张唯诚编写的《镜收眼底(天文望远镜中的星空)》共六个单元，约15万字，力图全面生动地描述人们通过望远镜所看到的星空。本书不是望远镜的简单介绍，而是穿插天文新发现的星空描述。作为一本科普读物，本书希望成为一本通俗有趣的书。本书在展示天文望远镜中的星空世界的同时也展示人们发现星空的有趣的历史，让读者在领悟了星空的奇妙和宇宙的浩瀚之外，也为人类探索宇宙，寻求真理的伟大精神所感动。本书在章节安排上按照人们对事物的认识顺序逐步展开，同时尽量做到内容新颖实在，文字通俗简洁，章节避免冗长，争取阅读上的趣味。我希望这本书能引起很多读者的兴趣，尤其适合年轻人阅读。

小时候，我也是个好奇的孩子，时常望着星空思考漫无边际的问题：星星是什么？为什么这么多，这么亮？它们来自何方，归向何处？我相信，全世界的孩子都会毫无例外地思考同样的问题。即使我们长大了，变成了大人，在我们的内心深处也一定保留着那个儿时的园地——那份对星空的来自本能的好奇。

张唯诚编写的《镜收眼底(天文望远镜中的星空)》就是为这样的读者而问世的，它不是望远镜的简单介绍，也不是天文学的系统叙述，而是穿插天文新发现的星空描述，当茶还包括人们用望远镜发现星空的有趣历史。它能为读者提供一幅“现代版”的美丽星空，向读者呈现宇宙的神奇和星空的浩瀚。

序

前言：星空引领人类思想的航程

第一章 巨镜时代

 第一节 地面望远镜的“变形记”

 第二节 太空望远镜中的“多波段景观”

 第三节 透视宇宙的“射电窗口”

第二章 地球之外

 第一节 看不懂太阳系

 第二节 太阳系“扩大”了

 第三节 行星周围

 第四节 柯伊伯的世界

 第五节 “塞德娜”归来

第三章 嘹望银河

 第一节 欲识银河真面目

 第二节 给我一把“量天尺”吧

 第三节 总算清楚一些了一

 第四节 银河真相

 第五节 银河的里里外外

第四章 今夜星辰

 第一节 发现了一个星云

 第二节 破解星云之谜

 第三节 百变星辰

 第四节 我们自己的恒星——太阳

 第五节 妙趣横生的“天体运动会”

第五章 宇宙真相

 第一节 没有昨天的一天

 第二节 元素进行曲

 第三节 隐藏的宇宙

 第四节 宇宙命运的“末日猜想”

第六章 望尽天涯

 第一节 寻找系外“生命行星”

 第二节 换一种思路吧

 第三节 嗨，小绿人

 第四节 幸亏有了望远镜

一、伽利略的视觉奇遇

说起来，在望远镜出现以前，我们头顶上的星空是非常简单的，只有太阳、月亮、几千颗肉眼可见的恒星和五颗行星，即水星、金星、火星、木星和土星，除此之外，就是偶尔出现在天空中的彗星。当然，人们还会看到“天河”，那是银河系的一部分；如果运气好，还会看到一颗陌生的“新星”，那是一颗恒星发生了爆炸。大约400年前的一个晚上，一位46岁的中年人将自己的眼睛凑近一根管状物，这是一根空管子，两端各嵌有一块透镜。谁也没有料到的是，就在他把这根管子指向天空时，星空发生了改变，因为从此以后，在人类的视野中，星空就再也不是原来的那个模样了。图1.1伽利略像

这位中年人名叫伽利略（图1.1），是一名意大利天文学家，当时正在威尼斯附近的帕多瓦大学持教。他听说荷兰人发明了一种新奇的名为“窥视镜”的东西，主要部分是两块眼镜片，当把这两块镜片一远一近地固定在眼前时，远处的景物就会拉近，变大。这个消息让伽利略非常兴奋，于是自己也“如法炮制”起来，他找来一根管子和两块透镜，将管子的一端嵌上凹透镜，作为供眼睛窥视的目镜，另一端嵌上凸透镜，作为指向目标的物镜。就这样，一番调试后，人类历史上第一架天文望远镜就诞生了（图1.2）。图1.2伽利略向别人介绍如何使用望远镜

现在想来，当伽利略带着这架简陋的望远镜走上塔楼时，他一定非常兴奋，好奇心强烈地冲击着他，布满星辰的夜空深深吸引着他。接下来发生的事对当时的人来说无异于一次令人惊讶万分的“视觉奇遇”：伽利略看到木星有4颗卫星，看到月亮上有不少陨石坑，还明白了月亮和行星发出的光是太阳的反射光（图1.3）。图1.3伽利略用望远镜观测木星的原始记录

在一个雾气朦胧的黄昏，伽利略开始用他的望远镜观察太阳。透过蒙蒙的雾霭，伽利略发现了太阳黑子（用望远镜直接观察太阳是危险的，会伤害眼睛。正确的方法是采用“投影法”：将物镜一端对准太阳，让阳光透过望远镜从目镜一端投射到一个白色表面上。调节焦距，可清晰地显示太阳黑子。伽利略虽然用望远镜直接观测了太阳，但他选择黄昏时段，又有雾霭，所以问题不大。后来伽利略也使用投影法观测太阳了）。连续观测了一段时间后，伽利略认定，那些黑子是太阳表面的一部分，于是就此推测了太阳的自转，认识到太阳在以大约每25天一周的速度自转着。

伽利略在观测土星时，也发生了奇怪的事，他看到土星呈现出一种古怪的形状，好像长了两只“耳朵”。伽利略怀疑那耳朵是土星的两颗卫星。

今天我们知道，那两颗“卫星”就是土星的光环。由于伽利略的望远镜倍率太小，光环的形状看上去有点古怪，所以像两只耳朵。后来，人们用更精密的望远镜观察土星，才真正发现了土星环，不过那已经是半个多世纪以后的事了。

二、从“越来越长”到“越来越胖”

就这样，伽利略启动了一次崭新的“视觉革命”，天文望远镜也从此走上了一条极不平凡的发展之旅，形形色色的望远镜层出不穷，它让人类的视觉体验了从未有过的刺激。但总的来说，望远镜的作用就是通过光学原理将远处的物像“放大”和“加亮”，从而有了“望远”和“看清”的效果。在后来的几百年里，不论望远镜发展得多么复杂，除了个别特殊的望远镜外，它们最基本的原理和作用都并没有太大的改变。

伽利略发明了天文望远镜后，折射望远镜统治了半个多世纪的天文观测，人们在这段时间里不断通过延长望远镜的焦距来消除影响观测效果的物像变形，望远镜因此也被做得越来越长。例如，荷兰科学家惠更斯就把他的望远镜做到了将近40米长，望远镜的物镜吊在一根高高的桅杆上，目镜则用一根绳子与物镜相连，这种望远镜操作起来很不方便。但长焦距也确实管用，前面说到，伽利略曾把土星的光环当成了卫星，而土星环的真正发现是在半个多世纪后。这发现了土星环的人就是惠更斯，而他用以观测土星的就是这架怪模怪样的望远镜。

然而惠更斯的望远镜也并不是最长的，还有人制造了更长的望远镜。从理论上说，望远镜可以长得不可思议，而这种只存在于构想中的望远镜甚至可以看清月面上极小的细节。大约也就是在这个时候，反射望远镜出现了，这时人们意识到，物镜的口径越大，收集到的光线就越多，分辨率也越高，于是，望远镜开始变得越来越“胖”，而不是越来越长了。这种“胖”望远镜的制作竞赛也“催生”了不少牛人，其中英国天文学家威廉 赫歇尔和爱尔兰天文学家罗斯伯爵就是赫赫有名的人物。赫歇尔一生制作了几百架望远镜，磨制的镜片不计其数。由于专注于磨镜，他有时腾不出手吃饭，他的妹妹就喂他吃饭。1789年，赫歇尔制作了一架口径为1.22米的大望远镜（图1.4），他用这架望远镜发现了土卫一和土卫二。P1-6

2014年12月，中国科学院老科学家科普宣讲团的关秀清副团长递给我一本科学出版社的稿件，是一位非天文专业作者的作品，想请一位有专业天文学素养的专家看看，从科学性上来说，是否值得出版。我看完之后觉得很不错，本书的作者有着良好的天文学基础，引用了很多21世纪以来的新资料、新信息，写作的切人点也很独特。我认为这本书值得出版，是一本很不错的大众天文科普读物。

2015年4月，科学出版社又将这本书的定稿发给我看，并取了一个有人文气息的书名——《镜收眼底：天文望远镜中的星空》，我认真看了书稿，认为此前的评价仍然成立。

作为国家天文台的研究员，我也写过一本天文科普读物《话说宇宙》，因此，无论从专业学术，还是科学普及来说，对于《镜收眼底：天文望远镜中的星空》这样一本书，我都有着特殊的感觉。

由于职业养成的习惯，很多专业人士在对待科普的时候，可能更注重全面和系统，以及逻辑和严谨，而实际上光有这些是不够的，这大概也是专业研究者写作科普读物的通病，或者说劣势。一本好的科普读物，其科学的严谨性必不可少，但如果没有引人人胜的语言和故事加以配合，就难以起到科学普及的作用。与此相反，《镜收眼底：天文望远镜中的星空》则写得很有故事，从望远镜的发展历程来进行天文学的科普是一个非常独特的视角，从太阳系中各行星发现的不同过程，探索银河系真相的曲折经历，直至搜索系外行星和外星人的趣闻，均有生动的描述。

难得的是本书在不太大的篇幅里，大体上回答了一般中学生甚至大学生和社会大众对宇宙感兴趣的众多问题。对于当前天文学前沿的各种基本概念，如谱线红移、哈勃定律、Ia超新星、引力透镜、宇宙膨胀和加速膨胀、暗物质和暗能量，以及系外行星和宜居带等，均有简要讲述。对于先进的空间天文望远镜和探测器，如哈勃空间望远镜、钱德拉X射线空间望远镜、赫歇尔空问望远镜、普朗克空间望远镜、开普勒系外行星探测器等，也均有涉及。可见本书提供的知识是与时俱进的。

从古到今，天文学都伴随着人类社会的成长与发展。天文学也从早期的占星发展成为一门科学。如今的孩子，不必像先贤们那样，在没有仪器和科学知识的环境中冥思苦想，而是可以站在巨人的肩膀上去学习科学、发展科学。这样一本天文科普读物，无疑可以给热爱天文学、探索宇宙奥秘的学生、爱好者们眼前一亮的感觉，从天文望远镜中去欣赏星空，将宇宙的万千美景收于眼底。

伟大的物理学家阿基米德曾说过：给我一个支点，我可以撬动整个地球。我希望这本科普读物能作为一个支点，让阅读者打开天文学的兴趣之门。

中国科学院国家天文台研究员 林元章

2015年5月