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序i

前言 iv

**章不是死亡而是新生

星星齡命之花 3

宇宙灯塔：脉冲星 8

引力旋润：黑洞 12

宇宙中*壮观的“焰火” 17

引力波带来的宇宙交响乐 19

第二章贪吃的黑洞

人类如何发现宇宙中存在黑洞？ 26

看不见的黑洞怎样现形？ 29

宇宙里的大胃王 32

第三章前方高能！

神秘荧光打开了一扇窗 36

从雪山到高空的“悟道”之旅 40

“神舟”“媳娥”“天宫”开启太空观测 46

第四章活捉黑涧、脉冲星……

中国终于拥有了自己的太空望远镜 52

看见惊心动魄的宇宙 58

空间科学之“重器” 68

第五章一颗卫星的长征路

星辰大海路迢迢 82

第六章谱写宇宙诗篇

何泽慧：物理高原上的遗世之花 96

李惕碚：科学路上的“少数派” 99

吴枚：于无声处有惊雷 106

张双南：宇宙中的*美还未发现 110

卢方军：这颗卫星，是一生中值得回望的山峰 114

参考文献 118

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**章不是死亡而是新生

　　宇宙中星星的教目比地球上所有沙难的沙粒总数还多。

　　天上正发生着许多精彩绝伦的故事，了解了这些故事，你的天空就变得不同。那些灿烂的繁星不再只是夜空中的点缀，而具有更多的意义……

　　星星的生命之花

　　中国北宋仁宗至和元年（公元1054年）的一个夏日，负责观天象的司天监官员杨惟德突然发现天空中来了一名陌生的“不速之客”。它出现在今天的金牛座方向，如同金星一般光芒四射，星光呈红白色，甚至在白天都能看到它。

　　古人认为，天上的星辰变化与人间的吉凶祸福都有关联。司天监连忙记录下这颗突然出现的星星，称它为“客星”。杨惟德认为它是吉祥的征兆，并报告给皇帝。“客星”闪亮了23天后黯淡下来，又在人们的视线中停留了近两年后逐渐消失了。

　　今天我们只能在宋朝史书中找到对这颗“客星”的简短记录。为了揭开它的神秘面纱，人类用了上千年的时间。

　　600多年后，也就是1731年，英国天文爱好者拜维斯医生在金牛座天关星以北1.5度发现了一团模糊的雾状天体。1771年，法国天文学家梅西耶把这团星云命名为M1。随着望远镜技术的发展，1850年左右，天文学家发现M1的外形及内部纤维结构很像一只大螃蟹，就给它起了一个新的名字：蟹状星云。1921年，美国天文学家邓肯借助威尔逊天文台的望远镜拍摄到了蟹状星云相隔12年的两张照片，并惊讶地发现蟹状星云正以每秒900千米的速度膨胀。1928年，美国著名天文学家哈勃推断出蟹状星云就是1054年宋朝史书中记载的“客星”的遗迹。1969年，一颗脉冲星在蟹状星云的中间被发现。

　　图1-2宋朝记录的超新星爆发

　　图1-3大质量恒星*后的绽放

　　现在我们知道，蟹状星云距离我们大约6500光年。它的前身是一颗质量超过太阳质量8倍的恒星。在这颗恒星走向生命的终点时，通过一场猛烈的爆炸绽放出生命之花。那场爆炸的光芒在1054年到达地球，北宋的观天者见证了宇宙中*震撼的景象，他们目睹了一场超新星爆发。

　　要想理解什么是超新星，还要先从恒星的一生说起。

　　什么是恒星呢？恒星是星际气体云在引力的作用下坍缩形成的。星际介质在坍缩过程中，当中心的温度和压力高到一定程度时，就会触发核反应，产生能量并发出光和热，从而形成了恒星。从本质上讲，恒星可以被视为巨大的热核聚变反应工厂。一颗恒星以氢作为燃料，氢元素在恒星中心转化为氦元素，释放的能量透过星体辐射到宇宙空间中。如果不是重力的方向与辐射的方向相反，这种能量释放所产生的压力足以将恒星瓦解。恒星在一生当中依靠这两种力量的微妙平衡来维持稳定。

　　对恒星来说，它的质量至关重要，决定了其性质（如光度、温度、大小）以及如何随时间演化。恒星的一生要经历各种演化阶段，在不同的阶段能够产生不同的元素。

　　然而，即便是星辰也无法永恒。恒星的内核有一天会用光它的聚变燃料。如果一颗和太阳类似的中等质量恒星耗尽了所有燃料，其内核会收缩，而外壳会膨胀，成为巨大疏松的红**，随后吹开大部分外部包层，被吹开的物质以恒星为中心向外膨胀形成绚丽的行星状星云。尽管名为行星状星云，但它们实际上与行星没有任何关系。

　　通过制造行星状星云的方式损失掉高达90%的物质后，如果恒星剩余部分的质量小于太阳质量的1.4倍，就会变成白矮星。白矮星是依靠所谓的电子简并压支撑的，这种压力是由于核心的物质中电子之间存在的排斥力而产生的。恒星残骸的质量越大，坍缩成的白矮星直径越小、密度越高。人类发现的**颗白矮星是围绕着夜空中人们能用肉眼看到的*亮的恒星——天狼星旋转的天狼B星，它的质量与太阳相近，而大小却和地球差不多，表面重力是地球的40万倍。白矮星的表面温度在刚形成时可达到10万摄氏度左右，此后的数亿年里会逐渐冷却成为黑矮星。

　　那些质量非常大的恒星则以更为绚烂的方式结束自己的生命。大质量恒星消耗燃料的速率更快，因而寿命比低质量恒星短得多。当大于10倍太阳质量的恒星燃料耗尽时，会产生一个由铁构成的核心。起初这个核心是由内部压力支撑的，但当它的质量超过太阳质量的1.4倍时，就开始坍缩，形成了一个几乎全部由中子构成的极为致密的核。当恒星的外层持续下落，与坚硬的核心碰撞时，会以高达每小时7000万千米的速度向外反弹，在爆炸中解体，此时就形成了超新星。

　　超新星爆发时产生的火球比太阳表面温度要高100万倍，非常壮观。这一过程会释放出大量的能量，在某些情况下，大质量恒星在超新星爆发阶段所释放的能量是普通恒星的100亿倍。这导致恒星的亮度骤然上升，从遥远处看，这种大质量恒星的死亡就像是从原本一无所有的空间突然产生了一颗新星一般，并持续数个月甚至数年后光芒才会变暗。而超新星爆发的残骸则会形成一片星云。超新星爆发抛出的物质壳层不断膨胀，在数千年之后仍能看到。宇宙中点缀着成百上千个这样精美的天体，光彩夺目，它们是死亡恒星*后的绽放，是恒星*后的叹息。

　　**说，尘归尘。而天文学家说，星尘归星尘。

　　这样宇宙炼狱般的爆炸不仅仅是景象宏伟壮丽，超新星爆发本身对于恒星和星系的形成，以及生命所必需的各种元素的产生都至关重要。当生命结束时，恒星把组成自身的所有物质抛回星际介质中。它们四散的身躯和星际间其他物质混合在一起，成为萌生新一代恒星和行星的土壤。超新星是这生死轮回中关键的环节，是毁灭与创生相遇的一刻。

　　超新星这个名字，是脾气古怪的瑞士天文学家弗里茨·兹威基在20世纪30年代创造的。20世纪20年代他来到美国加州理工学院，很快以卓越的才华闻名遐迩。20世纪30年代初，他思考着一个困扰了天文学家很长时间的问题：天空中偶尔出现又无法解释的光点到底是怎么回事。他提出，如果恒星坍缩到原子的核心那种密度，就会变成一个极其坚实的核。原子实际上已经被压成一团，它们的电子不得不变成核子，形成中子，这样就形成了一颗中子星。一颗中子星核的密度如此之大，一调羹(一调羹相当于10克固体粉末或10毫升液体)的中子星物质就重达900亿千克。兹威基意识到，这样的一颗恒星坍缩以后会释放出大量能量，足以产生宇宙中*剧烈的爆炸。他把这种爆炸称为超新星。

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