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《太空》讲述了从天体物理学和宇宙学的历史开始，作者和五位天体物理学家及天文学家破译了宇宙研究的五个主要挑战，并一起描绘了明天的宇宙：未来，我们将对太空有什么了解？人类会踏足火星吗？我们会在地球以外的地方发现生命的痕迹吗？我们是否可以向我们的太阳系以外发送探测器甚至航天飞机？并且可以在另一个星球上安家吗？

宇宙的历史，科学与探索，猜想和推测，在这本书中随着精美的插图，慢慢解锁儿时的宇宙冒险之梦吧。

目录

序言　  006

卡洛·罗韦利（Carlo Rovelli）

前言　 　010

尼古拉斯·马丁（Nicolas Martin）

章　我们在宇宙中是孤单的存在吗？　 015

弗朗索瓦·福盖特（François Forget）

第二章　黑洞的本质是什么？ 　069

阿兰·莱阿祖罗（Alain Riazuelo）

第三章　我们会回到宇宙大爆炸吗？ 　121

桑德琳娜·柯蒂斯（Sandrine Codis）

第四章　我们会了解宇宙的结构吗？　 159

海伦·库尔图瓦（Hélène Courtois）

第五章　我们可以去另外一个星球定居吗？ 　199

罗兰·勒霍克（Roland Lehoucq）

作者介绍　 240

尼古拉斯·马丁是法国文化广播电台每日科普节目《科学方法》的制作人。他还制作了《清晰的想法》节目，这是以科学报道揭露假消息的周播节目。 

马修·勒弗朗索瓦自2017 年以来一直是一名科学记者。他曾是法国文化节目《科学方法》的定期合作者，现在负责《青少年科学与生活》杂志的物理学和天体物理学等学科的相关工作。

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书摘插图

章 

我们在宇宙中

是孤单的存在吗？

弗朗索瓦·福盖特

（FRANÇOIS FORGET） 

法国科学院院士，行星科学家，太阳系和行星环境探索专家

火星上的水 

在宇宙探索的历史中，地球之外没有生命的想法是一个相对较新的概念。当人类开始意识到其他星球是完全不同于地球的世界时，便很自然地认为这些地方也可能有生物居住。自从天文学家能够使用望远镜观察星球后，就发现火星与地球十分相似。他们相信自己看到了火星的四季交替、积雪出现，还有颜色的变化——这被认为有植被存在。于是，火星便给人一种适宜生命生存的幻想。

一段充满幻想的历史

如今人们已经知道，“植被”和“积雪”实际上是尘埃和干冰，但在当时，认为其他星球有人居住的想法是完全合乎逻辑的。很多人自然地相信“火星人”的存在。1877年，意大利天文学家乔凡尼·夏帕雷利（Giovanni Schiaparelli）对“河道”进行观测，这是火星上的一种地形特征，在传播时被误译为“运河”，由此点燃了许多天文学家的想象力，特别是美国人帕西瓦尔·罗威尔（Percival Lowell）和法国人卡米伊·弗拉马利翁（Camille Flammarion）。在那个时代，望远镜的精度已经达到人眼视力极限，观测者们看到了火星表面的一道道线条。这就是为什么直到20世纪60年代，几乎所有火星绘图都会给这个星球画上条纹。19世纪末，为了更好地观测火星及其著名的“运河”，富有并渴望名誉的天文学家、商人帕西瓦尔·罗威尔决定在美国亚利桑那州山区的弗拉格斯塔夫建造一座大型天文台。火星上极有可能有生命成为一件显而易见的事。然而，也有一些批评者站出来反对这种理论。其中著名的是天文学家欧仁·安东尼亚第（Eugène Antoniadi），他在巴黎天文台墨东基地进行观测后，认为火星“运河”只是一种视错觉。

1964年，美国国家航空航天局（NASA）发射了“水手4号”，大众媒体和科学界随之迎来了震撼的发现。发射次年起，“水手4号”开始拍摄火星南半球照片，人们发现火星上有与月球上类似的陨石坑。凭借超精密设备，“水手4号”对火星大气成分进行分析，进而估算出其表面气压。在那之前，人们以为火星大气层与地球大气层相近，因此预计这颗红色星球的表面气压约为地球的一半。令人震惊的事实是：火星大气层非常稀薄，实际上仅由二氧化碳组成，其压力不到地球的百分之一。很难想象火星人能在这种情况下生存……

曾经存在生命的可能性

由于火星上缺少现存生命的踪迹，并且环境相当恶劣，科学家们转而寻找已经消失了的古老生命的线索。自从1972年“水手9号”传来火星照片起，一场火星探索的变革到来了。在这片超过30亿年历史的陆地上，人们发现了类似地球河网的河床。这些流域表明火星过去的环境曾有利于液态水的存在，与其目前的干旱形象相去甚远。进一步提高照片精确度后，以下观察证实了上述发现：火星上有黏土等矿物质存在，也就是说曾有液态水浸渍并使玄武岩变质。这在地球上很常见，但在火星上出现，可以说是一个惊喜。在一些地方，沉积岩的堆积标志着古代三角洲的存在，例如法国卡玛格的罗讷河口。因此人们认为在火星历史上曾经有过一段时期，湖泊、河流甚至海洋都可能形成。

那么如何知道哪里能寻找到生命的踪迹？在天体生物学家看来，生命发展有几个条件：液态水、能源和组成生命的六种基本化学元素，即碳 (C)、氢 (H)、氮 (N)、氧 (O)、磷 (P) 和硫（S）。并且，还需要在足够长的时间内这些条件都能得到满足。

火星上发现的有机分子

近几篇科学出版物已经检测到火星上存在有机分子，即由碳原子和氢原子为基础形成的分子。这个发现鼓舞人心，但一定不能太快被冲昏了头脑：有机物痕迹和生命痕迹之间的差异十分巨大。这些有机分子有可能是由非生物过程产生的，类似于热液系统中的反应，比如岩石和热水之间的相互作用。

科学界提出了两大探索方向：一方面，寻找古代生命的痕迹，可以是活动迹象，也可以是化石；另一方面，调查现在存在生命的可能性，在深处更温暖且存在液态水的地方，这样的环境有利于细菌生长，因此有可能存在生命。地球上就有这种情况发生，人们发现地表以下几千米处的地下水中也有令人惊讶的生物圈，其中有一种奇异的细菌进行新陈代谢时消耗氢而不是氧——换句话说，这些生命形式与地表生命形式的标准并不相同。探索地下生物，好的办法是在火星底土中进行深钻，但目前这种操作仅靠自动装置是不可能实现的。

既然如此，能否间接检测到细菌活动？这也是2016年欧洲发射的火星痕量气体轨道器（Trace Gas Orbiter）的目标。这颗人造卫星在火星轨道上运行，能捕捉气体痕迹，这可以成为火星潜在生化活动的指标。

寻找考古痕迹

为了探测火星表面生命存在过的痕迹，应该挖掘远古的土地，理想的就是已经消失的湖泊底部，那里能够找到黏土，证明以前有过水源。如果这些水域能够在有利于生命出现的时间形成，就有可能捕获并保存有机物。我们可以期待在这类地方找到什么样的生命形式？当然不是像地球上的贝壳化石，从生物进化角度来看，这是非常近期的物种。在古老的火星土地上，很可能只有细菌。

理想的情况是发现保存完好的细菌化石。然而，即使火星上的温度远远低于地球上的温度，似乎也很难找到有数十亿年历史且保存完好的细菌。不过，这些生物能够留下它们活动过的宏观证明。在地球上，特别是在澳大利亚，著名的例子是叠层石。这种结构肉眼可见，乍一看让人以为是普通的地质构造：这实际上是多年来蓝细菌形成的非常精细的地层沉积物。蓝细菌也叫蓝绿藻，可以利用阳光营造出叠层岩结构。

我们还有希望检测到细菌产生的有机分子。但是怎么能确定一个有机分子是来源于生物呢？在地球上，生物体的一大特征是有机分子氨基酸的独特选择。作为蛋白质的组成成分，氨基酸在生物的结构和功能中发挥着核心作用。理论上氨基酸在空间上有两种构型，化学特性相同，但两者是镜像，就像我们的双手一样。因此，同种氨基酸的不同形式通常被叫作“左型氨基酸”和“右型氨基酸”。令人惊讶且无法解释的是，地球上所有生物体只有“左型氨基酸”。这引发了几个疑问，可能会让我们重新审视生命是如何演变的。理论上氨基酸的种类繁多，但实际上地球生物使用的只有大约20种。我们能在火星上找到与地球生命体内不同种类的氨基酸吗？如果这颗红色星球上存在生命，它是否也使用了两种氨基酸结构？不幸的是，这些问题目前无法回答。

另一个调查方向：进行同位素研究。每种化学元素都会存在多个版本，称为同位素。同位素可以是稳定或不稳定的，在不稳定的情况下，它们会发生放射性衰变。碳是有机生命的基础，它有几种同位素：碳-12（地球上99%的碳都是碳-12），还有稳定的碳-13和不稳定的碳-14（用于考古测年）。然而，一些生物过程更容易消耗碳-12而不是碳-13，如果某些火星岩石中碳-12的相对浓度低于其他天然岩石中的含量，这可能会成为这些岩石中生命活动的标记。

于是便有了一个推测性更强的假设：在火星上发现细菌化石，其中有类似于化石化作用的机制可以逐渐使二氧化硅取代每个碳原子（二氧化硅是一种海边沙滩中常见的矿物质）。这样的过程让细菌能够像恐龙或植物那样成为化石，从而保持自己的原始形式。

火星表面的流动痕迹

二十年来，经常有关于火星表面流动痕迹的新发现被发布，但没有任何一个能获得科学界的一致认同。其中一些报告与火星冲沟（英文中叫Martian gullies）有关，之所以叫“冲沟”，是因为它与山脉沟壑十分类似。长期以来，这种与地球上溪流的相似性让人们认为冲沟确实与液态水有关。然而，其他的火星观察提供了另一种解释：冬季结束时，火星上的干冰升华，而冲沟便是干冰从固态到气态的通道。

近火星观测发现了另一种流动痕迹，叫作RSL（季节性斜坡纹线）。这种暗流位于火星温度的斜坡上，与冲沟所在的位置截然不同。地球上也已经观察到了类似现象，特别是在南极洲。在我们的星球上，RSL的形成与液态水渗透沙子的方式有关。火星勘测轨道飞行器的相机负责人注意到这种线性痕迹每年都会重现，于是提议将其称为季节性斜坡纹线。人们认为RSL是含盐液态水，也就是说地下水层富含矿物盐。作为一种强大的防冻剂，盐可以让水在火星的低温下保持液态。但后来，人们发现RSL可能是传热机制导致颗粒流动的结果，就像沙子沿沙丘滚动留下痕迹，RSL是盐水痕迹的假设由此被推翻。

此外，还有另一个有趣的猜测。2008年，火星探测器“凤凰号”在火星北极地区探测到了似乎是由沙子形成的流动液态水。对于科学家来说，盐滴会捕获水蒸气并产生一种液态盐水。这些盐是高氯酸盐，是一种强氧化性的化合物，几乎遍布火星。细菌可以利用这些高氯酸盐生存吗？这个问题仍然没有答案。

火星干涸的原因

虽然理论认为火星表面有流动水存在，但直到今天也没有任何发现能明确证明这一假设。火星的确是一颗富含水的行星，但大多以固体形式（冰）存在，也有小部分以气态存在，如今仍然没有发现液态形式的水。在火星诞生之初，太阳光线不强，因此火星的温度要比现在低得多。当时的火星气候是可能有利于液态水存在的，因为那时的大气层要厚得多，并产生了非常强大的温室效应。然而，大气消失的奥秘仍然没有得到完全解释。直到2014年NASA的航天器进入火星轨道开始执行任务，人们才认识到大部分火星上造成温室效应的二氧化碳气体已经扩散到了太空中。但是通过什么过程呢？只有粒子自身的无序运动不足以导致大气逸散，这种机制可能更复杂，有可能的原因是太阳风，即太阳不断发射的粒子流。与地球不同的是，火星没有强大的磁场来保护自己免受这种持续的轰炸冲击。另一个假设是二氧化碳会溶解在液态水中形成石灰岩。然而，由于在火星上很少发现这种类型的岩石，因此受青睐的仍是气体逃逸到太空中的理论。

火星任务的未来 

目前有几个重大项目有望在未来几年得到推进。首先是由欧洲航天局（ESA）支持的非载人火星探测任务（火星生命探测计划），以及其交通工具罗莎琳德·富兰克林漫游车。任务计划于2022年发射，并于次年抵达火星（注：目前仍未发射）。这将是人类次准备在地面以下几米处取样。这个想法与其说是要发现含水层，不如说是要找到生化分子。在地下这个深度，以化石形式存在的生命痕迹比在地表上更有机会被保存下来，因为来自宇宙的紫外线辐射和大气中过氧化氢（俗称双氧水）等氧化分子对有机分子具有破坏作用。

的另一个主要研究主题是将一些火星物质样本带回地球。虽然机器人及其微小复杂的仪器十分精密，但其分析能力仍然无法达到地球上实验室的水平。考虑到这一点，美国宇航局已经通过火星2020（Mars 2020）探测任务及其探测器“毅力号”启动了样本返回计划。这个新的机器人将前往有利于保存生命痕迹的地质区域，科学家们希望能在那里发现30亿年前深藏地下、后通过侵蚀作用被带到地面的地层，“毅力号”便可以采集含有有机分子的样本，并存放在密封胶囊里仔细保存至2026年。随后的样本取回任务会先将它们送到火星周围轨道上的卫星上，然后再送回地球。只需几百克的样本，就足以让科学家们研究火星地质化学以及细菌发展的可能性。但是火星调查不仅仅是为了寻找细菌：它是为了探寻这个星球上过去发生的事情。

本篇总结：在火星上发现生命的概率是多少？

数亿年来，火星可能存在过湖泊和河流，这样的环境适宜生命的发展。那么，我们能从火星上的研究中期待什么呢？有这样几种选择。

悲观假设：没有任何发现。这就说明液态水不是生命出现的一个充分条件，生命的出现和发展需要一个更复杂的环境，这将使地球上的生命显得更加特殊。

中间假说：发现了有机化学的痕迹，作为非生物和生物之间的缺失环节，这将使我们在研究地球生命出现的有利机制上取得进展，目前这些机制仍然鲜为人知。

乐观假设：发现了一种与地球细菌非常相似的生命形式。这意味着什么呢？小行星撞击使得许多火星岩石被射入太空，它们可能携带细菌，而且其中一些已经落到我们的星球。地球上的生命会不会来自火星？反过来也是可能的：生命可能在到达火星之前就已经在地球上出现了。但在这种同源性的假设下，可能很难对生命出现过程做出更深了解。

奇迹假设：发现了不同于地球上的生命形式，比如不以DNA为基础。如果火星上的生命是独立发展，这就支持了仅仅是液态水就足以出现生命的观点，并为太阳系中其他行星也蕴藏了生命形式的推断提供了可能性。

冰卫星的足迹 

让我们继续在太阳系的旅程。这一次我们越过小行星带，在水星、金星、地球和火星这四颗岩质行星之后，进入的是气态行星——木星和土星的领域。气态行星特点是体积惊人，并且被众多卫星包围，目前木星周围有79颗卫星（注：2023年数据为95颗），土星周围有82颗卫星。在寻找地外生命的过程中，科学家们对其中一些卫星特别感兴趣：围绕木星运行的欧罗巴（木卫二）、甘尼米德（木卫三）和卡利斯托（木卫四），以及土星的恩克拉多斯（土卫二）和泰坦（土卫六）。这些卫星被诗意地冠以“冰卫星”之名。

故事开始于1979年，当时美国发射的太空探测器“旅行者号”飞越欧罗巴，其拍摄的照片让人联想到漂着大片浮冰的景象。但不同的是，欧罗巴表面并不是普通水面上的薄冰，而是厚达数千米的巨大冰壳。在这个发现之后，1989年美国发射的“伽利略号”木星探测器和1997年国际合作发射的“卡西尼号”土星探测器任务显示，其中一些冰卫星存在地下海洋层：欧罗巴和恩克拉多斯的海洋层接近地表，而甘尼米德、卡利斯托和泰坦的海洋层在更深的地方，可达地下几十千米。

间歇喷泉

令人惊讶的发现是在2005年，当时“卡西尼号”探测器在恩克拉多斯的南极地区探测到水蒸气、气体和冰的猛烈喷发。虽然土星卫星的地壳通常有20千米厚，但发现恩克拉多斯南极地区的地壳要薄得多，只有不到2千米，而在这层薄薄的地壳和卫星地心之间存在一个巨大的液态水海洋，这就导致水可以通过地壳裂缝流出。在欧罗巴上也发现了同样的现象，但比较少见，更难观察到。不过，我们已经检测到欧罗巴上有相同类型的裂缝和盐分，证明它的深处也有液态水存在。

“卡西尼号”航天器能够在这些间歇喷泉中穿梭，收集样品并进行分析，但它不具备寻找生命迹象的能力。

使卫星升温的潮汐力

该如何解释在离太阳这么远的天体上可以存在液态水？我们知道，一个天体所接受的太阳热量随着其距离的平方而减少。因此，木星离太阳的距离是地球的五倍，它接收到的太阳能要少25倍，而土星要少100倍。因此，这些行星的表面温度远远低于0℃。尽管这些卫星的核心通过自然放射性产生热量，就像地球的核心一样，但这种热量不足以使水保持在液体状态。

那么在这种条件下，我们如何解释这些卫星存在地下海洋呢？这就必须考虑到引力的影响，它能够使两个大体量的物体相互吸引，其质量可以决定引力的大小。在围绕木星或土星这样大的行星运行时，这种引力是不可能忽略不计的。另一个重要的参数是轨道共振，即在行星及其多个卫星之间发生的自然同步。当欧罗巴围绕木星运行一周，则甘尼米德运行两周、伊奥（木卫一）运行四周。这些卫星相互干扰，而且每颗卫星的轨道不是圆形而是椭圆形，因此当它们沿自己的轨道行进时，会越来越接近自己的行星，所以产生的吸引力会随时间而发生变化。这些吸引力的起伏被称为“潮汐力”，类似于月球对地球产生影响而引起海洋潮汐变化。冰卫星上的潮汐力非常强大，大到可以“揉搓”星体的内部。持续的摩擦加热了内层，使里面的冰块融化。这种机制类似于我们用手揉搓造型黏土，一段时间后，会感到黏土在发热。天体也一样，任何受到力学约束而变形的天体都会呈现升温趋势。

卫星离它的行星越近，这种潮汐效应就越强烈。离木星近的是伊奥，它的内部温度非常高，液态水已经蒸发，卫星表面不断发生火山喷发。而在距离较远的欧罗巴、甘尼米德和卡利斯托上，情况则没有那么激烈。

一个可能适宜生命生存的环境

尽管冰卫星的深处存在液态水，但它们的环境仍然十分寒冷。而在地球上，绝大多数生命依赖于光，无论是植物还是浮游生物，光是食物链存在的能量基础。没有光，就没有光合作用，就不能产生氧气和有机物，这对生命的发展至关重要。所以我们如何想象生物能在永远没有阳光的冰冷卫星的深层区域生存？有许多例子表明，生物体能够利用火山的地质化学作用来获得它们生存所需的能量。地球上的“黑烟囱”就是这种情况，这些热液喷口位于洋脊的轴线上，那里没有任何光线，却发展了非常丰富的生态系统。

那么由潮汐力产生的内部热量能否维持欧罗巴或恩克拉多斯地下海洋底部活跃的火山活动？尽管这一点尚未得到证实，但对恩克拉多斯间歇喷泉的物质分析显示含有二氧化硅纳米颗粒，这或许是海底可能存在的热液活动的标志，在那里液态水直接接触到了构成星体核心的岩石。根据这一观测，这种环境有利于某些形式的生命发展似乎是个可行的假设，只要海洋中有足够浓度的矿物盐，就能确保物种生长和繁殖。

甘尼米德和卡利斯托的情况略有不同。这两颗卫星情况特殊，几十千米厚的液态水海洋并不在星体的岩石核心上，而是在另一个冰层上。事实上，水在非常高的压力之下可以变成另一种形式的冰，叫作“高压冰”，它甚至能在非常高的温度下存在。因此，海洋像三明治一样被夹在两层冰之间。尽管被隔绝起来，这种海洋在某些条件下仍然可以富含生命所必需的矿物质——这些矿物质本来处于更深层的岩石中，通过海洋下的冰层运动而被传送进来。

后要考虑到的是，所有这些卫星自诞生以来就受到彗星和小行星的轰击，其表面可能留下有机分子，有时是更复杂的分子。然而，由于地质构造运动，部分外壳可能会沉入卫星内部。地球的俯冲带也有同样现象，例如加利福尼亚附近。因此可以想象，长期以来，陨石沉积在地表的有机分子到达了星体深处，终在地下海洋中播下生命的种子。

泰坦的特殊情况

与其他冰卫星一样，土星的天然卫星泰坦（土卫六）内部也显示出海洋存在的迹象。首先，由于“卡西尼号”飞船携带的惠更斯探测器于2005年在泰坦表面着陆，它的磁力计（详见上文 “如何远程探测液态水”）已经能够探测到泰坦的电场波动，这可以用液态水的存在来解释。其他地质测量证据也表明了海洋的存在，它的厚度有几十千米，位于地下约50千米的地方。

泰坦与其他卫星的区别在于它有一个富含甲烷的厚重大气层。当甲烷暴露在紫外线辐射和土星附近的电效应下时，会发生惊人的复杂的有机化学反应，并产生大量的有机烟尘，即由碳、氮和氢组成的复杂分子。这种烟尘被认为是泰坦呈现红色的原因。虽然这种化学物质不是来自生物，但它的丰富程度足以支持生命存在。

另外，人们还知道了泰坦内部和大气层之间可以发生物质交换，因为大气层中被测出含有某些只能在泰坦中心的岩石中形成的放射性化合物。这就是为什么一些物理模型预测，在几百万年后，分子很有可能离开星体表面，进入深处的液态水海洋。

泰坦上存在类似于地球水循环一样的甲烷循环，特别是在极地地区，一些甲烷是液态的，形成河流和湖泊。泰坦上的甲烷是否会扮演和地球上的水一样的角色，充当溶剂使分子相遇，从而诞生生命？根据这一假设，一些研究项目进行了探索，但目前这还是个推测性观点，因为这还没能解决从非生物体到生物体过渡中涉及的所有问题。

一方面，甲烷与水不同，它不容易让分子形成膜；另一方面，即使泰坦表面的压力允许甲烷处于液体状态，这种液体也过于冰冷。温度越低，分子的运动就越慢，就越难相遇并发生化学反应，那么泰坦上形成生命的每个阶段所需的时间都比地球上长得多。考虑到这一点，泰坦上有没有生命存在仍然没有答案。

未来的空间任务

在美国和欧洲，人们对冰卫星的兴趣仍然很高，美国宇航局和欧洲航天局正在准备推出几个任务来进一步研究这些星体。

个即将被发射的是木星卫星探测器，这是欧洲航天局计划在2022年进行的一项任务。配有专门的光谱仪，能够更好地分析和确定从卫星上逸出的分子的性质，特别是卫星上间歇喷泉的物质特性。不过，的主要任务并不是寻找生命，而是研究各种冰卫星的海洋和地质情况。

美国宇航局即将进行的是“欧罗巴快船”任务，正如其名，这一探测器的目标是木卫二欧罗巴。除了配备比之前的探测器更精确的磁强计之外，欧罗巴快船还将拥有一个用于探测冰层的雷达。它的目的也不是寻找生命，而是更好地了解星体深处到底发生了什么。欧罗巴快船的仪器将用于准确估计地下海洋的深度，并确定是否存在火山活动。科学家们希望这次所获得的结果能够为未来寻找生命的新任务做好准备。然而，目前欧罗巴快船的出发日期仍不确定，初计划是于2025年发射，现在还不能保证新的发射火箭可以在预定日期前投入使用。

以上这些空间探测器仅限于木星周围轨道上活动，美国还有一项长期计划，准备发送一个登陆器探索欧罗巴的表面，从而更好地了解这颗卫星。至于土星卫星， 2034年泰坦将迎来“蜻蜓号”探测器。“蜻蜓号”将探索相隔几千米的几十个目标地点，它的活动范围比漫游车更大。由于泰坦的大气密度是地球的四倍，重力比地球弱七倍，“蜻蜓号”的探索模式将会非常适用。

探索完陆地后，后一步当然是派一艘潜艇进入这些地下海洋之一进行勘探。虽然这类项目很可能有一天会成为现实，但毫无疑问，至少要等到下个世纪才能实现。如何穿透地表到达水中，这是目前的主要困难之一。简单的方法是加热冰块使其融化，向地下行进几千米到达海洋。不幸的是，考虑到表面冰的特性，特别是热传导的问题，想要找到一个合适的热源实现这种操作是不现实的。第二个方法是挖掘地壳，但这种操作在技术上也难以实现。那么是否有可行的样本返回方案呢？在目前以及未来很长一段时间内，从技术角度来看，这仍然遥不可及。

本篇总结：冰卫星上发现生命的概率是多少？

自从发现木星和土星可能有生命存在以来，这些冰卫星引起了科学界的持续关注。多年以来，甚至出现了太阳系中其他冰冻的天体可能也有液态层的观点。天文学家们根据所掌握的所有数据，推测像冥王星这样处于太阳系边缘的矮行星，也可能藏有地下海洋……

前言

序言

卡洛·罗韦利

CARLO ROVELL

理论物理学家，艾克斯-马赛大学理论物理中心

量子引力研究小组主任

尽管历史已经绵延了数十个世纪，但人类就像一个刚刚离开村庄、发现更广阔世界的孩子。我们在自己的小星球上长大，认为它是一切的中心。后来才慢慢意识到，地球只是迷失在巨大空间里的一粒尘埃，而这个空间正在发生各种意想不到的美妙奇迹。

1609年8月25日，在这个命运之夜，伽利略·伽利雷（Galileo Galilei）次将望远镜对准天空。未曾被想象过的东西出现了：木星的卫星、金星的相位、太阳黑子……人类终于睁开眼睛看宇宙了。从那时起，我们便没有停下冒险的步伐。20世纪60年代初，苏联宇航员尤里·加加林（Youri Gagarine）成为个进入太空的人，从此开启了太空时代。之后不到十年，人类又踏上了月球。近年来，我们对望远镜工具的研发以及对宇宙物理学的理解都发生了跨越式发展，一个丰富多样、美丽惊人的宇宙出现在我们眼前。

这本带有插图的精美书籍非常值得翻看和阅读。沉浸其中，让自己被俘虏，它会把我们带到我们还不知道的新地方，引领我们去往我们还不了解的新世界。这本书会使人着迷，它的表述通俗易懂，同时内容详细、精确和深刻。

这本书讨论的是那些关于宇宙的特别的开放性问题。首先是火星上、太阳系的卫星上、其他恒星系统的行星上存在生命的可能性——当下有生命存在吗？或曾经存在过吗？而在现实里呈现巨大复杂性的众多表现中，到底什么能被叫作“生命”？我们人类是否只是其中的一个小例子？

而黑洞，几年前还被认为是神话般的天体，现在我们能够在太空中观察到，这与爱因斯坦的理论预测完全一致。但关于黑洞仍有许多谜团：黑洞中心会发生什么？我们看到的所有落入黑洞的物质都落在了哪里？黑洞生命结束时又会发生什么？它们会不会直接消失，而不留下任何被“吞下”的物质的痕迹？它们会变成白洞吗？

随后，这本书还讨论了近140亿年前发生的不可思议的事件，那时，我们的宇宙被压缩在针头大的体积里。虽然我们在如此遥远的现在重建了宇宙的历史，这是一件非常了不起的事，但实际上，我们仍然知之甚少：我们不知道宇宙诞生前发生了什么。宇宙大爆炸是否像霍金所说的那样相当于时间的诞生？或者像圈量子引力论表明的那样，只是以前的宇宙在自我坍缩时的反弹？

虽然我们已经对过去140亿年的宇宙历史有了惊人的了解，但仍有许多谜团未解开。在我看来，暗能量并不神秘，它只是爱因斯坦方程中宇宙学常数的一种解释。不过，暗物质也完全让我们摸不着头脑：它们是我们从未直接观察到的粒子吗？或是我们目前正在经历的引力变化的影响？又或正如我的想象，是众多小黑洞存在的标志或黑洞蒸发后的残留物？

后，我们能否重振伟大的太空探索梦？我们是否会前往火星？我们是否能够离开太阳系？当我还是个小孩时，经常想象成年的我驾驶宇宙飞船在太空冒险。我们可以重燃这种希望吗？

我们已经学到了很多关于宇宙的知识，但更多的是我们不知道的事。这本书讲述了我们所处的位置、我们所理解的事情、我们发现的无数奇迹，但这已经是我们知识的边界了。在太空领域还有很多疑点，未来的几年里，我们可能会在许多问题上改变原来的认知。当人们大胆看向远方时，往往一切都变得越来越不确定。但对探索的呼唤一直存在，它有一种不可抗拒的魅力和吸引力。这本书成功地传达了这种迷人的香气，既是对已实现的太空之旅的一次庆祝，也是开启新的探索之梦的一次邀请。

书籍介绍

《太空》讲述了从天体物理学和宇宙学的历史开始，作者和五位顶尖天体物理学家及天文学家破译了宇宙研究的五个主要挑战，并一起描绘了明天的宇宙：未来，我们将对太空有什么了解？人类会踏足火星吗？我们会在地球以外的地方发现生命的痕迹吗？我们是否可以向我们的太阳系以外发送探测器甚至航天飞机？并且可以在另一个星球上安家吗？

宇宙的历史，科学与探索，猜想和推测，在这本书中随着精美的插图，慢慢解锁儿时的宇宙冒险之梦吧。