2．作为行星之一的地球--如果我们仔细观察夜空中的满天星光，就会 发现它们几乎都在不停地闪烁，但有三颗最明亮的亮点像月亮一样发着稳定 的光芒。如果我们再对这三个亮点的位置做长时间的仔细观察，便可以发现它 们在星空中不断地变换着位置，而其他星星相互之间的相对位置却从不会发生 变化。
这三个亮点的其中一个有着暗红褐的颜色，它就是火星，它的英语名字Mars 来源于罗马神话中战神的名字。另外两个，即金星和木星，在英语中它们分别 被叫做Venus和Jupiter，前者是罗马神话中闻名遐迩的美丽女神，后者就是大名鼎鼎的众神之王，即宙斯。天文学家们把它们三个和地球，以及其他四颗类似的 星都叫做行星，并且告诉我们，它们也以太阳为中心转动。其实它们并不能像 其他星星一样自己发光，我们看见的光亮不过是太阳光通过它们的反射罢了。
有时候肉眼可以看见它们中的五个。天文学家告诉我们，它们相对其他星 星的位置改变其实是因为它们围绕太阳的运动造成的。如果站在这些可见行星 的其中一个上面，我们的地球看起来也就好像它们中的一个那样。而我们的太 阳，如果从其他星星的距离上来看，也像是一颗普通的星星。
我们周围离太阳的距离从近到远的行星依次是：水星、金星、地球、火 星、木星、土星、天王星、海王星①。太阳连同围绕它转动的所有星球与物体 就被叫做太阳系。且有理由相信，我们的太阳系可能在遍布宇宙的所有类似的 星系中独一无二。
即使这些行星中最近的一颗，与太阳的距离也比地球到太阳的距离远了27 亿英里②，虽然这听来很远，但和天上其他星星离太阳的距离相比起来，已经 非常近了。最近的星星离太阳的距离大致是25000000000000英里。这个距离非 常之远，以至于以光线的不可思议的每秒186000英里的速度从那颗星发出来， 到我们这里也要经过4年半的时间。从另一颗叫做大角星发出的光，需要180年 才能到达我们这里。而从其他星星发出的光则需要比这长得多的时间，有时彗 星也会从外太空造访我们的太阳系。这样看起来，我们渺小的地球在浩瀚的宇 宙中真只不过是一粒埃尘而已。
人们发现在火星和木星之间存在许多小的天体，叫做小行星。其中最亮的 一颗叫做灶神星，直径还不到250英里。
有一个著名的理论叫做星云假说，它在多年前被科学家们提出来解释太阳 系是如何形成的。根据这个理论的假设，最早组成我们太阳系的物质是一些宇 宙星云，这些星云在巨大空间中逐渐细微分化，最后在某些相互作用下慢慢形 成了今天的太阳，以及行星和它们的卫星。人们还不知道物质到底是如何形成 的，或者说还不知道物质是如何被制造又如何被毁灭的，但是对物质的许多特 性我们倒是已经知道得很清楚了。
3．组成宇宙的物质的特性
实验1：向外拉一个充气泵或者打气筒的活塞。然后堵住出气口，开始推 压活塞，是什么让推压非常费劲？将一个喝水用的玻璃杯倒着向装满水的水桶 中按压，为什么水不能进到玻璃杯中将它填满？
我们知道所有的物体都会占用一定的空间，换句话说，它们都有一定的范 围。我们在给车胎打气的时候会发现，即使空气也会占据一定的空间。在这个 空气活塞的实验中，我们发现空气占用的空间只能有很小限度的压缩，而且即 使你再怎么使劲压缩空气，它始终还是会占据一定的空间。
实验2：放一个硬币在一张纸卡片上，让卡片的一端稍微伸出桌子的边 缘，现在突然水平地抽出卡片，硬币会移动吗？
另一个我们通常所见的现象是，一个物体除非有外力强加给它，否则它不 会突然开始移动；同样的，运动的物体除非有外力阻碍它，它也不会停下来。 当卡片从硬币下面被抽出时，硬币看上去并没有动，因为它和纸片之间的摩擦 力还不足以促使像硬币这样足够大的物体运动，而如果硬币是用胶水粘在卡片 上，则就会和卡片一起移动了。
实验3：用手甩动一根很结实的另一端系有小重物的橡胶细绳，让其做圆 周运动，现在突然松手，小重物还会沿着之前的轨迹做圆周运动吗？
当一辆小汽车在水平的路面上行驶的时候，我们不能指望它会无缘无故 地停下来，除非是路面的摩擦力或者其他外力导致。当我们甩动这根系有小重 物的绳子并突然松手的时候，小重物会沿一条直线的方向被甩出。当然它也不 会始终沿着这条直线运动，因为有一种力，重力，会把它拉向地面。一个物体 除非有外力施加于它，否则它只会保持静止或做匀速直线运动的特性就叫做惯 性。这个事实最早被牛顿勋爵道出，所以有时它又被叫做牛顿第一定律。也正 是由于惯性，如果疾速行驶的汽车突然停下来，人可能会被甩出车外。
实验4：用一根不是特别结实的细绳悬挂起一个比较重的小球（在球的下 方放一个垫子以便它坠落时可以接住它），在球的底部也系一根类似的细绳。 现在突然提升上面的绳子，会发生什么？重新悬挂起来，慢慢地向下拉下面的 绳子，会发生什么？再重新悬挂起来，突然向下拉下面的绳子，会发生什么？
当我们试着突然提升悬挂着的小球的时候，它的惯性力量很大以至于扯断了 绳子。当系在小球底部的细绳被慢慢用力向下拉的时候，上面的细绳会断掉，因 为它既承受了小球的重量又承受了此时向下拉的拉力；但当向下的拉力是突然 作用的时候，小球的惯性便足以抗拒向下的拉力，于是下面细绳会断掉。
也正是水的惯性确保了快速转动的小小螺旋桨可以支撑大船在水上的运 动，飞行器的推动力与支撑力也是基于同样的道理。空气微粒被突然卷入运动 所形成的抵抗力量，也即它们的惯性，让螺旋桨可以推动飞行器向前运动并且保持飞行器不会向地面坠落，当然必须让螺旋桨始终不停地高速运转才行。也 正是惯性让天体在宇宙空间运行。它们一旦运动就会一直保持下去，直到有外 力来阻止它们。
实验5：将一个球形玻璃容器注入一部分水，放在一个旋转装置上面，现 在通过装置快速旋转此玻璃容器，里面的水会出现什么情况？
惯性还可以在做圆周运动的物体上显现出来，因为它们总是有离开圆心向 外运动的趋势，它显现出来的这种趋势特性就叫做离心力③，在实验3和实验5 中都可以看到它们的例子。
牛顿在很多年前就已发现物体之间会相互吸引，并且吸引力的大小正比于 物体所拥有的质量，也就是说，两个物体的质量越大，相互间的吸引力也就越 大，但这个吸引力会随着物体间的距离增加而变小。不过减小的程度不是正比 于增加的距离，而是和增加的距离的平方成比例。这就意味着如果同样两个物 体间的距离增加一倍，则相互间的吸引力就变成之前的四分之一；要是距离变 成之前的三倍，则吸引力就变成了之前的九分之一，以此类推。到底是什么机 制产生了这种吸引力还没有人知道，但是我们已经给这种吸引力取了个名字， 叫万有引力。万有引力作用于所有物体，物体的一切运动都不断地受其影响。 正是它保证了宇宙天体不会按自身运动惯性各自离散，就像实验3的橡胶细绳 拉住了小重物不让其飞出去一样。
当我们把引力放入地球与其表面物体的关系中来考虑的时候，重力的概 念就派上了用场。我们其实时时刻刻都在感受物体重力的拉拽，并把它叫做重 量，这也是物体会落向地面的原因。也正是这个力量使我们在想舒舒服服地睡 一觉的时候会躺下来，以及让试着去飞的人屡屡坠落。
当两个力同时作用于一个自由物体上，每一个力都会影响物体的运动方 向，而物体最终的运动方向不会是任何一个力的方向，而是在两个力之间的一 个方向上。如果作用在物体上的力不止两个，那么物体的运动方向就是所有力 相互合成的结果。在上面小重物和橡胶绳的例子中我们发现要是不握住绳子的 另一端，小重物会从我们手上飞出去，而橡胶绳则始终把小重物拉向我们手 中。这样一来，两个力--"离心力"和绳子拉力共同决定了小重物处在它们 两个力向之间的运动轨迹，并且两个力时时刻刻不断地平衡彼此，导致了小重 物的运动路径成了一个圆圈 。同样的，正是万有引力克服了天体自身的运动惯 性，或者说离心力，让它们在各自的轨道上运动。
4．地球与太阳、月亮的关系--在太阳系内，不仅所有的行星都围绕太 阳运转，一些行星自己也有其他小天体围绕它们运转，我们把这类小天体叫做 卫星。这样的卫星，地球有一个，而土星的最多，有十个④，最迟的一个发现于 1905年。我们地球的卫星月亮，直径为2000英里，质量只有地球的1/80，到地球 的平均距离为240000英里，相比于其他天体之间的距离，这确实已经非常近了。 而太阳呢，尽管和恒星家族的其他成员相比它已经算是我们的近邻了，但 它还是距离我们93000000英里。太阳非常之大，如果它是中空的，把地球放到 它的中心，再把月亮也放到实际距离地球的位置上，这时月亮离太阳表面的距 离还跟它与地球的距离差不多。有个好办法可以让我们直观地感受它们三者之 间的大小比例，用铅笔芯在纸上点一下代表月亮，然后画一个直径0.8英寸⑤的圆就可以代表地球，再画一个直径略大于13.5英寸的圆就可以代表太阳。
对太阳和月亮，我们始终抱有极大的兴趣，因为它直接关系到我们的存 在。如果太阳离我们再近一些，对生命而言那就太热了，再远一点呢，又太冷 了。要是没有月亮，夜晚那令人迷醉的美与浪漫将大打折扣，也将不会再有泛 着白沫的潮水去眷恋宁静的海滩、去涤荡浊流、让远离海岸的扁舟回归到温馨 的港湾。如果月亮离地球的距离改变，海浪的浪高也将随之变化，而这，将对 沿海的城市产生非常深远的影响。
虽然每个月的一部分时间月亮在我们眼里是一个明亮的发光体，但实际 上它并不能发光，只是反射了太阳的光而已。月球有一个粗糙、荒芜的岩石表 面，布满了火山口一样的凹坑，而且上面没有空气和水。由于地球绕着太阳运 动，月亮又绕着地球运动，它们三者之间的位置始终在不断变换，于是我们才 有了高低起伏的海浪和阴晴圆缺的月相。单独试着描绘一下月相的改变非常有 意义，一个好办法是让一个皮球绕着一个灯泡运转，观察一下在不同的位置， 球的哪部分表面会被照亮。
总结--地球是围绕太阳运转的八大行星之一，太阳和围绕它运转的物体 一起组成了太阳系。那些在白天被太阳的耀眼光芒所遮蔽，晚上又静静出现在 天宇的星星也是极遥远的"太阳"--甚至很可能会很类似于我们的太阳-- 也处在它们自己的"太阳系"中心。
宇宙的一切都由物质构成，而物质都有确定的特性，比如范围、惯性、引 力等等。它们的共同作用决定了天体之间错综复杂的运动关系--让地球绕着 太阳运转，让月球绕着地球运转。
太阳和月亮对地球的影响非常显著，远远大于其他任何物体。太阳以光和 热的形式给我们传递能量，维持着地球上的生命存活。月亮虽然只能靠反射太 阳光来照亮夜空，但它对地球产生了巨大的引力，形成了潮汐，进而才能让我 们的海港浪漫而洁净。
思考题
为什么我们白天看不见星星？ 星星是由于什么原因才出现在天空？ 星星和行星的区别是什么？ 是什么天体组成了太阳系？ 说一下物质都有哪些特性，并解释一下他们的含义。
你有哪些日常生活经验可以用这些物质的特性来解释？ 是什么力让月亮在围绕地球的轨道上运动？ 画一些圆圈来类比说明太阳、月亮、地球的大小。 为什么我们对太阳和月亮始终抱有浓厚的兴趣？
一辆时速为每小时30英里的火车日夜不停地跑完地球到月亮的距离要多长时 间？跑完地球到太阳的距离呢？
译 注
① 冥王星是1930年2月18日才被发现，而本书成书早于这一时间，故此处未 提及。但在2006年8月24日，第26届国际天文联合会又将冥王星从太阳系"九大行 星"系统中剔除了出来。
② 1英里=1.6093公里。
③ 其实严格地讲，离心力并不是真正意义上的一种"力"，而是物体自身运 动惯性的表现。在这个例子中，小重物只受到两个力：自身重力和绳子拉力，并没 有再受到一个"离心力"。作者在这里只是为了说明方便，把离心力类比为了一种 施加在小重物上的力作用。希望中学生读者朋友在学习高中物理受力分析的时候， 不要受此影响，进而习惯性地给做圆周运动的物体加上一个"离心力"。
④ 此为作者写作当年的数据。到今天为止，已经发现的土星的卫星已多达62 个，而且这也不是"最多"的，木星已发现的卫星已达到66个。
⑤ 1英寸=2.54厘米。