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星系尺度以下的宇宙结构的种子，是大爆炸瞬间微小的量子涨落种下的。为了研究宇宙的大尺度结构如何由这些种子长成，必须研究今天星系在空间如何分布。十多年前进行的星系巡天，揭示出一些包含很少星系的巨大空洞和另一些尺度达300亿光年的星系密度增高区域。过去十多年的星系巡天表明，这看来已是密度发生大涨落的极限尺度——在更大的尺度上，宇宙看来是平滑的。正在进行的巡天，特别是斯隆数字巡天（SDSS），将提供一幅精确得多的近邻宇宙中的星系分布图。
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导致这种早期涨落的直接证据，铭刻在宇宙最古老的辐射——宇宙微波背景（CMB）之中。这种辐射是在大爆炸后仅数十万年时发出的，那时该辐射的温度比太阳表面低一些。由于宇宙膨胀引起的冷却，今天这种辐射的温度降低了约1000倍，即绝对零度以上约3度。1989年发射的宇宙背景探测者卫星（COBE）对这种辐射进行了非常精确的观测。该卫星的数据显示，这种辐射具有理论预言的黑体谱。COBE数据也揭示了辐射强度中微小的空间起伏，它所指示的密度涨落能够导致宇宙中观测到的大尺度结构。这组卫星观测首次为我们进行宇宙学推测的基本模式提供了直接的经验证据，并为该领域所有后续工作建立了定量基础。
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按照设计，COBE卫星的角分辨率非常低，所以只能测量背景辐射中最大尺度的结构。背景辐射中较小尺度的特征依赖于宇宙中所含的物质和能量，结合SDSS和超新星搜寻之类较低红移的研究，这些数据可以用来确定宇宙的所有基本性质，包括它的年龄以及它所包含的物质和能量密度。新近的观测表明，物质和能量的总密度非常接近于使宇宙几何平坦所需的值。美国航空航天局（NASA）的MAP、ESA的Plank巡天卫星、地面宇宙背景成像器以及未来的气球观测将大大提高背景辐射研究的灵敏度。除了以更高的精度测量宇宙学基本参数以外，这些设备还将对若干流行的宇宙学理论提供严格的检验。地面研究将测量居间星系团内的热气体产生的背景辐射谱变形。结合Con-X对这种热气体性质的观测，研究人员将能测定这些星系团的距离，约束哈勃常数值，探测宇宙的大尺度几何。
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宇宙微波背景的偏振是这些设备刚开始研究的一个方面。大爆炸后最初瞬间激发的引力波的影响会使背景辐射产生偏振。下一代CMB卫星可以更精确地测定这种偏振的性质，从而能直接检验流行的暴胀宇宙学模型，同时阐明早期宇宙中远超出地球上加速器所能达到的能量下发生的物理过程。
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第八章 宇宙的演化
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如前所述，大爆炸理论允许我们回溯宇宙的演化直到它仅仅是基本粒子混合物的时刻，即开端之后数微秒。有人还提出一些颇有希望的想法可以把对宇宙的了解回溯到粒子存在以前，那时宇宙中最大的东西甚至是量子涨落。大爆炸以来宇宙是怎样膨胀的呢？我们可以通过观测辐射的红移来测量宇宙的膨胀。观测到一个天体发光的红移越大，宇宙自该辐射发出以来膨胀得越多。红移和时间之间的关系（宇宙钟的定标）决定了辐射是多久以前发出的。用光速把时间化为距离，这一关系也可以用来确定宇宙的几何（即空间是平直的还是弯曲的）。当前的膨胀时标由一个称为哈勃常数的参数确定，它给出了红移和距离之间的关系。用HST和其他望远镜已有可能以接近10%的精确度测定哈勃常数的值。
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为了从哈勃常数的测量值导出宇宙年龄，需要知道膨胀如何随时间加速或减速。宇宙的膨胀史依赖于宇宙中物质的总密度（普通物质和暗物质）和可能的非零“宇宙学常数”，这一常数可能代表宇宙中的一种“暗能量”。这些参数决定着宇宙的几何性质和它的未来命运，即它将永远膨胀或是终将再次塌缩。
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暗物质的发现是基于两组独立的观测。首先，有人找到一种方法从Ia型超新星亮度下降的速率确定其光度。知道了光度就能通过测定其亮度确定（或计算）到这颗超新星的距离。结果表明：遥远的超新星看来比预期的暗，这意味着宇宙的膨胀正在加速。结合其他数据，超新星的观测导致如下结论，暗能量也许占到了物质和能量总密度的70%。其次，宇宙微波背景涨落的观测强烈暗示：宇宙的确是平直的，所以物质和能量的总密度取其临界值。因为星系团质量的估计表明宇宙的物质密度只有临界值的约30%，所以暗能量就必须占其余的70%。结合上面测定的哈勃常数值，物质和能量的估计值给出的宇宙年龄约为140亿年。
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在未来，观测者和理论家将努力理解和拓广这些观测结果。证实暗能量的存在并具有可与物质竞争的密度，将是一个具有最基本意义的物理发现。宇宙微波背景观测将提供包括普通物质密度在内的更精确的宇宙学参数值。用LSST发现数量更多的超新星，随后用其他地面和空间望远镜进行更灵敏和精确的测量，将允许我们以更高的精度标定宇宙时钟。那时就应当有可能确定宇宙学常数是像爱因斯坦假设的那样是一个真正的常数呢，还是像某些流行理论建议的那样在随时间演化。
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通俗天文学：和大师一起与宇宙对话（全彩四色珍藏版） 第八编 探索地外生命
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第一章 UFO
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最早有关“不明飞行物”（Unidentified Flying Object，缩写为UFO）的报道是在19世纪70年代。1878年1月，美国得克萨斯州的农民马丁在田间劳动时，忽然望见空中有一个圆形的物体在飞行。UFO常常指的是出现在天空或地表附近的一种奇异的发光的飞行物体。美国空军部一份情报文献定义的UFO是指其性能、空气动力学特征和某些特殊的细节不同于目前为人们所知道的任何类型的飞机或导弹，或不能被肯定为常见物体如气球、星体、鸟群等。
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UFO的出现毫无规律性而且转瞬即逝，加上存在不少虚假的描述，即使是高水平的科学家也无法解释所有的UFO报告。为此，1948年～1969年之间的22年时间里，美国空军执行了一项著名的“蓝皮书计划”。这项计划的资料中包括了12600件目击报告，其中12000件报告中的UFO被解释为已知物体，例如飞机、气球、云彩、流星、鸟群、人造卫星及光线反射等，但是对其他的UFO报告却无法用一般的物理及大气现象来说明。
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分析后得出的结论是：UFO可能是一种自然现象，也可能是一种幻觉。例如蓝皮书计划记载了一件发生于1948年的著名UFO事件：“1948年7月24日的凌晨3时40分，一位驾驶员和一位副驾驶员在驾驶DC-3型飞机时，迎面看见一个物体从他们的右上方掠过，急速上升，消失在云中，时间大约有10秒钟。这个飞行物似乎有火箭或喷气之类的动力装置，在它的尾部发射出大约15米长的火焰。该物体没有翅膀或其他突起物，但有两排明亮的窗子。”事实上，那天夜间正好赶上流星雨，所以这个奇怪的物体实际上是远处的一颗流星。
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确实，人们不能过于相信自己的眼睛。人眼有时会把一些小圆点视为一条线。将某些不规则形状的物体看成一种熟悉的东西，甚至在某个观察角度和一定的天气条件下，视力良好的人也会把一颗星星或者一架飞机看成一种其他物体。这里有个形象的例证：1955年3月3日夜里，天文学家门泽尔在靠近白令海峡的北极地带飞行时，突然看到一个明亮的UFO闪烁着红绿两色的光芒从地平线的西南方射向飞机。在离飞机约100米的地方，它突然停止了。飞行物的直径约相当于满月的1/3。它忽而消失在地平线，忽而又返回。门泽尔突然意识到这是天狼星的模糊形象，由于远处的群山挡住了星光，天狼星才忽隐忽现。
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蓝皮书计划是根据物理学家康顿主持的一项大型学术活动的调查而结束的。这些调查结果长达1500页，其结论是：没有根据证实UFO是天外来客，因此也无需继续调查。
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4 第二章 地球生命之源
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生命源于海洋说
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从恒星演化的理论出发，我们有理由认为：地球从诞生开始就有一个原始大气层，它含有氢的化合物——水蒸气、氨、甲烷、硫化氢、氰化氢等等。还可能有一个由液态水组成的海洋，将大气中的各种气体溶解于海水中。为了在这样的世界上形成生命，那些简单的分子必须结合起来，形成复杂的分子。一般说来，这一过程必须要有能量的输入。太阳光及其紫外辐射照在海洋上，可以提供必要的能量，迫使小分子形成较大的分子。
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1952年，美国化学家米勒和尤里做了一个实验，企图设法去发现这样一些较大的分子。他们制备了被认为曾在地球原始大气中存在过的一些物质的混合物，然后，用放电作为能源，让这种混合物接受几个星期的照射。最后，他们发现这个混合物中含有比在开始时使用的分子要稍微复杂一些的分子，而且包含着一些用于制造重要化合物的氨基酸。然而，即使凭借最丰富的想象力，到目前为止也还没有形成可以称之为生命的东西。不过我们目前只用仅仅几升液体进行研究，每个阶段仅仅几个星期。而在原始地球上，整个海洋的液体接受阳光照射已达数十亿年之久。事实很可能是：在太阳光的照射下，海洋中的分子会逐渐地变得越来越复杂，直至最后，由于某种未知的原因形成了某一个分子，这个分子能够把较简单的分子组成像它自身那样的另一个复杂的分子。这样，生命就出现了，并且延续着，逐渐地演变为现在的生命形态。“生命”的原始形式甚至比现在最简单的生命形式还要简单得多，但它们已足够复杂。
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