中国古代星宿

    当远古的人们第一次仰望星空时，就对这个世界的存在发出了疑问。渐渐的，各个民族都形成了自己对星空的认识。如今的我们似乎很习惯用西方的星座解读生活，却忽略了我们中华自己的智慧，几千年前，我们的祖先就已经对我们头顶的星空进行了深刻的思考与探索。

    我们中国古代的对星空的认识是在天上重新塑造了一个社会，地面上所有的东西能都在天上对应的找到，那里有皇帝，有皇后，有军队，还有房屋、马车……，在天上形成了一个与地面上类似的人间体系。由于种类繁多，所以中国的古代星宿比较复杂，零乱。但它是对纷扰世界的反映。

    古人通常把天上的恒星几个几个地组合在一起，每个组合给一个名称。这样的恒星组合称为星官。各个星官所包含的星数多寡不等，少到一个，多到几十个。所占的天区范围也各不相同。在众多的星官中，三垣二十八宿占有很重要的地位。这样把所有的星星都划分到不同的星宿里，这不仅方便观测和测量这些恒星并且古人还有更重要的用途。中国古代天文最重要的特点是经世致用，就是每一种星宿划分方法都有一定的用途。通过对星空的观测，我们发展出了精确的历法。还有占星术，它专以战争胜负、年承丰歉、王朝盛衰、帝王安危等军国大事为占测对象，在古代拥有强大的政治功能、军事功能和文化功能，并且由于与皇权的这种特殊关系，决定了它在政治运作中可能扮演重要的角色。大体上我们把星空划分成了“三垣”和“四象”。“三垣”是北天以北极星为中心的一大片星区，“垣”就是城墙的意思，三垣分别是太微垣、紫微垣和天市垣。而“四象”是黄道以及黄道附近围绕天区一周的星宿体系，分别是东方苍龙、西方白虎、南方朱雀、北方玄武。而进一步把每一象再划分成七宿，于是又形成了二十八星宿。

    此外，古代的占星家为了用天象来占卜人间的吉凶祸福，分别将天上的星星与地面上的国州相对应，称为分野，具体就是将某个星宿作为某个州的分野，例如，王勃的《滕王阁序》中写道“星分翼轸，地接衡庐”中的翼轸就是说江西的南昌地处翼轸的分野之内。

    在中国传统上，北极星有非比寻常的意义，例如公元前1097年周公时代称北极星“微帝”等。这是由于它看起来在天空中固定不动，被众星拥护，故被视为群星之主。《论语•为政》记载“为政以德，譬如北辰，居其所，而众星拱之”。

    而北斗七星是我们最熟悉的星宿之一，由于它醒目的形状和它重要的位置，所以它在中国古人的心目中的地位及其重要，它就像一个巨大的勺子悬挂在北方的天空。随着历史的发展，北斗七星的地位一天比一天高起来，后来成了掌管人们生死的星宿，在道教中，北斗七星被称为七元解厄星君，居北斗星宫，根据人的出生时刻，人的生命可以被七个星君分管。根据这个原理，我们就可以找到自己的主管星。

    天文学并不是新开拓的科学，它的渊源可以追溯到人类的远古时期，我们从现代天文学的基本概念中很容易发现它的痕迹。也许在文字产生以前，人们就知道利用植物的生长和动物的行踪来判断季节，这种物候授时是早期农业生产所必需的，甚至到上一世纪50年代，中国一些少数民族还通行这种习俗。物候虽然与太阳运动有关，但由于气候变化多端，不同年份相同的物候特征常常错位几天甚至更多，物候授时比起后来的观象授时就要粗糙多了。观象授时，即以星象定季节。比如《尚书•尧典》记载，上古的人们以日出正东和初昏时鸟星位于南方子午线标志仲春，以日落正西和初昏时虚星位于南方子午线标志仲秋，等等。

当人们对天文规律有更多的了解，尤其是掌握了回归年长度以后，就能够预先推断季节和节气，古代历法便应运而生了。据史料记载，夏商时期肯定已有历法，只是因为文字记载含意不明，其内容还处于研究之中。春秋战国时期，流行过黄帝、颛顼、夏、商、周、鲁等六种历法。它们的回归年长度都是365.25日，但历元不同，岁首有异。

    从西汉到五代是古代天文学的发展、完善时期，出现了许多新的观测手段和计算方法。南北朝的姜岌以月食位置来准确推算太阳的位置，隋朝刘焯用等间距二次差内插法来处理日月运动的不均匀性。唐代一行的大衍历，显示了古代历法已完全成熟，它记载在《新唐书•历志》中，按内容分为七篇，其结构被后世历法所效仿。西汉天文学家落下闳以后，浑仪的功能随着环的增加而增加；到唐代李淳风时，已能用一架浑仪同时测出天体的赤道坐标、黄道坐标和白道坐标。除了不断提高天体测量精度外，天文官员们还特别留心记录奇异天象的发生，其实后者才是朝廷帝王更为关心的内容，所谓“天垂象，见吉凶”，把它看成上天给出的瑞象和凶象，并加以趋避。

    宋代和元代为古代天文学的鼎盛时期。这一时期颁行的历法最多，达25部，其中郭守敬等编制的授时历最为优秀，连续使用了360年，达到中国历法的巅峰；观测数据最精，许多历法的回归年长度和朔望月值已与现代理论值相差无几，在世界处于领先地位；大型仪器最多，其中苏颂的水运仪象台集观测、演示、报时于一身，是当时世界上最优秀的天文仪器；恒星观测最勤，平均不到20年一次。

    进入明代后，中国天文学开始停滞不前。这里有政治、经济等社会原因，也有天文学本身的原因。从天文学本身来看，首先，当时中国的天文仪器只能满足肉眼测量的极限，除非加上凹凸镜片，精度不会提高，而采用凹凸镜片的望远镜技术是在欧洲诞生的。其次，中国古代擅长代数计算，在解决天体位置与推算值弥合问题上只注意表象，不注意从几何结构进行理论探讨，与此相反，古希腊天文学则是侧重几何学的。对中国明清时代的天文学进行反思是痛苦的，但却有助于我们今天的发展。

（摘编自陈久金、杨怡《中国古代的天文与历法》）

    地球是宇宙中的一个地方，但决不是唯一的地方，也不是一个典型的地方。任何行星、恒星或星系都不可能是典型的，因为宇宙中的大部分是空的。唯一典型的地方在广袤、寒冷的宇宙真空之中，在星际空间永恒的黑夜里。那是一个奇特而荒芜的地方。相比之下，行星、恒星和星系就显得特别稀罕而珍贵。假如我们被随意搁置在宇宙之中，我们附着或旁落在一个行星上的机会只有1033分之一（1033，在10之后接33个0）。在日常生活当中，这样的机会是“令人羡慕的”。可见天体是多么宝贵。

    从一个星系际的优越地位上，我们可以看到无数模糊纤细的光须象海水的泡沫一样遍布在空间的浪涛上，这些光须就是星系。其中有些是孤独的徘徊者，大部分则群集在一起，挤作一团，在大宇宙的黑夜里不停地飘荡。展现在我们面前的就是我们所见到的极其宏伟壮观的宇宙。我们隶属于这些星云，我们所见到的星云离地球80亿光年，处在已知宇宙的中心。

    星系是由气体、尘埃和恒星群（上千亿个恒星）组成的，每个恒星对某人来说都可能是一个太阳。在星系里有恒星、行星，也可能有生物、智能生命和宇宙间的文明。但是从远处着眼，星系更多地让人想起一堆动人的发现物——贝壳，或许是珊瑚——大自然在宇宙的汪洋里创造的永恒的产物。

    宇宙间有若干千亿（1011）个星系。每个星系平均由1000亿个恒星组成。在所有星系里，行星的数量跟恒星的总数大概一样多，即1011*1011=1022。在这样庞大的数量里，难道只有一个普通的恒星——太阳——是被有人居住的行星伴随着吗？为什么我们这些隐藏在宇宙中某个被遗忘角落里的人类就这样幸运呢？我认为，宇宙里很可能到处都充满着生命，只是我们人类尚未发现而已。我们的探索才刚刚开始。80亿光年以外嵌着银河系的星系团催迫着我们去探索。探索太阳和地球就更不用说了。我们确信，有人居住的这个行星只不过是一丁点儿的岩石和金属，它靠着反射太阳光而发出微光。在这样的大距离里，它已经消失得无影无踪。

    但是，这个时候，我们的旅程只到达地球上的天文学所通称的“本星系群”。本星系群宽达数百万光年，大约由20个子星系组成，是一个稀疏、模糊而又实实在在的星系团。其中的一个星系是M31，从地球上看，这个星系位于仙女星座。跟其他旋涡星系一样，它是一个由恒星、气体和尘埃组成的巨大火轮。M31有两个卫星，它通过引力——跟使我呆在坐椅上相同的物理学定律——将矮椭圆星系束缚在一起。整个宇亩中的自然法则都是一样的。我们现在离地球200万光年。

    M31 以外是另一个非常相似的星系，也就是我们自己的星系。它的旋涡臂缓慢地转动着——每2亿5千万年旋转一周。现在，我们离地球4万光年，我们正处于密集的银河中心。但是， 假如我们希望找到地球的话，就必须将方向扭转到银河系的边远地带，扭转到接近遥远的旋涡臂边缘的模糊的地方。

    我们印象最深刻的是，恒星即使在两个旋臂之间，也像流水一样漂浮在我们的四周——气势磅礴的自身发光的星球，有些虽然象肥皂泡一样脆弱，却又大得可以容得下1万个太阳或1万亿个地球；有些小如一座城池，但密度却比铅大100万亿倍。有些恒星跟太阳一样是孤独的；多数恒星有伴侣，通常是成双成对，互相环绕。但是那些星团不断地从三星系逐渐转化成由数十个恒星组成的松散的星团，再转化成由百万个恒星组成的璀璨夺目的大球状星团。有些双星紧靠在一起，星体物质在他们之间川流不息，多数双星都象木星与太阳一样分离开来。有些恒星——超新星——的亮度跟它们所在的整个星系的亮度一样；有些恒星——黑洞——在几公里以外就看不见了。有些恒星的光彩长年不减；有些恒星闪烁不定，或以匀称的节奏闪烁着。有些恒星稳重端庄地转动着，有些恒星狂热地旋转着，弄得自己面貌全非，成了扁圆形。多数恒星主要是以可见光成红外光放出光芒；其他恒星也是X光或射电波的光源。发蓝光的恒星是年青的星，会发热；发黄光的恒星是常见的星，它们已经到了中年；发红光的恒星常常是垂亡的老年星；而发白光或黑光的恒星则已奄奄一息。银河里大约有4千亿个各种各样的恒星，它们的运转既复杂又巧妙。对于所有这些恒星，地球上的居民到目前为止比较了解的却只有一个。

    每个星系都是太空中的一个岛屿，它们与其邻居隔光年之距遥遥相望，我可以想象，在无数星球上的生物对宇宙的模糊认识是如何产生的：他们在开始的时候都以为，除了他们自己小小的行星以及他们周围的那些区区可数的恒星以外，再也没有其他的星星了。我们是在与世隔绝的情况下成长起来的，我们对宇宙的正确认识是逐渐形成的。

（节选自《宇宙的边疆》，有删节）

生物发光的奥秘

    说到生物世界里的发光现象，人们首先会想到萤火虫，但是除了这种昆虫外，还有许多生物也能发光。人们发现，不同的生物会发出不同颜色的光来。所有的植物在阳光照射后都会发出一种很暗淡的红光，微生物一般都会发生淡淡的蓝光或者绿光，某些昆虫会发出黄光。仔细地划分一下，生物发光可分两类：一类是被动发光，如植物，那些微弱的红光不过是没能参与光合作用的多余的光，这种光对植物是否有着生物学上的意义目前还是个谜，但一般的看法是这种光无意义，就像涂有荧光物质的材料经强光照射后再置于黑暗中发光那样；另一类是主动发光，尽管有一些主动发光的意义目前还未全部认识清楚，但有一点是可以肯定的，绝大多数生物的主动发光是有用途的。光是一种能量，主动发光是对能量的一种消耗。生物的生存策略有一个最基本的共同点，那就是在维持生命的正常活动中最大限度地去节省能量，因此主动发光必定是主动发光生物生存的一个重要手段。

    1885年，社堡伊斯在实验室里提取出萤火虫的荧光素和荧光素酶，指出萤火虫的发光是一种化学反应。后来，科学家们又得到了荧光素酶的基因。经过科学家们的研究，萤火虫的发光原理被完全弄清楚了。我们知道，化学发光的物质有两种能态，即基态和激发态，前者能级低而后者能级很高。一般地说，在激发态时分子有很高并且不稳定的能量，它们很容易释放能量重新回到基态，当能量以光子形式释放时，我们就看到了生物发光。如果我们企图使一个物体发光，我们只需要给它足够的能量使它从基态变成激发态就行了。但生物要发光则需要体内的酶来参与，酶是一种催化剂，并且是高效率的催化剂。它可以促使化学反应的发生，给发光物质提供能量，且能保证消耗的能量尽量少而发光强度尽可能高。在萤火虫体内，ATP（三清腺酸苷）水解产生能量提供给荧光素而发生化学反应，每分解一个ATP氧化一个荧光素就会有一个光子产生，从而发出光来。目前已知，绝大多数的生物发光机制是这种模式。不过在发光的腔肠动物那里，荧光素则换成了光蛋白，如常见发光水母的绿荧光蛋白，这些绿荧光蛋白与钙或铁离子结合发生反应从而发出光来。

    从适当的高度往下看，大西洋城边青天白日下的海滨木板路上，医学家们为举行年会从四面八方聚集而来，就像是群居性昆虫的大聚会。同样是那种离子式的振动，碰上一些个急匆匆来回乱窜的个体，这才略停一停，碰碰触角，交换一点点信息。每隔一段时间，那群体都要像抛出钓鳟鱼的钓线一样，准确无误地向恰尔德饭店抛出一个长长的单列纵队。假如木板不是牢牢钉住，那么，看到他们一块儿筑起各式各样的巢穴，就不用感到吃惊了。

    用这种话来描绘人类是可以的。在他们最强制性的社会行为中，人类的确很像远远看去的蚁群。不过，如果把话反过来讲，暗示说昆虫群居的活动跟人类事务总有点联系，那在生物学界将是相当糟糕的态度。关于昆虫行为的书籍作者，通常要在序言里苦口婆心地提醒人们，昆虫好像是来自外星的生物，它们的行为绝对是有异于人的，完全是非人性、非世俗，几乎还是非生物的。它们倒更像一些制作精巧、却魔魔道道的小机器。假如我们想从它们的活动中看出什么显示人类特点的东西，那就是在违反科学。

    不过，让一个旁观者不这样看是很难的。蚂蚁的确太像人了，这真够让人为难。它们培植真菌，喂养蚜虫作家畜，把军队投入战争，动用化学喷剂来惊扰和迷惑敌人，捕捉奴隶。织巢蚁属使用童工，抱着幼体像梭子一样往返窜动，纺出线来把树叶缝合在一起，供它们的真菌园使用。它们不停地交换信息。它们什么都干，就差看电视了。

    最让我们不安的是，蚂蚁，还有蜜蜂、白蚁和群居性黄蜂，它们似乎都过着两种生活。它们既是一些个体，做着今天的事而看不出是不是还想着明天，同时又是蚁冢、蚁穴、蜂窠这些扭动着、思考着的庞大动物体中细胞样的成分。我认为，正是由于这一层，我们才最巴不得它们是异己的东西。我们不愿看到，可能有一些集体性的社会，能够像一个个生物一样进行活动。即使有这样的东西，它们也决不可能跟我们相关。

    不管怎么说，这些东西还是存在。野地里一只独行的蚂蚁，不能设想它头脑里想着很多。当然，就那么几个神经元，让几根纤维串在一块儿，想来连有什么头脑也谈不上，更不会有什么思想了。它不过是一段长着腿的神经节而已。四只或十只蚂蚁凑到一起，围绕着路上的一头死蛾，看起来就有点意思了。它们这儿触触，那儿推推，慢慢地把这块食物向蚁丘移去。但这似乎还是瞎猫撞着死老鼠的事。只有当你观看聚在蚁丘边的、黑压压盖过地皮的数千蚂蚁的密集群体时，你才看见那整个活物。这时，你看到它思考、筹划、谋算。这是智慧，是某种活的计算机，那些爬来爬去的小东西就是它的心智。

    ……

    白蚁有一个方面更为奇特：群体变大时，其智慧似乎也随之增加。小室里有两三只白蚁，就会衔起一块块土粒木屑搬来搬去，但并没有什么结果，什么也没有建造起来。随着越来越多的白蚁加入，似乎达到了某种临界质量或法定数，于是思维开始了。它们开始把小粒叠放起来，霎时间竖起一根根柱子，造成一个个弯度对称的美丽拱券。一个个穹顶小室组成的晶状建筑出现了。迄今还不知道它们是怎样交流信息的，也无人明白，正在建造一根柱子的白蚁们怎样知道停止工作，全队转移到一根毗邻的柱子，而时候一到，它们又怎样知道把两根柱子合拢，做成天衣无缝的拱券。一开始使它们不再把材料搬来搬去，而是着手集体建筑的刺激物，也许是在它们的数目达到特定阈值时释放的外激素。它们像受了惊一样作出反应，它们开始骚动、激奋，然后就像艺术家一样开始工作。

    无论是天文学家还是普通人，当我们眺望浩瀚星空的时候，每个人心里都不免有这样一种感觉：宇宙太宏大了，相比之下人类和地球都太渺小了。在这茫茫太空之中，有没有其他生命的存在？

    虽然人们曾一度想象火星上可能存在生命，但迄今为止，无论在火星还是在太阳系除了地球以外的其他天体上，人们都还没有找到过生命。

    以我们现在对生命的理解，液态水在孕育生命中扮演着极为重要的角色。能够存在生命的行星，既不能离中心恒星太近，因为那样会太热而导致水沸腾汽化；也不能离中心恒星太远，那样会太冷而导致水结冰。当然，由于大气气压的不同，其他行星上水的沸点和冰点可能与地球上有所不同，但也不会差得太远。而行星的温度在很大程度上取决于到中心恒星的距离。因此，恒星周围那些适于生命存在的距离范围，被称为宜居带，处在这些区域内且质量接近地球的行星，才是最有可能存在生命的行星。

    近年来，人们使用凌星法找到了很多行星，其中不少是在宜居带内。所谓凌星，是指行星从恒星前经过而挡住一部分恒星的光，这样我们观测到的恒星的亮度会略微减弱。如果我们长期以高精度的设备来监测恒星的亮度，就会发现这样的凌星事件。通过周期性的凌星事件，我们可以确认系外行星的存在。当然，凌星发生的条件是，地球与恒星的连线恰好在这些行星的轨道面上，显然大部分系外行星的轨道面并不满足这一条件。不过，我们总还是有可能幸运地观测到一小部分系外行星。

    开普勒卫星是美国于2009年发射的一颗天文卫星，专门“盯着”天鹅座的一小块天空中的恒星，通过凌星法寻找行星。现在，经过几年观测，已经找到了一些宜居带内的类地行星。目前，这些行星大部分还是所谓的“超地球”（指质量明显大于地球，但小于巨行星的行星）。当然，这并不奇怪，因为行星越大，就越容易被发现。不过，开普勒卫星已经发现了一些有待证实的候选行星，其大小可能与地球差不多，而且有的位于宜居带内，因此在它们上面也有可能存在生命。

    在已发现的这些系外行星中，有一些就像我们的太阳系一样，是几个行星在一个系统内。当然，那些现在还只发现了一个行星的系统，也很可能其实有着更多的行星，只不过还没有被我们发现而已。

    由欧罗斯博士等人组成的团队，利用“开普勒”镜首次观测到一个双星系统中，有两个行星围绕一对恒星运转，这一新发现的双星系统被命名为“开普勒-47”。这一系统中的一个恒星具有类似太阳的体积，另一个的体积则仅有前者的三分之一。两个行星的大小则与海王星接近，它们在相当近的轨道上围绕双星公转，而且最外围的那颗行星还恰巧处在宜居带内。不过，这个双星系统中很可能存在第三个行星，但这需要进一步的研究证实。

（选自陈学雷《寻找太阳系外的地球》，有删改）