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第Ⅰ部分 宇宙中生命的介绍1

第1章 生命的宇宙？1

1.1 地外生命存在的可能性2

1.2 探寻的科学内涵4

1.3 探寻的场所7

1.4 新兴的太空生物学10

疯狂的电影《阿凡达》9

练习与习题13

第2章 宇宙中生命的科学15

2.1 古代关于地外生命的争论16

2.2 哥白尼革命23

2.3 现代科学的特征31

2.4 事实与引力理论38

宇宙计算2.1 开普勒第三定律28

专题2.1 地心说与教会30

宇宙环境 图2.1 5哥白尼革命34

疯狂的电影《电影里的外星人》38

练习与习题43

第3章 生命的宇宙环境49

3.1 宇宙和生命49

3.2 宇宙的结构、规模和历史50

3.3 天体的特征68

3.4 物质和能量的宇宙76

3.5 关于太阳系形成的观念的演变85

重要的天文学定义52

宇宙计算3.11 光年有多远？55

专题3.1我们是如何得知宇宙正在膨胀的？60

疯狂的电影《地球停转之日》67

宇宙环境 图3.33光谱图解88

练习与习题93

第Ⅱ部分 地球上的生命99

第4章 地球的宜居性99

4.1 地质与生命99

4.2 再现地球和生命的历史101

4.3 冥古宙的地球与生命的出现114

4.4 地质与宜居性118

4.5 气候的调节与改变128

4.6 月球的形成133

宇宙计算4.1放射性测年法108

重要的地质学术语113

疯狂的电影《冰河世纪：恐龙的黎明》114

练习与习题139

第5章 地球上生命的特征144

5.1 生命的定义144

5.2 细胞：生命的基本单元154

5.3 新陈代谢：生命的化学161

5.4 DNA与遗传164

5.5 极端条件下的生命171

5.6 进化论是科学理论175

重要的生物学定义147

专题5.1查尔斯·达尔文和进化论152

宇宙计算5.1地球上占统治地位的生命形式159

疯狂的电影《星际大战》174

练习与习题181

第6章 地球上生命的起源与进化181

6.1 探索生命的起源186

6.2 生命的起源191

6.3 生命的进化199

6.4 撞击与灭绝205

6.5 人类的进化212

6.6 人造生命216

宇宙计算6.1瓶中的细菌Ⅰ：早期生命的教训195

疯狂的电影《世界末日》210

宇宙计算6.2瓶中的细菌Ⅱ：给人类的教训216

练习与习题222

第Ⅲ部分 太阳系中的生命228

第7章 搜寻太阳系中的生命228

7.1 生命对环境的要求228

7.2 太阳系的生物之旅：内太阳系233

7.3 太阳系的生物之旅：外太阳系236

7.4 航天器对太阳系的探索241

疯狂的电影《2001太空漫游》238

宇宙计算7.1开普勒第三定律的牛顿形式240

练习与习题247

第8章 火星250

8.1 火星文明的幻想251

8.2 火星的现代肖像254

8.3 火星的气候历史267

8.4 在火星上寻找生命271

8.5 火星陨石277

宇宙计算8.1表面积与体积之比268

疯狂的电影《火星任务》271

练习与习题281

第9章 类木卫星上的生命285

9.1 外太阳系中的卫星286

9.2 木星的伽利略卫星上的生命295

9.3 土星附近以及更远处的生命303

9.4 生命所需的化学能310

宇宙计算9.1潮汐力的强度291

疯狂的电影《2010威震太阳神》301

练习与习题315

第10章 宜居性的特征和演变319

10.1 宜居带的概念320

10.2 金星：潜在宜居性的一个例子322

10.3 表面宜居性因素与宜居带327

10.4 地球上生命的未来332

10.5 全球变暖336

宇宙计算10.1处于宜居带内的概率331

专题10.150亿年336

疯狂的电影《时间机器》337

宇宙环境 图10.12．全球变暖342

练习与习题345

第Ⅳ部分 群星之间的生命349

第11章 太阳系外的宜居性349

11.1 遥远的恒星350

11.2 太阳系外行星：发现与启示358

11.3 地球稀有的可能性371

11.4 恒星分类374

专题11.1系外行星的命名358

宇宙计算11.1获取系外行星的质量363

宇宙环境 图11-16探测系外行星366

疯狂的电影《星球大战》373

宇宙环境 图11.22解读赫罗图376

练习与习题381

第12章 探寻外星智慧386

12.1 德雷克方程387

12.2 智慧的问题392

12.3 搜寻智慧396

12.4 地球上的UFO和外星人411

专题12.1弗兰克·德雷克和他的方程389

宇宙计算12.1能传递信号的外星社会之间的距离391

疯狂的电影《超时空接触》402

宇宙计算12.2SETI探索的灵敏度405

练习与习题419

第13章 星际旅行和费米悖论424

13.1 星际旅行面临的挑战425

13.2 星际旅行飞船的设计431

13.3 费米悖论442

13.4 爱因斯坦的狭义相对论450

宇宙计算13.1火箭方程428

宇宙计算13.2时间延缓436

疯狂的电影《星际迷航》441

练习与习题457

后记：探索和发现的启示——接触462

附录470

附录A 常用的数据470

附录B 常用的公式472

附录C 几个算术计算技巧474

附录D 元素周期表474

附录E 行星数据475

术语表480