《星际的奇遇宇宙之旅》课件

星际的奇遇宇宙之旅欢迎开始这场跨越时空的宇宙探索之旅在接下来的课程中，我们将一同揭开浩瀚宇宙的神秘面纱，探索从微小的行星到壮观的星系，从宇宙起源到未来星际旅行的一切奥秘课程导入为何探索宇宙探寻起源知识扩展自远古以来，人类就抬头仰望通过探索宇宙，我们获得了对星空，思考我们来自何处，宇物理学、化学等基础科学的深宙如何形成这种对起源的好入理解，许多源于天文研究的奇是人类本性的体现，驱使我技术已应用于日常生活，如们不断探索星空的奥秘卫星导航和天气预报系GPS统人类未来宇宙的起源概述大爆炸约亿年前，整个宇宙起源于一个极其炽热、密集的奇点，在短短137一瞬间急剧膨胀，形成了时间、空间和物质的开端原子形成在大爆炸后的几十万年内，宇宙冷却到足以让质子和电子结合形成氢原子的温度，这一过程被称为再结合时期第一代恒星大约在宇宙诞生后的亿年，氢气云开始凝聚，形成了第一代恒星，2这些恒星通过核聚变产生了更重的元素星系形成恒星群在引力作用下逐渐聚集形成早期星系，这些星系又进一步合并成更大的结构，最终形成了我们今天看到的宇宙景观宇宙的基本结构宇宙（）Universe包含一切已知的时间、空间与物质超星系团（）Supercluster由多个星系团组成的巨大结构星系（）Galaxy由恒星、气体、尘埃等组成的巨大系统恒星系统（）Star System恒星及其周围的行星、卫星等天体行星与卫星（）PlanetsMoons围绕恒星运行的天体及其伴随物宇宙的尺度与总量亿930光年可观测宇宙的直径估计亿1370年宇宙的年龄万亿2星系可观测宇宙中的星系数量10^24恒星宇宙中恒星的估计数量级光年是天文学中使用的距离单位，指光在真空中一年内传播的距离，约为

9.46万亿公里为了理解这个尺度，想象一下如果地球缩小到一粒沙子大小，那么可观测宇宙的直径将相当于从地球到太阳距离的数千倍尽管这些数字令人震撼，科学家认为可观测宇宙可能只是整个宇宙的一小部分，因为宇宙膨胀速度超过光速，使得更远处的区域永远无法被我们观测到银河系介绍直径与厚度恒星数量银河系直径约为万光年，而中心核球10银河系包含约亿颗恒星，其1000-4000区域厚度约为光年，边缘处则薄16,000中包括我们的太阳至仅光年1,000旋转周期中心黑洞太阳系位于银河系的猎户臂上，距离中银河系中心有一个质量约为万个太4303心约万光年，绕银河系中心一周需约阳质量的超大质量黑洞，被命名为人马

2.6亿年座

2.3A*螺旋星系与椭圆星系螺旋星系椭圆星系螺旋星系如同宇宙中的巨大漩涡，拥有明显的旋臂结构，这些旋椭圆星系形状从近球形到高度扁平的椭圆体不等，缺乏明显的结臂从中心向外延伸，形成优美的螺旋形态我们所在的银河系就构特征它们通常看起来更为平滑且呈黄色或红色，反映了其中是一个典型的棒旋星系老年恒星的主导地位•含有大量年轻的蓝色恒星•主要包含老年红色恒星•星际气体和尘埃丰富•星际气体和尘埃较少•恒星形成活跃•恒星形成不活跃•典型例子银河系、仙女座星系M31•典型例子M87室女座A、M49星系团与超星系团宇宙网络（）Cosmic Web最大尺度结构，由超星系团、虚空和细丝组成超星系团（）Supercluster多个星系团的集合，如本地超星系团星系团（）Galaxy Cluster数百至数千个星系的集合，如室女座星系团星系群（）Galaxy Group几十个星系的小集合，如本星系群室女座星系团是距离我们最近的大型星系团，位于约万光年远处，包含约个星系我们所在的银河系属于本星系群，是拉尼亚凯亚超星系团的一部分54001500这种层级结构反映了宇宙大尺度结构的形成过程，由暗物质的引力作用主导，形成了今天我们所观测到的宇宙宇宙网络结构星际尘埃与星云发射星云反射星云暗星云主要由电离氢气组成，被附近高温恒星的由尘埃颗粒反射附近恒星的光线形成，通密集的尘埃云阻挡了背后恒星的光线，在紫外线激发发光，呈现红色猎户座星云常呈现蓝色著名的昴星团七姐妹星团周星空中形成黑暗区域马头星云是最著名的核心区域就是典型的发射星云，这类星围就有美丽的反射星云，这种星云不发射的暗星云之一，这些区域往往是未来恒星云往往是恒星形成的活跃区域自己的光，只反射恒星光形成的物质库黑洞及其奥秘黑洞形成结构特征黑洞通常由质量至少为太阳倍黑洞由事件视界、奇点和吸积盘20的恒星在生命结束时爆发为超新组成事件视界是黑洞的边界星后坍缩形成更庞大的超大质，一旦越过，甚至光也无法逃量黑洞（质量为太阳质量的数百脱；奇点是中心无限密度的点；万至数十亿倍）则位于大多数星而吸积盘则是围绕黑洞旋转的物系的中心，它们的形成机制仍是质，会发出强烈的辐射天文学研究的热点突破性观测年，事件视界望远镜项目发布了人类历史上第一张黑洞照片，捕捉2019到了位于星系中心的超大质量黑洞年，又公布了银河系中心M872022黑洞人马座的图像，这些成就标志着黑洞研究的重大突破A*中子星与脉冲星超新星爆发当质量为太阳8-20倍的恒星耗尽核燃料时，核心会在重力作用下迅速坍缩，外层物质被爆炸性地抛出，形成壮观的超新星爆发中子星形成坍缩的恒星核心中，电子和质子在极端压力下结合形成中子最终形成的中子星直径仅约20公里，却拥有太阳

1.4-

2.2倍的质量强磁场产生中子星保留了原恒星的角动量和磁场，但体积急剧减小，导致自转速度极快（每秒数十至数百转），磁场强度达到地球磁场的万亿倍脉冲信号发射磁极产生的强烈辐射形成光束，随中子星自转扫过空间当这些光束周期性地扫过地球时，我们观测到规律的脉冲信号，这就是脉冲星星际旅行的想象化学推进核动力推进目前主流的火箭技术，但速度有限，不利用核裂变或核聚变产生更大的推力，适合星际旅行可能达到光速的数%理论性突破光帆技术曲率驱动、虫洞或量子隧道等概念可能利用太阳光或激光的辐射压力推动超轻彻底改变星际旅行方式薄的反射帆，减少燃料需求进行太阳系内探测的飞行器（如旅行者号、新视野号）需要数年到数十年才能到达目标，而最近的恒星比冥王星还要远一万倍即便1按当前最快的探测器速度，也需要数万年才能到达最近的恒星系统恒星的一生恒星诞生星际云气在引力作用下开始坍缩，当中心温度达到数百万度时，氢开始聚变为氦，恒星正式点亮，进入稳定的主序阶段这一过程在像猎户座星云这样的恒星形成区中不断发生主序星阶段大部分恒星（包括我们的太阳）都处于这一相对稳定的阶段，核心进行氢聚变，维持着内部核能与引力的平衡恒星在主序阶段停留的时间取决于其质量，质量越大，燃料消耗越快晚期演化当核心氢耗尽后，恒星进入红巨星阶段，外层膨胀，表面温度降低对于太阳这样的恒星，最终会抛出外层形成行星状星云，核心成为白矮星而大质量恒星则会经历壮观的超新星爆发恒星遗骸根据原始恒星质量不同，恒星生命的终点各异小质量恒星成为白矮星，中等质量恒星可能留下中子星，而大质量恒星则会坍缩为黑洞，继续以新的形式影响周围的宇宙环境太阳的演化轨迹诞生约亿年前，太阳从原始太阳星云中形成，开始在主序阶段稳46定燃烧现在太阳目前处于主序中期，表面温度约，每秒将约万5500°C600吨氢转化为氦未来亿年50随着核心氢的消耗，太阳将逐渐变亮，约亿年后亮度增加50，地球表面可能变得不适宜生命存在40%红巨星阶段核心氢耗尽后，太阳外层膨胀成为红巨星，体积将增大至可能吞没水星和金星的轨道，甚至接近地球白矮星终局最终，太阳将抛出外层形成行星状星云，核心变成一颗密度极高的白矮星，缓慢冷却数十亿年行星类型大全太阳系介绍行星距太阳平均距离公转周期直径地球=1卫星数量天文单位水星

0.3988天

0.380金星

0.72225天

0.950地球

1.00365天

1.001火星

1.52687天

0.532木星

5.2012年

11.1995土星

9.5429年

9.45146天王星

19.2284年

4.0127海王星

30.06165年

3.8814太阳系是以太阳为中心，包含八大行星及其卫星、矮行星、小行星、彗星等天体的行星系统内部四颗行星（水星至火星）为岩石构成的类地行星，而外部四颗（木星至海王星）则为气态巨行星值得注意的是，各行星的物理特性和公转周期存在显著差异地球是目前唯一已知存在生命的行星，而木星拥有最多的卫星，土星则以其壮观的环系著称地球宇宙中的生命星球液态水保护层碳基化学地球表面约被水覆盖，液地球磁场和大气层形成双重保地球温度适中，允许碳基化学71%态水是已知生命形式的必要条护屏障，磁场偏转带电粒子，反应以适当速率进行，碳原子件地球处于太阳系适居带臭氧层过滤紫外线辐射，为生能形成复杂分子，是地球生命内，使水能以液态形式长期存命提供安全环境的基础在稳定性地球轨道稳定，自转轴倾角适中，产生相对温和的季节变化，为生命进化提供了长期稳定的环境地球位于太阳系适居带内，这个区域也被称为金发姑娘地带既不太热也不太冷，刚好适合液—态水存在这种稀有的条件组合可能解释了为什么在我们迄今探索的宇宙中，尚未发现其他确定存在复杂生命的天体月球地球的伴侣月球基本特征人类月球探索里程碑月球是地球唯一的天然卫星，直径约公里（地球直径的年月日，美国宇航员尼尔阿姆斯特朗成为首位踏上月球3,4741969720·），距地球平均约万公里它没有大气层，表面温差极的人类阿波罗计划期间（年），共有名宇航员登1/

438.41969-197212大，白天可达，夜间低至上月球表面，采集了约公斤月球岩石样本127°C-173°C382月球自转周期与公转周期相同（约天），因此总是同一面朝近年来，多国重启月球探测中国的嫦娥计划成功实现了月球背

29.5向地球人们肉眼可见的月球表面特征包括明暗不同的区域面软着陆和月壤采样返回；美国的阿尔忒弥斯计划计划于——2020较暗的月海（实际上是古代熔岩平原）和较亮的高地年代中期再次将宇航员送上月球月球上丰富的氦资源和南极-3区域可能存在的水冰，使其成为未来深空探索的重要中转站火星地球的近邻火星是太阳系中最类似地球的行星，直径约为地球的一半，质量仅为地球的十分之一它表面的红色来源于富含铁的矿物质氧化形成的锈火星拥有太阳系中最高的山脉奥林匹斯山（高约公里）和最长的峡谷水手峡谷（长约公里）224000科学家发现火星上存在古代河流和湖泊的痕迹，表明它曾经拥有更温暖湿润的气候和大量液态水目前，多国探测器和火星车正在研究这颗红色星球，包括美国的毅力号和中国的祝融号火星被视为人类未来可能的殖民地，等私营公司和多国航天机构都在规划人类火星移民计划SpaceX木星太阳系巨人庞大身躯木星是太阳系中最大的行星，质量为地球的倍，体积可容纳多个地球尽管3181300如此庞大，木星一天只有约小时，是太阳系自转最快的行星10大红斑木星著名的大红斑是一个持续了至少年的巨大风暴系统，直径约为地球的倍

4001.3这是太阳系中最大的风暴，风速可达公里小时540/卫星家族木星拥有至少颗已知卫星，其中最著名的是伽利略卫星木卫一艾奥、木卫二欧95罗巴、木卫三甘尼米德和木卫四卡里斯托甘尼米德是太阳系中最大的卫星，甚至比行星水星还大强大辐射木星拥有太阳系中最强大的磁场，强度是地球的倍，产生巨大的辐射带这种强辐14射环境对探测任务构成挑战，朱诺号等探测器需要特殊设计以承受这种极端条件土星与壮丽光环环系结构卫星泰坦卡西尼任务土星环系宽度超过万公里（地球到月球土卫六泰坦是土星最大的卫星，也是太阳年，卡西尼惠更斯号探测器对282004-2017-距离的），但厚度惊人地薄，平均仅系中唯一拥有致密大气层的卫星其表面土星系统进行了深入研究，传回超过万73%45约米主要环带从内到外分为、、温度约，存在由液态甲烷和乙烷组张图像，发现了土卫二恩克拉多斯南极存20D C-179°C、、、和环，其中环最明亮，各环成的湖泊和海洋，科学家认为它可能存在在喷发的水柱，揭示了土星环的动态变B AF GE B之间由卡西尼分隙等空隙分隔某种奇特的生命形式化，最终通过坠入土星大气层结束了使命太阳系边疆天王星与海王星天王星海王星天王星是太阳系中第七颗行星，也是第一颗通过望远镜发现的行海王星是太阳系最外层的巨行星，通过数学计算而非直接观测被星，由威廉赫歇尔于年发现其最独特的特征是极端的自发现，这是现代天文学的重大胜利法国数学家勒维耶和英国天·1781转轴倾角约度，几乎与轨道平面平行，使得天王星如同文学家亚当斯分别对天王星轨道异常进行了计算，预测了海王星——98侧卧公转的位置•呈淡青色，由于大气中的甲烷气体吸收红光•深蓝色外观，同样由于大气中的甲烷•拥有13条已知的环，比土星环暗得多•太阳系中风速最高的行星，大风暴可达2100公里/小时•极端低温，大气层顶温度约-224°C•拥有极端季节，因其轴倾角约28度•拥有27颗已知卫星，以莎士比亚角色命名•14颗已知卫星，最大的是海卫一特里同冥王星与柯伊伯带2370直径公里冥王星比月球还小248公转周期年公转轨道高度椭圆5已知卫星最大卫星冥卫一卡戎直径达1200公里2015首次近距观测年份新视野号传回高清图像冥王星于1930年由克莱德·汤博发现，长期被视为太阳系第九大行星然而，随着天文学家在冥王星外发现更多类似天体，特别是2005年发现的比冥王星更大的阋神星，国际天文学联合会在2006年重新定义行星概念，将冥王星降级为矮行星冥王星是柯伊伯带中最著名的天体之一柯伊伯带是位于海王星轨道外的环状区域，包含数千个冰质小天体，是太阳系形成早期的遗留物新视野号探测器的观测显示，冥王星表面存在氮冰心形区域、冰山和可能的地下液态水海洋，远比科学家预期的复杂多样彗星与小行星彗星小行星流星体撞击事件主要由尘埃、岩石和冰组成的太主要由岩石和金属组成的小天进入地球大气层的小天体碎片较大天体撞击可能导致灾难性后阳系小天体接近太阳时，表面体，大多数位于火星和木星轨道在大气层中燃烧形成流星（俗称果万年前的希克苏鲁伯撞6500冰体升华形成彗发和彗尾著名之间的小行星带最大的小行星流星雨）较大的碎片可能未完击事件被认为导致恐龙灭绝现的哈雷彗星每年回归一次，上是谷神星，直径约公里，包含全燃尽而落到地表，成为陨石代防御计划如的行星防御协76940NASA次出现在年小行星带总质量的三分之一调办公室正在研究潜在威胁1986外太空中的流星雨星际旅行的挑战时间与距离即使以光速旅行，也需数年抵达最近恒星推进技术需要突破性能源与推进系统宇宙辐射太阳风和宇宙射线对人体构成威胁生理影响失重、肌肉萎缩、骨质疏松等健康问题心理挑战长期隔离、封闭环境和极端条件的精神压力以目前最快的探测器旅行者号的速度（约每秒公里），需要超过万年才能到达最近的恒星系统比邻星，而这只是一个起点长时间星际旅行需要解决的问题包括航行1177所需的巨大能源、宇航员在数十年甚至数代人旅程中的生存保障、闭环生命支持系统的稳定运行等太空站与太空生活工作与科学实验宇航员在太空站每天工作约

8.5小时，进行各类科学实验，包括微重力环境下的生物学实验、材料科学研究、天文观测等国际空间站已完成超过3000项科学实验，涉及来自108个国家的科学家日常生活挑战在微重力环境中，简单的日常活动变得复杂睡觉需要将睡袋固定在墙上；洗澡使用湿毛巾或特殊喷雾；厕所使用真空吸力系统；食物多为脱水或热稳定处理，需要加水或加热后食用锻炼与健康为对抗微重力导致的肌肉萎缩和骨质流失，宇航员每天必须进行2小时高强度锻炼，使用专门设计的跑步机、自行车和阻力训练设备长期测量生理数据，监测太空环境对人体的影响休息与心理健康宇航员休息时间可欣赏地球美景、与家人视频通话、观看电影或阅读NASA和其他航天机构越来越重视宇航员的心理健康，提供心理支持服务和应对策略，帮助他们适应密闭环境和远离家人的压力星际探测器概览先驱者号（）101972第一个穿越小行星带的人造物体，携带人类信息铭牌，目前正飞向金牛座方向旅行者号（）1977双子星探测器完成木星和土星探测后，旅行者号继续飞向星际空间，于1年成为首个离开日光层的人造物体，携带著名的金唱片2012帕克太阳探测器（）2018首个触摸太阳的航天器，设计接近太阳表面约万公里，经受690高温，研究太阳风和太阳能量传输机制1370°C新视野号（）2006年成功飞掠冥王星，传回高清照片，随后于年抵达柯伊伯带天20152019体天涯海角，是人类探索最遥远的天体Arrokoth太空望远镜哈勃和詹姆斯韦伯·哈勃太空望远镜詹姆斯韦伯太空望远镜·年发射，位于离地球约公里的低地轨道，主镜直径年底发射，位于距地球约万公里的第二拉格朗日点，主

19905502.42021150米哈勃望远镜通过五次航天飞机服务任务进行了升级和维修，镜由个六角形镜面组成，总直径米，是哈勃的约倍

186.

52.7延长了其使用寿命主要观测红外波段，能够穿透尘埃云观测宇宙早期形成的星系和主要观测可见光、紫外线和近红外线波段，分辨率可达角恒星配备巨大遮阳板保持极低温度（约）首批照片包

0.04-233°C秒哈勃的重大发现包括确定宇宙膨胀速率、拍摄深空视场照括宇宙最深视野、南环星云等壮观图像，为宇宙学研究开辟新片、观测系外行星大气等，已产生超过篇科学论文纪元17,000寻找系外行星凌日法观测恒星亮度微小周期性变化视向速度法2测量恒星光谱的多普勒效应变化引力微透镜法利用行星引力场放大背景光源直接成像法直接拍摄行星反射或发出的光开普勒太空望远镜（年）是系外行星探测的里程碑，利用凌日法发现了超过颗系外行星随后的凌日系外行星勘测卫星继续这项工作，专注于2009-20182600TESS探测距离地球更近的行星系统截至年初，已确认的系外行星超过颗，分布于我们银河系的不同区域其中不乏令人惊讶的发现如围绕脉冲星运行的行星、被称为热木星的巨大气态20245000行星紧贴母恒星运行、可能适宜生命存在的超级地球，以及完全不同于我们太阳系的行星系统构型地外生命科学先驱的假说适居带理论生命起源实验德雷克方程科学家认为，液态水是地球生命的关键要年，米勒尤里实验模拟了原始地球条由弗兰克德雷克于年提出，这一方程1952-·1961素，因此适居带被定义为行星轨道使其表件，成功从简单化学物质中产生了氨基酸试图估算银河系中可能存在的具有通讯能面可能存在液态水的区域随着对极端环等复杂有机分子，表明生命的化学前体可力的外星文明数量方程考虑了恒星形成境生物的研究，科学家逐渐认识到生命可能在适宜条件下自然形成这为理解地外率、适宜生命行星比例、生命和智能生命能在更广泛的条件下存在生命可能的化学起源提供了重要线索出现概率等因素，虽然具体数值存在巨大不确定性太阳系内生命探索火星木卫二欧罗巴曾有液态水流动证据，可能存在地下微生物冰层下可能有液态海洋，含有生命必要元素土卫二恩克拉多斯土卫六泰坦4南极喷泉含有复杂有机分子和盐分3拥有丰富有机物和类地表流体循环木卫二欧罗巴的冰壳下可能隐藏着深达公里的液态水海洋，体积可能是地球所有海洋总和的两倍哈勃望远镜观测到的水汽羽流证实了其活跃100的地质活动计划于年代中期发射欧罗巴快帆任务，详细研究这一潜在的生命栖息地NASA2020土卫二恩克拉多斯同样引人注目，卡西尼号探测器发现其南极地区存在喷泉活动，分析表明喷出物中含有简单有机分子、氮化合物和盐分，暗示地下海洋可能存在水热活动，为生命提供能量来源这些冰卫星展示了生命可能在不依赖太阳能的环境中存在寻找地外文明的尝试人类不仅在寻找地外生命的迹象，也积极向宇宙发送信息年，阿雷西博信息从波多黎各巨型射电望远镜发出，包含了人类结构、太阳系位置等基本信息旅行者1974DNA号探测器携带了镀金唱片，记录了地球上的声音、音乐、图像和问候语，作为人类文明的时间胶囊寻找地外智能（）计划始于世纪年代，主要通过监听射电望远镜搜索可能的人工信号突破聆听项目于年启动，使用世界上最强大的射电望远镜扫描最近SETI20602015的万颗恒星中国的天眼望远镜也部分用于研究尽管半个多世纪的搜索尚未发现确定的信号，科学家仍在不断完善搜索策略和技术100FAST SETI外星生命的可能形态碳基生命硅基生命非生物智能与地球生命类似，基于碳原子理论上可行的替代形式，基于某些科学家提出，高度进化的形成复杂分子碳原子能形成硅形成分子骨架硅与碳同文明可能已超越生物形态，转多种化学键，创造出无数复杂族，也能形成四个化学键，但为人工智能或能量形式存在分子，是地球生命的基础其硅化合物通常不如碳化合物稳这种生命可能不需要与我们类他环境中的碳基生命可能使用定，可能在高温环境中更有优似的生物化学或环境条件不同的溶剂，如液态甲烷或势氨辐射利用者地球上发现的某些极端微生物能在高辐射环境中生存，甚至利用辐射能量外星生命可能进化出更高效的机制，在恒星或其他高能环境中直接利用辐射能量热点案例UFO罗斯威尔事件（）美国海军录像（）1947UAP2004-2015美国史上最著名的事件发生在新墨西哥州罗斯威尔当地牧年间，美国海军公开了几段战斗机飞行员拍摄的不明UFO2017-2020场主发现了神秘碎片，罗斯威尔陆军航空基地最初发布新闻稿称空中现象视频，包括著名的、和UAP FLIRGIMBAL GOFAST已回收一个飞碟，随后改口称是气象气球数十年来，关于外录像这些视频显示飞行员遭遇了能够进行复杂机动的不明飞行星飞船坠毁和政府掩盖的说法广为流传物年，美国国会举行听证会，前情报官员声称政府掩盖了非年，美国国家情报总监办公室发布了关于不明空中现象的报20232021人类技术证据，但未提供确凿证据美国国防部后来解释称，告，分析了美军人员报告的起事件报告承认大多数案144UAP罗斯威尔坠毁物为莫贡气球项目的一部分，这是一个机密的高例缺乏足够信息来确定性质，并表示一些现象可能代表突破性空监视项目技术，但未明确提及外星文明美国军方随后成立了全域异常现象解决办公室专门调查这类现象AARO太空探索的著名人物尤里加加林（）尼尔阿姆斯特朗（）刘洋（）·1934-1968·1930-20121978-苏联宇航员，人类历史上第一个进入太空美国宇航员，人类历史上第一个踏上月球中国首位女航天员，年月随神舟九号20126的人年月日，加加林驾驶东方的人年月日，作为阿波罗号任飞船进入太空，与景海鹏、刘旺一起完成19614121196972011号飞船完成了分钟的地球轨道飞行，务指令长，阿姆斯特朗踏上月球表面并说了中国首次载人交会对接任务刘洋毕业108成为划时代的壮举他的一句从这里看地出了著名的这是一个人的一小步，却是人于空军航空大学，曾是空军运输机飞行球非常美丽成为经典名言不幸的是，加类的一大步阿姆斯特朗为人谦逊，登月员，拥有小时飞行经验她的太空之1680加林于年在一次飞行训练中遇难，年后很少公开露面，致力于工程学教育，旅不仅是个人成就，也是中国女性在航天1968仅岁年因心脏手术并发症去世领域的重要里程碑342012中国的太空事业东方红一号（）1970中国第一颗人造卫星发射成功，使中国成为第五个独立发射卫星的国家卫星播放了《东方红》乐曲，重量公斤，在轨工173作了天28神舟五号（）2003中国首次载人航天飞行成功，航天员杨利伟在太空停留小时，21使中国成为继俄罗斯和美国之后第三个独立将人送入太空的国嫦娥工程（至今）2007家中国的月球探测计划，包括嫦娥一号至五号系列探测器2019年，嫦娥四号实现人类首次月球背面软着陆；年，嫦娥五2020天问一号（）号成功采集月球样本并返回地球2020中国首次火星探测任务，包括环绕器、着陆器和火星车祝融号年成功着陆火星，使中国成为继美国之后第二个在火2021中国空间站（至今）2021星表面成功操作探测器的国家天宫空间站包括核心舱天和和实验舱问天、梦天，总重约吨，计划在轨运行年以上，支持三人长期驻留，开展10010科学实验和技术验证商业航天和太空旅游蓝色起源SpaceX由埃隆马斯克创立于年，以降由亚马逊创始人杰夫贝索斯创立于·2002·低太空运输成本、最终实现火星移民年，专注于发展亚轨道太空旅2000为目标旗下猎鹰号火箭首创一游新谢泼德火箭系统可将游客送9级火箭可回收技术，载人龙飞船成至公里高空体验数分钟失重，100为首个由商业公司开发并将宇航员送年贝索斯本人参与了首次载人飞2021往国际空间站的载人飞船正在开发行公司正在开发更大型的新格伦星舰作为下一代完全可重复使用火轨道火箭系统，计划与美国国家航空箭，预计将成为历史上最强大的运载航天局合作开发月球着陆器火箭维珍银河由理查德布兰森爵士创立，专注于提供亚轨道太空旅游服务采用母船宇宙飞机·+的独特发射模式，飞机在高空释放宇宙飞机，后者点火升空至公里高度852021年布兰森亲自参与测试飞行，年开始商业运营，票价约万美元202345星际科幻与科学现实科幻作品中的技术预见科幻如何推动科学进步许多科幻作品中的设想后来成为现实《星际迷航》中的通讯器许多科学家和工程师承认童年时期的科幻作品激发了他们的职业在年代就预见了现代智能手机；阿西莫夫的《基地》系列选择前工程师霍伯特舒马赫表示《星球大战》启发了他1960NASA·提出了类似的计算设备；阿瑟克拉克在年就提出了地对太空技术的热情；创始人埃隆马斯克则公开表示《基iPad·1945SpaceX·球同步通讯卫星构想，比实际发射早年地》系列是其火星殖民计划的灵感来源之一17刘慈欣的《三体》以严谨物理学为基础展现了宇宙社会学黑暗科幻不仅影响个人，也塑造集体想象通过描绘可能的未来场森林理论，探讨了技术奇点和宇宙文明发展可能面临的伦理困景，科幻作品帮助科学家和政策制定者思考长期挑战，如人工智境这种将科学严谨性与想象力结合的作品，不仅启发科学家，能伦理、星际移民政策、与外星文明接触的协议等科幻和科学也促进公众对科学的兴趣形成良性循环科学提供基础知识，科幻扩展思想边界，激发新一代科学家的探索欲望光速与虫洞理论与探索光速极限爱因斯坦相对论指出，任何具有质量的物体都无法达到或超过光速（约每秒万30公里）接近光速时，物体质量趋于无限，所需能量也无限增加，形成不可逾越的物理屏障时空弯曲广义相对论描述引力不是力，而是质量导致的时空弯曲大质量天体如黑洞能显著弯曲周围时空，这一理论为绕过光速限制提供了理论可能虫洞假说爱因斯坦和罗森在年提出的理论概念，描述连接时空中遥远点的捷径理论1935上，虫洞可能允许物体在不超过局部光速的情况下实现远距离旅行实际挑战维持稳定虫洞可能需要负能量或奇异物质，目前仅存在于量子力学的某些理论计算中即使在理论上可行，构建虫洞所需的工程技术也远超当前人类能力多重宇宙假说平行宇宙宇宙泡沫膜宇宙量子力学的哥本哈根诠释认为，量子系统宇宙暴胀理论提出，宇宙在大爆炸初期经弦理论提出，我们的宇宙可能是高维空间处于多种可能状态的叠加，测量时才坍缩历了超光速膨胀在某些版本的理论中，中的一个三维膜根据这一理论，可能为确定状态而多世界诠释则提出，每次暴胀可能在不同区域以不同方式停止，形存在多个这样的膜宇宙，它们偶尔可能相量子选择都会产生新的宇宙分支，包含成各自独立发展的泡泡宇宙每个泡泡互碰撞，产生类似大爆炸的事件这种多所有可能结果的平行宇宙可能同时存在，可能有不同的物理规律和基本常数，形成元宇宙概念试图解释我们宇宙中物理常数但互相无法通信宏大的多元宇宙的精细调谐问题宇宙的未来结局猜想大冷寂大撕裂如果宇宙继续加速膨胀，最终所有星系将相如果暗能量继续加强，膨胀可能最终变得如互远离至无法观测恒星耗尽燃料，黑洞通此强烈，以至于克服所有其他力量首先星过霍金辐射蒸发，宇宙温度接近绝对零度，系被撕裂，然后是恒星、行星，最后甚至原成为冰冷空旷的空间这可能是在当前观测子也被拆散时空本身可能在这一过程中被条件下最可能的结局撕裂热寂大收缩根据热力学第二定律，宇宙中的可用能量如果暗能量性质在未来发生变化，或者某种4低熵不断转化为不可用形式高熵最终未知机制使引力最终胜过膨胀力，宇宙可能可能达到热平衡状态，所有能量均匀分布，停止膨胀并开始收缩所有物质将重新聚无法进行有用功，所有物理过程实际上停集，最终压缩到极高密度，可能引发新的大止，宇宙进入永恒的热力学死亡爆炸，形成循环宇宙星际探索的科技前沿光帆推进突破摄星项目计划开发微型光帆探测器，由地面激光阵列提供动力，理论上可达到光速的，用年时间抵达比邻星这种技术无需携带燃料，但需要解决材料、激光技术和通信20%20等挑战核聚变推进利用氘和氦等轻元素核聚变产生的能量推动航天器理论上可达到光速的，大幅缩短星-310%际旅行时间美国军方与普林斯顿大学合作的项目正在研发核聚变火箭技术，有望实DRACO现更高效的行星际旅行离子电推进/通过电场加速带电粒子产生推力，燃料利用效率远高于化学火箭的离子推进系统NASA NEXT可持续工作数年，虽然推力小但可以长时间加速，最终达到很高速度日本隼鸟号使用离2子推进成功完成小行星采样返回辅助探索AI人工智能正在革新太空探测方式，使探测器能够自主决策和适应环境的火星好奇号使NASA用系统自主选择研究目标；欧空局的高司任务利用导航避开太空垃圾；未来星际探测中，AIAI将是关键技术，使探测器能在无法实时通信的深空环境中独立运行AI宇航员健康与生命保障失重影响辐射防护骨质流失和肌肉萎缩需特殊对策太空辐射是长期航行最大健康威胁之一心血管变化体液重新分布导致心脏负担增加心理健康视力问题隔离、封闭环境和极端压力的心理影响颅内压变化可能导致视力永久损伤的双胞胎研究是理解太空对人体影响的里程碑宇航员斯科特凯利在国际空间站生活近一年，而他的双胞胎兄弟马克留在地球研究发现斯科特的端粒（染NASA·色体末端保护结构）延长，基因表达发生变化，这些效应大多在返回地球后恢复，但仍有少数变化持续存在为应对这些挑战，科学家正在开发多种解决方案新型高效辐射屏蔽材料；人工重力环境（如旋转舱段）；基因治疗和药物干预减缓肌肉和骨骼衰减；先进生物监测系统实时评估宇航员健康状况；虚拟现实系统和数字社交工具缓解心理压力这些技术对未来火星移民和更远距离的星际旅行至关重要人类登火星的挑战时间与距离单程旅行需个月，任务总时长年6-92-3辐射风险缺乏磁场保护，宇航员面临严重辐射火星环境细小尘埃、低重力和极端温差着陆挑战稀薄大气使减速困难，需全新技术心理健康5长期与地球隔离的极端心理压力火星任务的补给挑战远超以往任何太空任务宇航员需携带或在当地生产全部空气、水和食物的植物柱实验和中国的月宫一号等封闭生态系统测试，旨在开发NASA可持续的生命支持系统利用火星当地资源制造技术至关重要，特别是从火星表面提取水和氧气的能力ISRU科普与青少年宇宙梦想天文馆和科普场馆是激发青少年天文兴趣的重要平台中国科技馆、北京天文馆等机构每年接待数百万参观者，通过沉浸式穹幕投影、交互式展示和主题活动，让天文知识变得生动有趣各地的天文爱好者协会组织观星活动，让孩子们亲眼见证流星雨、行星凌日等天象中国小宇航员项目让中小学生体验模拟宇航训练，了解航天员的工作与生活航天员与青少年的视频连线活动，如神舟十二号、十三号任务中的天地通话，让孩子们近距离接触太空探索中国航天日等主题活动则通过模型制作、航天知识竞赛等形式，培养青少年的航天兴趣和科学素养，为未来航天事业培养后备人才公众参与太空科学公民科学家项目分布式计算与设备如今，普通公众可以直接参与前沿科学研究行星猎人项目让家用电脑和智能手机也能为太空研究做贡献项目SETI@home志愿者分析开普勒望远镜的数据寻找系外行星，已发现多颗新行曾利用全球数百万台闲置电脑的计算能力分析射电望远镜数据寻星银河动物园项目邀请公众对数十万个星系进行分类，帮助找外星信号爱因斯坦家项目则利用分布式计算寻找脉冲@天文学家理解星系演化星在中国，天格计划让公众通过分布于全国的望远镜网络参与天业余天文爱好者的贡献也不容忽视配备现代数码相机的中小型文观测恒星周围尘埃云研究等项目则邀请公众从航天器图像望远镜能够发现新彗星、监测变星、追踪小行星年，中2022中识别特定天体结构这种众包科学不仅加速数据分析，也让国业余天文爱好者发现的一颗超新星引起国际关注在海量天文普通人体验科学发现的乐趣数据时代，这种众目观测为职业天文学家提供了宝贵补充，特别是在需要持续监测的项目中未来太空移民设想远期太空栖息地中期火星定居点轨道空间站和旋转人工重力栖息地可能成为未近期月球前哨站SpaceX等机构计划在本世纪中叶实现火星移民来太空城市的基础奥尼尔圆柱体等设计提出NASA的阿尔忒弥斯计划和中国的探月工程计初期定居点将利用火星大气中的二氧化碳生产直径数公里的旋转结构，可容纳数万至数十万划在2030年代建立月球基地这些基地初期将氧气和燃料，并使用3D打印技术利用火星土壤居民，内部环境模拟地球，包括农业区、森林支持短期科学考察，逐步发展为长期研究站建造栖息地火星温室将培育食物，循环系统和湖泊这类栖息地将实现完全的资源循环利月球南极的永久阴影区可能蕴含水冰资源，有处理废物和水火星引力地球的38%有利于人用，能够在太阳系任何位置运行，甚至可能成望通过原位资源利用技术生产燃料和生活用水，类长期居住，但辐射和尘埃仍是主要挑战为人类向其他恒星系统移民的世代飞船降低对地球补给的依赖回顾我们在宇宙中的一席之地宇宙尺度的谦卑独特与普遍的平衡星尘的觉醒哥白尼革命推翻了地球中心说，把我们从尽管宇宙浩瀚，但地球生命的存在似乎需所有元素都在恒星内部或超新星爆发中形宇宙中心移到了一个普通恒星的普通行星要精确调整的宇宙参数和特殊的局部条成，因此我们的身体字面意义上由星尘上随着科学的进步，我们认识到银河系件适宜的行星轨道、磁场保护、板块构构成在某种意义上，通过人类的存在，拥有数千亿颗恒星，而宇宙中又有数千亿造等这种看似矛盾的情况引发了人择原宇宙开始意识到并理解自身这种视角既个类似的星系在这无比广阔的宇宙中，理的讨论是否宇宙看起来适合生命存强调了我们的渺小，也肯定了我们作为宇地球如同卡尔萨根所说的暗淡蓝点在，只是因为没有这些条件，就不会有我宙观察者和理解者的独特地位·们存在来观察它？总结与展望知识边界技术跃升人类未来我们对宇宙的理解仍处于初级阶段，下一代望远镜和探测器将带来革命从单行星物种向多行星文明的转变已知的可观测宇宙可能只是整体的性观测能力量子通信、人工智能将重塑人类社会太空探索不仅关一小部分暗物质和暗能量构成了和新型推进系统将重新定义星际探乎科技，也关乎哲学、艺术和人类宇宙的95%，却几乎完全未被理解索的可能性边界集体想象终极问题我们是宇宙中唯一的智能生命吗？生命在宇宙中有多普遍？意识的本质是什么？这些问题将继续驱动我们的探索通过这场星际奇遇之旅，我们见证了从宇宙大爆炸到人类探索太空的壮丽画卷宇宙探索不仅是对外部世界的发现，也是对人类自身潜能的探索每一次望向星空，我们都在与过去和未来对话，与宇宙本身对话正如中国古语所言仰观宇宙之大，俯察品类之盛无论技术如何进步，探索精神永远是人类最宝贵的品质希望这次的宇宙之旅能点燃你心中的好奇之火，鼓励你继续关注、学习甚至参与这个最伟大的探索因为每个人都可以成为星际奇遇的一部分，共同书写人类与宇宙的未来篇章。