星空的盡頭有什麼？走！去看浩瀚星河

↑一群國家地理控，專注於探索極致世界

當30多萬年前

最早的人類成員

第一次抬頭仰望星空時

對宇宙的好奇與探索

便永遠種在了我們心底

（措學仁瑪的星空，攝影師@南卡）

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從第一臺望遠鏡

到遨遊在地球上空的哈勃

我們窺探宇宙深處的瑰麗圖景

（今年迎來「30歲生日」的哈勃望遠鏡，圖片來源@NASA）

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從直徑幾米的天線

到口徑500米的「天眼」

我們接收可能來自地外文明的訊息

（近日宣布開始地外文明探索的「中國天眼」——FAST，攝影師@李子韜）

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從第一個緩緩升空的熱氣球

到咆哮著飛天的大火箭

我們拓展著人類的視野

（長徵五號B首飛成功，攝影師@陳肖）

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從第一顆人造衛星

到龐大的 國際空間站

我們在開拓著新的家園

（從發現號太空梭上拍攝的國際空間站，圖片來源@NASA）

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人類本身

也在無數先驅的帶領下

不斷向太空邁進

（1961-2018年曆年進入太空人數，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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如今

哈勃望遠鏡

迎來自己的「30歲生日」

「中國天眼」FAST

正式開啟了地外文明的探索

長徵五號B火箭

成功發射升空

一個宇宙大發現的時代

才剛剛開啟

我們為什麼要探索宇宙

宇宙中又有些什麼？

讓我們親自從地表出發

飛向星空的盡頭

去尋找答案

01

家園

旅程的開始

是我們自己的家園——地球

從高空俯瞰

一切細節都被抹去

這顆行星顯露出它的本色

板塊運動

為它帶來永不停歇的活力

（俄羅斯千島群島馬圖阿島上的火山爆發，圖片來源@NASA）

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覆蓋地表70%的水

是生命活動不可或缺的介質

（衛星影像展示了太平洋加利福尼亞寒流中浮遊生物的複雜分布，圖片來源@NASA）

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大氣和磁場

保衛著我們

免受過量輻射的傷害

保持著地表適宜的溫度

更重要的是

大氣中的21%是氧氣

大多數地球生物賴以生存

（上海上空的風暴，攝影師@何煒）

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大氣運動帶來了降水

有雨水滋潤的地方

植被繁茂、動物成群

（壩上草原羊群，攝影師@朱哲）

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大地表面

人類的城市

整齊劃一

（洛杉磯，攝影師@陳劍峰）

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38萬千米

我們進入月球軌道

荒涼的月面上

阿波羅登陸的遺蹟清晰可辨

這裡的大氣極為稀薄

這些痕跡將孤獨地留存數萬年

（NASA的月球勘測軌道器在距離月面僅24千米處拍攝到的阿波羅11號登月遺蹟，圖中LM所指的是登月艙，其周圍的月面上可以看到黑色的線條，那些是太空人移動的痕跡，其它箭頭所指為科學儀器放置的位置，圖片來源@NASA）

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7800萬千米

地球的「孿生姐妹」——火星

進入視野

它曾有過泛濫的洪水

和劇烈的火山活動

但如今

它的大氣和水流失殆盡

只剩下隕石坑、火山、沙丘

（火星水手谷，圖片來源@Kevin Gill）

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6-13億千米

穿越火星和木星之間的小行星帶

躲過這裡四處亂飛的石塊

我們來到了外太陽系

這裡是「巨人」的世界

木星

體積有地球的1300多倍

表面是氫元素組成的大氣

大氣之下壓力增大

氫氣變為液態金屬氫「海洋」

最內部是巖石和冰組成的內核

（木星大氣，圖片來源@NASA）

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土星

情況和木星相似

氣態和液態氫外層佔據了大部分體積

使得土星的密度僅有0.69克每立方釐米

比水還要輕

（卡西尼號拍攝的土星及其巨大光環，這個距離上看地球只是一個「黯淡藍點」，圖片來源@NASA）

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在這兩顆巨行星的周邊

有著數十顆衛星環繞

儼然是縮小版的太陽系

這些衛星大多表面凍結

但在冰面之下

很可能存在液態水

（木衛二地表被冰層覆蓋，冰上的紋路在太空中亦可見，仿佛盤根錯節的植物根系，而冰面之下很有可能有液態水，圖片來源@NASA）

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有的則擁有濃密的大氣

地表形成了充滿有機物的甲烷海

（土衛六地表可能存在甲烷海，圖片來源@NASA）

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59億千米

這裡的天體變得越來越陌生

天王星和海王星

兩顆巨大的氣態巨行星闖入視野

因為距離太陽過於遙遠

它們的表面溫度低至零下二百多攝氏度

肅穆幽靜的巨大星體和同樣冷漠的衛星

在黑暗中發出神秘的光芒

（海王星的「微笑」，其中較小的天體是海衛一，照片由旅行者2號拍攝，圖片來源@NASA）

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然而

我們才剛剛邁出家門口

整個太陽系

有著更加龐大的結構

（太陽繫結構，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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海王星之外

無數的石頭、冰塊

組成了一個寬約 1500億千米的區域

柯伊伯帶

（柯伊伯帶天體，圖片來源@NASA）

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柯伊伯帶之外 又數萬億千米

是籠罩整個太陽系的奧爾特雲

數千億顆質量更小的天體

在這裡遊蕩

（一顆從奧爾特雲飛入內太陽系的彗星，圖片來源@NASA）

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然而在空曠的空間中

我們發現了一個人造物

旅行者1號！

它正孤獨地向著星辰大海航行

這是迄今為止

距離地球最遠的人類痕跡

（旅行者1號探測器進入星際空間的想像圖，圖片來源@NASA）

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告別旅行者1號

也就意味著離開了太陽系

告別了人類目前唯一的家園

前方

一個光怪陸離的世界在等待著我們

02

異星

1 -3000光年

太陽系外的空間中

充斥著塵埃和星際物質

但這裡同時也是一個

恆星世界

無數顆與太陽大相逕庭的恆星

在這裡閃耀

( 恆星分類，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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與太陽質量相當

或比太陽質量更小的恆星

按質量從大到小分別屬於

黃矮星、橙矮星和紅矮星（G、K、M型恆星）

(一顆年輕的紅矮星及圍繞它旋轉的行星想像圖，圖片來源@NASA）

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比太陽質量大的

則被稱為大質量恆星

它們溫度高

發出耀眼的藍光

(圖中央的藍色恆星是一顆巨星Zeta Ophiuchi，它向外發射的輻射和粒子吹動了周圍的塵埃，造成了漣漪，圖片來源@NASA）

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這些恆星並不孤獨

它們大部分 「兩兩為伴」

在彼此吸引下共同旋轉

被稱為雙星

( 雙星系統克卜勒-47想像圖，圖中發光的兩顆為兩顆恆星，而在其周圍的是圍繞雙星旋轉的行星，左側最近的行星為克卜勒-47c，是一顆氣態巨行星，右上角為行星克卜勒-47b，圖片來源@NASA）

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更有「三五成群」的

形成多星系統的

可以觀賞到三日同輝的景象

(從系外氣態巨行星HD 188553 Ab的一顆假想衛星上看到的三星系統，圖片來源@NASA/JPL）

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但是

恆星並非這裡唯一的天體

在恆星的光芒中

偶爾會出現一兩顆黑色的「斑點」

那是一顆行星的陰影

這些行星圍繞恆星旋轉

組成了完全不同於我們的恆星系

因此它們也被稱為

系外行星

( 行星克卜勒-16b想像圖，它是首個被發現的圍繞雙星系統運轉的系外行星，圖片來源@NASA/JPL）

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通過觀察恆星前的」黑斑「

我們發現在恆星世界之下

是一個更加多樣的

系外行星世界

它們有的 質量巨大

類似木星或海王星

被稱為

氣態巨行星或冰巨星

(一顆4倍於木星質量的系外氣態巨行星想像圖，圖片來源@NASA）

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有的質量比地球小

距離恆星距離近

類似水星

表面溫度高達700℃

(系外行星 Kepler-20e是第一顆被發現的比地球小的系外行星 ，圖片來源@NASA）

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質量介於地球1~10倍的

可能擁有巖石表面

以及穩定的大氣層

它們被稱為

超級地球

( 紅矮星TRAPPIST-1和它的七顆類地行星想像圖，圖片來源@NASA）

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這些行星與其母星的距離不同

有的距離很近

面對母星的一面

幾乎被烤焦

( 環繞其母恆星繞行的兩顆行星TRAPPIST-1b和TRAPPIST-1c，距我們40光年，圖片來源@NASA）

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有的則距母星遙遠

像天王星、海王星一樣冰冷

（環繞恆星HR 8799的行星，圖片來源@NASA）

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距離適中的鳳毛麟角

它們很可能孕育出

類似地球上的生命

( 系外類地行星克卜勒186-f想像圖，半徑約為地球的1.17倍，且位於紅矮星的宜居帶內，圖片來源@NASA）

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通過克卜勒望遠鏡的觀測

已經被確定的系外行星數量

多達

4241顆

（克卜勒候選行星，圖中大的球體是恆星，恆星表面的黑點，是其行星在經過恆星時遮擋部分光線形成的陰影，通過這種方式，我們得以發現系外行星的存在，圖右上角是木星經過太陽時留下的陰影以供參考，恆星的顏色越偏藍其溫度越高，越偏黃其溫度越低，圖片來源@NASA）

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但是對於整個銀河系而言

我們所看到的這個異星世界

還只是一個小小的角落

03

銀河

銀河系的天體

集中在直徑8萬光年的巨大盤狀區域中

被稱為銀盤

銀盤中間是一個長1.3萬光年的「棒子」

即星系棒

星系棒兩端伸出4條「觸手」

即旋臂

（銀河繫結構以及太陽系的位置，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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接下來

讓我們穿透旋臂

直達銀河系中心區域

3000-20000 光年

穿越旋臂十分危險

這裡擁擠而混亂

充滿氣體、塵埃、輻射

以及大量恆星

（馬頭星雲，圖片來源@Ken Crawford）

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當旋臂掃過星際空間

其中的物質被壓縮

大量新恆星形成

這些年輕的恆星組成鬆散的集團

稱為疏散星團

( 昴宿星團，也叫七姊妹星團，攝影師@朱陽）

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20000-25000 光年

走向星系核心的最後一段路

我們將穿越星系棒

這裡恆星數量更大， 密度極高

接近星系中心

恆星密度是太陽附近的500倍

恆星以難以想像的速度高速飛馳

（銀河系中心的恆星、塵埃和氣體景象，圖片來源@NASA）

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25000 光年

銀河系的終極核心

一個超大質量黑洞穩居C位

其質量是太陽的四百多萬倍

它是整個銀河系的王者

地位無法被撼動

它更是一個吞噬萬物的巨獸

如果恆星不幸誤入它的引力範圍內

將被殘忍撕碎、吞噬

（銀河系中心的黑洞，圖片來源@Gallery of Space Time Travel）

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銀河系中心

是名副其實的死亡陷阱

還是趕快逃離吧！

100000光年

我們調轉方向

離開銀盤

但銀河系並未結束

它的物質分布在十萬光年範圍內

（銀河系影像，中心黑洞、銀盤和星團，圖片來源@NASA）

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銀盤之外 並非空無一物

那裡的球狀星團

每一個都由數十萬顆恆星組成

這些恆星的 平均年齡超過100億歲

彼此間的引力

使它們高度聚集成球狀

(NGC 2419等球狀星團 ，圖片來源@ESA/NASA）

▼

這個年邁而高密度的世界

並不適合行星的生存

有的行星與母星失去引力聯繫

淪落為「流浪行星」

漂泊在星際空間

(一個類似木星的流浪行星想像圖 ，圖片來源@NASA/JPL）

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當我們離開球狀星團

就接近了銀河系的邊緣

現在

讓我們花點時間轉頭回望

銀河系的千億顆星星

正在黑暗的背景中閃耀

（銀河系全景，圖片來源@Two Micron All Sky Survey）

▼

但我們的旅程 尚未結束

銀河系之外

還有一個更加龐大的星系世界

在等待著我們

04

宇宙

254萬光年

此時我們所在的位置

是距離我們最近的大型河外星系

仙女座星系

它擁有多出銀河係數倍的恆星

（仙女座星系，攝影師@秦建）

▼

銀河系、仙女座星系 等眾多星系

組成了本星系群

本星系群又與其它星系群、星系團

組成了本星系團

本星系團和其它星系團

組成了本超星系團

本超星系團又和其它超星系團

組成了可觀測宇宙

（宇宙中的星系示意，製圖@鄭伯容/星球研究所）

▼

這個龐大的星系世界

共包含著1000億個以上的星系

每一個都是一個獨立的世界

有的和銀河系一樣

中央有一個星系棒

為棒旋星系

（NGC 1300，圖片來源@NASA）

▼

有的則沒有星系棒

直接成旋渦狀

為旋渦星系

（草帽星系M104，由於側面對著我們所以呈現出這種特殊的模樣，圖片來源@Adam Block）

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有的沒有觸手一般的懸臂

整體呈橢圓形

為橢圓星系

（NGC 1316，圖片來源@NASA）

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有的則沒有固定的外形

為不規則星系

（星系M 82，圖片來源@NASA）

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有的在中心

擁有活躍的超大質量黑洞

被稱為

射電星系

（射電星系Hercules，圖片來源@NASA）

▼

有的擁有劇烈的恆星形成活動

被稱為

星暴星系

（半人馬座A，中心擁有一個超大質量黑洞，圖片來源@ESO）

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它們湧動、爆發、吸積、噴流、擾動

組成一個個奇異的世界

465億光年

這裡

是我們可觀測的宇宙邊緣

來自古老星系的光芒 在黑暗中閃爍

我們看到的影像 來自幾百億年前

它們如今變成了什麼樣

我們一無所知

旅程在此到達終點

回頭尋覓

連巨大的銀河系 都已經不知所蹤

更不用提那顆小小的藍色星球

以及生活在其上的人類了

我們在宇宙中的位置

正是如此微不足道

（哈勃超深空場，拍攝到最古老的星系，圖片來源@NASA）

▼

然而

也正是通過這樣的探索

我們認識到地球的不可替代

認識到的生命的珍貴

和文明的稀有

作為宇宙中擁有文明的一個物種

我們又是何其幸運

（德雷克方程，生命和文明的出現需要滿足極為嚴苛的條件，製圖@鄭伯容/星球研究所）

▼

現在

讓我們返程

走出星系的「迷宮」

回到眾星閃爍的銀河

通過無數奇特的異星世界

在那條普通的旋臂上

找到那顆普通的恆星——太陽

再經過早已熟悉的

海王星、天王星、土星、木星、火星

回到了我們當下唯一的家園

地球！

（地球，圖片來源@NASA）

▼

腳下

是堅實的大地

耳邊

是微風與鳥鳴

你我的生活繼續

忙忙碌碌、雞毛蒜皮

但請記住星空教會我們的事

謙卑地看待宇宙

謹慎地對待地球

本文創作團隊

撰稿：成冰紀

編輯：張楠

圖片：任炳旭

設計：鄭伯容

審校：雲舞空城、haibaraemily、劉博洋

封面圖來源：NASA/JPL

P.S. 本文主要參考文獻：

[1]蘇宜. 天文學新概論[M]. 科學出版社, 2009.

[2]胡中為，徐偉彪. 行星科學[M]. 科學出版社, 2008.

[3]（英）羅德裡·埃文斯. 天體寫真[M]. 北京聯合出版公司, 2017.

[4]（美）麥克米倫. 太陽系和地外生命探索[M]. 機械工業出版社, 2016.

[5]田豐. 宜居環境與地外生命[J]. 科學通報, 2016.

[6]NASA系外行星檔案，網址：https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/index.html

[7]系外行星百科，網址：http://exoplanet.eu/

[8]NASA克卜勒項目網站，網址：https://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/main/index.html

The End