引言
亮劍太空
從地球走向太空，是人類文明的一大進步。
飛天夢是人類自古以來就有的夢想。希望能像鳥一樣自由自在地在空中飛翔，是航空夢；到月亮上，進而探索莽莽河漢和浩瀚神祕的太空，是太空探險夢。這兩類夢想吸引無數英雄競相折腰，甚至為此犧牲，但人類仍然前仆後繼，勇往直前。
航空和太空探險，起源一致，但因理論和技術不同而分家，本書描述的是太空探險，而非航空。
人類自古不缺太空探險夢，從「嫦娥奔月」的神話想像，到「萬戶飛天」的身體力行，歷史文化中均有傳說和記載，甚至現代太空探險必不可缺的火箭技術，也源自於祖先的偉大發明。
20世紀中葉開始的美蘇「冷戰」，把人類拉進了太空時代。從1958年蘇聯發射第一顆人造衛星開始，人類探索太空的腳步已經走了60多年的歷程。奔赴太空半個多世紀，托起人類千古一夢。其中不僅有科學家求知慾的滿足，也伴隨著時代變革的風風雨雨。從美蘇兩個超級大國在第二次世界大戰之後的人才爭奪戰開始，太空探險方面的科學技術發展迅猛，各國紛紛在太空亮劍，掀開了在科學、技術、軍事、政治各領域的全面競爭。這其中有成功的喜悅，也不乏失敗的教訓。
世界各國以千億、萬億資金投入，數萬人辛勤勞動以至付出生命代價的「太空探險工程」，為人類文明做了些什麼？人類對太空的眾星系有何更深入的了解？如今，借助於現代的高科技，我們該如何重新解讀太陽系和銀河系？如何認知太空中那些遙遠且形形色色的神祕天體？太空的探索與開發又怎麼改變人類的生活和思維方式？此外，在滿天繁星及太空探祕的背後，隱藏著哪些基本又有趣的物理知識？這些是本書作者希望引領讀者思考解決的問題。
然而，宇宙茫茫，星辰無數。除了億萬的自然天體之外，幾10年來，人類發射至太空的人造天體也已經上萬！因此，作者不可能面面俱到，只能帶領你在這個巨大星海旁的沙灘上，拾取幾顆美麗的貝殼。透過一些典型事例的介紹，讓讀者對基本太空探險知識，以及其中的物理原理有所了解。同時，也透過介紹人類太空探險史上一些妙趣橫生和震撼人心的故事，使讀者了解人類太空探險的簡要歷史輪廓。從古代的飛天傳奇，到世界各大國之間的太空爭奪戰，說明太空探險工程對人類文明社會的重要性。
也許有人會說，天上的星星固然美麗迷人，但離我們太遙遠。登陸月球、火星，那都是科學家和太空探險人員思索的事，與我們的日常生活有什麼關係呢？這實際上是對天文學及太空探險事業的誤解，姑且不談「理想」、「夢想」之類長遠而抽象的話題，太空中發生的很多事，是與人類生存息息相關的。天上的星星並非遙不可及，它們的運動和變化，無時無刻不影響我們的生活。
在美蘇太空競賽的年代，美國總統詹森（Lyndon Baines Johnson）說過：「控制了太空，便有能力控制天氣、乾旱和洪水，改變潮汐、提高海平面……這是比終極武器更重要的東西，這是從太空某處達到完全控制地球的最終目的。」
詹森這段話的意思就是，控制了太空，便意味著控制了世界的未來。
誰不願意控制未來呢？誰都不希望未來被別人控制！這就是為什麼世界各國都想發展太空探險事業，都紛紛想加入這個「太空俱樂部」中來分一杯羹。發展太空探險事業，將自己的國力展示他人，也亮劍於太空，這是現今每個大國的願望和共識。
現今的太空探險領域，已經不僅僅是美、俄兩國之爭。美國對太空的興趣一如既往，近幾年的探索重心已大大超出月球。而世界上許多國家也都紛紛宣布自己的太空探索計畫。俄羅斯的太空探險計畫停滯多年後，正在艱難重啟；日本將與美國合作載人登月項目；歐洲的太空探險計畫因金融危機擱置，但希望參與俄羅斯的月球探測項目；印度一直都關注太空探險事業的發展，以自主研發顯示其大國雄心，探索太空的步伐也從未停止。中國向來重視太空探險事業，從1970年發射第一顆人造地球衛星（「東方紅1號」），在太空響起「東方紅」開始，「長征」號運載火箭、神舟載人飛船、北衛星導航系統，還有「天宮」、「嫦娥」和「玉兔」，一系列太空探索計畫步步緊跟。太空探險時代已經到來，太空離我們並不遙遠！
沒有一門科學像「太空探險」這樣充滿幻想色彩。除了古代各種神話故事外，近現代的許多天文學家也都寫過科幻作品。太空探險科學的先驅者們，更是熱衷於將他們的太空探險想法，用科幻的形式表達出來，以便得到廣大民眾的認同。早在400多年前，天體力學的祖師爺，大家熟知的克卜勒（Kepler，1571～1630）就寫過一本既像科幻又像科學專著的作品（以《夢》為題發表），描述他想像中的星際之旅。
太空探險相關的科幻作品與天文、物理方面的科學論文，如同糾纏在一起的兩條環繞線，在互相促進和影響下前進。從克卜勒之後，特別是哥白尼的日心說站穩地位、牛頓又建立了古典力學（classical mechanics）之後，西方有關太空探險的科幻小說可以列出一大串。1657年，法國作家凡爾納出版的科幻小說《月球之旅》中，已經非常超前地討論了七種登月的方法，前六種都失敗了，只有第七種「爆竹產生的煙火」成功了。凡爾納並非科學家，卻偶然地預言了牛頓直到半個世紀後才總結出的「作用力與反作用力原理」。在阿西爾．埃羅（Achille Eyraud）於1865年出版的《金星之旅》（Voyage to Venus）中，主角也發明了一種利用水的反作用力將飛船推入太空的動力裝置。作者在書中還用手槍的後座力來生動地說明反作用力的由來。從原理上來說，現代的火箭和書裡的「水箭」並沒有本質上的差別，只不過是噴射的物質不同罷了。當年文學作品的想像力大大超越了科學技術能達到的現實，更為可貴的是，17～18世紀的科幻作家們，在其作品中表現出的那種認真思考科學原理的求實精神。
如今，在現代新一輪的太空探險競賽中，怎樣才能發揮各國現有的優勢，盡快縮小與先進國家的差距，走出自己獨特的太空探險技術之路呢？這其中除了專業人士的努力外，廣大民眾的理解與支持也必不可少。因此，向大眾科普太空探險知識，讓民眾能更熟悉太空、了解太空探險，是科學工作者的任務，也是本書作者的初衷。
航太學是一門有趣的學科，但實際的工程發射過程卻充滿危險和挑戰，特別是載人的太空探險。太空畢竟是一個與人類地球家園迥異的環境，我們要適應太空、克服人體的各種不良反應等，對此，科學家們做了許多研究。此外，載人的太空船，其發射和返回過程危險性很大，太空探險史上有過幾次大事故，作者也會加以介紹，讓人們能以此為鑑。
迄今，因為太空船的速度所限，現代的太空探險技術主要只是探索太陽及太陽系中的八大行星。因此，作者僅對太陽系幾個主要行星及它們的幾個典型有趣的衛星物理規律和特點做基本介紹，帶領讀者星海拾趣。人類最感興趣且去探測的是哪些星球？為什麼對它們特別看待？哪幾個星球與地球的環境最為類似？在這些天體上是否探測到任何生命存在的跡象？如果地球突然發生大災難，人類有移民其他星球的可能性嗎？
此外，現今飛得最遠的「航海家」1號探測器（Voyager 1）被認為剛抵達太陽系的邊界。但透過望遠鏡，人類卻已經觀察到了廣博的宇宙。作者也將對哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）及韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）略作介紹。
為了增加可讀性，作者以「二戰」後美蘇的太空競爭為線索，插入一些當事人和研究者的逸聞趣事，再將太空探險方面的科學技術發展穿插其中，讀故事、長知識，讓讀者在輕鬆閱讀故事的過程中，學習太空探險知識。
十分有趣的是，除了人類社會中的各個大國在進行太空爭奪戰之外，宇宙中的各個天體雖然本是沒有意識的非生命之物，它們之間卻似乎也在進行爭鬥。從物理學的視角來看，宇宙間存在四種基本交互作用，其中強交互作用和弱交互作用只在微觀的範圍內產生作用，它們可以影響每個星體內部結構中的物理過程，但與天體之間的運動關係不明顯。其他兩種力：引力和電磁力，都是長程力，對天體的交互運動產生重要的作用。宇宙中大大小小、形形色色的天體運用它們各自的引力和電磁力，像是在互相搶地盤，大星吞小星、小星撞大星，用物理規律展開一場無言的戰爭。對此，作者描述了宇宙中一幅十分有趣的物理圖景。
該書的讀者可定位在各個領域的大學生、碩博士生，對天文學、太空探險、物理學等感興趣的國、高中生等。然而，太空探險技術及其探索目標——「太空」之謎，對各個階層和領域的讀者，都具有極大的誘惑力。本書沒有數學公式，因而適合所有愛好科學的廣大讀者閱讀，包括各年齡層的文科讀者。
本書作者既是物理學者，又是科普作家，物理概念清晰，文字功底深厚，表述深入淺出，比喻恰到好處。作者善於使用通俗的解釋、流暢的語言、直觀的圖像來說明深奧難懂的物理內容。
閱讀本書，能讓讀者在以下幾個方面獲益：
透過介紹太空探險中的典型事例，滿足各個年齡層的人們對太空的好奇心，增長見識，啟發人們對地球、太陽系和人類未來的思考，吸引年輕人踏進科學技術、天體物理、航太工程的大門。
用通俗易懂的比喻；圖文並茂的解釋；幽默風趣的語言，引導讀者學習、思考和探索星體背後的物理現象，了解天體運行、恆星演化、宇宙變遷的基本物理規律。讓讀者體會大自然造物之巧，感受科學理論之美。
共 
火箭或稱噴進器，是一種利用排出物質以製造反作用力而前進的載具，因火箭機構最早用於發射箭矢上，因此在中文稱為火箭。另外古代將箭頭附上可燃物質並點火的箭矢也叫火箭，但不在本篇的討論範圍內。
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