第一部分 天文学概况 2
第1章 我们在宇宙中的位置 2
1.1我们的相邻天体 4
1.2科学是观察世界的一种方法 8
1.3规律让生命和科学成为可能 12
疑难解析1.1单位和科学记数法 14
1.4像天文学家那样思考 15
天文资讯阅读冥王星被降级为“矮行星” 17
小结 18
问题和解答题 19
探索逻辑谬误 21
第2章 天空中的规律——地球的运动 22
2.1地球绕地轴自转 24
2.2地球绕太阳公转产生四季 30
疑难解析2.1运用方程式 32
2.3月球运动和月相 36
2.4日月食：穿过影子 39
2.5天空中行星的运动 41
疑难解析2.2开普勒第三定律 45
天文资讯阅读美国国家航空航天局（NASA）科学家表示，智利地震可能导致地轴移位 46
小结 47
问题和解答题 47
探索开普勒定律 51
第3章 运动定律 52
3.1伽利略：首位现代科学家 54
3.2科学理论的崛起：牛顿定律掌控着所有物体的运动 55
疑难解析3.1计算加速度 57
3.3物体质量导致引力存在于任何两个物体之间 59
3.4轨道是一个物体绕行另一个物体的路径 62
疑难解析3.2牛顿引力定律：玩转比例 63
天文资讯阅读温馨提示：请清理你车上的积雪 67
小结 68
问题和解答题 68
探索牛顿特征 71
第4章 光与望远镜 72
4.1光速 74
4.2什么是光？ 75
疑难解析4.1波长和频率 77
4.3如何收集光？ 79
4.4如何探测光？ 80
4.5分辨率和大气 84
疑难解析4.2衍射极限 85
4.6对不可见光波的观测 87
天文资讯阅读新型太空望远镜采用从未生产过的材料：国家航空航天局表示没问题 90
小结 91
问题和解答题 91
探索光是一种波 93
第二部分 太阳系 94
第5章 恒星和行星的形成 94
5.1分子云是恒星形成的托儿所 96
5.2原恒星变成恒星 98
5.3行星的形成 101
疑难解析5.1角动量 104
5.4内侧圆盘和外侧圆盘的组成物质各不相同 106
5.5八大行星的故事 108
5.6行星系统是普遍存在的 110
疑难解析5.2应用多普勒频移 112
天文资讯阅读轨道望远镜观测到许多潜在行星 117
小结 118
问题和解答题 118
探索多普勒频移 121
第6章 内太阳系中的陆地世界 122
6.1塑造地球表面地形的主要过程 124
6.2陨石撞击促进行星地貌的形成和演变 126
疑难解析6.1如何估算宇宙年龄 130
6.3类地行星的内部特征揭秘了它们的性质 130
6.4行星内部的演变是加热和冷却的过程 134
疑难解析6.2斯特藩-玻尔兹曼定律 136
疑难解析6.3维恩定律 137
6.5构造作用促进行星表面的演变 139
6.6火山活动：地质活跃行星的标志 144
6.7侵蚀作用：磨蚀高山，填补低洼 147
天文资讯阅读美国国家航空航天局称：月球上的水量和化学成分的复杂度高于先前的推测 150
小结 151
问题和解答题 151
探索地球的潮汐 155
第7章 金星、地球和火星的大气层 156
7.1大气层就是空气的海洋 158
7.2三颗行星的故事——次生大气的演变 159
疑难解析7.1我们如何获知行星的温度？ 161
7.3地球的大气——我们最熟知的大气 165
7.4金星的大气层具有高温、高密度特点 172
7.5火星的大气具有温度低和稀薄的特点 173
7.6气候变化：地球正在变暖吗？ 175
天文资讯阅读调查指出：气候变化怀疑论者大多非可靠专家 177
小结 178
问题和解答题 178
探索气候变化 181
第8章 巨行星 182
8.1巨行星的体积和质量都特别大，温度极低 184
疑难解析8.1计算巨行星的直径 185
8.2云顶景象 188
8.3云团之旅 191
8.4风和风暴——巨行星上的恶劣天气 193
疑难解析8.2天文学家是如何测量遥远行星上的风速的？ 194
疑难解析8.3内部热能让巨行星变得炽热 196
8.5巨行星内部炽热致密 196
8.6巨行星具有强大的磁场 198
8.7围绕巨行星的行星环 203
天文资讯阅读在土星环中探测到巨大的螺旋桨结构 208
小结 209
问题和解答题 210
探索估算巨行星的自转周期 212
第9章 太阳系中的小天体 214
9.1矮行星——冥王星和其他行星 216
9.2卫星是体积较小的天体 217
9.3小行星——过去的片段 223
9.4彗星——冰块 226
9.5碰撞在今天依旧存在 232
9.6太阳系碎片 235
天文资讯阅读小型的小行星2010 AL30将飞越地球 239
小结 240
问题和解答题 240
探索小行星的发现 243
第三部分 恒星和恒星的演化 244
第10章 恒星的测量 244
10.1第一步：测量恒星的亮度、距离和光度 246
疑难解析10.1视差与距离 249
10.2根据恒星的辐射推算出恒星的温度、大小和成分 252
10.3测量恒星的质量 261
疑难解析10.2测量食双星的质量 264
10.4赫罗图是认知恒星的关键 265
天文资讯阅读揭开大质量恒星诞生的奥秘：科学家的观察显示所有恒星形成规律均一致，与质量无关 269
小结 270
问题和解答题 270
探索赫罗图 273
第11章 我们的恒星：太阳 274
11.1太阳结构与平衡相关 276
疑难解析11.1太阳还能存活多长时间呢？ 278
11.2太阳内部 282
11.3太阳大气层 284
疑难解析11.2太阳黑子和温度 289
天文资讯阅读太阳喷发或引起卫星瘫痪 294
小结 295
问题和解答题 295
探索质子-质子链反应 299
第12章 小质量恒星的演化 300
12.1主序星的寿命和阶段 302
疑难解析12.1估算主序星寿命 302
12.2恒星将氢元素燃烧殆尽，脱离主序带 304
12.3氦开始在简并核心中燃烧 308
12.4小质量恒星进入演变的最后阶段 310
12.5恒星团是星际演化的镜子 315
12.6双星有时候会相互分享质量 318
天文资讯阅读科学家可能会错过许多次恒星爆炸 321
小结 322
问题和解答题 322
探索小质量恒星的演化 325
第13章 大质量恒星的演化 326
13.1大质量恒星有着不同的演化路径 328
13.2大质量恒星的生命轰然结束 331
13.3超新星奇观和遗骸 334
13.4超出牛顿物理学范围以外 338
疑难解析13.1车厢试验 342
13.5引力是时空扭曲的结果 343
13.6黑洞 348
天文资讯阅读巨型发热体——比太阳更热更重，亮度更是百万倍于太阳 350
小结 351
问题和解答题 352
探索碳氮氧循环 355
第四部分 星系、宇宙和天文学 356
第14章 空间膨胀 356
14.1宇宙学原理是我们认识宇宙的基础 358
14.2宇宙正在膨胀 359
疑难解析14.1红移：计算星系的退行速度和距离 361
14.3宇宙起源于大爆炸 365
疑难解析14.2宇宙膨胀和年龄 366
14.4大爆炸理论的主要预测得到了充分证实 370
天文资讯阅读数十亿年前天空的图片 376
小结 377
问题和解答题 378
探索适用于气球的哈勃定律 380
第15章 星系王国 382
15.1星系有许多类型 384
15.2恒星是在星系盘的旋臂上形成的 388
15.3星系大多是暗物质 390
疑难解析15.1计算星系的质量 390
15.4大部分星系的中心都有一个特大质量的黑洞 394
15.5星系形成星系群、星系团和更大的结构 400
天文资讯阅读最新拍摄到的炫目图片显示出相互碰撞的星系呈漩涡状 403
小结 404
问题和解答题 405
探索星系分类 407
第16章 我们所在的星系——银河系 408
16.1太空并非空无一物 410
疑难解析16.1计算尘埃的温度 412
16.2测量银河系 419
16.3银河系中的恒星 421
16.4银河系中有一个超大质量黑洞 425
16.5银河系为解释星系是怎样形成的提供了线索 426
天文资讯阅读超高速恒星被踢出了银河系 428
小结 429
问题和解答题 430
探索银河系的中心 432
第17章 现代宇宙学和宇宙结构的起源 434
17.1宇宙也有自己的命运和形状 436
17.2暴胀 438
17.3宇宙的最初时刻 441
疑难解析17.1湮灭产生的光子类型是什么？ 443
17.4引力是形成大尺度结构的力量之源 446
17.5大尺度结构通过合并形成 450
17.6从更宽泛的范围思索我们的宇宙 453
天文资讯阅读最新的星系映射图帮助寻找暗能量存在的证据 457
小结 458
问题和解答题 458
探索质子的故事 461
第18章 宇宙中的生命 462
18.1地球上的生命 464
18.2地球之外的生命 469
18.3探索智慧生命存在的迹象 474
18.4地球生命的命运 479
天文资讯阅读科学家：地外文明搜索（SETI）应该切换“频道” 482
小结 482
问题和解答 483
探索费米问题和德雷克公式 485
附录1：元素周期表 487
附录2：行星、矮行星和卫星的性质 488
附录3：最近和最亮的恒星 491
附录4：星图 494
专业术语 499
部分答案 513