走!去星空的尽头

↑一群国家地理控，专注于探索极致世界

当30多万年前

最早的人类成员

第一次抬头仰望星空时

对宇宙的好奇与探索

便永远种在了我们心底
（措学仁玛的星空，摄影师@南卡）▼

从第一台望远镜到遨游在地球上空的哈勃我们窥探宇宙深处的瑰丽图景
（今年迎来“30岁生日”的哈勃望远镜，图片来源@NASA）▼


从直径几米的天线到口径500米的“天眼”我们接收可能来自地外文明的讯息
（近日宣布开始地外文明探索的“中国天眼”——FAST，摄影师@李子韬）▼


从第一个缓缓升空的热气球到咆哮着飞天的大火箭我们拓展着人类的视野（长征五号B首飞成功，摄影师@陈肖）▼


从第一颗人造卫星到庞大的国际空间站我们在开拓着新的家园（从发现号航天飞机上拍摄的国际空间站，图片来源@NASA）▼


人类本身也在无数先驱的带领下不断向太空迈进（1961-2018年历年进入太空人数，制图@郑伯容/星球研究所）▼


如今
哈勃望远镜迎来自己的“30岁生日”“中国天眼”FAST
正式开启了地外文明的探索长征五号B火箭成功发射升空一个宇宙大发现的时代才刚刚开启
我们为什么要探索宇宙  宇宙中又有些什么？让我们亲自从地表出发飞向星空的尽头去寻找答案

01 家园
旅程的开始是我们自己的家园——地球从高空俯瞰一切细节都被抹去这颗行星显露出它的本色
板块运动为它带来永不停歇的活力（俄罗斯千岛群岛马图阿岛上的火山爆发，图片来源@NASA）▼



覆盖地表70%的水是生命活动不可或缺的介质（卫星影像展示了太平洋加利福尼亚寒流中浮游生物的复杂分布，图片来源@NASA）▼


大气和磁场
保卫着我们
免受过量辐射的伤害保持着地表适宜的温度更重要的是大气中的21%是氧气大多数地球生物赖以生存（上海上空的风暴，摄影师@何炜）▼


大气运动带来了降水有雨水滋润的地方植被繁茂、动物成群（坝上草原羊群，摄影师@朱哲）▼


大地表面人类的城市整齐划一（洛杉矶，摄影师@陈剑峰）▼


38万千米
我们进入月球轨道荒凉的月面上阿波罗登陆的遗迹清晰可辨这里的大气极为稀薄这些痕迹将孤独地留存数万年（NASA的月球勘测轨道器在距离月面仅24千米处拍摄到的阿波罗11号登月遗迹，图中LM所指的是登月舱，其周围的月面上可以看到黑色的线条，那些是宇航员移动的痕迹，其它箭头所指为科学仪器放置的位置，图片来源@NASA）▼


7800万千米
地球的“孪生姐妹”——火星进入视野它曾有过泛滥的洪水和剧烈的火山活动
但如今它的大气和水流失殆尽只剩下陨石坑、火山、沙丘（火星水手谷，图片来源@Kevin Gill）▼



6-13亿千米
穿越火星和木星之间的小行星带
躲过这里四处乱飞的石块我们来到了外太阳系这里是“巨人”的世界
木星
体积有地球的1300多倍表面是氢元素组成的大气大气之下压力增大氢气变为液态金属氢“海洋” 最内部是岩石和冰组成的内核（木星大气，图片来源@NASA）▼



土星情况和木星相似气态和液态氢外层占据了大部分体积使得土星的密度仅有0.69克每立方厘米比水还要轻（卡西尼号拍摄的土星及其巨大光环，这个距离上看地球只是一个“黯淡蓝点”，图片来源@NASA）▼


在这两颗巨行星的周边有着数十颗卫星环绕俨然是缩小版的太阳系
这些卫星大多表面冻结但在冰面之下很可能存在液态水
（木卫二地表被冰层覆盖，冰上的纹路在太空中亦可见，仿佛盘根错节的植物根系，而冰面之下很有可能有液态水，图片来源@NASA）▼



有的则拥有浓密的大气地表形成了充满有机物的甲烷海（土卫六地表可能存在甲烷海，图片来源@NASA）▼


59亿千米

这里的天体变得越来越陌生天王星和海王星两颗巨大的气态巨行星闯入视野因为距离太阳过于遥远它们的表面温度低至零下两百多摄氏度肃穆幽静的巨大星体和同样冷漠的卫星在黑暗中发出神秘的光芒（海王星的“微笑”，其中较小的天体是海卫一，照片由旅行者2号拍摄，图片来源@NASA）▼


然而我们才刚刚迈出家门口整个太阳系有着更加庞大的结构（太阳系结构，制图@郑伯容/星球研究所）▼


海王星之外无数的石头、冰块组成了一个宽约1500亿千米的区域柯伊伯带（柯伊伯带天体，图片来源@NASA）▼



柯伊伯带之外又数万亿千米是笼罩整个太阳系的奥尔特云数千亿颗质量更小的天体在这里游荡（一颗从奥尔特云飞入内太阳系的彗星，图片来源@NASA）▼



然而在空旷的空间中我们发现了一个人造物旅行者1号！它正孤独地向着星辰大海航行这是迄今为止
距离地球最远的人类痕迹（旅行者1号探测器进入星际空间的想象图，图片来源@NASA）▼


告别旅行者1号也就意味着离开了太阳系告别了人类目前唯一的家园前方一个光怪陆离的世界在等待着我们

02 异星
1 -3000光年
太阳系外的空间中充斥着尘埃和星际物质但这里同时也是一个恒星世界无数颗与太阳大相径庭的恒星在这里闪耀( 恒星分类，制图@郑伯容/星球研究所）
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与太阳质量相当或比太阳质量更小的恒星按质量从大到小分别属于黄矮星、橙矮星和红矮星（G、K、M型恒星）(一颗年轻的红矮星及围绕它旋转的行星想象图，图片来源@NASA）
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比太阳质量大的则被称为大质量恒星它们温度高发出耀眼的蓝光(图中央的蓝色恒星是一颗巨星Zeta Ophiuchi，它向外发射的辐射和粒子吹动了周围的尘埃，造成了涟漪，图片来源@NASA）
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这些恒星并不孤独它们大部分“两两为伴”在彼此吸引下共同旋转被称为双星( 双星系统开普勒-47想象图，图中发光的两颗为两颗恒星，而在其周围的是围绕双星旋转的行星，左侧最近的行星为开普勒-47c，是一颗气态巨行星，右上角为行星开普勒-47b，图片来源@NASA）
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更有“三五成群”的形成多星系统的可以观赏到三日同辉的景象(从系外气态巨行星HD 188553 Ab的一颗假想卫星上看到的三星系统，图片来源@NASA/JPL）
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但是恒星并非这里唯一的天体在恒星的光芒中偶尔会出现一两颗黑色的“斑点”那是一颗行星的阴影这些行星围绕恒星旋转组成了完全不同于我们的恒星系因此它们也被称为系外行星( 行星开普勒-16b想象图，它是首个被发现的围绕双星系统运转的系外行星，图片来源@NASA/JPL）
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通过观察恒星前的”黑斑“我们发现在恒星世界之下是一个更加多样的系外行星世界
它们有的质量巨大类似木星或海王星被称为气态巨行星或冰巨星(一颗4倍于木星质量的系外气态巨行星想象图，图片来源@NASA）
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有的质量比地球小距离恒星距离近类似水星表面温度高达700℃(系外行星Kepler-20e是第一颗被发现的比地球小的系外行星，图片来源@NASA）▼

质量介于地球1~10倍的可能拥有岩石表面以及稳定的大气层它们被称为超级地球( 红矮星TRAPPIST-1和它的七颗类地行星想象图，图片来源@NASA）
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这些行星与其母星的距离不同
有的距离很近面对母星的一面几乎被烤焦( 环绕其母恒星绕行的两颗行星TRAPPIST-1b和TRAPPIST-1c，距我们40光年，图片来源@NASA）▼


有的则距母星遥远

像天王星、海王星一样冰冷
（环绕恒星HR 8799的行星，图片来源@NASA）▼


距离适中的凤毛麟角

它们很可能孕育出

类似地球上的生命
( 系外类地行星开普勒186-f想象图，半径约为地球的1.17倍，且位于红矮星的宜居带内，图片来源@NASA）▼


通过开普勒望远镜的观测已经被确定的系外行星数量多达
4241颗
（开普勒候选行星，图中大的球体是恒星，恒星表面的黑点，是其行星在经过恒星时遮挡部分光线形成的阴影，通过这种方式，我们得以发现系外行星的存在，图右上角是木星经过太阳时留下的阴影以供参考，恒星的颜色越偏蓝其温度越高，越偏黄其温度越低，图片来源@NASA）▼


但是对于整个银河系而言我们所看到的这个异星世界还只是一个小小的角落

03 银河
银河系的天体
集中在直径8万光年的巨大盘状区域中被称为银盘银盘中间是一个长1.3万光年的“棒子”即星系棒星系棒两端伸出4条“触手”即旋臂（银河系结构以及太阳系的位置，制图@郑伯容/星球研究所）▼


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接下来
让我们穿透旋臂直达银河系中心区域
3000-20000 光年
穿越旋臂十分危险这里拥挤而混乱充满气体、尘埃、辐射以及大量恒星（马头星云，图片来源@Ken Crawford）▼



当旋臂扫过星际空间其中的物质被压缩大量新恒星形成这些年轻的恒星组成松散的集团称为疏散星团( 昴宿星团，也叫七姊妹星团，摄影师@朱阳）
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20000-25000 光年
走向星系核心的最后一段路我们将穿越星系棒这里恒星数量更大，密度极高接近星系中心
恒星密度是太阳附近的500倍恒星以难以想象的速度高速飞驰（银河系中心的恒星、尘埃和气体景象，图片来源@NASA）▼


25000 光年
银河系的终极核心一个超大质量黑洞稳居C位其质量是太阳的四百多万倍它是整个银河系的王者地位无法被撼动
它更是一个吞噬万物的巨兽如果恒星不幸误入它的引力范围内将被残忍撕碎、吞噬（银河系中心的黑洞，图片来源@Gallery of Space Time Travel）▼



银河系中心
是名副其实的死亡陷阱 还是赶快逃离吧！
100000光年
我们调转方向离开银盘但银河系并未结束
它的物质分布在十万光年范围内（银河系影像，中心黑洞、银盘和星团，图片来源@NASA）▼


银盘之外并非空无一物那里的球状星团每一个都由数十万颗恒星组成这些恒星的平均年龄超过100亿岁彼此间的引力使它们高度聚集成球状(NGC 2419等球状星团 ，图片来源@ESA/NASA）▼


这个年迈而高密度的世界并不适合行星的生存有的行星与母星失去引力联系
沦落为“流浪行星”漂泊在星际空间(一个类似木星的流浪行星想象图 ，图片来源@NASA/JPL）
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当我们离开球状星团就接近了银河系的边缘
现在让我们花点时间转头回望银河系的千亿颗星星正在黑暗的背景中闪耀（银河系全景，图片来源@Two Micron All Sky Survey）▼



但我们的旅程尚未结束银河系之外还有一个更加庞大的星系世界在等待着我们

04 宇宙
254万光年
此时我们所在的位置是距离我们最近的大型河外星系仙女座星系它拥有多出银河系数倍的恒星（仙女座星系，摄影师@秦建）▼


银河系、仙女座星系等众多星系组成了本星系群
本星系群又与其它星系群、星系团组成了本星系团本星系团和其它星系团组成了本超星系团本超星系团又和其它超星系团组成了可观测宇宙（宇宙中的星系示意，制图@郑伯容/星球研究所）▼


这个庞大的星系世界共包含着1000亿个以上的星系每一个都是一个独立的世界
有的和银河系一样中央有一个星系棒为棒旋星系（NGC 1300，图片来源@NASA）▼



有的则没有星系棒直接成旋涡状为旋涡星系（草帽星系M104，由于侧面对着我们所以呈现出这种特殊的模样，图片来源@Adam Block）▼



有的没有触手一般的旋臂整体呈椭圆形为椭圆星系（NGC 1316，图片来源@NASA）▼


有的则没有固定的外形为不规则星系（星系M 82，图片来源@NASA）▼


有的在中心拥有活跃的超大质量黑洞被称为射电星系（射电星系Hercules，图片来源@NASA）▼



有的拥有剧烈的恒星形成活动被称为
星暴星系（半人马座A，中心拥有一个超大质量黑洞，图片来源@ESO）▼



它们涌动、爆发、吸积、喷流、扰动组成一个个奇异的世界
465亿光年
这里是我们可观测的宇宙边缘来自古老星系的光芒在黑暗中闪烁我们看到的影像来自几百亿年前它们如今变成了什么样我们一无所知
旅程在此到达终点回头寻觅连巨大的银河系都已经不知所踪更不用提那颗小小的蓝色星球以及生活在其上的人类了我们在宇宙中的位置正是如此微不足道（哈勃超深空场，拍摄到最古老的星系，图片来源@NASA）▼



然而也正是通过这样的探索我们认识到地球的不可替代认识到的生命的珍贵和文明的稀有作为宇宙中拥有文明的一个物种我们又是何其幸运（德雷克方程，生命和文明的出现需要满足极为严苛的条件，制图@郑伯容/星球研究所）▼


现在让我们返程
走出星系的“迷宫”回到众星闪烁的银河通过无数奇特的异星世界在那条普通的旋臂上找到那颗普通的恒星——太阳再经过早已熟悉的海王星、天王星、土星、木星、火星回到了我们当下唯一的家园  地球！（地球，图片来源@NASA）▼


脚下是坚实的大地耳边是微风与鸟鸣你我的生活继续忙忙碌碌、鸡毛蒜皮但请记住星空教会我们的事
谦卑地看待宇宙谨慎地对待地球

本文创作团队撰稿：成冰纪编辑：张楠图片：任炳旭设计：郑伯容审校：云舞空城、haibaraemily、刘博洋封面图来源：NASA/JPL

P.S. 本文主要参考文献：[1]苏宜. 天文学新概论[M]. 科学出版社, 2009.[2]胡中为，徐伟彪. 行星科学[M]. 科学出版社, 2008.[3]（英）罗德里·埃文斯. 天体写真[M]. 北京联合出版公司, 2017.[4]（美）麦克米伦. 太阳系和地外生命探索[M]. 机械工业出版社, 2016.[5]田丰. 宜居环境与地外生命[J]. 科学通报, 2016.[6]NASA系外行星档案，网址：https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/index.html[7]系外行星百科，网址：http://exoplanet.eu/[8]NASA开普勒项目网站，网址：https://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/main/index.html
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The End
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