞和宇宙,以及人类为探索太空而设计的火箭、空间站和运载火箭等,不仅帮助孩子获得丰富的天文知识,也帮助孩子开拓视野、拓展思维。
01、从美索不达米亚星图到牛顿运动定律,揭秘天文学的传承与变迁
人类对星空的仰望、对宇宙的探索,是永无止境的。《去更远的太空》细数了人类对宇宙的认识过程,揭示了天文学的传承与变迁。
当人类历史上第一部星图在古美索不达米亚诞生,这文明的曙光照亮的不仅是两河流域,更是整个人类世界。
斗转星移,日月如梭。5000多年后,古希腊—罗马时期的科学家托勒密,根据自己的观测以及古希腊科学家喜帕恰斯的观测,同美索不达米亚星图结合起来,创立了地心学。地心学认为,太阳、月亮、恒星和行星都围绕着地球旋转。文艺复兴前的一千多年内,地心说被广泛认可。
15世纪时,波兰天文学家哥白尼基于自己对行星运动的观测,提出了日心说。哥白尼认为,太阳是宇宙的中心,行星围绕着太阳公转,而月球围绕地球公转。日心说的提出,改变了人们的宇宙观,是天文学上的革命。
地心说和日心说,是人类认识宇宙的两个里程碑,虽然观点是错误的,却是人类认识宇宙的真实缩影,更是人类探索宇宙的光辉历程。
17世纪时,德国天文学家开普勒对行星运动进行了精细研究,发现了行星运动的三大定律。第一定律表明,行星绕太阳公转的轨道是椭圆轨道。第二定律表明,行星运行速度的大小取决于行星在轨道上的位置。第三定律表明,行星距离太阳越远,公转一圈所需的时间就越长。开普勒定律是第一个精确描述行星绕太阳公转运行的定律,并且适用于宇宙中一切绕心的天体运动,所以开普勒赢得了“天空立法者”的美名。
开普勒之后,牛顿提出了万有引力定律和运动定律,真正解释了宇宙中万物因引力影响而导致的运动和相互作用,对天文学和物理学产生了重要的影响,为后来太空探索和太空旅行提供了重要理论依据。
最初,人类只是充满疑惑地仰望星空。历经几千年的不懈探索,人类终于一步步揭开了天体运行的秘密。这是人类探索太空,迈出的一大步。伴随这一步的迈出, 人类对太空的探索之旅加速前行。但是,这一步并不是平坦,意大利科学家布鲁诺因为捍卫日心说而被烧死,成为捍卫真理的殉葬者。所以,这段漫长的探索旅程不仅充满希望和挑战,也充满艰辛和残酷。然而,人类勇于探索和献身的崇高精神,把深邃的夜空照耀得更加璀璨。
02、从太阳系到银河系,揭秘天体的演化和人类未来的命运
2019年初,电影《流浪地球》的热映,掀起了一波科幻热。电影讲述的是太阳即将毁灭,地球已经不适合人类生存,而面对绝境,人类开启了“流浪地球”计划,在危机四伏的太空中寻找新的家园。在未来,太阳真的像电影中说的那样会毁灭吗?《去更远的太空》给出了科学的答案。
太阳中心的核聚变反应会产生巨大的能量,这股庞大的能量以辐射(包括光和热)的形式传播出去,没有太阳产生的光和热,就没有地球上的生命。太阳至今已经有46亿年的高龄,令人欣慰的是它仍有足够的核燃料再保持50亿年的稳定。
50亿年后,太阳中的氢核聚变停止后,从核心向外的力的能量消失,太阳会因为自身的引力开始向核心坍缩。坍缩过程中,核心的温度开始升高。核心温度升高点燃核心外层,于是再次产生从内向外的力。但是这些燃烧的外层不如核心的密度高,所以向外的力会超过引力并导致太阳向外膨胀,渐渐地太阳就演化成红巨星。
太阳成为红巨星后,会造成什么样的后果呢?在变成白矮星之前,它会吞噬掉水星、金星,甚至会吞噬掉地球。所以说,《流浪地球》中的故事设定,是有科学依据的。当人类知道,太阳的演化决定了整个太阳系的命运,并且这是不可逆的现实,那么更深入地探索宇宙,就成为人类必需的使命。
我们的家园太阳系位于银河系中,而银河系也只是宇宙中的沧海一粟。银河系有上亿颗恒星组成,是巨大的漩涡星系。银河系会绕着自身的中心——银心旋转。组成银河系的恒星形成从银心向外的旋臂,而太阳和太阳系位于猎户—天鹅旋臂上。这就是太阳系在银河系中的位置,以及太阳系和银河系的关系。
地球和太阳系的其他几颗行星,并不是宇宙中仅有的行星,还存在系外行星。但是行星反射的光比它们所环绕的恒星发出的光暗很多,所以至今人类也很难直接看到围绕遥远恒星旋转的行星。人类一直在寻找和地球类似的适宜生命生存的行星,这是人类探索宇宙最重要的目的之一,即寻找新的家园。
唐代诗人张若虚写下了著名的诗句:“江畔何人初见月?江月何年初照人?人生代代无穷已,江月年年望相似。”在古人的认识里,月亮是永恒的。然而,事实却并非如此。就像太阳虽然已经照耀了地球46亿年,但是50亿年后它终将走向生命的终点。未来的人类能不能找到新的家园,我们不得而知,我们需要做的是在寻找新家园的漫漫征程中踏出坚定的步伐。
03、从人造卫星到深空运动飞船,揭秘太空旅行的过去、现在与未来
几个世纪以来,许多科学家和天文学家都梦想着实现太空旅行,但是直到20世纪火箭技术的发展,才让梦想成真。如果沿着人类历史的脚步向前追溯,就会发现古人对飞天的执着,不逊于今人。
我国明代的万户,堪称“世界航天第一人”。他把47个自制的火箭绑在椅子上,自己坐在上面,两只手各拿一个大风筝,然后叫人点火发射。他想利用火箭的推力和风筝的升力飞上高空。但不幸的是,火箭发生爆炸,万户壮烈牺牲。万户飞天的计划虽然失败了,但是他借助火箭推力升空的设想为世界首创,他开创了人类飞天事业的先河,在人类航天探索史上写下了浓墨重彩的一笔。
在几个世纪里,无数科学家和天文学家,为太空旅行付出了艰辛的努力。直到1957年,苏联的一枚运载火箭搭载着第一颗人造卫星斯普特尼克一号直冲云霄,标志着人类进入太空时代。1961年,苏联宇航员尤里·加加林乘坐东方一号航天器,绕地球一周,完成了世界上首次载人宇宙飞行,实现了人类进入太空的梦想。
人类实现太空飞行后,航天史上划时代的壮举,是“阿波罗”计划。登月计划比太空旅行难度更大,需要更巨大和复杂的指令舱,以及更强大的火箭。美国人首先实现了这一宏伟目标。1969年,阿波罗11号搭载航天员阿姆斯特朗、奥尔德林和科林斯进入绕月轨道。阿姆斯特朗和奥尔德林搭乘登月舱降落至月球表面。阿姆斯特朗成为第一位踏上月球的人,随后奥尔德林也踏上月球。两人一起拍摄照片,并采集了月岩和月壤的样本,然后返回登月航,成功返回地球。
美国登月计划大获成功后,苏联将第一个空间站“礼炮号”发射升空。空间科学迎来了蓬勃发展的时代。天空实验室、国际空间站,以及各种空间探测器和空间望远镜,应运而生,担负起探索宇宙的新使命。
虽然近几十年太空技术有着惊人发展,但是建造这些搭载人类的航天器费用十分庞大。所以,未来需要更先进、成本更低的航天器。于是,太空发射系统、深空运动飞船等成为未来主要的研发项目。这为未来的登陆火星计划,翻开了新篇章。
法国思想家帕斯卡尔有一句名言:“人是一支有思想的芦苇。”诚然,在茫茫宇宙间,人的生命像芦苇一样脆弱,但是人因为思想而伟大。从万户利用火箭向太空搏击到载人宇宙飞船遨游太空,正是先进思想的火光,照亮了人类探索宇宙的道路,缔造了人类的光荣与梦想。
《去更远的太空》知识量爆棚、专业度爆表,而西蒙·泰勒用简洁易懂的文字和明净清晰的插图与图表,让学习太空知识变得生动有趣,即便是儿童也能轻松接受。如果你的孩子想成为下一个飞向太空的人,或是想成为执行火星任务的第一人,那么《去更远的太空》无疑是最好的敲门砖。
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