一些值得质疑的问题 / 第1章 我们的宇宙后院
恒星是什么？它们为什么闪闪发光？地球、太阳、太阳系和恒星是怎样形成的？有行星环绕的恒星多不多？地球上的生命是如何产生的？生命在宇宙中普遍吗？我们的行星及其上的生命经历了怎样的沧桑？以上这些和诸如此类的问题，在有文字记载的历史中，激起了人们的思索、讨论和热烈的争辩。当代的科学研究正着手提供答案，我们身处这个时代。
人类对其所处的环境满怀好奇，并力图理解宇宙。每种文化都构筑了“世界景象”—— 对现实世界的描绘。从古老的游牧部落，到埃及、希腊和罗马文化，到伟大的中国和印度文明，到新大陆的土著和太平洋偏远的岛屿，好奇的人类努力了解大自然。事实上，所有这些“世界景象”无不植根于神话、宗教或哲学的思辨。
近500 年以来，普遍的经验、观测和实验结果日益提升着我们对周围宇宙的认知。随着黑暗的中世纪欧洲的终结，文艺复兴催生了现代科学的发展。早期的欧洲学者，继承了阿拉伯天文学的传统，为了观测太阳、月亮和行星，又为了了解地球上物体的性状，开创用数学手段描述运动机制。伊萨克·牛顿（Isaac Newton）通过他的引力理论，把月亮的运动与落体的运动联系起来。借助于牛顿理论，人们对太阳系天体的运动有了总的理解。
由伽利略（Galileo）、开普勒（Kepler）和牛顿开创的科学革命为工业革命奠定了深厚的理性基础，而后者终于导致我们实现了当代的生活方式。它也促使天文学获得一系列深刻的发现，导致我们对宇宙有了目前的了解。
17 世纪个10 年，望远镜发明出来了，比起单用肉眼观察，这为人们看清更远的天体和更详尽的细节创造了条件。这类早期的望远镜用来细看太阳、月亮和行星，由此人们发现了金星和水星的位相、木星和土星的卫星，并研究了神秘的彗星。随着望远镜的光力增强，人们于1781 年发现了一颗新行星—— 天王星。而且由于已能深入了解太阳系的运动，人们发现了这颗新行星运动的观测值与预报值有偏差，这导致人们预测存在另一个更大天体。1846 年，在预报位置的近旁发现了海王星，这显示了牛顿引力理论及其在天体运动研究上的辉煌成功。
随着望远镜威力的增强，天文学家认识到天空中存在比肉眼所见多得多的恒星，而且这些恒星非常遥远。此外，天文学家发现，在恒星之间到处都有微微发亮的云雾状天体——“星云”，在20 世纪之前，它们的本质一直没有明白。
工业革命为天文学的进一步发展提供了新的工具。在19 世纪中叶之前，所有通过望远镜的天文观测都由人眼进行，我们对于宇宙的认知也仅限于目光的感觉。观测结果必须用手记录下来，包括被研究天体的草图，或者是与它们的亮度、位置、大小或其他可测性状有关的数据。此外，人眼不能像照相底片长时间曝光那样累积光线。当人眼充分适应黑暗之后，对落在视网膜上的光线的反应只及百分之几，而人眼的“曝光时间”只有约1 / 30 秒。
人眼敏感的颜色范围只相当于非常狭窄的波段。在阳光明亮的白天，人眼中对颜色敏感的称为视锥的细胞很活跃。可是视锥细胞是很不敏感的。若要在夜晚感觉微光，只能仰仗人眼中的视杆细胞。然而，视杆细胞对颜色是根本不敏感的。天空亮的恒星刚刚处于视锥细胞敏感的极限上。因此某些人，特别是年轻人，能够识别亮的恒星的颜色。
化学为“看清”开辟了新的道路。在19 世纪下半叶，照相术发明了。涂有含银化合物乳胶的玻璃底片把所研究的天体永久记录下来。此外，这类底片能够积累入射光线，即使借助望远镜也不能用肉眼看清的天体由此得显真容。通过许多小时的曝光，本来极其暗淡、人眼无法看清的恒星和星云能够记录下来（图1.1）。