序言

吉姆•贝尔

仅仅用250个里程碑来总结天文学和太空探索的全部历史，是基本不可能的，但我不会让这个困难阻止我做出尝试！我的工作领域有着丰富和激动人心的历史。将这些历史按编年体的方式记录下来是令人心生畏惧的任务。但是，作为太空狂热分子的我足够幸运地以空间科学为职业，在我的视角看来，编写这样的历史令我受宠若惊。最近的50年，我们已经亲历了人类探索史上最值得骄傲和最重要的辉煌之一—太空时代。人们离开了行星（一些人此刻赖以为生的行星），十几个人走上了月球。用自动化的探测器和巨型望远镜（一些被送进太空），我们已经能看见和靠近所有传统上已知行星的地外景观，能拜访小行星与彗星，能洞悉宇宙之精妙。

所有这一切成为了可能，都要归功于如牛顿所说，我们已经“站在了巨人的肩上”。要赞叹现代天文学和空间探索取得的奇妙发现，就不能不感谢我们祖先对现代科学与实验方法的奠基。其中有些成就需要花费巨大的个人或职业代价，还有一些成就会被埋没几十年甚至几个世纪之后才得到重视。从这些贡献中辨别出特定的个体的贡献是不可能或者不切实际的。我在这本书中已经涵盖了必不可少的关键人物，是他们为未来的成就搭建了重要舞台。例如书中包括了现在依然保存在一些早期人类岩洞中的星图，苏美尔人在5 000~7 000年前对宇宙诞生的创想，巨石阵等一系列石器时代先民们建造的依然神秘的古天文台，中国夏商周时期（公元前2100年—公元前256年）细致的天象编年记录，以及古埃及、古印度、古阿拉伯、古波斯、古玛雅社会兴起的各个数学和天文学的学派深刻影响了现代天文学、天体物理学和宇宙学。

当然，在整个科学，或特定的物理学和天文学的学科发展上，我们可以认出那些扮演了关键角色的特殊个体。如果不涉及到如毕达哥拉斯、柏拉图、亚里士多德、阿利斯塔克、埃拉托色尼、伊巴谷和托勒密等古代哲学家、数学家和天文学家，以现代天文学发展为代表的科学史将无从谈起。近代科学家，像哥白尼、伽利略、开普勒、牛顿、爱因斯坦、哈勃、霍金和卡尔•萨根等都是家喻户晓的名字，他们因其在现代物理学、天文学和空间科学上做出的杰出创造而著名。我将这些巨人的名字在本书中的多个条目中着重标出，用这样的方式让他们永远闪耀光辉。

但是许多其他的，可能只在教科书中出现的著名学者，也做出了巨大的贡献，他们的工作也代表了关键的科学里程碑。这些卓越的科学家包括：发现土星的“薄如圆盘”光环和土卫六的惠更斯；发现了木星大红斑、土卫八和土星光环本质的卡西尼；与每隔76年回归一次的周期彗星同名的哈雷；望远镜发明之前的最后一位天文学巨匠第谷，他的资料使开普勒发现了行星运动定律；著名的彗星猎手梅西叶，他首先记录了超过100个天空中最著名的星云；预言在空间中存在特殊的引力平衡点的数学家拉格朗日；发现天王星和它的几颗卫星的赫歇尔；为天文学家测量天体的速度和化学成分提供奠基工作的光谱学先驱夫琅禾费、多普勒、菲索；发现放射性的居里夫妇和他们的同事贝克勒尔；量子力学之父普朗克；最早把握了银河系真实尺寸的天文学家之一沙普利；液态燃料火箭的先驱戈达德；发现宇宙网状结构的天体物理学家盖勒；以及帮助人们认识到陨石坑重要性的行星科学家舒梅克。诸如此类对天文学、天体物理学、行星科学和太空探索做出了重要贡献的人物，他们在公众的心目中可能未曾达到科学界的巅峰地位，但是我试图让他们作为重要的贡献者在本书的条目中占有一席之地。

还有一些被遗忘，或是至少不应当被忽略的人物。他们或是做出了新发现，发展了新理论，改变了基本的研究实验方法，或是埋头苦干大海捞针寻找科学的蛛丝马迹。他们出于各种原因，没有赢得公众的注意或是与他们的贡献相匹配的科学嘉奖。这些不出名的天才包括6世纪印度数学家和天文学家阿里亚哈塔，可敬的8世纪历法大师比德，10世纪阿拉伯星图大师阿卜杜勒-拉赫曼•苏菲，坚持存在其他世界而被烧死在木柱上的异端布鲁诺，最早精确测量光速的丹麦天文学家罗默尔，预言金星凌日的英格兰天文学家霍洛克斯，正确地指出陨石来自天外的德国物理学家奇洛德尼，最早了解到恒星内部机制的英国天体物理学家爱丁顿，以及1931年的一个实验思想导致后来创立了射电天文学的美国无线电工程师央斯基。

未被赞颂过的人物也包括一些极富影响力的女天文学家，为了弥补这个男性主导的领域对女性的偏见，她们通常必须比男性同事工作得更努力。这些值得书写的女性包括卡洛琳•赫歇尔—18世纪末英国著名彗星猎手和星图大师赫歇尔的妹妹；世界上第一位女天文学教授玛莉亚•米切尔；以及20世纪初的哈佛女性计算员安妮•坎农和勒维特，坎农改进的经典恒星分类今天仍然广泛应用，勒维特发现的标准烛光恒星可用来估算宇宙中的距离。我试图通过这本书提及许多其他重要的却常被忽视的天文学家、物理学家、哲学家和工程师，即使我亦难以给予他们应得的荣耀。作为一位职业天文学家和行星科学家，我不得不尴尬地承认，在为了写作本书而进行调查研究之前，一些杰出的科学家的名字连我也没有听说过。

调查研究进行过半的时候我注意到，随着时间的推进，科学家单打独斗的现象越来越少见，特别是在20世纪50年代之后太空时代开始的条目中。在我看来，这个现象反映了天文学和太空探索以及可能所有科学领域的近来趋势。科学和探索活动过去通常是相当个人的事业，通常由富人独自开展，通常在君主或赞助人的指挥下与其他富裕的科学家展开激烈的竞争。当然也有例外，杰出的合作（诸如在第谷与开普勒之间，居里夫妇和贝克勒尔之间）与研究团队（如伊朗13世纪马拉盖天文台的图西团队，或16世纪印度数学的喀拉拉学派）肯定存在。但总的来说，第二次世界大战以前，我所在领域的大部分科学发现主要由个人做出。

相反，20世纪下半叶的技术进步，物理学、天文学和太空探索越来越多受到今天所谓“大科学”的影响。大科学是集团作战和研究团队的事业。个人在一个工程中只拥有特定领域的专门知识，但是一个大工程项目涵盖的丰富学科不是一个成员可以完全精通的。与此有关的一个例子是早在20世纪40年代美国军方发起的曼哈顿计划，这一计划旨在研发第一批原子弹。曼哈顿计划需要工程、材料科学和航空学的专家，军方也需要找到世界上理解极端高温高压状态核反应的学术领袖。当然，许多参与曼哈顿计划的科学家早先几年原本是研究恒星发光机制的天文学家。更多依靠团队贡献天体物理和空间科学知识的大科学项目，还包括军用雷达系统和火箭的研发，尤其是亚轨道飞行的洲际弹道导弹，以及军用和民用的地球同步轨道卫星。

与天文学相关联的民用大科学项目的历史，与创立于1957年的美国宇航局（NASA）的成绩是分不开的。这本书里随处可见的是，在载人和机器人的空间科学与探索事业上，美国宇航局那些里程碑式的成就。这些成就极少可以归功于个人的贡献。哈勃空间望远镜，围绕月球、火星、小行星轨道的仪器，火星上的勇气号、机遇号、好奇号探测器，这些我的经验中的美国宇航局的自动化天文学和行星科学任务，加深了我对这一点的领悟：现代天文学和空间探索前沿工作的成功，大部分要求团队协作。今天我们对专业知识要求的范围之广前所未有。例如，一个火星车项目，要求行星科学家（包括物理学家、化学家、数学家、地质学家、天文学家、气象学家甚至生物学家）、计算机科学家和程序员，一个庞大多样化的工程师团队（包括软件、材料、动力推进、电力、热力、通信、电子、系统和其他领域的专家），以及管理、金融和行政支撑人员。类似的专业范围的要求也适用于建造、发射和操作空间望远镜、航天飞机、大型粒子探测器和对撞机，以及国际空间站（据估计，这是人类迄今为止尝试建造的最为昂贵和复杂的项目）。或耗资上亿乃至百亿美元，或穷尽毕生心力，大科学项目往往代价巨大。这类项目成功或失败时不会归结为个人的原因，因为团队的共同努力是通向成功的必需。20世纪60—70年代，苏联在太空探索项目上取得的成功同样是团队主导的结果（虽然更多的是军方运作）。最近，代表19个国家的欧洲空间局与加拿大、日本、巴西、韩国、印度和中国，在各自的小型天文学和空间探索项目之外，逐渐在国际天文学大科学项目中扮演更重要的角色。

在天文学和太空探索的历史上，找准关键事件如同识别关键人物一样困难。地球和行星的形成，最早进入太空的宇航员，第一批登上月球的人，这些都容易判断。但更多的事件，在一段时期内从一个人到另一个人连续保持着重要性。有些仅凭猜测的事件发生在史前，有些事件发生在一个较长的时期中，有些事件被预测要发生在不确定的未来，确定这些事件的精确日期并把它们列入编年表中很是困难。但凡遇到这些关键事件的年代不确定，或是持续一段时期，或是既不确定又持续一段时期的情况，我都会在年代之前注明“约”字。

基于史实和现代事件的发生时间通常会很精确。但仍然存在一个巨大的挑战，那就是如何将最近几个世纪特别是最近50年间浩如烟海的科学发现、理论、发明和天文学及太空探索任务浓缩在一份简表中。于是，任何妄图取舍那些无与伦比的成就的尝试中，都不可避免地存有偏心。我在此必须承认，在我编写的历史里程碑中存有偏心：我是一个太阳系控。我工作的热情是研究行星、卫星、小行星和彗星，这些天体对于许多其他天文学家来说，充其量是45亿—50亿年前太阳形成时的边角废料。太阳确实占到太阳系总质量的99.86%（其余部分中最大的是木星），但其余的0.14%也确实极其有趣—或许是因为生命就进化和繁荣在一片这样的边角料上，或许还曾经存在（可能仍然存在）于另一片上。我的天体物理学和宇宙学朋友时常表达惋惜，因为我仅仅把注意力集中在无关紧要的临近天体上，每当这时，我会用最近发现的太阳系外行星进行反击。这些发现证明太阳系这样的系统可能也稀松平常地围绕在其他恒星周围。我们的太阳系可能只是银河系中的百万分之一，甚至十亿分之一。我们还不知道其他星球是否有如同地球一样庇护的生命。这让我们很特殊，哪怕我们非常渺小。

穿越这部天文学和太空探索的历史，你可能已经察觉了我的偏心。我偏爱有关太阳系—我们在太空中的近邻的发现、理论和探险。太阳系是我们在科学上了解最多的天体，为了理解和欣赏庞大的社区，首先必须认识自己的邻居。因此，在我看来，这样的偏心是善意的。利用望远镜、自动化太空飞船、高速计算机模拟、实验室中的尖端实验和宇航员，借助于物理学、化学、天体力学、地质学、光谱学、工程学和其他所需技术，探索我们这个太阳系的努力，为我们现在或遥远的将来探索临近的恒星乃至银河系、银河系外近邻星系、全宇宙打下了基础。

当一个光点被分辨为一个真正独特的世界，当我们首次拜访这些世界，当我们通过机器的眼睛窥探或是亲眼所见，我认为，这些时刻是最值得称为太空探索里程碑的事件。随着逐步了解围绕我们的世界，我们已经把脚尖踩进了宇宙的大洋，让我们时刻准备着，总有一天将挥师远航。

最后我必须指出的是我对天文学和太空探索的历史里程碑的收集，不够彻底也算不上完整。受本书篇幅所限，区区250个条目只能代表那些贯穿整个科学历史进程的伟大人物、伟大发现和研究方法创新的一小部分。每一位作者都会列举自己心目中的里程碑，但所有人都会面临一个同样的困境—如何取舍？在准备本书提纲时，我决定不仅要涉及太空时代的许多非凡成就，同时也要包括美索不达米亚、中国、印度、埃及、欧洲和美洲在内古老帝国的古代科学家们的许多基础性成果。另外，我确信出现在中世纪、文艺复兴、前工业时代到工业革命的大量重要成就也被收入本书。为了平衡时间轴，我尝试缩减了许多有价值的现代人物、发现、事件。为此，我请求读者的理解。如我在开头所写，用250个里程碑来总结整个天文学和太空探索的历史，是基本不可能的。但是，这不会阻止我们完成此书的写作与阅读。