宇宙是广袤空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。自古以来，人类就对宇宙充满了好奇，并对宇宙的奥秘孜孜以求。人类探索宇宙的历史，是一幅波澜壮阔的画卷。在探索宇宙的过程中，随着科学技术不断进步，人类对宇宙的认知不断加深，人类社会自身的发展进步也深深受益于天文和宇宙学及航天科技的带动。人类作为高级智慧生物，对宇宙、地球与生命的起源、演化和未来的求知是必然的本能。
本书以生动浅显的语言，讲述了地球、太阳系、宇宙空间的相关科学知识，介绍了人类探索太空的历史变迁、探索手段和工具的发展、探索所获得的重要发现，介绍了当前在探索太空中面临的科学和技术难题，探讨了地外生命存在的可能性以及人类与地球的未来。
本书融科学性、知识性、趣味性于一体，有益于培养科学兴趣、开阔思维视野、挖掘内在潜能，非常适合对科学、宇宙和未来感兴趣的大众读者阅读。

叶培建，中国科学院院士，中国空间技术研究院研究员，获“人民科学家”国家荣誉称号，瑞士科学博士学位，香港理工大学和澳门科技大学荣誉博士学位。我国第一代传输型做察卫星系列总设计师兼总指挥，“嫦娥一号”卫星总设计师兼总指挥。现任中国空间技术研究院“嫦娥”系列各型号及火星探测器总指挥、总设计师应问，空间科学与深空探测首席科学家。中国科学院主导的国际合作“太阳风-磁层相互作用全景成像卫星工程”总设计师；清华大学、浙江大学等高校兼职教授，荣获国家科学技术进步奖特等奖，一等奖及部委级多项奖励，获中华人民共和国成立70周年“最美奋斗者”、全国“五一劳动奖章”、2007年“中国十大科技英才”等荣誉称号。2014年作为团队带头人获得国家科学技术进步奖创新团队奖。2017年1月、国际小行星中心命名编号456677的小行星为“叶培建星”

总序（杨玉良）
序（怀进鹏）
引子
第一章 地球母亲
一、地球极简史
二、“暗淡蓝点”
第二章 太阳系家园
一、八大行星
二、提丢斯-波得定则是真的吗？
第三章 宇宙的尺度
一、辽阔的太阳系
二、宇宙有多大？
三、量天尺
第四章 太空并不“空”
一、地球辐射带
二、神奇的粒子
第五章 易怒的太阳
一、太阳风
二、太阳风暴
三、地球的保护伞
四、“2012世界末日”的真相
第六章 坐地观天
一、“裸观”时代
二、人类的“千里眼”
第七章 箭指苍穹
一、万户飞天
二、浅识现代火箭
三、世界运载火箭家族
四、其他空间探索工具
第八章 星际穿越
一、离子推进器
二、“核”心的力量
三、扬“帆”星海
四、反物质推进
五、虫洞
第九章 浅识航天器
一、什么是航天器？
二、骨骼和关节——结构与机构分系统
三、皮肤—热控分系统
四、小脑——姿态控制分系统
五、肌肉——推进分系统
六、心脏——电源分系统
七、大脑——数据管理分系统
八、手机——测控数传分系统
第十章 太空漫游
一、无人探测历程
二、太空，我来了
第十一章 太空发现
一、近地空间
二、月球
三、近地行星
四、远地行星
第十二章 “探”以致用
一、微重力实验
二、太空育种
三、遥感与气象观测
四、通信广播
五、导航定位
六、太空旅游
第十三章 技术瓶颈
一、发射成本居高不下
二、太空垃圾日益增多
三、深空测控与导航能力不足
四、太空辐射环境的影响
第十四章 太空“流弹”
一、超级“流弹”——空间碎片
二、小“流弹”，大威力
三、“避弹术”
第十五章 步步惊心的太空人
一、“十面埋伏”
二、致命辐射从何而来？
三、航天员的妙招
第十六章 天地大冲撞
一、小天体的威胁
二、“肇事者”从何而来？
三、保卫地球
第十七章 科学难题
一、黑洞
二、暗物质与暗能量
三、宇宙与天体起源
第十八章 地球的未来
一、人类会灭亡吗？
二、星际移民
第十九章 外星人在哪里？
一、费米悖论的由来
二、惊人的假想
三、悖论的解释
四、戴森球之谜
第二十章 飞向宇宙，浩瀚无垠
参考文献

探索未知是人的本性。
纵观科技文明的历史，人类
从来没有停下科学探索的脚
步。开普勒关于天体引力的
猜想，启发了牛顿对万有引
力定律的研究。爱因斯坦关
于引力波的天才假设，百年
之后得到了激光干涉引力波
天文台（LIGO）的验证。
无数事实表明，立足科学、
大胆假设、敢于猜想，激发
最新奇的科学发现，催生最
绚丽的技术发明，历来都是
科学探索的力量所在。正是
因为对大海的向往，才有了
轮船、潜艇、“蛟龙号”的创
造；正是因为对太空的向往
，才有了火箭、卫星、载人
飞船的发明。
中华民族是最富想象力
的民族，后羿射日、嫦娥奔
月、屈原《天问》和古典名
著《西游记》无一不是民族
想象力的杰作。四川的三星
堆文明，给人们留下许多难
解之谜，引发关于史前文明
、外星文明的无穷想象，其
中就蕴含着重大的科学问题
。基于“弘扬科学精神，普
及科学知识”的目的，中国
科学院组织了“科学与未来
：院士科普丛书”的编制工
作，精选了一些科学前沿问
题为主题撰写科普书籍，并
纳入国家科学思想库“科学
文化系列”。
自从1959年苏联第一颗
人造地球卫星上天之后，人
类的太空探索历程就进入了
全新时代，且不断加速发展
。美国的“阿波罗”登月、“
旅行者号”、“新视野号”，
欧洲的“罗塞塔-菲莱”，中
国的“神舟”“天宫”“嫦娥”等
，在人类走向外太空的道路
上铸就了一座座丰碑。近半
个世纪以来，太空探索不仅
持续升温，而且催生和引领
了人类社会诸多领域的技术
发展。越来越多的普通人意
识到太空探索的重要意义，
对于太空探索的相关知识由
好奇到进发兴趣，再到由衷
热爱的公众不断增加。鉴于
此，本书选择了“探索太空”
作为主题，从太空的神秘奇
妙入手，内容涵盖了人类自
古以来的太空探索主要历程
、重要科学发现和技术进步
、太空探索工具和手段的基
本介绍、当前太空探索中的
热点和难点等，穿插了相关
科学人物和历史事件介绍，
内容丰富生动，引人入胜。
本书的作者是叶培建院
士和他的年轻团队。叶培建
院士曾在北京航空航天大学
计算机学院担任兼职教授和
北京航空航天大学国家重点
实验室的学术委员会主任，
我们很熟悉，我对他的工作
也很了解。他领头的我国深
空探测队伍也有不少骨干人
物都是北京航空航天大学的
学生，对这支队伍和他们的
工作也有较多的了解。这些
在航天一线从事工程研制的
人，拿起笔来，将人类走向
外太空面临的多个“景点”“
过程”“问题”用简洁、浅显
的语言讲出来，把复杂的航
天任务用科普的形式和语言
表述出来，是件很不容易的
事，但他们做了，且努力了
，这种热爱科普、支持科普
的精神很值得称赞，也令我
佩服。
我深为中国空间事业目
前的成就而感到欣慰，也确
信将来会取得更大成果。希
望通过《征程：人类探索太
空的故事》这样的作品，激
发、培养和保持青少年的科
学兴趣，在他们心中播下科
学的种子。同时也希望进一
步鼓励、支持和引导广大科
技工作者和科普从业人员做
科学的“园丁”，播撒科学的
“种子”，不断“浇水施肥”，
让“崇尚科学、探索求真、
勇于创新”的科学精神、科
学思想、科学方法在人们心
中落地生根、发芽结果，把
科学探索的足迹留在祖国大
地、走遍世界角落，把光荣
和梦想融入实现中华民族伟
大复兴、构建人类命运共同
体的新时代、新使命和新征
程中！
怀进鹏
中国科学技术协会党组
书记
中国科学院院士

本书选择了“探索太空”作为主题，从太空的神秘奇妙入手，内容涵盖了人类自古以来的太空探索主要历程、重要科学发现和技术进步、太空探索工具和手段的基本介绍、当前太空探索中的热点和难点等，穿插了相关科学人物和历史事件介绍，内容丰富生动，引人入胜。

从原始文明、农业文明
、工业文明到现代信息文明
，人类在走向太空文明的路
上仍将“上下而求索”，中国
科学家也必将贡献更多的创
新与思考。前路漫漫，未来
可期，无限风光，尽在《征
程》！
——中国科学院学部科学
普及与教育工作委员会主任
中国科学院院士 杨玉良
本书选择了“探索太空”
作为主题，从太空的神秘奇
妙入手，内容涵盖了人类自
古以来的太空探索主要历程
、重要科学发现和技术进步
、太空探索工具和手段的基
本介绍、当前太空探索中的
热点和难点等，穿插了相关
科学人物和历史事件介绍，
内容丰富生动，引人入胜。
——中国科学技术协会党
组书记中国科学院院士 怀
进鹏
叶培建院士是令人尊敬
的人民科学家，他和他的团
队以科技视角、通俗语言，
奉献给读者一部令人耳目一
新的航天科普佳作，将激发
更多读者探索浩瀚宇宙的热
情与梦想。希望有更多读者
通过阅读本书了解航天、热
爱航天、投身航天，为实现
航天梦、强国梦做出贡献！
——中国科学院院士 周
志鑫

我们从哪里来，到哪里去？几千年来人类一直在寻找答案。
考古发现，在人类早期历史中，我们的祖先就对人类的起源充满好奇。为了满足这一好奇，人们无数次仰望星空，用有限的想象力编织出许许多多的神话故事，聊以慰藉心中对无限宇宙的怅惘。
人类观测天象的历史由来已久。由于没有精密仪器，古代天文学家用兽皮、龟甲、石刻等方式记录观测结果，无法准确地将看到的景象保存下来。直到1839年，法国画家路易·雅克·曼德·达盖尔（Louis Jacques Mand Daguerre）发明了“达盖尔照相术”①，英国数学家和天文学家约翰·弗里德里希·威廉·赫歇尔（John Friedrich Wilhelm Herschel）创造了“摄影”一词来形容成像过程，随后“摄影”这个词语才逐渐普及开来。
宇宙自大爆炸开始，经过138亿年的演化，形成了震撼人心的瑰丽景象，并对人类产生了深远影响。天上的行星、恒星、星座和星系等，激发了人类在艺术、文学和抽象理论等方面的想象力。但是，在数千年的人类社会发展历史中，人们对宇宙的认知长期停留在非常原始的水平。直到几百年前，我们才明白为什么太空中会有各种不同形状的星系；直到最近几十年，我们才开始探测火星；直到最近十几年，我们才了解土星光环的真实面貌。人类对宇宙的认知越来越深入，这是一代代卓越的科学家、工程师和技术人员为了满足人类探索和发现的渴望，经过不懈努力取得的成果。
很多人都曾经有过这样一个梦想：如果我们能够飞上天空该多好！如果我们能够飞上天空，就能俯瞰地球上的江河湖海、高山峡谷、丛林沙漠，就能飞出地球——这粒宇宙中的“尘埃”，就能遨游到广袤宇宙的深处。但由于受科学技术水平的限制，人们对太空的近距离探索直到20世纪40年代美苏军备竞赛时期才开始。当时，美国与苏联展开了激烈的太空竞赛，两国军事实力远远超过世界上其他国家，并且都研制出了洲际导弹。随着洲际导弹技术日趋成熟，苏联于1957年发射了第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”，美国也不甘示弱，于1958年发射了美国第一颗人造卫星“探险者1号”。从此，人类开启了太空时代。
时至21世纪的今天，科技飞速发展，人类的脚步已经踏入太空，足迹已经印在月球上。人类不需要像漫画中的超级英雄那样拥有超能力，也能够飞上太空。但是人类活动到达的空间范围相对于整个宇宙来说，仍然渺小至极。人类生活的地球，仅仅只是宇宙中的一粒尘埃，甚至整个太阳系在宇宙中也只是沧海一粟。茫茫宇宙，浩瀚无垠，到底这个宇宙还隐藏着什么？银河系外又是怎样的世界？
想象一下这样的世界：
一点点的粉末相当于一座珠穆朗玛峰那么重（据估算，珠穆朗玛峰重约10亿吨），地面引力大得超乎想象，以至于到访那里的人类，在瞬间就可以被自身重力压成比0.1毫米厚度的纸还要薄上万亿倍的薄饼。
浓密的二氧化碳大气层中夹杂着硫酸雨，在浓雾之中隐藏着一个熔炉般的世界。在那里，温度计中的水银可以用铅代替，因为熔点高达328摄氏度的铅已经变成液体。在这种地狱般的环境下，人会因为高温和窒息而瞬间丧命。
一颗恒星由于受到强大引力的撕扯，形成漏斗状的气体卷须，大量气态物质不断被吸走，环绕它运行的行星都被这一过程产生的光所照亮。这片区域不会存在任何活的生物，因为这里充满了致命剂量的X射线。
两颗恒星在强大引力的作用下，就像一对华尔兹舞者，每秒钟都有数百万吨的气态物质在它们之间流动。这场拉锯战最终将以其中一颗恒星爆炸毁灭而宣告结束，而这爆炸会把附近所有的行星化为焦土。
以上这些外星景象都是真实存在的。那个致密的、引力超强的天体是一颗恒星爆炸后坍缩的核心，称为中子星；那个制造流动漏斗的强大引力来自一个超大质量的黑洞，我们相信它就位于银河系中心；那个二氧化碳熔炉便是金星，它是离地球最近的行星，同时其亮度仅次于月亮，是“夜空中最亮的星”，但它却不是一个歌中所唱的那般美好的世界；那个双星系统是天琴β，可以在仲夏夜的头顶处看到。
这些奇妙的景象在茫茫宇宙中大量存在，而且还有更多不可思议的景象在等待人类去探索。但是，探索太空是一件非常耗费人力、物力和财力的事情，并且看上去似乎与人类的衣食住行没有直接关系。因此，许多人对耗资巨大的太空探索项目持反对意见。
1970年，赞比亚修女玛丽·尤肯达（Mary Jucunda）给美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration, NASA）马歇尔太空飞行中心（Marshall Space Flight Center）的科学部门副主管恩斯特·施图林格（Ernst Stuhlinger）博士写了一封信，质疑他正在进行的载人火星任务方面的研究。在信中，尤肯达提出了一个她无法理解的疑问——地球上还有很多孩子正在忍受饥饿煎熬，您为何建议投入数十亿美元实施这样一项太空探索计划？
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