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编辑推荐

大部分宇宙是由什么组成的？星系是如何演化的？是否有一种方式可以统一自然界中的各种力？是否还有其他的“地球”？而且它们是否也有自己的宇宙探险家呢？对宇宙的探索还在继续，答案就在不远的未来。

内容简介

《原子与宇宙（全彩）》内容简介：电子工业出版社与美国科学与公众协会（The Society for Science & the Public）及其出版的《科学新闻》杂志（Science News）倾力合作，陆续推出《科学新探索》丛书，《原子与宇宙》正是该丛书的第二本书。本书不仅介绍了人类探索广阔的宇宙空间的重要发现，而且拉近镜头关注细节，人类力求通过研究基本粒子和作用力来找出它们所揭示的物质及其存在的本质，并且已经获得了巨大的回报。《原子与宇宙》一书的文章均选自近几年《科学新闻》杂志中尤为精彩、受读者欢迎且值得阅读的文章。《科学新闻》杂志是美国专业、全面、及时的科学新闻来源之一。

作者简介

美国《科学新闻》杂志（Science News）由非营利机构美国科学与公众协会（The Society for Science & the Public）出版，出版地为华盛顿特区。纸质版《科学新闻》杂志（Science News）为双周刊，同时开通了每日更新的新闻网站 (www.ScienceNews.org)。纸质版《科学新闻》杂志拥有超过9.3万的付费订阅者，网站年独立访问量高达1200万。此外，《科学新闻》杂志在社交媒体上也十分活跃，拥有220万脸谱网粉丝和150万推特粉丝。《科学新闻》杂志已有94年的历史，一直致力于为公众提供值得信赖的科学信息。1922年，报纸出版人爱德华·W. 斯克里普斯（Edward W. Scripps）创办了《科学新闻》杂志，最初名为Science News-letter，这是美国第一份旨在为公众提供客观严谨的科学新闻的出版物。如今，《科学新闻》杂志的使命依然没有改变，始终以“传播育人”为己任，继续将各个科学领域的重要发现传递给公众。《科学新闻》杂志由*的团队撰写、编辑和设计，面向科学爱好者、希望更深了解前沿科学成果的学者，以及时刻关注其他领域发展的科学家。

目　　录

第一章：宇宙的基石：基本粒子
（Building Blocks of The Universe: Fundamental Particles）
首次发现四夸克粒子
四夸克粒子
关于一种新型粒子的证据消失了
质子的半径重新修正为更小值
光子可以选择迂回的传播路径
星际尘埃粒子
神出鬼没的太阳中微子
中微子的母粒子设定速度限制
仪器问题导致了中微子超光速现象
空间中微子并非只有一个单一来源
锂平台之谜
锂谜团将更深

第一章：宇宙的基石：基本粒子 （Building Blocks of The Universe: Fundamental Particles） 首次发现四夸克粒子 四夸克粒子 关于一种新型粒子的证据消失了 质子的半径重新修正为更小值 光子可以选择迂回的传播路径 星际尘埃粒子 神出鬼没的太阳中微子 中微子的母粒子设定速度限制 仪器问题导致了中微子超光速现象 空间中微子并非只有一个单一来源 锂平台之谜 锂谜团将更深 锂元素缺失问题延伸到银河系之外 在中子星的碎片中检测到金元素 就地取材构建生命 宇宙中复杂的分子是如何形成的 恒星诞生时喷发大量分子 气体云中发现了有分支结构的分子 氰化物标志着复杂的化学 在大尺度上的不确定性理论 实验发现相互作用大质量粒子的线索 暗物质候选体大败 共同关注暗物质 
第二章：寻找生命：水和生命 （Extraterrestrial Life Exploration: Water and Life） 水星上有冰 火星上曾经可能有水 火星上是安全的，探测车开始搜寻其宜居的迹象 在火星土壤中深挖 好奇号探测器采集到火星泥土样本 火星好奇号探测器没有找到甲烷 火星探测车发现了甲烷的迹象 土星的一颗卫星上隐藏着惊喜 土卫二的冰层下隐藏着一片海洋 土卫二上的海洋是高碱性的  土卫二上的热液活动 土卫二上的间歇泉  一颗遥远的卫星上的冰 木卫二上发现了羽流 木卫二的间歇泉很难被看到 木卫二上发现了板块构造活动 木卫三拥有地下海洋 黎明号宇宙飞船到达了目的地 海水可能不是来自于彗星  水，水无处不在 月球上的水具有地球上水的特征 首次发现地球大小的行星 开普勒找到了715 个新的世界 重生的开普勒发现了系外行星 开普勒找到了554 颗可能的行星 大的岩质行星擅长建造海洋 寻找另一个地球 处于适当位置的行星能孕育生命 生命可能喜欢冷星附近的岩质行星 系外行星大气中的氧未必是生命的标志 系外行星地球二号位于宜居带中 系外行星开普勒-186f 超级地球位于“最好的位置” 测量系外行星质量的新方法 宜居行星的真实性有待商榷 对于生命来说，伽马射线暴是坏消息 超低温液态水打破了纪录 
第三章：行星和卫星等 （The Major Planets and Moons） 最小的行星依然在给我们带来惊喜 你在这里：从远处看地球 地球周围的临时环带 地球早期经历了长期的撞击 火星极光 火星黏土曾经可能经历过火山活动 土星上的六边形云团 新行星的轨道半径可能是冥王星的两倍 月球尘埃堆积速度极快 关于月球内部的重力地图揭示了动荡的历史 中国的探测车揭示了月球的岩层 月面特征终获解释 月面闪光来自熔滴 岩石的化学揭示了月球起源的细节 土卫六朦胧的“面纱”在下落 地质构造及落水洞可能塑造了土卫六的地形 土卫八上的山脊可能来自太空 哈勃找到了第五颗冥王星卫星 灶神星：比起小行星，更像行星 小行星挤进有环天体行列 小行星产生了长期的磁性 在线追逐彗星 具有古怪轨道的天体回到了家乡 奥尔特云给天文学家抛了一个彗星弧线球 “罗塞塔”揭露了一颗复杂的彗星 彗星暴露了它的基础材料 科学家们探测新的陨石 自成一类的火星陨石
第四章：人类探索的足迹 （Human Explorations） 哈勃年 展望哈勃的未来 天文学的艺术 小望远镜，大行星 旅行者1 号仍未飞出太阳系 旅行者号进入神秘未知的领域 “旅行者1 号”可能还在太阳气泡中 光荣的开普勒望远镜并未终结 开普勒太空望远镜重获新生 罗塞塔宇宙飞船到达彗星67P 附近 “菲莱”着陆 “菲莱”的探索中止 火星探测器的日记 前往火星的崎岖道路 火星旅行可能意味着大量辐射 宇航员的安全问题 
第五章：恒星和系外行星 （Stars and Exoplanets） 太阳风可能穿透了火星的大气 太阳的激波消失了 太阳的短周期记忆 太阳喷射出的气体包层相互碰撞反弹大质量气体球所显示的超弹性行为 庞大的等离子体回路推动了太阳的自转 日冕物质抛射活动的前兆 250 光年以外存在着太阳的未来 太阳的兄弟姐妹 离太阳最近的恒星 围绕银河系系中心运动的超高速恒星  恒星婴儿图 自引力透镜双星 三合星系统提供了检验引力理论的新方法 年老的太阳系统 闪光揭示了恒星的属性 年老的恒星偷取邻近天体的气体 早期恒星的光仍未被看到 捕获到来自早期恒星的光 最早期的恒星没有我们预期的那样年老 在半人马座阿尔法星周围发现了地球大小的行星 超重的行星动摇了行星理论 怪异且遥远的行星 行星被“烧烤”后存活下来了 一对系外行星环绕着双星作轨道运动 行星的“躲猫猫”游戏 系外行星的巨型环 古怪的行星轨道 流浪行星漂浮在星团之中 漫游的世界 超级地球可能是通过两种方式形成的 搜寻行星的新方向 通过微引力透镜效应寻找行星 系外行星北落师门b 的新消息 研究发现新的系外行星常常是冒充者 满天繁星都有自己的行星 恒星周围没有空房 对行星来说，拥挤的环境不安全 行星没有必要在恒星的环中 巨大的难以解释的天体盘 新生行星向恒星提供“养料” 
第六章：高能天体：黑洞与超新星 （Objects with High Energy: Black Holes and Supernovae） 巨大的黑洞 早期宇宙中质量最大的黑洞 伪双黑洞 稀有的三黑洞系统 黑洞的饕餮大餐 黑洞强烈喷流的根源 黑洞叫停恒星工厂 逃离的黑洞找到新家 小型星系是巨大的黑洞的家  一对黑洞已经准备好决战了 进入黑洞时，请系好安全带 原子测量使中子星被充分理解 最远的超新星 巡天捕获到即将爆发的超新星 行星搜寻者还发现了超新星 超新星是一个巨大的尘埃工厂 超新星遗迹中存在尘埃 引力透镜效应使遥远的超新星变得醒目 超新星诞生之谜 小行星可能会引发超新星爆发 Ⅰa 型超新星的两种产生机制 新的伽马射线源  恒星爆发中的伽马射线的产生机制
第七章：银河与星系 （The Milky Way and Galaxies） 宇宙中我们自己的家 银河系在宇宙中的位置 丢失的质量藏在银晕中 银河系中尘埃云的3D 图像 “回光”返照揭示恒星历史 缺失的卫星星系之谜被解决了 银河系的新邻居 银河系将被迎面撞上 一个氢云正向银河系高速前进 一些星系中只含有少量的恒星 星光的影响会减少下一代恒星的生成 大爆炸之后，小型星系可能引发了再电离 
第八章：宇宙深处 （The Deep Universe） 早期宇宙的遗迹 宇宙大尺度结构的形成机制 宇宙纤维 星系团异常高产 搜寻遥远的信号 探测到来自远方的射电脉冲 宇宙中一次神秘的爆发 星系的伽马射线光晕暴露了暗物质  追踪宇宙能量 宇宙射线工厂 宇宙射线暗示了暗物质的存在 暗物质，你在哪？ 暗物质纤维被照亮  用DNA 捕捉暗物质 分裂的星系为暗物质提供了线索 暴胀理论追踪 早期宇宙的增长速度 哈勃常数值之争 宇宙的精确图像 普朗克检验之前的研究结果：宇宙学家得到的结论大部分是正确的 原初引力波被发现 原初引力波，还是尘埃？ 尘埃获胜 BICEP2 低估了尘埃的影响 虚拟的宇宙重现了130 多亿年的历史

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前　　言

据估计，宇宙包含超过一千亿个星系。我们人类只占据了其中一个星系中的一颗恒星周围的一颗行星。然而人类从栖息之地出发，用坚持不懈的努力和精巧独创的设计探索着广阔的宇宙空间。我们用眼睛追踪恒星和行星的运动，在荒漠山巅架起望远镜，捕捉到宇宙中最古老的光——宇宙大爆炸的余辉。迄今为止，已经有12名宇航员在月球上行走过，有数百名的宇航员绕地球轨道运行过。那些人类不能亲身前往的地方，我们也送出了机器人使者——去往火星、彗星以及太阳系的边缘。我们不仅把眼光放向远方，而且还拉近镜头关注细节，研究基本粒子和作用力来找出它们所揭示的物质及其存在的本质。     人类因此获得了巨大的回报。首先，我们现在已经有了一个关于宇宙的动力学本质的清晰图像。大多数宇宙学家认为，宇宙源于一次大爆炸，之后在远远短于1秒的时标内以指数方式膨胀，这段时期被称为暴胀。随后，恒星、星系和行星开始形成。今天的宇宙仍在加速膨胀。这个结论来自于对遥远的超新星（大质量恒星的爆炸）的观测并获得了诺贝尔奖。这样的爆发，连同中子星碰撞和黑洞自旋一起，一次又一次震动着无垠的宇宙，在时空纤网中发送出涟漪。我们自己的太阳系同样也是活跃多变的，如火山活动、间歇泉、小行星的疾行和行星的往复运动等。在这样的环境中，生命竟然可以茁壮成长，这很令人惊奇，然而它确实发生了。     过去的五年（本书的时间范围）并没有某一个单一的发展脉络，但是对其他可能存在生命的世界的搜寻是一个一直在进行的主题。美国航天局的开普勒任务在最开始的四年内发现了超过1000颗系外行星，并且确认了第一颗处于另一颗恒星的宜居带中的地球大小的行星。火星好奇号探测器发现了这颗红色星球曾经拥有大淡水湖的证据，并且在那里第一次闻到了甲烷的味道。而木星的一颗冰质卫星——木卫二似乎具有板块构造活动。这也是一个适合生命生存的有利条件。其他在过去五年内的较大进展包括目前对一颗黑洞最详细的观测和最遥远的超新星的发现。位于瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机的物理学家们通过粉碎以接近光速运动的质子，发现了希格斯玻色子，填补了粒子物理学标准模型的最后一个缺口。     但是并不是所有的头条新闻都得到了证实：中微子超光速现象只是因为搭错了线。而探测到的可以用来证实暴胀理论的原初引力波也只是星系尘埃制造出来的海市蜃楼。宇宙如此广袤，错误的起点和退步是不可避免的。而且需要探索的问题如此众多：大部分宇宙是由什么组成的？星系是如何演化的？是否有一种方式可以统一自然界中的各种力？是否还有其他的“地球”？而且它们是否也有自己的宇宙探险家呢？     对宇宙的探索还在稳步进行，许多谜团仍有待揭晓。     美国《科学新闻》杂志社（Science News）      2016 年6 月

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媒体评论

“人类从栖息之地出发，用坚持不懈的努力和精巧独创的设计探索着广阔的宇宙空间……对宇宙的探索还在稳步进行，许多谜团仍有待揭晓。”
——美国《科学新闻》杂志社（Science News）

“我们在这本书里看到的科学报道，见证了人类这些年来的科技进步，也是对相关学科科研历程的回顾。它们在展示现代科技前沿的同时，也记录着研究者们这些年所走过的崎岖道路。从这个意义上来说，这些报道有着历久弥新的价值。”
——余恒，北京师范大学天文系副教授

在线试读部分章节

一颗遥远的卫星上的冰
刺穿木卫二的冰壳，寻找在其下面的生命。
梅根•罗森
在威尔士的一个异常炎热的夏天，Sanjay Vijendran和他的同事将一个火箭滑车瞄准了一块大象大小的冰块。
这个滑车处于一个凸起的金属轨道上。它携带着一捆TNT，在滑动时会被引爆，爆炸产生的推力可以将其自身以声速推出。在它的前边，第二个滑车装有一个子弹形状的罐子，其中塞有科学仪器。
欧洲空间局的物理学家维坚德拉准备将这个子弹形状的罐子扔到一个6200千克的冰块上。
研究人员看着滑车在跑道上飞奔，并将罐子以每秒340多米的速度发射到空中。罐子飞过相当于一辆校车的长度，随后几乎完全穿过这个3米长的冰块。
“这个过程不到两秒就结束了。”维坚德拉在2013 年7月的测试时说，“如果你眨了眨眼睛，你就会错过它。”
维坚德拉和他的同事希望将这个令人叹为观止的过程放置在一个没人可以看到的地方。他们正在试图设计一个足以穿透木星的第四大卫星的强大的设备，以便获取在其之上的冰的样本。
这颗卫星叫作木卫二。它看起来同太阳系较外层的其他天体一样荒凉，毫无吸引力。它冰冻的表层比地球上最寒冷的地方还要冷100多摄氏度。而且，强烈的辐射横扫其表面。但是科学家认为木卫二荒凉的表层之下存在着大量流动的液态水。这颗卫星的海底可能也充满着热液喷口和火山活动。如果表面的化学物质穿过冰渗透进去，就像一些科学家怀疑的那样，那么木卫二可能拥有生命所需的所有成分。
美国航天局喷气推进实验室的天体生物学家凯文•汉德认为，地球海底的热液喷口盛产生命。“你会得到管状蠕虫、螃蟹、鱼及微生物的生态系统，”他说，“所以大家猜测是否能在木卫二上发现管状蠕虫。”
如果它们确实存在，那么科学家必须将木卫二冰冻的外壳剥掉，将其找出来。世界各地的研究团队正试图解决如何穿透、融化或者钻穿冰外层这一难题。因为木卫二上的冰可能比地球上发现的最厚的冰层厚4倍，所以即使他们可以将钻机的工程师和笨重的机械设备送到木卫二，这也并不简单。各种对冰层厚度的估计不一，但是这个冰冻的外壳可能深达二十多千米（约53个帝国大厦逐个堆叠的高度）。

一颗遥远的卫星上的冰 刺穿木卫二的冰壳，寻找在其下面的生命。 梅根•罗森     在威尔士的一个异常炎热的夏天，Sanjay Vijendran和他的同事将一个火箭滑车瞄准了一块大象大小的冰块。     这个滑车处于一个凸起的金属轨道上。它携带着一捆TNT，在滑动时会被引爆，爆炸产生的推力可以将其自身以声速推出。在它的前边，第二个滑车装有一个子弹形状的罐子，其中塞有科学仪器。 欧洲空间局的物理学家维坚德拉准备将这个子弹形状的罐子扔到一个6200千克的冰块上。     研究人员看着滑车在跑道上飞奔，并将罐子以每秒340多米的速度发射到空中。罐子飞过相当于一辆校车的长度，随后几乎完全穿过这个3米长的冰块。     “这个过程不到两秒就结束了。”维坚德拉在2013 年7月的测试时说，“如果你眨了眨眼睛，你就会错过它。”     维坚德拉和他的同事希望将这个令人叹为观止的过程放置在一个没人可以看到的地方。他们正在试图设计一个足以穿透木星的第四大卫星的强大的设备， 以便获取在其之上的冰的样本。     这颗卫星叫作木卫二。它看起来同太阳系较外层的其他天体一样荒凉，毫无吸引力。它冰冻的表层比地球上最寒冷的地方还要冷100多摄氏度。而且，强烈的辐射横扫其表面。但是科学家认为木卫二荒凉的表层之下存在着大量流动的液态水。这颗卫星的海底可能也充满着热液喷口和火山活动。如果表面的化学物质穿过冰渗透进去，就像一些科学家怀疑的那样，那么木卫二可能拥有生命所需的所有成分。     美国航天局喷气推进实验室的天体生物学家凯文•汉德认为，地球海底的热液喷口盛产生命。“你会得到管状蠕虫、螃蟹、鱼及微生物的生态系统，”他说，“所以大家猜测是否能在木卫二上发现管状蠕虫。”     如果它们确实存在，那么科学家必须将木卫二冰冻的外壳剥掉，将其找出来。世界各地的研究团队正试图解决如何穿透、融化或者钻穿冰外层这一难题。因为木卫二上的冰可能比地球上发现的最厚的冰层厚4倍，所以即使他们可以将钻机的工程师和笨重的机械设备送到木卫二，这也并不简单。各种对冰层厚度的估计不一，但是这个冰冻的外壳可能深达二十多千米（约53个帝国大厦逐个堆叠的高度）。     一项关于挖掘木卫二地下海洋的任务可能还需要花费数十年的时间。但是如果科学家发现了冰或者水中的微生物，那么这个发现的影响足以媲美哥白尼学说。     “如果我们在太阳系中发现了除我们之外的生命，”西雅图华盛顿大学的物理学家戴尔•瓦恩布雷纳说，“那么这就告诉我们，夜晚当你仰望星空时，你正在看着很多可能存在微生物的地方。”

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