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【产品特色】


【编辑推荐】

1、长达20年天体物理学壮举的幕后纪录。本书是寻找我们在宇宙中的新地址——如何发现银河系的家园“拉尼亚凯亚”的故事。海伦教授的近域宇宙图的完成有如地理大发现时代麦哲伦环绕地球一样具有划时代的意义,宣告观测宇宙学的大航海时代已经拉开了序幕。
2、本书作者是发现“拉尼亚凯亚”国际研究团队的领导者。库尔图瓦历经20年,走遍世界,与国际优秀的团队合作,把采集到的数据经可视化处理与分析,结合出了一幅包含银河系的超大图像,即“拉尼亚凯亚超星系团”,是我们已知的、人类所处的*的宇宙结构。
3、一部极简宇宙史。本书糅杂了宇宙科学知识与许多生动有趣的故事,本书为普通非专业读者而写,库尔图瓦用人人能懂的语言带领我们重温绘制宇宙地图的过程。
4、天文学家的学术人生。本书谈到了作者在天文学研究中遇到的成功、困难与绝境,以及多位杰出女性天体物理学家的小传。
5、《自然》杂志、法国天文学协会《航空航天》杂志、《黑洞简史》作者麻省理工学院教授玛西亚•芭楚莎、中科院国家天文台FAST工程总部项目科学家李菂等多位媒体及科学家联袂推荐。

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【内容简介】

我们生活的地球是太阳系的一部分,太阳系属于更大的银河系,而银河系本身则位于拉尼亚凯亚超星系团内。我们该如何精准确定自己在宇宙中的位置? 2014 年诞生的*幅三维宇宙全景图,标志着我们有了新的宇宙地址!这正是20年来,本书作者、法国天体物理学家海伦•库尔图瓦及其国际研究团队一起探索宇宙,致力于绘制近域宇宙图的成果。

本书为普通非专业读者而写,库尔图瓦用人人能懂的语言带领我们重温绘制宇宙地图的过程。本书糅杂了宇宙科学知识与许多生动有趣的故事,可谓一部极简宇宙史。读者不仅踏上了一场奇妙的星际旅行,还得以窥见库尔图瓦作为天文学家的学术人生。本书谈到了她在天文学研究中遇到的成功、困难与绝境,以及多位杰出女性天体物理学家的小传。作为近年来天体物理学*重要发现之一的引人入胜的叙述,她的故事是对团队合作和国际合作的致敬。


【作者简介】

海伦•库尔图瓦,国际知名法国天文物理学家,里昂*大学教授、副校长,法国大学研究院院士,荣获学术界棕榈叶勋章。她十分热衷于向大众传播前沿科学知识,因此也担任法国沃昂夫兰天文馆的负责人。2014年,由库尔图瓦和夏威夷大学的布伦特•塔利所领导的团队发表了一种通过星系的视向速度来定义超星系团的新方法,并由此发现了拉尼亚凯亚超星系团。2017年,库尔图瓦被《名利场》(Vanity Fair)杂志评选为全球50位*影响力的法国人物之一。

译者简介

温馨,苏黎世联邦理工学院博士研究生,研究方向为纳米器件T-CAD模拟。

审校者简介

朱明,中国科学院大学博士生导师,中国科学院国家天文台“百人计划”研究员,任500米口径球面射电望远镜(FAST)工程科学部主任。主要从事射电天文学,星系中的恒星形成,星际介质和星系演化的多波段观测,天文信息学、天文大数据处理技术方面的研究。目前,已在国内外刊物上发表学术论文100余篇。


【媒体评论】

本书讲述了一项长达20年的天体物理学壮举的幕后纪录。

——《自然》杂志(Nature)

地球的宇宙地址*近发生了巨大的变化,因为天文学家意识到我们位于超星系团边缘,超乎以往的想象。身为绘制宇宙地图工作重要一员的海伦•库尔图瓦,精心呈现了这一惊人发现背后的科学和迷人故事。

——玛西亚•芭楚莎(Marcia Bartusiak),麻省理工学院教授,著有《黑洞简史》(Black Hole)

库尔图瓦讲述了寻找我们在宇宙中位置的故事,一个天文学家如何与宇宙中的*结构角力,情节跌宕起伏。本书配以异想天开的插图和令人惊叹的照片,是由一位真正的杰出人物揭开的天文学手艺的内幕。

——布莱恩•基廷(Brian Keating),加州大学圣地亚哥分校物理学教授,著有《失去诺贝尔奖的作者》(Losing the Nobel Prize)

库尔图瓦友好而朴实地向我们展示我们所处的这一部分宇宙。在这本小书中,她利用自己的日常工作和职业生涯来说明科学是一种生活方式,讲述了天文学家如何测量宇宙中星系的流动。她精心构建的测量工具通过网状地图揭示了一个深刻的秘密:隐形暗物质的潜在吸引力。

——罗伯特•P. 科什那(Robert P. Kirshner),哈佛大学教授,著有《奢华的宇宙》(The Extravagant Universe)

海伦教授的近域宇宙图的完成有如地理大发现时代麦哲伦环绕地球一样具有划时代的意义,宣告观测宇宙学的大航海时代已经拉开了序幕,宇宙的星辰大海里有无数的新岛屿和宝藏等待着人类去挖掘,希望本书能激发广大读者积极投身到探索宇宙的征途中来。

——朱明,中科院国家天文台FAST工程总部研究员

李菂,中科院国家天文台FAST工程总部项目科学家,研究员

海伦• 库尔图瓦利用她的教学天赋,为我们详细解释了宇宙膨胀、暗物质和暗能量、宇宙微波背景辐射及其异性,换言之,这是一部极简宇宙史……

——弗朗索瓦丝 • 孔布( Françoise Combes),法国天文学家,科学家


【目录】

"推荐序一 朱明、李菂

推荐序二 弗朗索瓦丝•孔布

自序

第1 章 我们的新宇宙地址

我们在这里

天文术语小词典

什么是宇宙全景图

日常的基础研究工作

被视为波的光

看到立体的天空:第三个维度

*次距离测量

天文学中的长度单位

大争论

亮度——测量距离的关键

亨丽埃塔• 斯旺•近域莱维特

*亮度和视亮度

通往未知的*步

编织我自己的茧

第2章 追寻巨引源

移动中的宇宙

定位一切运动中的物体

一个膨胀的空间

被看成粒子的光

多普勒效应

如何确定星系的本动速度

银河系在宇宙中移动的发现

七武士

桑德拉•费伯

费伯-杰克逊关系

引力的作用

引力以及其他基本的力

在澳大利亚探险

回到地球

僵 局

第3 章 新的眼睛

一切都在加速

哈勃常数的大小是?

温迪•弗里德曼

征服西方

移动的旋涡星系

旋涡小姐选美大赛

椭圆星系对比旋涡星系

工作的好处

来自东方的新闻

时间成本

了解自己的错误

我们的*幅“当代”宇宙图

人为观测因素

宇宙流

第4 章 重建“游戏”

一切都在变大!

维纳滤波器的魅力

一些技术问题

宇宙微波背景辐射的各向异性

暗物质

薇拉•鲁宾

丹尼尔眼中的世界

倒计时开始

分水岭

十分特殊的运动

超星系团诞生了

第5 章 拉尼亚凯亚之外

虚拟宇宙

柏林民谣

宇宙简史

我永远想了解更多!

通往一个均匀的宇宙?

一个无尽的故事

勒妮•克兰-科特韦格

结 语

鸣 谢

参考文献

索 引

图片版权

"


【前言】

自 序

我们的星系和它的邻居们在宇宙中以每秒几百千米的速度移动着!这个观测结果从20世纪60年代初便被发现了,但当时的天文学家还不能为这个现象提供一个完美的解释。90年代,一个美国团队认为这种移动是由一种巨大的质量引起的,即“巨引源”。不幸的是,由于巨引源所处的位置,我们很难对其进行观测。

然而里昂的天文学家做到了!通过对巨引源的研究,我的团队发现了我们所在的这个超星系团,并将其命名为拉尼亚凯亚超星系团。

本书的目的是和你们分享拉尼亚凯亚超星系团的发现过程。我希望以一种简单易懂的方式帮助大家理解宇宙和维系它运行的物理规律,所以书里不会有繁复的数学公式。虽然这可能会让知识的阐述丧失些许严谨性,但对我来说,更重要的是帮助大家了解科学家日常工作的科学方法及步骤。

我将循序渐进地为你们阐述发现这个大结构(宇宙纤维、巨引源、宇宙空洞),并将其可视化的方法。在阅读的过程中,你们将逐渐熟悉这个新的河外星系(我们所在星系以外的空间),它被天文学家定义为“近域宇宙”。不过,它的实际范围已经远至距我们5亿光年外的地方了。此外,在本书的这一新版里,我增加了我们团队关于拉尼亚凯亚的*发现:宇宙速度场及冷斑点和偶极的斥性。

*后,我来简单说明这个发现对我们现有知识的影响。实际上,这个研究可以帮助我们更好地了解星系形成的原因,并对宇宙的未来进行预测。当然,这些预测需要借助未来可能出现的更强大的天文望远镜才能实现。

本书的完成离不开各方人士的支持和帮助,在这里,我想特别鸣谢几位天文学家:亨丽埃塔• 斯旺•莱维特、桑德拉•费伯、温迪•弗里德曼、薇拉•鲁宾和勒妮•克兰-科特韦格,当然还有很多参与到这项研究的人们。这项发现离不开所有人的不懈努力和整个团队的完美合作。

那么现在,请跟随我的各种观测活动—从学生时期澳大利亚的灌木丛中,到*近在夏威夷的棕榈树顶上,甚至在一个辽阔的无线电静默区里,让我们来一起开始这场时空之旅吧!


【免费在线读】

推荐序一

海伦• 库尔图瓦教授的新书终于有了中文版,我很高兴在此推荐她的书,希望有更多的中文读者了解她绘制宇宙结构图的故事,并获得近域宇宙结构的基础知识。

在中国,一提到天文,人们就会想到“上知天文,下知地理”这句俗语,这是中国古代对圣贤大师*常用的描述,也反映了国人习惯上是把天文和地理紧密连在一起的。中国古人把天空分为三垣二十八宿,并且绘制了星空天图,用来观天、辨方向和导航。现代天文学家则利用大型望远镜来巡视宇宙深空。如中国的郭守敬光学望远镜(LAMOST)和被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜(FAST)都已经或计划开展大规模巡天,观测上亿颗恒星,以及无数的像我们银河系一样的星系。人类梦想着有朝一日能在浩瀚的宇宙太空遨游。但在我们迈向星辰大海的征途中,如何在茫茫宇宙中分辨数以亿计的星系?海伦教授领导的团队通过大量观测发现并绘制的近域宇宙结构图回答了这个问题,为我们将来遨游宇宙指明了方向。在她绘制的三维全景图中我们能看到,我们周围宇宙中有山川、河流似的结构,他们的团队还发现了一个巨大的“分水岭”结构—拉尼亚凯亚超星系团。这个结果发表在著名的《自然》期刊上,是近域宇宙学研究的一个重要里程碑,标志着我们对宇宙结构的研究进入到了宇宙地理学的时代。我们以后可以像研究地理一样研究宇宙结构了。

绘制近域宇宙图并非易事,本书详细描述了背后的故事,令人惊叹的成果后面是作者及其团队四年多的高强度超时工作和不懈努力。她还讲述了自己从博士研究生开始进入天文研究的心路历程,如何从一个“青椒”研究生,在天文的江湖里闯荡,从法国到澳大利亚、美国夏威夷,得遇名师,*终成为天文领域的武林高手。读者可以看到天文研究并不神秘,也不是枯燥无味的。

本书还全面介绍了近域宇宙结构的基础知识,可以作为研究观测宇宙结构学的入门。现在,我们生活在一个天文学蓬勃大发展的时代。虽然德国哲学家康德在200多年前就猜想宇宙岛的存在,但直到100年前(1920年)天文学家才估算出星系的距离,确认星系是银河系以外的天体,20世纪60年代以后确立了宇宙大爆炸和结构形成理论,现在我们的观测数据也即将进入天文数据大爆炸的时代。各种大型天文设备,包括光学的大型综合巡天望远镜(LSST)、平方公里阵列射电天文望远镜(SKA)、空间的欧几里得(EUCLID)卫星,以及中国的FAST、LAMOST望远镜等,必定给这个领域带来新一轮的发现。海伦教授的近域宇宙图的完成有如地理大发现时代麦哲伦环绕地球一样具有划时代的意义,宣告观测宇宙学的大航海时代已经拉开了序幕。宇宙的星辰大海里有无数的新岛屿和宝藏等待着人类去挖掘,希望本书能激发广大读者积极投身到探索宇宙的征途中来。

*后值得一提的是,中法两国在科学与教育方面都建立了良好的合作关系。海伦教授是中法合作的积极推动者,本书的翻译出版就是这项合作的一个见证。作为这一领域的同行,本人和作者九年前就在国际学术会议上相识,2013年在法国马赛举行的国际会议上目睹了宇宙结构图的首次发布,并由此深受启发,开始规划利用我国的FAST望远镜开展星系巡天,精确刻画近域宇宙的中性氢气体分布。该项目也得到海伦教授许多积极的建议,在此特表示感谢。

朱明,研究员

中科院国家天文台FAST 工程总部

李菂,研究员,项目科学家

中科院国家天文台FAST 工程总部

推荐序二

什么是宇宙结构学?海伦•库尔图瓦将它定义为有一个额外时间维度的宇宙地理学。因为在天文学中,长途旅行相当于时间穿越。所以请系好安全带,和作者一起从现在一直探索到5亿光年外的世界吧!

围绕着我们的数十万个星系并不是均匀分布的。反之,它们聚集成一个个密集的星系群,像蜘蛛网一样被宇宙空洞分隔,并被宇宙纤维连接着。我们看到的宇宙结构图则是这个星系网络在天空中的二维投影。

无须赘述,让我们共同在宇宙中遨游,通过光学望远镜和射电望远镜进行研究吧。无数的观测活动需要和世界各地的天文学家合作。库尔图瓦的团队利用所有可能的时区,夜以继日地进行着他们的观测工作,在宇宙的海洋中探索。终于,在2009年,他们成功完成了480个夜晚的观测!

观测结束的下一个重要步骤,是将这张宇宙结构图重建回三维。我们使用的智能程序可以将各种可能存在的人为观测因素考虑在内,比如部分区域的观测缺失,又或者观测结果中速度数据的遗漏,这些问题都可以通过算法,像重建破损的庞贝壁画一样解决。利用基于暗物质模型的模拟算法、*化的概率分布和优化后的维纳滤波算法,我们可以对缺失的信息进行合理推测。

这项工作的*终目的是对我们所在的近域宇宙(local universe)的测绘,并且确定拉尼亚凯亚超星系团的存在。既然我们已经处于这个大结构的边缘,离宇宙空洞很近了,那么我们*终能不能发现巨引源呢?这个疑问就由你自己来找到答案吧!

这20年中发生了很多轶事,天文学家和科研工作者的日常趣闻为这项工作增加了许多活力和乐趣。科研工作并不是一条静止的河流,我们需要从失败中不断学习如何避免重蹈覆辙。参与观测工作的众多科研人员和库尔图瓦的科研经历都是这种学习过程的完美证明。从开始不到10人的团队,到现在的各种大型合作,比如欧几里得卫星项目的准备工作,整个团队已经吸引了1200多名工作者的参与!本书在此鸣谢团队成员及相关国际合作单位的贡献,每项工作都离不开大家持续不懈的努力。

*后,在不影响读者阅读体验的前提下,书中用专栏的形式单独阐述了概念及注释。海伦•库尔图瓦利用她的教学天赋,为我们详细解释了宇宙膨胀、暗物质和暗能量、宇宙微波背景辐射及其异性,换言之,这是一部极简宇宙史……

弗朗索瓦丝• 孔布(Françoise Combes)

法国天文学家,科学家


【书摘与插画】


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