青少年科普叢書
日心說
日心說，也稱為地動說，是關於天體運動的和地心說相對立的學說，它認為太陽是宇宙的中心，而不是地球。日心說認為，太陽是宇宙的中心，地球和其他行星都繞太陽轉動，地球不是宇宙的中心，而是一顆普通行星。地心說中表現出的行星圍繞地球運動的一年周期，其實是地球每年繞太陽公轉一周的反映。哥白尼提出的日心說，推翻了長期以來居於統治地位的地心說，實現了天文學的根本變革。
哥白尼的日心說體係的另一些內容是：（一）水星、金星、火星、木星、土星和地球一樣，都在圓形軌道上勻速率地繞著太陽公轉；（二）月球是地球的衛星，它在以地球為中心的圓軌道上每月繞地球轉一周，並隨地球繞太陽公轉；（三）地球每天自轉一周，天穹實際上不轉動，隻是由於地球的自轉才是我們看到了日月星辰每天東升西落的現象；（四）恒星和太陽間的距離十分遙遠，比日地間的距離要大得多。哥白尼曾列舉了許多主張地球自轉和行星繞太陽公轉的古代學者名字，他發揚了這些學者的思想，竭盡畢生精力，經過艱辛的觀測和數學計算，以嚴格的科學論據建立了日心體係。後來的觀測事實不斷證實並發展了這一學說。當然，限於當時的科技水平，哥白尼的日心說也有一些局限和錯誤，例如：（一）認為太陽是宇宙的中心，實際上，太陽隻是太陽係的一個中心天體；（二）沿用了行星在圓軌道作勻速圓周運動的舊觀念，實際上行星的軌道是橢圓，運動速度的大小也並不是恒定的。
16世紀哥白尼提出的日心說雖然仍末超出太陽係的局限，但卻把地球從居於宇宙中心的特殊地位降為一顆繞太陽旋轉的普通行星，正確地反映了太陽係的實際情況。這不僅直接為以後開普勒總結出行星運動定律，伽利略、牛頓建立經典力學體係鋪平了道路，而且從根本上動搖了人類中心論等宗教教義不可冒犯的神話。它作為自然科學的“獨立宣言”，第一次讓宇宙的闡述從神學的桎梏下解放出來，在人類的思想發展史以至社會發展史上做出了不可磨滅的貢獻。由於當時正處於人類曆史上最黑暗的中世紀，所以哥白尼的學說久久得不到合理的使用與宣傳，有一個人就曾經為了宣傳哥白尼的日心說，而被黑暗的宗教勢力活活燒死在羅馬的廣場上，這個人就是偉大的科學先行者布魯諾。
占星術
占星術，一種星相學，俗稱占星術，是星相學家觀測天體、日月星辰的位置及其各種變化後作出解釋，來預測人世間的各種事物的一種方術。
占星術亦稱“占星學”、“星占學”、“星占術”，係根據天象來預卜人間事務的一種方術。在原始社會文化發展的早期階段，由於當時人們的知識水平和生產力都很低，對自然現象中的一些規律沒有掌握，於是把人們生活中的吉、凶、禍、福與某些自然現象聯係起來。早期的占星術多是利用星象觀察來占卜較為重大的事件，如戰爭的勝負，國家或民族的興亡，以及國王或大臣的命運等，後來逐漸擴展到個人命運以及日常生活中的瑣事。隨著日月五星運行規律的逐漸被揭示，占星術出現了各種體係和複雜的推算方法，愈加顯示其神秘性。古代占星術完全屬於官府，是政府所設天文機構的重要工作內容。古代的天文學家絕大多數是占星家，早期的天文著作大多帶有占星術的成分。現存古代占星書主要有唐代李淳風《乙巳占》、瞿曇悉達《開元占經》、北宋王安石禮重修的《靈台秘苑》以及明代的《觀象玩古》。在西方，中世紀時期有些國王把占星學家視為高參，往往請他們根據星象占卜來確定重大政治事件的決策。但後來，西方的占星術逐漸發展到對個人進行星占。例如，根據一個人誕生時日月五星在黃道十二宮中的位置，推算“算命天宮圖”，以占卜個人一生的命運。占星術牽強附會地把天象與人事聯係在一起，是非科學的。但是，占星術對古代天文學的發展也有一定的促進作用。為了進行星占，人們注意觀測天象，中國古代豐富的天象記載大多都是古人為了星占動機記錄下來的，它們不僅是寶貴的曆史遺產，而且對於解決當代某些重大天文課題具有學術價值。
星相學認為，天體，尤其是行星和星座，都以某種因果性或非偶然性的方式預示人間萬物的變化。星相學的理論基礎存在於公元前300年到公元300年大約600年間的古希臘哲學中，這種哲學將星相學和古美索不達米亞人的天體“預兆”結合起來，星相學家相信，某些天體的運動變化及其組合與地上的火，氣，水，土四種元素的發生和消亡過程有特定的聯係。這種聯係的複雜性，正反映了變化多端的人類世界的複雜性。這種千變萬化的人類世界還不能為世人所掌握，因此，星相學家的任何錯誤都很容易找到遁詞。星相學對於神的作用有各自不同的說法。有人認為，宇宙完全是機械化的，他們對神的介入和人的自由意誌這兩種可能性都加以擯棄。另一部分人認為，星相學並不是一門象天文學那樣精密的科學，它隻能指出事物發展的趨勢，而這種趨勢是可以為人或神的意誌所左右的。也有人認為，行星本身就是強大的神，他們的旨意可以通過祈禱來改變，而且星辰隻對那些通曉星相學的人才顯示神的意誌。後麵的這種觀點和古代美索不達米亞人的思想很接近，他們主要是向朝廷預告那些即將來臨的福禍，這些福禍可能以氣象或疾病的形式來影響人類和動植物的生長，或是以某種形式來影響國家大事或皇室成員的生活，如此等等。但他們認為天體的預兆並不決定事物的未來，隻是作為一種征兆向人們顯示神的旨意。
占星術的最初目的，是根據人們出世時行星和黃道十二宮的位置，來預卜他們一生的命運。後來發展為幾個分支，一種專門研究重大的天象（如日食或春分點的出現）和人類的關係，叫做總體占星術；一種選擇行動的吉祥時刻，叫做擇時占星術；另一種叫做決疑占星術，根據求卜者提問時的天象來回答他的問題。
提丟斯—波得定則
提丟斯—波得定則，簡稱“波得定律”，是關於太陽係中行星軌道的一個簡單的幾何學規則。它是在1766年德國的一位中學教師戴維·提丟斯發現的。後來被柏林天文台的台長波得歸納成了一個經驗公式來表示。
1766年由德國的提丟斯首先提出經驗關係，1772年德國的波得公開發表所總結的公式：an=0.4 0.3×2n-2，式中an是以天文單位表示的第n顆行星離太陽的平均距離，n是離太陽由近及遠的次序（但水星n=-∞為例外）。1781年發現的天王星正符合n=8的位置上，因而促使人們去尋找n=5的天體，1801年果然發現了小行星（與a5=2.8相符）。但波得的公式物理意義不明，而1846年發現的海王星、1930年發現的冥王星與該式的偏離很大，故許多人至今持否定態度，認為充其量不過是幫助記憶的經驗式。隨著研究的深入，已提出了許多種行星距離公式，更常用的形式為an 1：an=β（β為與行星質量有關的常數）。而且在一些衛星係統中，規則衛星也同樣存在著類似關係。該定則的物理意義還有待進一步的探討。
開普勒定律
開普勒定律，也統稱“開普勒三定律”，也叫“行星運動定律”，是指行星在宇宙空間繞太陽公轉所遵循的定律。由於是德國天文學家開普勒根據丹麥天文學家第穀·布拉赫等人的觀測資料和星表，通過他本人的觀測和分析後，於1609～1619年先後早歸納提出的，故行星運動定律，即指開普勒三定律。
開普勒定律是開普勒發現的關於行星運動的定律。他於1609年在他出版的《新天文學》上發表了關於行星運動的兩條定律，又於1618年，發現了第三條定律。開普勒很幸運地能夠得到，著名的丹麥天文學家第穀·布拉赫所觀察與收集的，非常精確的天文資料。大約於1605年，根據布拉赫的行星位置資料，開普勒發現行星的移動遵守三條相當簡單的定律。開普勒的定律給予亞裏士多德派與托勒密派在天文學與物理學上極大的挑戰。他主張地球是不斷地移動的；行星軌道不是周轉圓的，而是橢圓形的；行星公轉的速度不等恒。這些論點，大大地動搖了當時的天文學與物理學。經過了幾乎一世紀披星戴月，廢寢忘食的研究，物理學家終於能夠用物理理論解釋其中的道理。牛頓利用他的第二定律和萬有引力定律，在數學上嚴格地證明開普勒定律，也讓人們了解其中的物理意義。
開普勒定律的意義：首先，開普勒定律在科學思想上表現出無比勇敢的創造精神。遠在哥白尼創立日心宇宙體係之前，許多學者對於天動地靜的觀念就提出過不同見解。但對天體遵循完美的均勻圓周運動這一觀念，從未有人敢懷疑。開普勒卻毅然否定了它。這是個非常大膽的創見。哥白尼知道幾個圓合並起來就可以產生橢圓，但他從來沒有用橢圓來描述過天體的軌道。正如開普勒所說，“哥白尼沒有覺察到他伸手可得的財富”。其次，開普勒定律徹底摧毀了托勒密的本輪係，把哥白尼體係從本輪的桎梏下解放出來，為它帶來充分的完整和嚴謹。哥白尼拋棄古希臘人的一個先入之見，即天與地的本質差別，獲得一個簡單得多的體係。但它仍須用八十幾個圓周來解釋天體的表觀運動。開普勒卻找到最簡單的世界體係，隻用七個橢圓說就全部解決了。從此，不須再借助任何本輪和偏心圓就能簡單而精確地推算行星的運動。第三，開普勒定律使人們對行星運動的認識得到明晰概念。它證明行星世界是一個勻稱的（即開普勒所說的“和諧”）係統。這個係統的中心天體是太陽，受來自太陽的某種統一力量所支配。太陽位於每個行星軌道的焦點之一。行星公轉周期決定於各個行星與太陽的距離，與質量無關。而在哥白尼體係中，太陽雖然居於宇宙“中心”，卻並不扮演這個角色，因為沒有一個行星的軌道中心是同太陽相重合的。
由於利用前人進行的科學實驗和記錄下來的數據而作出科學發現，在科學史上是不少的。但像行星運動定律的發現那樣，從第穀的20餘年辛勤觀測到開普勒長期的精心推算，道路如此艱難，成果如此輝煌的科學合作，則是罕見的。這一切都是在沒有望遠鏡的條件下得到的！
萬有引力定律
萬有引力定律是艾薩克·牛頓在1687年於《自然哲學的數學原理》上發表的。牛頓的普適萬有引力定律表示如下：任意兩個質點通過連心線方向上的力相互吸引。該引力的大小與它們的質量乘積成正比，與它們距離的平方成反比，與兩物體的化學本質或物理狀態以及中介物質無關。萬有引力定律是解釋物體之間的相互作用的引力的定律，是物體（質點）間由於它們的引力質量而引起的相互吸引力所遵循的規律。
萬有引力又名重力或重力相互作用。在物理學上，萬有引力或重力是指具有質量的物體之間加速靠近的趨勢。萬有引力即重力相互作用是自然界的四大基本相互作用之一，另外三種相互作用分別是電磁相互作用、弱相互作用及強相互作用。萬有引力是上述相互作用中作用力最微弱的，但是在超距上萬有引力仍然具有吸引力的作用。在經典力學中，萬有引力被認為來源於重力的力的作用。在廣義相對論上，萬有引力來源於存在質量對時空的扭曲，而不是一種力的作用。在量子重力中，引力微子被假定為重力的傳送媒介。
在地球上重力的吸引作用賦予物體重量並使它們向地麵下落。此外，萬有引力是太陽和地球等天體之所以存在的原因；沒有萬有引力天體將無法相互吸引形成天體係統，而我們所知的生命形式也將不會出現。萬有引力同時也使地球和其它天體按照它們自身的軌道圍繞太陽運轉，月球按照自身的軌道圍繞地球運轉，形成潮汐，以及其他我們所觀察到的各種各樣的自然現象。
伽利略望遠鏡
意大利天文學家、物理學家伽利略1609年發明了人類曆史上第一台天文望遠鏡。伽利略使用的這種望遠鏡比較簡單，屬於折射望遠鏡，管子兩端放置兩個透鏡。伽利略在1609年秋天首次使用它來觀測月球，然後觀察木星的衛星以及太陽的黑子等。
1609年5月，正在威尼斯作學術訪問的伽利略偶然間聽到一則消息：荷蘭有人發明了一種能望見遠景的“幻鏡”，這使他怦然心動，他很快找了個借口匆匆結束行程，回到大學，一頭鑽進了實驗室。不到3個月的時間，這位45歲的教授已經仿造出了兩架儀器，更不同尋常的是，他不光是把它們當作文人墨客、富商巨賈們尋歡作樂的玩具，隻是看看遠山風景，而是把它指向了星空！8月，他首先用它觀察了月球。不想，人們眼中的那個千嬌百媚、美侖美奐的銀盤，在他的望遠鏡中卻成了一張千瘡百孔、醜陋不堪的“大麻臉”！於是他把那些四周邊緣高聳突出的圓狀命名為“環形山”，而管較平坦的暗黑區域稱之為“海”。更重要的是，他由此知道，月球並非是上帝創造的尤物，天堂中的東西也不一定是盡善盡美的，他相信月球和地球一樣，是個有著實地的世界，說不定，在那些山洞內還可能棲息著神秘的“月球人”呢。接著，伽利略又把目標指向了燦爛的星星，盡管在望遠鏡內“星星還是那個星星”，但明顯地變得更加明亮了，而且還出現了眾多原先肉眼無法見到的小星，由此他也成為世界上最早識破漫漫銀河奧秘的人——這不是“牛奶路”，而是無數星體交織在一起的光輝！這一切也使他相信，哥白尼所說的“恒星離我們極其遙遠”可能是句至理名言，不然為什麼望遠鏡無法把它們放大呢。從那年年底起，伽利略的目光又投向了行星。1月7日，他已見到了木星那淡黃色的小小圓麵，這說明行星確實比恒星近得多。同時他馬上又發現木星旁邊始終有4個更小的光點，它們幾乎排成一條直線，連續幾個月的跟蹤使他確信，像月亮繞地球那樣，它們都在繞木星轉動，應當是木星的衛星。這說明，不是所有天體都在繞地球！所以也就成為哥白尼日心說的第一個觀測依據。
為了紀念伽利略這個發現，後人還把這4個比較大的木星衛星稱為“伽利略衛星”。現在知道，除了木衛二略小於月球外，其他3顆都比月亮還大，而木衛二則是目前天文學家的掌上明珠，因為它上麵有著真正的水的海洋，許多跡象表明，木衛二上很可能是太陽係中第二個存在生命的星球！所以當年野蠻審訊伽利略的教皇後來發出“隻要木星的光芒還在天空中閃耀，人們就不會忘記伽利略”的哀歎，成了對他最好的評價。
卡塞格林望遠鏡
卡塞格林望遠鏡，由兩塊反射鏡組成的一種反射望遠鏡，1672年為卡塞格林所發明。反射鏡中大的稱為主鏡，小的稱為副鏡。通常在主鏡中央開孔，成像於主鏡後麵。它的焦點稱為卡塞格林焦點。有時也按圖中虛線那樣多加入一塊斜平麵鏡，成像於側麵，這種卡塞格林望遠鏡，又稱為耐司姆斯望遠鏡。
卡塞格林望遠鏡中，副鏡不僅將像由F1移至F2，而且將它放大，副鏡的放大率通常為2.5～5倍，由於主鏡的相對口徑一般為1/2.5～1/5，變為卡塞格林望遠鏡後，相對口徑常為1/7～1/15，但也可以超出這個範圍。例如，有些校正場曲的卡塞格林望遠鏡，副鏡與主鏡的表麵曲率半徑相等，副鏡的放大率僅約1.6倍；也有的卡塞格林望遠鏡副鏡是平麵鏡。此外，反射望遠鏡中的折軸望遠鏡，從光學係統來說，也是一種卡塞格林望遠鏡，由於要將像成到很遠處，副鏡的放大率常達到10倍以上。
卡塞格林望遠鏡的主、副鏡麵，可以有種種不同的形式，光學性能也隨之而不同。主要的形式有：（一）主鏡是旋轉拋物麵的，常稱為經典的卡塞格林望遠鏡。根據圓錐曲線的光學性質，副鏡隻要是以F1、F2為兩焦點的旋轉雙曲麵，則原來無球差地會聚到F1點的光線，經過這種副鏡反射後，將無球差地會聚到F2點。但這種望遠鏡有彗差，也有一定的像散和場曲。一個主鏡相對口徑1/3、卡塞格林望遠鏡相對口徑1/8、像成在主鏡後麵不遠處的係統，在理想像平麵（近軸光的像平麵）上，若要求像的彌散不超過1，可用視場直徑約為9.（二）平行於光軸的光滿足等光程和正弦條件的卡塞格林望遠鏡，近似地說，也就是消除了三級球差和彗差的卡塞格林望遠鏡，稱為裏奇-克列基昂望遠鏡，簡稱R-C望遠鏡。（三）主鏡是球麵的，為了消除球差，副鏡近似於旋轉扁球麵。這種望遠鏡的優點是主鏡加工比較容易，使用上的特點是可以去掉副鏡，在主鏡球心處加上改正透鏡，轉換成施密特望遠鏡。德意誌民主共和國陶登堡史瓦西天文台反射鏡口徑2米的望遠鏡，就是這種類型的。這種望遠鏡的彗差很大，可用視場很小。主鏡相對口徑為1/3、卡塞格林望遠鏡相對口徑為1/8、像成在主鏡後麵不遠處的這種望遠鏡，若要求像在理想像平麵上的彌散不超過1，則可用視場直徑約為13.（四）副鏡是球麵的，為了消除球差，主鏡近似於旋轉橢球麵。這種係統的優點是容易製造，副鏡的調整簡單。其像差大小介於拋物麵主鏡和球麵主鏡之間（較接近拋物麵主鏡）。各種卡塞格林望遠鏡需要較大的視場的工作時，常在焦點前加入像場改正透鏡。
在卡塞格林望遠鏡焦點處可以安置較大的終端設備，並不擋光，且觀測操作也較方便。對於一個兼具有主焦點係統、卡塞格林係統和折軸係統的望遠鏡，卡塞格林望遠鏡的相對口徑是中等的，它適用於作中等光力、較大比例尺的照相和其他工作，一般在這裏進行的主要工作有較大光譜儀的分光觀測、直接照相和像增強器照相、光電測光和紅外觀測等。
奧茲瑪計劃
20世紀60年代，人們開始嚐試接收地外文明世界發出的無線電信號，地點設在美國西弗吉尼亞州西部綠岸鎮附近的國家射電天文台。當時的工作由美國射電天文學家德雷克負責組織，命名為“奧茲瑪”計劃。這是一個被動式收聽地外文明之音的計劃，“奧茲”是神話故事中的一個地名，那是一個非常奇異、非常遙遠和難以到達的地方，在那裏居住著一位名叫“奧茲瑪”的公主。“奧茲瑪”計劃的含義是“尋找遙遠的地外文明”，目的是搜索“外星人”的來電。
這個天文台使用一台口徑為26米的射電望遠鏡，選擇21厘米的波長來接收外界信號。為什麼要作這樣的選擇呢？我們知道，任何無線電波的發射都隻能用某個波長。實際上，無線電信號的波長有無窮多個，我們怎麼知道宇宙人用的是哪個波長呢？科學家們認為，宇宙中最多的元素是氫，因此任何智慧生物都會對氫加以透徹的研究。21厘米波長是氫原子發出的微波的波長，它可能是被宇宙間一切智慧生物最早認識和運用的。德雷克等人首先將射電天線對準了類似太陽的恒星鯨魚座τ星，它距地球11.9光年，結果是一無所獲。之後，他們又把天線對準了另一個目標——波江座ε星（距地球10.7光年），最初收到了一個每秒8個脈衝的強無線電信號，10天之後此信號又出現了。不過這並不是人們期待的“外星人”電報信號。“奧茲瑪”計劃在3個月中，累計“監聽”了150小時，遺憾的是始終沒有發現任何有價值的信息。在1972年至1975年進行的“奧茲瑪”二期計劃中，科學家對地球附近650多個星球進行了觀測，希望能收聽到外星人這樣的信號：“你們並不孤獨，請來參加銀河俱樂部。”但結果還是什麼都沒有收到。
“奧茲瑪”計劃是人類文明史上第一次有目的、有組織地在宇宙空間尋找“外星人”的計劃。雖然至今還沒有獲得有價值的結果，但探索自然界奧秘從來就是一場世代努力的接力賽，不可能期望在一朝一夕取得成功。探索外星人還必須進行廣泛的國際合作。前蘇聯設有國家委員會，專門處理此項工作，設在高加索山上那台有600架天線的射電望遠鏡，以部分時間進行搜聽；加拿大安大略省的亞岡昆射電天文台，也曾對地球附近的一些星球進行搜索觀測；美國設在波多黎各東北部的阿雷西博天文台的天線直徑達305米的射電望遠鏡，接收麵積比“奧茲瑪”計劃首次搜聽太空信息的天線大了100倍，記錄能力大了6倍，它能探測到來自數百光年到數萬光年遠處天體的信號。美國天文學家德雷克教授深知與外星人取得聯係的種種困難，他指出，“對此，我們就像大海撈針一樣要探測整個天空，即使是阿雷西博這種高靈敏度的射電望遠鏡，也得指向2000萬個方向。”科學家至今隻收聽了幾千個星球，而且大部分都是地球附近的星球，所用的頻率也很有限。1985年，在美國哈佛大學天體物理學家保羅·霍洛威茨教授領導下，開始了一項新的探索外星人的計劃——“太空多通道分析”計劃。通過800多萬個不同頻率，用高度自動化儀器探測外星文明。由於波段增加了上萬倍，相應的工作量也極大地增加了，普查一次太空竟需要200～400天。除了美國，前蘇聯、澳大利亞、加拿大、德國、法國、荷蘭等國家先後參加了這一探索計劃。
自從“奧茲瑪”計劃執行以後，世界上又陸續出現過多項搜索地外智慧生命的計劃。科學家們的共同認識是：（一）就像人類的情況一樣，生命很有可能產生在地外“太陽係”，因此，探索目標應放在類似太陽的星球上；（二）射電望遠鏡能“聽到”的最好頻率範圍在1000到10000兆赫之間，這時的宇宙天然無線電噪聲最低，因此，想同外界建立聯係的外星人，可能會選擇這一被稱作“微波窗口”的波段進行星際對話；（三）如果我們想同其他星球建立聯係，應利用電磁波（譬如無線電波），因為它以光速進行傳播。遺憾的是，以上所有的努力都還沒有結果，至今沒有接收到任何可確認為來自外星人的信號。
地外文明
地外文明指宇宙中除地球以外的其他天體上可能存在的高級理智生物的文明。有人猜測地外文明可能比地球上的文明發達。
探索地外文明首先要根據地球上生命存在的狀況，弄清生命存在的條件和環境。生命是美妙的，正是生命的繁衍才使地球上生機勃勃，氣象萬千。生命不是神造的，生命是天體演化的必然結果。生命存在的條件又是非常苛刻的，所在的天體要有堅硬的外殼，要有適宜的大氣和適合的溫度，要有一定數量的水。同時，行星圍繞的天體必須是一顆穩定的恒星。就太陽係來說，符合上述條件的隻有金星、地球和火星。其中地球位於金星和火星之間，處於生命繁衍的最有利的空間。現在還沒有發現金星和火星上有生命。太陽係中其他行星上就更不適合生命存在了。尋找太陽係以外的行星係，這是探索地外文明的又一個方向。科學家們早已開始了潛心的觀測和研究。到目前還沒有發現一個被確認的行星係。如果真的發現一個行星係，那裏也不一定就有生命。
目前，探索地外文明的方法主要有3大類：接收並分析來自太空的各種可能的電波。這方麵的工作從1960年就開始了。人類主動向外層空間發出表明人類在太陽係內存在的信號。1974年11月16日，美國利用設在波多黎各的阿雷西博305米直徑的射電望遠鏡，發出人類第一組信號，對準武仙座球狀星團，發射3分鍾。發射探測器去登門拜訪外星人。美國發射的“先驅者”10號和11號，“旅行者”1號和2號，都在完成對太陽係內的探測任務後，帶著許多人類的信息，作為人類使者，漫遊在恒星際空間。如果巧遇人類的知音，他們將從探測器中了解人類的活動，確定進一步交往的可能。由此可見，探索地外文明是一項綜合性的科學使命，過於樂觀是不現實的，過於悲觀也是沒有根據的尋找地外文明是一項嚴肅的科學研究，我們什麼時候才能得到答案？或許是明天，或許是1萬年。既然地球上的生命能夠從無生命的物質中產生出來，那麼在宇宙中的其他地方也有可能發生類似的故事。德雷克提出過一個計算銀河係中文明數量的著名公式，即德雷克公式。這個公式中包含一個重要的因子，即一個文明能夠維持的時間。作為一個物種，能不能安全的度過掌握危險技術的最初階段（例如，人類能否不被自身創造出來的核武器毀滅），而變得理性，這至關重要。不同的人對於文明延續的時間有不同的看法，樂觀的人得出的結論是銀河係中有1000萬個文明，而悲觀者的數字是不超過1個。
宇宙速度
宇宙速度是指物體達到11.2千米/秒的運動速度時能擺脫地球引力束縛的一種速度。在擺脫地球束縛的過程中，在地球引力的作用下物質並不是直線飛離地球，而是按拋物線飛行。脫離地球引力後在太陽引力作用下繞太陽運行。若要擺脫太陽引力的束縛飛出太陽係，物體的運動速度必須達到16.7千米/秒。那時它將按雙曲線軌跡飛離地球，而相對太陽來說它將沿拋物線飛離太陽。
人類的航天活動，並不是一味地要逃離地球。特別是當前的應用航天器，需要繞地球飛行，即讓航天器作圓周運動。眾所周知，必須始終有一個力作用在航天器上。其大小等於該航天器運行線速度的平方乘以其質量再除以公轉半徑，正好可以利用地球的引力。因為地球對物體的引力，正好與物體作曲線運動的離心力方向相反。經過計算，在地麵上，物體的運動速度達到7.9千米/秒時，它所產生的離心力，下好與地球對它的引力相等。這個速度被稱為環繞速度。
宇宙速度是物體從地球出發，在天體的重力場中運動，四個較有代表性的初始速度的統稱。航天器按其任務的不同，需要達到這四個宇宙速度的其中一個。第一宇宙速度，又稱環繞速度，是指物體緊貼地球表麵作圓周運動的速度（也是人造地球衛星的最小發射速度），大小為7.9千米/秒；第二宇宙速度，又稱脫離速度，是指物體完全擺脫地球引力束縛，飛離地球的所需要的最小初始速度，大小為11.2千米/秒；第三宇宙速度，又稱逃逸速度，是指在地球上發射的物體擺脫太陽引力束縛，飛出太陽係所需的最小初始速度，其大小為16.7千米/秒；第四宇宙速度，是指在地球上發射的物體擺脫銀河係引力束縛，飛出銀河係所需的最小初始速度。但由於人們尚未知道銀河係的準確大小與質量，因此隻能粗略估算，其數值在110～120千米/秒之間。而實際上，仍然沒有航天器能夠達到這個速度。
事實上，宇宙速度的概念是發射航天器的初速度，也就是一次性給予航天器所需要的所有動能。如果不這樣，比如說地球上發射火箭，火箭的初速度無法達到第一宇宙速度，但是隻要它有不斷的動力，也可以進入外太空。
光年
光年，長度單位，光年一般被用於計算恒星間的距離。光年指的是光在真空中行走一年的距離，它是由時間和速度計算出來的，光行走一年的距離叫“一光年”。一光年即約為94600億千米。更正式的定義為：在一儒略年的時間中（即365.25日，而每日相等於86400秒），在自由空間以及距離任何引力場或磁場無限遠的地方，一光子所行走的距離。因為真空中的光速是每秒299792458米，所以一光年就等於9454254955488000米（按每分鍾60秒一天24小時一年365天計算）。
光年一般是用來量度很大的距離，如太陽係跟另一恒星的距離。光年不是時間的單位。在天文學，秒差距是一個很常用的單位，一秒差距相等於3.26光年。一光年等於63240天文單位。光由太陽到達地球需時約8分鍾（即地球跟太陽的距離為8“光分”）。已知距離太陽係最近的恒星為人馬座比鄰星，它與太陽相距4.22光年。
我們所處的星係——銀河係的直徑約有10萬光年。假設有一近光速的宇宙船從銀河係的一端到另一端，它將需要多於15萬年的時間。但這隻是對於（相對於銀河係）靜止的觀測者而言，船上的人員感受到的旅程實際隻有數分鍾。這是由於特殊相對論中的移動時鍾的時間膨張現象。可見宇宙的直徑約有150億光年。
紅移
紅移在物理學和天文學領域，指物體的電磁輻射由於某種原因波長增加的現象，在可見光波段，表現為光譜的譜線朝紅端移動了一段距離，即波長變長、頻率降低。
紅移最初是在人們熟悉的可見光波段發現的，隨著對電磁波譜各個波段的了解逐步深入，任何電磁輻射的波長增加都可以稱為紅移。對於波長較短的γ射線、x射線和紫外線等波段，波長變長確實是波譜向紅光移動，“紅移”的命名並無問題；而對於波長較長的紅外線、微波和無線電波等波段，盡管波長增加實際上是遠離紅光波段，這種現象還是被稱為“紅移”。
紅移可分為多普勒紅移和宇宙紅移。多普勒紅移指物體和觀察者之間的相對運動可以導致紅移，與此相對應的紅移稱為多普勒紅移，是由多普勒效應引起的。重力紅移，根據廣義相對論，光從重力場中發射出來時也會發生紅移的現象，這種紅移稱為重力紅移。宇宙學紅移是20世紀初，美國天文學家埃德溫·哈勃發現、觀測到的絕大多數星係的光譜線存在紅移現象。這是由於宇宙空間在膨脹，使天體發出的光波被拉長，譜線因此“變紅”，這稱為宇宙學紅移，並由此得到哈勃定律。20世紀60年代發現了一類具有極高紅移值的天體——類星體，成為近代天文學中非常活躍的研究領域。
藍移
藍移也稱藍位移，與紅移相對。在光化學中，藍移也非正式地指淺色效應。藍移是一個移動的發射源在向觀測者接近時，所發射的電磁波（例如光波）頻率會向電磁頻譜的藍色端移動（也就是波長縮短）的現象。這種波長改變的現象在相互間有移動現象的參考座標係中就是一般所說的多普勒位移或是多普勒效應。當一般將星光的紅移被視為是宇宙膨脹的證據時，天文學中同樣有很多藍移現象，例如：同在本星係群的仙女座星係正在向銀河係移動；所以從地球的角度看，仙女座星係發出的光有藍移現象。觀察螺旋星係時，旋臂朝向地球接近的一端會呈現藍移。還有，蠍虎座BL類星體被推擠出的相對噴流中朝向地球的一支，輻射出的同步加速輻射和韌致輻射都會呈現藍移。
夜光雲
夜光雲是深曙暮期間出現於地球高緯度地區高空的一種發光而透明的波狀雲，常呈淡藍色或銀灰色，是夜光雲中的冰晶顆粒散射太陽光的結果。這類冰晶顆粒的半徑一般為0.05～0.5微米。夜光雲多出現於70～90千米的高空，雲層厚度一般不足2千米，雲麵積可達300萬平方千米。隻有當太陽在地平線以下6°～12°時，即低層大氣在地球陰影內，而高層大氣的夜光雲被日光照射時，才能用肉眼直接觀察到。夜光雲又被稱為極地中氣層雲，當它們從外層空間被看見，就被稱為“夜耀雲”；從地球上看見，就稱為“夜光雲”。
夜光雲的成因科學界還有爭議，但目前最主流的理論認為它主要是由極細的冰晶構成。你也許會認為這很自然，因為距地麵80多千米的大氣一定很冷；但事實上是，這個經驗理論隻在對流層成立。對流層之上是平流層（同溫層），再往上才是中間層，但平流層的特點是上熱下冷，故垂直方向上的對流很少而主要是水平方向上的大氣運動（所以客機飛行一般選擇在平流層中），這樣實際上中間層的溫度是很高而不是很低了。科學家們認為這可能是由於垂直方向上重力波的衰減造成的。重力波由於各種異常原因而可能在某些地方減弱，從而導致了低層大氣向上的動量傳遞。這樣那些在向東方向上具有很強相速度的重力波將向東的動量傳遞給了高層的大氣。我們知道，向東方向的流動將受到赤道方向的科裏奧利力的作用，這將引起垂直方向上帶有水氣的大氣流動。因為隻有夏季時高緯度的平流層才允許相速度東向的重力波傳入中間層（冬季季風方向相反，因而東向的動量不能傳入中間層），這樣，處於夏季的半球的中間層溫會因動量的流失而降低（相應地冬季半球的中間層溫度會升高），從而導致了中間層的降溫現象。實際上，在整個極地地區的夏天，衛星能夠觀察到大片的中間層雲團，但是別忘了，緯度太高的地區在夏季處於極晝，因而夜光雲是不易被發現的。在這種條件下，夜光雲就隻能在夏季的某些高緯度地區被觀察到了。還有人認為它們是火山的噴發物或成群結隊的大氣塵埃，因為隻有它們有可能飛那麼高。而美國海軍研究實驗室的科學家邁克爾·史蒂文斯則認為，夜光雲可能跟航天飛機發動機噴出的火箭煙塵有關。
夜光雲存在的時間從幾分鍾到幾個小時。強夜光雲的亮度相當於國際二級極光亮度；弱夜光雲一般用肉眼看不見，隻有用紫外或紅外光學儀器觀察。關於夜光雲的信息，主要來自火箭和衛星的探測。對夜光雲的研究，可揭示中間層頂的大氣結構、大氣波動和化學過程等的規律。
原子鍾
原子鍾，它最初本是由物理學家創造出來用於探索宇宙本質的，他們從來沒有想過這項技術有朝一日竟能應用於全球的導航係統上。
根據量子物理學的基本原理，原子是按照不同電子排列順序的能量差，也就是圍繞在原子核周圍不同電子層的能量差，來吸收或釋放電磁能量的。這裏電磁能量是不連續的。當原子從一個“能量態”躍遷至低的“能量態”時，它便會釋放電磁波。這種電磁波特征頻率是不連續的，這也就是人們所說的共振頻率。同一種原子的共振頻率是一定的——例如銫133的共振頻率為每秒9192631770周。因此銫原子便用作一種節拍器來保持高度精確的時間。
30年代，拉比和他的學生們在哥倫比亞大學的實驗室裏研究原子和原子核的基本特性。也就是在這裏，他們在依靠這種原子計時器來製造時鍾方麵邁出了有價值的第一步。在其研究過程中，拉比發明了一種被稱為磁共振的技術。依靠這項技術，他便能夠測量出原子的自然共振頻率。為此他還獲得了1944年諾貝爾獎。同年，他還首先提出“要討論討論這樣一個想法”，也就是這些共振頻率的準確性如此之高，完全可以用來製作高精度的時鍾。他還特別提出要利用所謂原子的“超精細躍遷”的頻率。這種超精細躍遷指的是隨原子核和電子之間不同的磁作用變化而引起的兩種具有細微能量差別的狀態之間的躍遷。在這種時鍾裏，一束處於某一特定“超精細狀態”的原子束穿過一個振蕩電磁場，當原子的超精細躍遷頻率越接近磁場的振蕩頻率，原子從磁場中吸收的能量就越多，從而產生從原始超精細狀態到令一狀態的躍遷。通過一個反饋回路，人們能夠調整振蕩場的頻率直到所有的原子完成了躍遷。原子鍾就是利用振蕩場的頻率即保持與原子的共振頻率完全相同的頻率作為產生時間脈衝的節拍器。
人們日常生活需要知道準確的時間，生產、科研上更是如此。人們平時所用的鍾表，精度高的大約每年會有1分鍾的誤差，這對日常生活是沒有影響的，但在要求很高的生產、科研中就需要更準確的計時工具。目前世界上最準確的計時工具就是原子鍾，它是20世紀50年代出現的。原子鍾是利用原子吸收或釋放能量時發出的電磁波來計時的。由於這種電磁波非常穩定，再加上利用一係列精密的儀器進行控製，原子鍾的計時就可以非常準確了。現在用在原子鍾裏的元素有氫、銫、銣等。原子鍾的精度可以達到每100萬年才誤差1秒。這為天文、航海、宇宙航行提供了強有力的保障。