· 正 · 文 · 来 · 啦 ·
同学们好！今天我们来学习宇宙中的行星地球这个专题。
用慕课来学习呀，每段最好控制在15分钟以内，不要超过20分钟。所以有关本专题的内容，我分成了如下四个部分。（1）地球在宇宙中的地位如何；（2）地球的邻居，主要介绍一下月球和与我们最近的两颗行星，金星和火星；（3）为什么我们的地球是适宜生命或者说人类居住的；（4）在历史上和现如今，人类为了更了解地球，对宇宙中的生命宜居带进行了何种探索？。首先，我们来了解一下地球在宇宙中的地位。
我们常用“天文数字”来形容非常大的数字，或者无法用确切数字来表达的数，大多时候是带有夸张成分的，甚至有难于实现的意味。但是，在我们浩瀚的宇宙以及其发生发展历史中，这个数字则是名副其实的。因为这些数字实在太大，以我们的常识难于理解，因此许多时候我们不得不用类比的形式。
比如，天文学中测量距离的基本单位——叫做一个天文单位，是指从地球到太阳的平均距离，约等于一亿四千九百六十万公里（1.496亿千米），这已经远远超出我们人类一辈子所能到达和想象的距离。如果再到整个太阳系和银河系，那就更难于想象了。
现在我们提一个问题，如果太阳是篮球那么大，那么地球相当于什么呢。乒乓球、玻璃球、米粒、还是篮球场的一粒沙？大家可以在下面计算一下呀。这个问题计算完后，大家再计算一下：如果太阳和篮球一样大，那么银河系有地球那么大吗？太阳是太阳系中离我们最近的恒星。直径约1.39×108千米,相当于地球直径的109倍。表面积是6.07×1012平方千米,相当于地球表面积的11900倍,能容纳下月球环绕地球的公转轨道。体积相当于地球体积的130万倍。a一个乒乓球大小（5厘米）；b一个玻璃球大小（0．1厘米）；c一粒米粒大小（0．25厘米）；d一粒微尘大小（0．01厘米）
http://www.360doc.com/content/13/1025/20/12195296_324196505.shtml
如果太阳和篮球一样大，那么银河系有地球那么大吗？篮球：直径24.6CM=0.25M；地球：直径约12700公里=1.27E7米；太阳：直径139.2万公里=1.39E9米；银河系：直径10万光年，换算成米是9.46E20。所以太阳和篮球一样大，相当于缩小了5.56E9次方倍，银河系按比例缩小，就是1.70E11的大小，所以结论是比地球要大，而且比太阳还要大，是太阳直径的10倍。
根据目前的技术，所知得的宇宙历史大约138亿年，其实这个时间对我们来说也是难于理解的，是吧。如果要有所理解，也必须通过一个时间类比才能体会出来。这个类比实验呢，一般就是将宇宙从诞生到今天压缩为一年，那么一个月呢就相当于10多亿年。因为有关这方面的内容呢，我在网上找到了一个非常棒的视频，大家可以在本节课结束后看一下我附录在后面的视频：《如果宇宙只有一年》。
要了解我们的宇宙，的确非常困难，正如我们战国末期的政治家屈原在《天问》中的前四句所询问的。这四个问句是什么意思呢？应该很容易看懂啊。大意是：天地刚开始的时候，是谁将道传递到这个宇宙。那个时候天地宇宙都没有形成，更没有人，那我们作为人类，怎么样知道传道者是谁呢?已知的宇宙对我们来说是无穷无尽的，那诞生宇宙的环境更应该是无穷无尽了，谁能找到合适的角度去探究呢？当我们思考这些问题的时候，有时候觉得想明白了又忽然觉得很糊涂，究竟如何才能去认识这样的问题呢？这是一个简单的形而上的问题，但是试图用行而下的方式来进行解释，是吧。很明显，那个时候的人们相信，宇宙是无始无终的。
现在我们知道了，天文数字是很大的数字。但有时候描述宇宙现象的时候，有非常小的数字，同样让我们难于理解的。比如这里所论述的宇宙起源，说宇宙在诞生之后的10-44秒（10的负44次）急速展开，从10-34厘米的超微宇宙在仅仅10-34秒之内迅速膨胀了10100倍，这称为暴胀(inflation）。这样的说法挺起来是否云里雾里，毫无感觉？因为这样的数值实在是离我们太远了，我们日常生活中根本用不到。这个说法，实际上是提出了一个“从无到有”的宇宙起源模式，对于传统的“无始无终”宇宙观，那是一个巨大的冲击！
再来看看我们的地球。根据人们的不断探索，已经发现，仅仅银河系就有1500－2000亿颗恒星，而类似银河系的星系则大于500亿。如此说来，地球太微不足道了，太平凡了。然而，起始于上个世纪60年代的地外文明探测，到目前为止还没有发现可靠的依据证明是否存在地外文明，我们能得出的结论只能是，地球是目前已知唯一有人类的星体。也就是说，地球是人类在宇宙中的唯一家园。
俗话说，工欲善其事，必先利其器。要观测宇宙，也必须要有好的工具。天文学的发展也基本上证明了，许多重大的天文发现都是在工具，特别是各种望远镜得到改进之后——谁的望眼镜做得好，谁就能发现更多的东西。中国近几十年的发展，让我们的也慢慢走向天文大国和天文强国。许多方面甚至领先于世界。这张图片展示的就是目前世界上口径最大的球面射电望远镜FAST，它安装在贵州省黔南州的大窝凼（氹，dàng）。选择在这个地方，首先这个地方的形状本身就类似一个半球面了，所以可以大大减少土石方的开挖量，另外，这还是一个排水良好的圆形喀斯特洼地，而且历史上无重大自然灾害的记录。开展从宇宙起源到星际物质结构的探讨、对暗弱的脉冲星及其他暗弱的发射源进行搜索、高效率地开展对地外理性生命的搜索等等。
说到望眼镜，我们不得不提哈勃空间望远镜和开普勒太空望远镜。大多数天文台是建在地面的，我们知道地球的大气层对天文观测来说是有干扰的，如果能将天文台建在大气层之外，该有多好呀。其实，这样的问题呢，上个世纪40年代就有天文学家考虑了，并在理论上计算，口径2.5米的望远镜能达到0.1弧秒的衍射极限值，这里的0.1弧秒是指角分辨率，也就是物体能被清楚分辨的最小分离角度，数值越小，分辨率越高。而以地面为基地的望远镜解析能力呢只有0.5-1.0弧秒，所以提高了5~10倍。其次，在太空中的望远镜还可以观测到被大气层吸收殆尽的红外线和紫外线。40多年之后，也就是1990年4月24日，哈勃望远镜在美国肯尼迪航天中心由“发现者”号航天飞机成功发射。它的发射，成功弥补了地面观测的不足，帮助天文学家解决了许多天文学上的基本问题，使得人类对天文物理有更多的认识。2016年3月4日，人类宇宙观测距离记录再次被哈勃望远镜刷新，成功捕捉到了距离地球达134亿光年的一个星系所发出的微光。
与哈勃空间望远镜不同，开普勒太空望远镜在测光精度和视场上进行了提升，因为其主要任务是发现环绕着其他恒星的类地行星。它要对银河系内10万多颗恒星进行探测，希望搜寻到能够支持生命体存在的类地行星。不过开普勒望远镜分辨率不如哈勃，也没有光谱观测。当然，不管是开普勒还是哈勃，一些体积较大的仪器设备还是没办法装上去的，许多现在的天文观测呢还暂时离不开地面的天文台。
行星不发光，在近乎黑暗的宇宙，要用光学望远镜直接观测到其他星系的行星，那几乎是不可能的事儿。不过呢，天文学家找到了一种好的方法，那就是行星凌日。凌日是一种难得的天象，也是天文学家认识宇宙的重要工具。在太阳系，天文学家曾借助于水星凌日，第一次较为精确地测量了日地之间的距离。如今，天文学家正是用类似的方法去寻找其他恒星周围的大行星。开普勒太空望远镜，就是通过观测10万颗恒星的光度变化，判定是否行星凌日来检测是否有行星的存在。因为其他星系离我们实在太远了，行星不可能像太阳系的水星和金星那样呈现出一个小球性状。但行星经过恒星，一定会阻挡一些光线，所以我们只能根据恒星的光度变化来判定是否行星凌日。
2016年8月25日，自然杂志报道，科学家在半人马座α星找到了类地行星。如果你看过刘慈欣的科幻小说《三体》，就知道这里α星的三颗恒星其实就是本部小说的原型。我看到这篇新闻的第一反应就是，刘慈欣在小说中的超级想象是否会成为现实呢？但是，这一切都还是假说。
无独有偶，开普勒太空望远镜自2009年发射升空以来，一直致力于在太阳系外寻找类地行星，目前它已发现4000余颗候选行星，其中有1000多颗已确认。有人戏称这样的行星为地球兄弟。
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