《科学先锋》是一套8卷本的系列丛书，收录了不同科学领域、不同国家的80位在科学领域有开创性贡献的著名科学家。

本书为该系列丛书之一。全书介绍了对于天文科学发展做出杰出贡献的10位著名科学家，每一章都叙述了科学家的研究、发现和对社会的贡献。

本书附有30余幅珍贵的黑白图片，这些图片都配有精准的说明；书中还为读者提供了扩展阅读，介绍了相关出版物和网络资源的信息。

《太空与天文学》卷介绍的10位科学家，是代表天文学发展的各个重要阶段的里程碑式人物。从哥白尼的日心说到霍金的宇宙大爆炸理论，可以看到人类视野的不断开阔，整个文明的面貌也因此发生着一次又一次革命性的变化。更为重要的是，通过这些伟人的生平故事，你能感受到他们的智慧、勇气和毅力，并为那些改变世界的精神力量所感动和鼓舞。

内容简介

前言

鸣谢

简介

1.尼古拉斯·哥白尼(1473—1543)

 现代天文学的奠基人

 家境优越的童年

 激发起研究天文学的兴趣

 哥白尼意识到天文学需要一个改变

 观测和计算的开始

 天文学理论简史

 科学的里程碑——日心说

 宗教丑闻

 哥白尼的遗产

 生平年表

 扩展阅读

2.第谷·布拉赫(1546—1601)

 为天体观测革新技术的天文学家

 出身优越

 日食让第谷的学习方向转向天文学

 观测精度需要一个提高

 开始设计观测仪器

 第谷·布拉赫的金属鼻子

 1572年发现超新星

 关于超新星的最早观测记录

 《新星》一书为第谷赢得了声誉

 欧洲第一个天文观测台在汶岛建立

 遥远的彗星以及第谷的天文系统

 第谷的遗产

 生平年表

 扩展阅读

3.伽利略·伽利莱(1564—1642)

 通过新型的望远镜革新了天文学观测的物理学家

 在比萨出生

 医学学习让位于物理学和天文学的兴趣

 作为数学教师的生涯开始

 伽利略著名的铁球实验

 伽利略接受哥白尼的理论

 新星和望远镜

 哥白尼理论值得支持

 不墨守成规的下场

 宗教审判

 伽利略被判为异端

 生平年表

 扩展阅读

4.约翰内斯·开普勒(1571—1630)

 天体动力学之父

 出身贫寒

 学识的进步

 意外地走上数学和天文学的职业生涯

 不得安宁的头脑

 5种规则的多面体

 开普勒试图给哥白尼理论做出证明

 成为大师的助手

 在火星问题上的争执

 开普勒定律的制定

 开普勒为巫术而斗争

 成就的进展

 开普勒的遗产

 生平年表

 扩展阅读

5.本杰明·班尼克(1731—1806)

 第一位非洲裔美国天文学家

 出生自由

 农场的生计让本杰明只能自学

 第一次声名鹊起

 茉莉·威尔士

 爱立克特家的到来影响重大

 57岁的时候，本杰明开始着手天文学

 从农民到天文学家

 杰出的创造和深重的失望

 18世纪历书的重要性

 命运的眷顾

 出人意料的转折

 本杰明的第一部历书

 生命的最后几年

 生平年表

 扩展阅读

6.威廉·赫歇尔爵士(1738—1822)

 恒星天文学之父

 子承父业

 逃往英格兰

 卡洛林·赫歇尔

 赫歇尔提高了光学仪器的分辨率

 有里程碑意义的发现

 国王的天文学家

 在家嗣作望远镜

 银河系的形状

 一位爵士的故事

 生平年表

 扩展阅读

7.罗伯特·H·戈达德(1882—1945)

 现代火箭和太空飞行之父

 被创造力包围的孩子

 樱桃树事件

 错误的大学

 新的道路

 艾萨克·牛顿的动力学三定律

 有秘密使命的人

 德·拉瓦尔喷管

 空间火箭

 火箭研究生涯

 “戈达德的基蒂·霍克”

 糟糕的新闻却带来好消息

 达到新的高度

 精神崩溃

 戈达德的遗产

 生平年表

 扩展阅读

8.维尔纳·冯·布劳恩(1912—1977)

 20世纪最杰出的火箭工程师

 贵族血统

 与众不同的眼光

 太空旅行协会

 机会敲响大门

 力量的联合

 秩序失常的星球

 从敌人到盟友

 太空竞赛

 逐渐上升的压力

 走出蓝色的天空

 胜利的巅峰

 梦想的尾声

 生平年表

 扩展阅读

9.卡尔·萨根(1934—1996)

 现代太空科学的普及者以及地外生物学的创始人

 在布鲁克林出生

 你靠什么为生呢？

 科学的新领域

 火星的黑色带纹

 不期望的地外生命研究

 和太阳系之外的生命取得联系

 空间科学的战士门侣

 宇宙

 “卡尔·萨根”成了一个家喻户晓的名字

 萨根的遗产

 生平年表

 扩展阅读

10.斯蒂芬·霍金(1942— )

 当代的爱因斯坦

 不寻常的生日

 天赋和奖学金

 悲剧，心碎和沮丧

 转折点

 奇异点理论和宇宙

 广义相对论

 大爆炸理论

 黑洞理论

 宇宙学的巨星

 时间简史

 科学偶像

 经典物理学的结束

 生平年表

 扩展阅读

译者感言

约翰内斯·开普勒是德国天文学家和数学家，他因我们今天熟悉的描述行星运动的开普勒三定律而闻名于世。他证明了行星，尤其是火星，在一个椭圆的轨道上运行，而不是之前学者们一直以为的规整的圆形轨道。他之所以能够取得这样的成就，很大一部分原因要归功于著名天文学家第谷数十年用肉眼观测记录下来的大量精确的关于火星的数据，开普勒是第谷的助手和继承者。开普勒发展了哥白尼的日心说理论，并且证明了行星们都围绕着太阳做椭圆形轨道的旋转，而太阳本身处于椭圆的一个焦点上。作为第一个解决了行星运动奥秘的天文学家，开普勒是现代天文学史上运用天体动力学原理最关键的科学家之一。

出身贫寒

约翰内斯·开普勒于1571年12月27日早产在德国威尔一个贫寒家庭里。父亲亨利齐·开普勒是一个雇佣兵，母亲凯瑟琳·开普勒是一个小旅店主的女儿。约翰内斯·开普勒成名后很少提起他的双亲。他是一个虚弱多病的孩子，他的一生都为各种疾病纠缠。很小的时候就得了天花，结果视力非常差。

1576年，他们一家先后搬到了附近的莱昂贝格、埃尔蒙丁根，接着又搬回莱昂贝格。这种颠沛的生活让小开普勒没有办法好好接受基础教育。不仅如此，他还得时常到外祖父开的小旅店去帮忙。虽然接受的教育零零星星，但小开普勒还是表现出了不一般的聪明和无穷的好奇心——这是一个值得考虑的重要因素，因为在那个好奇心刚刚开始萌发的年代里他是第一个接触了天文学的人。

当开普勒6岁的时候，母亲带他去看1577年的彗星，这颗彗星是丹麦天文学家第谷·布拉赫(1546—1601)发现的。这件事情在这个男孩小小的心灵中留下了深刻的印象，激发了他对星星最初的兴趣。1580年，9岁的开普勒有幸目击了一次月全食。这使得科学的火种在他心中逐渐燃烧起来。大家不要忘了，在开普勒的时代，所谓的天文学家更多的被人们看成是星象学家，他们的工作也就是仅仅预测一下星星的位置以及编写一下历书而已。

学识的进步

在开普勒13岁的时候，他终于在莱昂贝格的一所拉丁语学校完成了小学阶段的学习。1584年，他进入了德国阿德尔伯格(前称珲兹霍兹)的一个新教徒的神学院学习。凭借着他的高智商、虚弱的身体以及对宗教的信仰，开普勒的目标是在新教中任职，这样他可以得到一个平静的生活。1589年，他开始在新教的蒂宾根大学学习。贫穷的开普勒无法负担自己的学费；不过，乌特姆伯格的伯爵设立了一项公共教育系统，其中包含了给那些家境不好的学生的奖学金，以鼓励他们在新教上的信仰。这个项目使得开普勒可以上大学。他的专业是神学和哲学，不过也学习数学和天文学。

不久之后，他就听到当时的一位主要天文学家米歇尔·麦斯特林(Michel Maest—lin)(1550一1631)的课，他给大家介绍了关于哥白尼理论的争论。麦斯特林公开教授的是托勒密的理论，不过却偷偷地信仰哥白尼学说。他十分欣赏开普勒敏锐的头脑，决定鼓励他在数学方面进一步深造。这意味着开普勒有机会详细了解哥白尼理论的细节。开普勒很快就成为哥白尼理论的信奉者，他感到哥白尼的学说才是正确的宇宙学说，因为日心说的系统比起复杂的地心说系统实在要和谐而简单得多。他也认识到哥白尼并没有给他的《天体运行论》写序言说这本书只不过是一个抽象的数学假设；因为实际上这个序言的真正作者是这本书的出版监察人安德鲁·奥斯兰德。意外地走上数学和天文学的职业生涯

1591年，开普勒通过考试取得了文学硕士学位。之后的3年，他留在蒂宾根大学，继续攻读神学的博士课程，因为他仍然向往着新教中任职的生活。尽管他在数学方面非常具有天赋，而且坦率地说他对哥白尼学说的热情也要胜于麦斯特林教授，但是开普勒从来没有考虑过牧师之外的职业。所以，1594年当他收到一份在斯蒂利亚(现在奥地利境内)的格拉兹新教大学教授职位的聘书时感到十分意外。这份聘书的缘由是，格拉兹的官员向蒂宾根参议院提交了一个请求，希望他们推荐一位数学教师到他们那里任教，以顶替该校过世的一位教授。蒂宾根参议院推荐开普勒的理由有两个：第一，他是一个才华横溢的数学家；第二，他是一位公开支持哥白尼的学者，所以不是一个真正与上帝有缘的人。考虑到开普勒支持哥白尼学说的异端倾向，参议院秘密地做出决定，认为这是把他从教会工作中支开的最好机会。

经过一番犹豫不决之后，开普勒最终决定接受这份工作并于1594年抵达格拉兹。作为数学家和天文学家的他还有一部分职责是预测星象。开普勒一方面深深地相信宇宙和人有一种密切的联系，但另外一方面他也相信把星象预测建立在一个错误的理论(托勒密的学说)基础上是很愚蠢的。尽管对传统的方法很厌恶，开普勒还是提前预测出了一个冷冬和土耳其的入侵，这两样事情都真的发生了。这让他的声誉大大提高，工资也涨了好几倍。

不得安宁的头脑

开普勒看起来并不是一个好老师，他的班上学生都很少。这倒是让他有了许多空闲的时间可以自由支配，他可以深入地研究哥白尼的系统。最后，他开始根据哥白尼的日心说理论向自己提出问题。哥白尼的理论仍然依据了许多古典的数据，比方说哥白尼也为行星的规整圆形轨道设置了本轮(参看哥白尼一章的解释)，以便解释行星倒退的现象。开普勒提问：为什么行星一定要按照一个规整圆形轨道绕着太阳转？为什么只有6颗行星在太阳系，为什么它们如此均匀地分布？开普勒仔细研究了哥白尼的《天体运行论》之后，指出其中存在的问题，在他脑海深处，这个尚未解开的奥秘时刻召唤着他去解决。

有一天在讲座上，开普勒设想出了第一个日心说模型的补充理论。就在他给学生们画一个三角形和两个同心圆相切的几何图形的时候，他忽然灵光一闪，这个图形和哥白尼的描绘的木星和土星轨道多么相似啊！他的灵感不断闪现。对他来说，有一个事实很清楚，那就是土星和木星轨道的比例同他现在所画的同心圆和这个三角形的比例是相同的。他又在木星和火星轨道之间画了一个两维的正方形，在火星和地球之间画了一个五边形，在地球和金星之间画了一个六边形，最后，在金星和水星之间画了一个八边形。他没能把这个“均匀行星空间”贯彻到底，但他感到自己触摸到了一些重要的东西。他不肯休息的大脑继续在数学的世界里徘徊。他觉得碰到了一个新的理论！如果是三维的空间又如何呢？也许他应该从多面体的角度来考虑问题，而不是平面的圆圈。他设计出了一个嵌套式的规则多面体的模型，也被称为规则实心体模型，或者理想实心体。P41-45

排在队伍的第一就能作为热心观众得到运动场中最好的位置；第一个冲破缎带跨过终点线的运动员就能赢得一枚金牌；作为长子就有可能获得王室王位继承权，各种优势和好处常常伴随着“第一”，但有时为之付出的努力却也是相当巨大的。第一个在月球上行走的宇航员尼尔·阿姆斯特朗在他16岁的时候就开始了飞行课程，不辞辛劳地干各种工作来支付学费，刻苦学习以取得航空工程的学士学位。作为一名勇敢的空军飞行员，他在朝鲜完成了78次战斗任务，在民用试验飞行员的岗位上工作了7年，随后又在美国宇航局(NASA)做了7年的宇航员，在阿波罗11计划之前已经进行了许多次危险的太空飞行。他忍受了数年严格的体能训练并做了充分的精神准备，终于冒着生命危险勇敢地迈出脚步，踏上了那块人类从未涉足过的地方。阿姆斯特朗是太空探索的先锋，他开启了一条让后人得以继往开来的道路。尽管并不是所有的先锋开拓的行为都要像太空探索那么危险，但是，科学先锋就必须热衷于他的事业，就如同运动场上热心的观众；他们还必须专注，就如同竞技中的赛跑运动员；有时还要有上天的眷顾，就如同天生可以继承王位那样的幸运。

科学涵盖了所有建立在普遍真理和可观察的事实上的知识。狭义地说，科学专指探究自然世界及其法则的知识分支。哲学地描述它，科学就是一种努力，一种对真理的探寻，一种认知的方式，一种发现的方法。科学家们通过一种手段来获得信息，这就是科学方法。科学方法要求人们陈述问题，然后提出一个可验证的假设或者有根据的推测去描述一种现象或者解释一种观察结果，最后从结果中总结出结论来。数据可以检验假设，但是永远不能保证它是绝对真理。当科学家取得了大量支持的证据，他就有理由认为某种假设是正确的。这个过程听起来非常直接，但是有时科学的进步并不机械地遵循这样的逻辑轨迹。因为是人在进行观察，生发假设，进行试验以及总结结论，所以，学习科学的学生们必须了解科学中的个人的因素。

“科学先锋”这套丛书讲述的就是科学背后的人物，那些曾经开创出了新的想法和研究的人们。他们冒着失败的风险，往往还要面对各种反对的力量，但仍然坚持不懈地铺设出了一条条科学探索的新道路。他们的背景千差万别：有的甚至没有中学学历，有的获得了各种各样高级的学历；有的人依靠家庭的背景能够顺利地进行研究而不受财政问题的困扰，而有的人却穷得营养不良，流离失所。个性上，有开朗的也有忧郁的，有温和的也有固执的——但是，所有的这些人都充满献身精神，他们不吝贡献出他们的时间、见识和责任，因为他们信仰他们所追求的知识。求知的渴望让他们克服一切艰难险阻，勇往直前，最终他们的贡献推动了科学的事业滚滚向前。

这套书由8卷构成：《生物学》、《化学》、《地球科学》、《海洋科学》、《物理学》、《科学技术与社会》、《太空与天文学》以及《气象学》。每本书容纳了该学科中10位先锋人物的传略，介绍了这些人物的童年，他们致力于科学的心路历程以及他们的研究范畴，并提供足够的科学背景来帮助读者了解他们的发现和贡献。尽管我们这里介绍的人物都是相当卓越的，但并不意味他们就涵盖了一直以来最伟大的科学家。我们的编写其实遵循了这样的原则：这些被选择的突出的人物代表了各个领域中多样的分支学科、多样的历史、多样的科学途径以及多样的个性。每一章都有一个关于这个人物和他的著作年表及相关参考书目。每一本书都有一个关于该科学领域的介绍、图解、照片以及一个提供全面信息的扩展阅读书目。

这套书的意图是，在一个适当的水平上，为读者提供先锋科学家的信息。作者希望读者能被激发起来自己去领悟那些伟大之处，与那些站在科学前沿的巨人们产生共鸣，然后相信，这些科学巨人对这个社会产生的积极和不朽的影响。

历时两个多月的翻译是愉快的经历，学到了很多，谨在此向这个过程中帮助过我的师友致以深深的谢意。感谢刘雪婷认真负责的工作，保证了整个翻译进度的顺利完成；感谢好友郭红霞、田天、陆烁，每当在翻译中遇到困难，斟酌不定的时候，她们总是热情地帮助我一起解决问题；感谢毛舒能，在翻译到相关的化学知识的时候，为我解答疑问；感谢张良友，在翻译到相关物理问题的时候，提供了强有力的专业支援；感谢刘欣怡，她对霍金的理论很熟悉，我从她那里获得了大量翻译所需的背景知识；感谢刘瑞明，为我通读整个译稿，提了很多宝贵意见；感谢段文焱，协助我查阅了许多专业资料，保证了翻译专业术语的可靠性。总之，衷心感谢这些朋友，没有他们的帮助，在短时间内顺利翻译完这部书是不可能的。

邝剑菁

2006年9月于北京大学