你是否知道：宇宙起源于137亿光年前的一次大爆炸；我们所看到的太阳，是8分钟以前的太阳；我们所看到的宇宙，是过去的宇宙。藤田贡崇编著的这本《137亿光年的宇宙论》是目前为止用最通俗方式和最清晰的逻辑向读者介绍宇宙知识的书，远离枯燥数据，它的视角从地球开始，拓展到太阳、行星、银河系、直到宇宙尽头，展现宇宙的壮美与神秘。

藤田贡崇编著的这本《137亿光年的宇宙论》跨越时空的界限，向被宇宙的壮美所吸引的读者展现遥远宇宙尽头的秘密。本书首先从地球上对宇宙进行观测，依次将视角拓展到太阳、行星、银河系、乃至银河系外，直到宇宙的尽头。我们共同开启一场星际之旅，感受黑洞以及暗物质等神秘的存在，同时也和大家一起探讨宇宙是如何发展成为现在的模样，以及它的未来。

前言

第一章 从地球对宇宙的探索

 天体观测的“理想地点”在地球上只有三处

 通过各种各样的“眼睛”看宇宙

 哈勃太空望远镜，苦难之旅的宇宙绘卷

 ALMA望远镜，由66台小望远镜组成的巨大望远镜

 总结

 专栏 可视光线的光谱一虹

第二章 充满谜团的星体——太阳

 从地球搭乘喷气式飞机飞向太阳需要18年零9个月

 既是光源，也是天文学的基准

 核聚变能量传达到表面需要lOO万年

 追逐日食的日食猎人

 包裹在太阳外围的数百万摄氏度的日冕

 太阳表面的黑子

 秒速900千米的太阳风之谜

 总结

 专栏 天文学中使用的各种各样的单位

第三章 太阳系的兄弟们

 水星——距离太阳最近的小行星

 金星——与地球似是而非的行星

 地球与月亮——最特别的星体

 火星——很有可能存在“液体水”的行星

 小行星——没能成为行星的星体们

 “地球型行星”与“木星型行星”的分界线

 木星——没能成为太阳的巨大行星

 土星——光环的厚度只有几十米

 天王星——像绿宝石般鲜明艳丽的行星

 海王星——将捕获的天体作为自己的卫星

 冥王星——从行星降级为矮行星

 位于太阳系尽头的奥尔特彗星云

 总结

 专栏 冲出太阳系的旅行者号

第四章 银河系中心巨大的黑洞

 组成银河系的恒星的进化

 动态的星体生命周期

 从白矮星到黑洞——各种各样的星体终结

 50亿年后，银河系将与仙女座星系发生碰撞

 银河系并非旋涡状，而是棒旋涡状

 银河系的中心可能是黑洞

 总结

 专栏 颠覆相对论的实验结果

第五章 欣赏星系的形状

 对星系进行收集整理的星表

 通过计算天体之间的距离而获得诺贝尔奖

 星系的形状——椭圆、透镜、旋涡、不规则

 群、团、超……星系的组合

 因为平衡，所以是球状和圆盘状

 从“红色”中发现的宇宙膨胀

 类星体的庞大能量源自黑洞

 总结

 专栏 观测天文学与理论天文学是相辅相成的关系

第六章 黑洞的能量源

 如果地球的半径缩小到4毫米，就会变成一个黑洞

 即使不发光，也能找到黑洞的“候选者”

 吸积盘的X射线是黑洞的线索

 高速喷射，从黑洞边缘逃脱

 发现超大质量黑洞的关键是“中间程度”的存在

 中子星，1054年的超新星爆炸

 白矮星并不老实

 大规模的吸积盘

 总结

 专栏 黑洞是孤独的宇宙

第七章 暗物质与暗能量之谜

 太阳系的行星和整个银河系都在旋转

 女性天文学家发现的“看不见的物质”

 探寻“看不见的物质”的真面目

 验证基本粒子模型

 除了暗物质之外，还有暗能量！

 贝尔实验室发表的关于宇宙大爆炸的证据

 总结

 专栏 因对白矮星的研究而广为人知的钱德拉塞卡

第八章 宇宙的过去与未来——关于宇宙的梦

 宇宙之中有大尺度结构

 通过宇宙膨胀说描绘出的宇宙诞生初期景象

 宇宙大爆炸(Big Bang)——诞生于大爆炸之中的宇宙

 从暗黑时代到星体诞生

 宇宙膨胀说在日本的发展

 我们之所以认为宇宙是单一的，是因为我们只看到了宇宙的很小一部分

 关于宇宙未来的假设——大坍塌、极寒、大撕裂

 第二个地球

 人类在不断地发出信号

 总结

 专栏 计算“外星人”存在概率的德雷克方程

后记

“宇宙：最后的边境。”（Space： the final frontier。）

这句话出自1987～1994年上映的美国科幻电视系列剧《新星际迷航》的片头。

这种状况直到今天仍然没有改变，宇宙现在仍然充满了未知的领域，极大地刺激了人类的求知欲。

人类自古以来就对天体的运动充满敬畏之情，企图通过占星术来理解天体的世界。后来，出现了通过科学方法去了解宇宙的人，天文学也从此确立起来。

“占星术”的英语“astrology”和“天文学”的英语“astronomy”出自同一个词源。天文学可以说是人类最古老的学问，天文学家将许许多多的天体或者说宇宙本身作为研究的对象，利用各种各样的观测器械和电脑，尝试搞清楚位于遥远彼方的天体所显示出的多种多样的物理现象。

本书将跨越时间的界限，向被宇宙的不可思议和美丽所吸引的读者们，展现遥远的宇宙尽头的神秘景象。

从我们居住的地球出发，逐渐扩大观察的范围，为大家介绍在地球上看不到的各种各样的现象，以及现在仍然没有得到解决的宇宙之谜。

首先，本书将介绍在我们居住的地球之上，现代的天文学家是如何对宇宙进行观测的。

天体观测的“理想地点”在地球上只有三处

天体观测方法在很久远的古代就形成了，它利用的是我们能够看到的可视光线。

简单说，透镜（或者收集光线的反射镜）的直径越大，我们用来观察宇宙的“眼睛”的视力越好。也就是说，只要有一点儿微弱的光线，都可以进行观测。

设置在夏威夷岛上的“昴星团望远镜”（Subaru Telescope），就是利用可视光线进行观测的天文望远镜。用来收集天体光线的镜面直径达8.2米，是世界上最大的单镜望远镜，镜面精度为0.012微米（μm）。

如何理解这个镜面精度呢？假设将镜面放大到整个夏威夷岛的程度，那么镜面的弯曲度只有一张纸那么厚，由此可见，镜面的做工非常精巧。通过这个镜片，可以收集到距离十分遥远的天体发出的极其微弱的光线，并且拍摄出准确的天体影像。

日本的天文台之所以设置在夏威夷岛上，主要是因为这里优越的地理位置。建造在地面上的天文望远镜的最大敌人，实际上正是大气层。关于天体观测的最佳条件，共有如下三点：

·晴天的时候多

·大气层对光线的吸收少

·大气湍流的扰动频率小

第一个条件，只要将望远镜建造在比云层更高的地点即可，在云层之上，当然无论何时都是晴天。

第二个条件，需要空气越稀薄越好，这就需要选择海拔较高的地区。

至于对第三个条件产生影响的大气层，位于平流层和对流层的交界处，大约1万米左右的高度。在这里会产生影响整个地球范围的湍流（偏西风与偏东风），其中的一部分甚至会成为喷射气流。因此，最适合进行天体观测的区域，必须是不受喷射气流影响的地区。满足以上三个条件，最适合进行观测的地区，在地球上只有三处。

它们分别是，位于北大西洋的加那利群岛西端的拉帕尔马岛（海拔2300米），位于太平洋上的夏威夷岛（海拔4200米），以及位于智利安第斯山脉与太平洋之间的阿塔卡马沙漠（海拔5000米）。夏威夷岛集中了各国最尖端的光学望远镜和红外线望远镜、亚毫米波望远镜、射电望远镜等共13台，堪称“天文台博物馆”。

另外，大气的扰动不只发生在高空。地表附近的空气流动，空气因为温度升高出现的对流，因为地形导致的局部空气涡旋，以及地表附近的湍流都会扰乱天体发出的光线。

由于这些原因，用来存放望远镜的天文台观测室（圆顶）也需要经过特别的设计和建造。比如说，要将望远镜设置在比周围更高的场所，观测室的形状也要特别注意，等等。

昴星团望远镜的观测室为了不受大气湍流的干扰，采用了圆筒形的设计，这样外界的湍流不会进入圆顶之内，内部的热量也可以有效地排放出去（彩图1–1）。据说为了设计出具有这种效果的圆顶，研究人员对极其复杂的空气流动进行了水流实验和计算机模拟，才最终决定了最合适的形状。

……

P3－7

不管在什么时代，都会有很多人对宇宙产生出浓厚的兴趣，并且产生出“为什么”这样单纯的想法。

比如“为什么月亮不会掉下来”，或者“为什么太阳总是散发出光芒”，甚至于“宇宙的尽头究竟是什么样的”，这些疑问总是会不断地产生并且范围越来越广阔。或许我们在小时候都有类似这样的疑问，但是长大后却渐渐淡忘了，现在让我们再次回忆起这些关于宇宙的疑问吧。

当我们长大成人后，将孩提时代所学到的零散的知识有机地结合在一起，就可以对这个世界有一个更加深层次的认识。我认为，所谓的知识就是这样充满了“乐趣”的东西。这本书，就是通过将知识“有机地结合在一起”，来使我们更加科学地了解宇宙，并且让我们切实地感受到“我们的世界竟然是如此的广阔”。

现在，人们对宇宙进行了非常全面的研究，宇宙已经和曾经人类所了解的那个形象发生了非常大的转变。但是，随着研究的不断深入，人们发现的新问题也越来越多。为了解决这些新问题，人们只能进行更加深入的研究。就在这样不断重复的过程中，科学得到了发展和进步，人类伟大的知识财产也得到了累积。

也就是说，我们对宇宙有多少已知，就有多少未知。当这些未知被揭开谜底的时候，甚至会被刊登在报纸上，或者出现在电视新闻当中。但是，天文学家所进行的绝大多数研究，实际上并没有那么轰动，绝大多数都是默默无闻的。

正是这些默默无闻的研究，组成了人类庞大的知识体系。最近很多大学都有自己的官方网站，在上面介绍了各自学校内的研究者们都在进行什么研究。希望大家去看一看这些网站，或许你心中的疑问正是别人的研究课题。

接下来，我将为大家介绍本书的章节构成。本书从在地球上对宇宙进行观测开始，依次拓展视角从地球到太阳、行星、银河系、乃至银河系外。

第一章“从地球对宇宙的探索”，讲述了天体观测是在世界的什么地方如何进行的，为大家介绍充满魅力的天文望远镜和天体观测站。即便在如此广阔的地球之上，适合进行天体观测的区域也是十分有限的。

第二章“充满谜团的星体——太阳”，我们将揭秘作为我们母星的太阳所拥有的谜团。为大家介绍只有在日全食的时候才能够看到的太阳的真面目。

第三章“太阳系的兄弟们”，将为大家依次介绍好比是太阳的孩子一样的行星。地球的兄弟都是充满个性的行星。

第四章“银河系中心巨大的黑洞”，将把焦点放在太阳系所属的银河系之中。并且介绍存在于银河系中心的巨大黑洞。

第五章“欣赏星系的形状”，在本章中我们终于冲出了银河系，可以去欣赏宇宙中各种各样星系的魅力。大家一定会因为星系形状的多样性而感到惊奇。

第六章“黑洞的能量源”，将为大家介绍直到如今仍然充满谜团的天体——黑洞。大家应该知道黑洞并不是一个单纯的黑暗星体。

第七章“暗物质与暗能量之谜”，在本章中我们将为大家介绍占宇宙质量绝大部分的暗物质，以及看不见的能量——暗能量。同时还将围绕着暗物质为大家介绍许多相关的天文学家与研究者。

第八章“宇宙的过去与未来——关于宇宙的梦”，将为大家介绍宇宙是如何发展成为现在的模样，以及现在的宇宙论。同时还将和大家一起探讨宇宙究竟有没有终结。

疑问的产生就是科学的起点。科学并不是科学家的专利，而是所有人共同的财产。通过这本书，如果能使你感受到宇宙的乐趣，那么你也同样能够感受到科学带来的快乐。希望这本书，能够使更多的人体会到科学所带来的快乐，并且能够解决广大的读者朋友心中的疑问，在诸位面对新的疑问时提供一些帮助。

我的研究室里有一台新的天文望远镜，虽然不是特别大，但对学生们来说已经够用了。属于我研讨会的学生，并不都是天文学专业，但他们都是喜欢科学，并且好奇心旺盛的学生。前几天一个寒冷的夜晚，学生们将这台望远镜搬到了室外去观察木星，他们通过这台望远镜看到了木星茶色的横纹，还看到了伽利略卫星。

那是这台望远镜第一次被正式使用，学生们一边进行各种调试，一边将望远镜对向夜空。当木星终于出现在望远镜的视野之中时，第一次亲眼看到“真正的”木星的学生们像小孩子一样发出“啊”“哇”的感叹声，甚至忘了夜晚的寒冷，全都看得入了神。等在旁边的其他学生们，虽然看不到，但是仍然围在正在进行观察的学生旁边，一会儿看看天空，一会儿看看观察的同学。而那些迫不及待地催促着别人“快点啊，很冷啊”的学生，等轮到他自己去观察的时候也忘记了时间，不舍得离开望远镜。

学生们利用自己学到的知识对木星表面的模样进行了重新的分析，就好像自己亲自去过了一样，用充满感动和喜悦的声音相互交谈着。他们的心早已经不在这里，而飞向遥远木星了吧。虽然从地球到那么遥远的天体需要花费很长的时间，但人类的心灵却可以在瞬间抵达。

就算没有望远镜去进行观察，通过各种各样的书籍所获得的知识，也能够帮助我们了解现代的宇宙。本书就是为了帮助读者朋友冲破时间与空间的界限，前往那些目前实际上还无法抵达的世界，从地球出发，经过太阳系、银河系，直到宇宙的尽头，并且顺便了解黑洞以及暗物质等神秘的存在。因为这并非学术性质的专业书籍，所以在解释和说明上可能有些杂乱和简单，不过，我仍然希望这本书能够使诸位读者掌握一些之前并不了解的新知识。

现在经常能够在报纸和电视上看到与宇宙研究相关的新闻，想必人类的宇宙观也会逐渐地发生改变吧。不过即便如此，我们的好奇心和乐趣却是不变的。这本书，如果能够成为吸引广大读者好奇心的“黑洞”，那将是我最大的荣幸。最后，朝日出版社的编辑们给了我很大的帮助，研讨会的学生们也对我的创作提供了很大的支持，对以上的诸位，致以最衷心的感谢。

于市谷·富士见

藤田贡崇