《太空全書》：圖解廣袤的太空與人類的渺小

自古以來，廣袤的星空一直對人們有著無窮的吸引力。早在公元前，人們就開始觀測星空。

1973年11月，長沙馬王堆三號漢墓出圖了一份西漢初年（公元前168年）的帛書，人們稱其為《天文氣象雜佔》。這份距今2000多年的帛書中，記錄了古人繪製的20多種形態各異的彗星。

《天文氣象雜佔》繪製的彗星

研究者整理的《天文氣象雜佔》中出現的29種彗星圖

2000多年後的今天，人們對於太空的好奇心並沒有隨著科技發展而減少。科學家們仍然在孜孜不倦地觀測、研究著同一片星空。太空好像一座隨著科技發展，不斷「升級改造」的迷宮，總能為人類提供新的未解之謎，吸引著不同時代的人們持續探索。

黑洞內部是什麼樣的？

組成宇宙的暗物質是什麼？暗能量又是什麼？

「太空」中只有一個宇宙嗎？

這些新時代的天文謎題不僅是科學家感興趣的研究內容，還是眾多科幻電影和小說的題材，也讓我們普通人好奇不已。不過科幻電影和小說並沒有解答我們的全部疑問，我們還想知道科學家們是如何解釋這些問題的。

美國物理學教授詹姆斯·特賴菲爾所寫的《太空全書：蒼穹之上丈量宇宙》，就能解答我們關於太空的多種疑問。

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我們先來了解一下《太空全書》的作者——詹姆斯·特賴菲爾。

詹姆斯·特賴菲爾出生於1938年，在史丹福大學獲得了物理學博士學位，研究領域包括粒子物理學、流體力學、醫學物理學和地球科學 。

詹姆斯不僅從事理論研究，也致力於科普寫作。他出版了20多本書和多篇文章，並廣受好評。

2000年，美國物理學會授予詹姆斯獲得了安德魯·傑曼特獎，獎勵他把物理學和藝術與人文科學相融合；

2007年，該學會又將科學寫作獎頒發給詹姆斯，獎勵他在《天文雜誌》上發表的文章「宇宙的前進方向在哪裡」。

下圖是詹姆斯出版的部分著作的英文封面，你找到《太空全書》在哪兒了嗎？

《太空全書》第一版出版於2012年，受到廣大讀者的喜愛。2019年，《太空全書》重新修訂整理，出版了第二版。

《太空全書（第二版）》分為太陽系、銀河系、宇宙和天文學理論四部分，匯集了關於太空的多種內容，包括：

星系與星體的誕生現狀、組成；天文學的基本理論和工作方法；最新的理論預測等。

不過，與其說《太空全書》是一本天文學科普書，不如說它是一本天文學「圖冊」。其實，《太空全書》的英文版書名直譯成中文就是「太空圖集」。因為這本書使用了用大量彩圖為讀者展現了眾多星體的真實面貌、星體之間的關係結構、天文理論圖解等信息。

《太空全書》最讓人印象深刻的也是書中的圖片。這本書幾乎每一頁都有高清彩圖，更有大量圖片採用了對頁印刷形式。這本書的印刷和裝訂工藝，更讓這些圖片震撼人心。

高級啞粉紙四色印刷還原了星體的閃耀光芒；

鎖線膠釘的裝訂工藝，能讓我們把書180度平攤欣賞對頁全景大圖。

哈勃空間望遠鏡捕捉到照片。拍攝的是麒麟座V838突然膨脹，加熱並且照亮了周圍塵埃雲的殼層

因此，每當我翻看這些大幅對頁彩圖時，常常感覺我不是在翻看一本書，而是翻閱整個宇宙。

旅行者2號拍攝的天王星全球拼接圖；藍綠色是因為天王星大氣中的甲烷

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《太空全書》都有哪些圖片呢？

這些圖片按內容，大致可分為4類：

第一類：實拍圖

實拍圖由多種專業望遠鏡和太空探測儀所拍，展現了星體的真實面貌。這些「天文之眼」不僅能去到更深遠的太空，還能看到肉眼看不到的現象。

下圖是歐洲航天局羅塞塔號探測器拍攝的67P/丘留莫夫—格拉西緬科彗星的特寫。拍攝時，探測器距離彗星表面只有85千米，差不多只有兩個全程馬拉松的距離。（全程馬拉松為42.195千米）

為什麼專業的設備能看到肉眼看不到的現象呢？

我們只能用肉眼看見可見光。但光除了可見光外，還有其他光線。比如：紅外線、紫外線等。我們平時用肉眼看到星星，是因為這些星星發出或者反射了可見光。但如果這些星星發出或者反射的光是不可見光，我們就無法用肉眼看到。

而專業的望遠鏡可以搜集這些光線，幫我們「看到」這些星體。這些專業望遠鏡有：

X射線望遠鏡：使用在波長比紫外線更短的電磁波。

紫外線望遠鏡：使用于波長比可見光短的電磁波。

紅外線望遠鏡：使用在比可見光長的電磁波。

次毫米波望遠鏡：使用在比紅外線更長的電磁波。

《太空全書》中的一些照片就是專業望遠鏡的實拍圖。

下圖是斯皮策空間望遠鏡拍攝的螺旋星雲的紅外圖片。

下圖是發出紅外線的星雲RCW120。

不過，有些《太空全書》中的實拍圖片是「美容」之後的結果。

比如：水星全球拼接圖。

雖然這幅圖並不是原始的實拍照片，但這幅修飾後的圖片卻可能更接近水星的真實狀態。因為這是科學家處理了大量觀測數據，整合了22000張圖片之後的結果。這些海量數據讓這幅圖片的細節更接近真實，相比單張實拍圖片合成圖片的細節也更為豐富。（見下圖）

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第二類：全景圖

《太空全書》使用了大量的全頁、全景彩圖展現星體細節和星繫結構。這些圖包括：

北半球和南半球星空圖不同季節的星空圖；

太陽系各大行星的全景圖，以及所有行星附屬衛星的全景圖；

太陽系以及太陽系外行星系統全景圖；

星系的音叉分類圖等。

文章空間有限，我選取書中部分圖片拍攝如下：

北半球夏秋季節星空圖；

土星全景圖和土星的衛星圖；

冥王星實拍全景圖；

太陽系的全景圖；

太陽系和外行星系統的全景圖。

全景圖除了能讓我們全方位地看到星體細節之外，還有什麼用呢？

你發現沒有？上面的最後兩張圖片，也就是太陽系全景圖和太陽系外的全景圖，如果是人為拍攝的，那麼這個人拍攝時，一定不在地球。這種「非地球視角」就是這些圖片的作用。

這些由專業航空設備在地球之外拍攝的圖片，能讓我們跳出習以為常的、以地球為中心的觀星視角，從太空的角度俯視星體和星系，為我們認識太空提供了全新的思路。

此外，全景圖不僅能讓我們從全新的角度觀察太空，還能讓我們從更廣闊的視角了解太空。

比如：能讓我們一次性看到銀河系附近的75個星系的哈勃星系分類。

什麼是哈勃星系分類？

太空中有多種星系，天文學家根據視覺上的星系外觀將星系劃分成不同的種類。星系分類的方法有好幾種，最著名是由美國著名天文學家愛德溫·哈勃1926年提出的哈勃序列分類法。（你想的沒錯，哈勃天文望遠鏡就是用他的名字命名的。）

愛德溫·哈勃

這種分類法無論在專業的天文研究領域還是業餘天文學的觀測中，都是最常用的星系分類法。由於這種分類法中星系的圖形表示法很像音叉的形狀，所以也稱為哈勃音叉分類法。後來，其他科學家又對這種分類法進行了擴充。

哈勃星系分類法把大部分的星系分為三類：橢圓星系、透鏡星系和螺旋星系，第四類則是看起來形狀不規則的不規則星系。

《太空全書》中的圖片展現了銀河系附近，75個星系的哈勃星系分類圖。我們在這一張圖中，就能看到銀河系附近「千姿百態」的星體外型。可謂，「一圖打盡銀河系內外星系」。

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第三類：示意圖

科普書的最大作用是通俗易懂地解釋科學。所以，衡量科普讀物優劣的方式之一是，作者能否把抽象的科學理論用淺顯易懂的方式講解給讀者。好的科普書，可以讓沒有專業基礎的讀者輕鬆看懂。為此，科普書作者不僅要把高深的專業知識轉化為普通人能看懂的「大白話」，有時還需要給這些「大白話」配上解說圖，便於讀者理解。《太空全書》就是如此。

《太空全書》沒有把解釋科學理論的任務都推給文字，也讓圖片承擔了一部分理論解釋工作。

比如，解釋廣義相對論的中心原則之一：質量的存在會使時空扭曲。

詹姆斯為了讓讀者看到廣義相對論的這兩個原則，不僅用文字形象地把時空比喻成抻開的、打上了標準長方形網格的橡膠薄片，還在書中配了一張大圖。

從這張配圖，我們能看到：

一個大的黃色球壓在橡膠薄片上，而薄片上在大球附近的格子，不再方方正正，而變成了菱形。而小的紅色球周圍的格子，變形不太明顯。

由於球有重量（準確說是質量），所以球壓在橡膠薄片上之後，薄片上的格子從長方形變成菱形。

詹姆斯用球壓薄片，說明時空（橡膠薄片）是如何被質量（球）扭曲了的（長方形變成菱形）。

不過，《太空全書》裡最讓我覺得驚奇的，卻是兩張看起來平淡無奇的餅狀圖。

這兩張餅狀圖展示了構成宇宙的物質組成。而讓我沒想到的是，竟然是暗能量組成了目前的大部分宇宙。而我們對暗能量卻幾乎一無所知。我們能通過各種儀器感知到的宇宙，只佔不到5%。換句話說，我們所了解的宇宙，可能都不是冰山一角，而是冰山上的幾片雪花。

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4.想像圖

可能你會問，為什麼科普書裡會有想像圖？想像圖不是真實的，有什麼好看呢？

首先，想像圖不代表完全虛構。有些想像圖依據的不是毫無根據的想像，而是科學理論。

比如：我們無法從銀河系外部俯視銀河系，只能看到銀河系這個巨大漩渦星系的一側。但我們通過測量和對其他天體的觀測，推斷出了整個銀河系的確切樣子。

藝術家們據此繪製出了從銀河系外部「看到」的銀河系全貌。這幅圖是銀河系現狀的真實再現，顯示出了銀河系擁擠的中心（中心有著緻密的星系核）和太陽系在銀河系中的位置。

你能看到下圖中的太陽系嗎？

其次，雖然有些想像圖的內容源於想像，但理念卻是真實的。

這些想像圖雖然不一定是真實場景的呈現，但卻能把抽象的科學論述轉變成直觀的視覺圖片。通過圖片，我們就能一目了然地理解科學理論。

比如：有些科學家認為，宇宙不止一個，而且不同宇宙中物理規律不同。

這些宇宙是什麼樣的呢？

藝術家們創作出了有著不同物理規律的多重宇宙同時誕生的過程。（見下圖）

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不過，《太空全書》用豐富的照片講解太空並不只是為了向讀者科普太空知識。

詹姆斯還希望讀者能夠：

看到太陽系之外，更為廣袤的宇宙；

了解到即使是銀河系，也只是宇宙中很小的、非中心位置的一個極其普通的星系；

認識到就連我們所處的宇宙都可能是眾多宇宙中的其中一個；

最終發現人類在有些誕生了一百多億年的星體中，萬分渺小。

你能在圖中發現我們所處的銀河系嗎？