6.3.3.4冬季星空
冬季虽然寒冷，但星空却极其壮丽。冬天，是一年四季中亮星最多的季节，有不少星座都非常好认。
猎户座是冬季星空的重心。入夜后，就可以看到三颗排列整齐的亮星，民间说的“三星高照”就是他们了。
冬季星空有一个著名的三角、一个美丽的椭圆：
冬季大三角——冬季的星空相当的热闹，而其中猎户座是最具代表性的“冬夜之王”，在其腰带的三颗星下为著名的M42星云，以肉眼变隐约可见，由猎户座的参宿四、大犬座的天狼星（全天最亮恒星）以及小犬座的南河三，形成了冬天里的正三角。
冬天大椭圆---金牛座毕宿五、御夫座的五车二、双子座的北河三、小犬座的南河三、大犬座的天狼星及猎户座的参宿七，六颗一等星围成了壮观的冬季大椭圆。从天狼星往右下可发现全天第二亮星，乃是船底座的老人星，在我国古代是七大福星之一。
6.1宇宙探测[1]6.1.1人类探测宇宙的历程6.4.1.1从“天圆地方”到日心地动说的创立古时候，人们每天看到太阳、月亮和星星东升西落，仿佛看到一个巨大的圆穹形的“天”绕着大地不停地转动。在中国西周时期，生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为，天穹像一口锅，倒扣在平坦的大地上，这就是天圆地方说；后来又发展为后期盖天说，认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕，而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子，大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地在几只大象上，象则站在巨大的龟背上。公元前7世纪末，古希腊的泰勒斯认为，大地是浮在水面上的巨大圆盘，上面笼罩着拱形的天穹。
最早认识到大地是球形的是古希腊人，在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。这一观念为后来许多古希腊学者所继承，但直到1519年～1522年，葡萄牙的麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后，地球是球形的观念才最终被证实。公元2世纪，托勒密提出了一个完整的地心说。这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动，月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星都在以不同速度绕着地球旋转。地心说曾在欧洲流传了1000多年。
1543年，哥白尼提出科学的日心说，认为太阳位于宇宙中心，而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转的普通行星。到16世纪哥白尼建立日心说后才普遍认识到：地球是绕太阳公转的行星之一，而包括地球在内的八大行星则构成了一个围绕太阳旋转的行星系——太阳系的主要成员。1609年，开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转，发展了哥白尼的日心说，同年，伽利略则率先用望远镜观测天空，用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年，牛顿提出了万有引力定律，深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因，使日心说有了牢固的力学基础。在这以后，人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。
（1）望远镜开拓人类的视野
1608年，荷兰眼睛制作商列伯斯在一次偶然的机会中发明了望远镜。1609年意大利物理学家、天文学家伽利略在得知这一消息后，很快弄清了其原理，亲手制作了第一架望远镜，并不断加以改进。伽利略利用他的望远镜观测到了月球表面的环形山、金星位相和太阳黑子，发现了木星的四颗卫星、茫茫银河中无数的恒星组成等。当年伽利略刚刚把它的第一架望远镜指向天空，就发现了很多用肉眼看不见的恒星。望远镜的使用使人类的视野大大扩展，并使人们有可能重新构思宇宙的结构。后来人们每把望远镜改良一次，就能发现一大批更多、更暗的恒星。
1718年，英国天文学家哈雷通过他的观测和分析古星图，首次指出恒星不动的概念是错误的。牛顿曾用他的天体力学理论论证彗星也是一种行星，是一种沿偏心率较大的椭圆轨道运行的一团云雾状物质，其运动也服从开普勒行星运动定律。1682年8月，正当牛顿致力于解决开普勒遇到的几个问题时，夜空中出现了一颗明亮的大彗星，在彗星头部后面拖有一条弯弯的、引人注目的彗尾。哈雷对这颗又大又亮的彗星在星空中的位置及其逐日变化，做了认真的观测记录。望着天上的那颗大彗星，哈雷想起了牛顿，为了进一步确定该彗星的轨道，他拜访了牛顿，结果他们很快成为好朋友。当时，哈雷搜集了大量有关彗星的资料，考察了300多年来有关彗星的历史记载，编制了一张列有各彗星出现的时间、位置及运行路线的表。经过反复计算分析，哈雷认为这是一颗周期彗星，周期是76年，他大胆预言这颗彗星将在1758年底或1759年再一次回归近日点。哈雷本人于1742年逝世，享年86岁。1759年3月，这颗彗星如期出现，基本符合哈雷的预言。后来人们为了纪念他，把这颗彗星命名为“哈雷彗星”。
6宇宙的探索科普通鉴·宇宙演进（2）走出银河系18世纪中叶，莱特、康德和朗伯推测，满天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。弗里德里希·威廉·赫歇尔采用取样统计的方法，用望远镜测出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例，并在1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差不齐、太阳在中心的银河系结构图，从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中，沙普利发现了太阳不在银河系中心，奥尔特发现了银河系的自转和旋臂，许多科学家对银河系直径、厚度进行测定，科学的银河系概念才最终确立。
18世纪中叶，康德等人还提出，在整个宇宙中存在着无数像银河系那样的天体系统。当时看上去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折探索历程，直到1924年才由哈勃用造父视差法测出仙女座大星云等的距离，进而确认了河外星系的存在。
到了19世纪，光谱分析开始运用在天文学中。1863年，英国业余天文学家、光谱分析术的先驱者哈金斯发现恒星光谱与太阳系物质光谱的相同性，证明了宇宙中物质成分的同一性。1864，哈金斯又从光谱分析中证实了弥散星云的存在。19世纪下半叶，通过观测恒星光谱的红移来确定天体运动的工作也已开始。
近半个世纪，人们通过对河外星系的研究，不仅发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统，而且使我们的视野扩展到大约200亿光年的宇宙深处。
（3）宇宙探测的热点
近年来，物理学家综合最新的宇宙探测资料，包括宇宙微波背景辐射、星系团、超新星等，得出惊人的推论：人类认知的宇宙实际上只占宇宙全部物质及能量总和的不到5%，也就是暗物质及暗能量占宇宙整体的绝大部分。为此，美国国家科学基金会及能源部委由17位知名物理学家组成的顾问委员会，规划了未来宇宙科学探索的目标。该委员会最后提出了具体建议，将下列几个物理基本问题作为21世纪探索宇宙科学的主要方向。
1）解开暗能量的奥秘。宇宙中充满的暗能量使宇宙得以持续加速膨胀，似乎应有一个能解释这种机制的量子理论做后盾。就目前所知，暗能量可能和提供物质质量的希格斯场有关。美国于2001年发射的宇宙微波探测卫星（WMAP），主要的目的就是观测宇宙诞生时就产生的并且至今仍被记录的微波辐射。由这个卫星收集到的资料显示，宇宙的时空几何形状是平面式的，宇宙的年龄是137亿岁，构成宇宙的成分中，可见的物体（银河、星体等）只占4％，暗物质占23％，其余73％全是暗能量。暗能量的发现充分地体现了人类认知过程又走进了一个新的领域，它向人们显示了这样的认知图景：宇宙中所占比例最多的反而是最迟也是最难为我们所知晓的。一方面人类现在对宇宙奥秘的了解越来越多，另一方面我们所要面对的未知也越来越多。而这日益深远的未知又反过来不断刺激着人类去探索宇宙的真相。
2）尚未发现的自然界定律。过去30年来，凭借量子力学的理论及实验验证，物理学家已建立起颇为成功的物质基本粒子标准模型，人们得以更了解物质、能量、时间及空间的物理定律及基本粒子。量子理论虽能成功地描述物质基本粒子的微观部分，却未能适用于宏观的宇宙科学，因此必须导入新的作用力及粒子才能克服应用上的问题。这似乎显示出，尚有其他自然界的定律没有被科学家发现，暗物质、暗能量等也应有自己的理论，这才能使物理定律体系更为完整。
3）更多纬度的空间。弦理论是一种更深层的物理理论。弦理论探讨的是多维时空，而我们现实空间只是三维的，加上时间也不过是四维时空，那么多维时空究竟有什么特性呢？如能证实这些额外的维度空间确实存在，将是人类历史上划时代的大事，除了能改变对宇宙起源及演化的了解外，也可能重塑我们对时空的固有观念。
4）基本作用力的来源。追本溯源，宇宙中所有的基本作用力及粒子都可能互有关联，并且所有的作用力可能源自单一的“大统一作用力”。如经证实，则爱因斯坦生前期望的“大统一理论”将得以实现。
为何有众多的基本粒子？为何已发现的夸克及轻子都各有三组家族成员？为何各组相对应的成员间彼此的质量差异颇大，但其他物理性质，如带电量、自旋等则相同？各粒子的功能、角色是什么？宇宙中全部基本粒子共有几种？能否找出规则，把所有基本粒子依序排列，如同把化学元素排列成化学周期表一样？或许各种基本粒子只是超弦理论不同形态的表现，又或许各种粒子可借“大统一力场”或其他尚未明了的自然法则理论来建立彼此的关联。
6.4.2中国的宇宙探索
天文学在人类早期的文明史中占有非常重要的地位，是人类历史上最早出现的精密科学。中国是世界上天文学发展最早的国家之一，在战国、秦汉时期就已经形成了以历法和天象观测为主体的天文学体系。在二十四史中有专门的《历志》《律历志》及《天文志》记载这些资料。
在1957年10月苏联成功发射人类第一颗人造地球卫星后，1958年5月，毛泽东主席发出“我们也要搞人造卫星”的伟大号召，同年8月将建造人造卫星列入发展规划，命名为“581”任务，并由中国科学院具体承担。为此，成立了以钱学森任组长、赵九章任副组长的“581”组，开展人造地球卫星单项技术研究工作。
1970年4月24日，中国发射“长征1号”火箭，将第一颗人造卫星“东方红一号”准确送入预定轨道，卫星向全世界播放《东方红》乐曲，宣布了中国已经进入太空领域，拉开空间探测的序幕，也标志着中国成为世界上第五个掌握自主研制并发射人造地球卫星技术的国家。
1975年8～10月在钱学森主持下召开了全国第一次遥感规划筹备会议，标志着遥感探测正式成为国家重点发展项目。同年，我国第一颗返回型人造地球卫星发射成功，成为世界上第三个掌握卫星返回技术的国家。1984年通信卫星“东方红二号”发射成功，标志着中国是世界上第五个能发射地球静止轨道卫星的国家。1985年长征系列运载火箭投入市场，先后为一些国家发射了卫星。
1992年中央军委批准载人飞船工程，中国的载人航天工程正式启动。1999年11月21日凌晨3时41分，中国发射的第一艘试验飞船“神舟一号”在完成了空间飞行试验后，在内蒙古自治区中部地区成功着陆。截至2002年，我国成功地进行了4次无人飞船的发射和回收试验，为载人航天进行了多方面的充分准备，同时进行了包括对地观测在内的多项科学实验。
2000年11月22日，我国政府首次公布了航天白皮书，第一次提出要“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”。经过专家的反复研究论证，确定中国月球探测工程，将分“绕”“落”“回”3个发展阶段实施。
2003年10月16日，“神舟五号”载人航天飞船在内蒙古主着陆场成功着陆，航天员杨利伟在近地轨道完成绕地球飞行14圈后，自主出舱。中国首次载人航天飞行取得圆满成功，标志着中国空间探测进入新的历程。
2007年10月24日，中国首颗探月卫星“嫦娥一号”承载着中华民族千年的奔月梦想从西昌卫星发射中心发射升空，11月5日准确进入月球轨道，11月26日，中国第一幅月球可见光图片完美亮相。这是继人造卫星、载人航天之后，中国航天活动的第三个里程碑。
6.4.3国外的宇宙探索
在古代，人们只能用肉眼观测天体。2世纪时，古希腊天文学家托勒密提出的地心说统治了西方对宇宙的认识长达一千多年。直到16世纪，波兰天文学家哥白尼才提出了新的宇宙体系理论——日心说。到了1609年，意大利天文学家伽利略独立制造折射望远镜，首次用望远镜看到了太阳黑子、月亮上的环形山、木星的卫星和银河里密密麻麻的星星，从此天文学跨入了用望远镜观测、系统研究天象的全新时代。