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