第一章 抬头望星空——你眼里的宇宙只是「冰山一角」
夏天的夜晚，你有没有过这样的经历？躺在院子里的竹床上，奶奶摇着蒲扇给你讲牛郎织女的故事，你仰着头，看着天上亮晶晶的星星，一颗、两颗
夏天的夜晚，你有没有过这样的经历？躺在院子里的竹床上，奶奶摇着蒲扇给你讲牛郎织女的故事，你仰着头，看着天上亮晶晶的星星，一颗、两颗、三颗……数到一百颗的时候，你就乱了，不知道刚才数到哪了，奶奶笑着摸摸你的头说：“傻孩子，天上的星星像地上的沙粒一样多，哪能数得清呀？”你不服气，揉揉眼睛接着看，发现那些星星里，有几颗特别亮，连成了一把小勺子，还有一颗亮星一直待在原来的位置，动也不动，奶奶说那是北极星，是古代人出海找方向的“活指南针”。
这些你熟悉的太阳、月亮、亮晶晶的星星、连成图案的星座，就是我们平时能看到的全部宇宙天体了。你可能会觉得，这些亮闪闪的东西已经够多了，整个宇宙应该就是由它们组成的吧？但是今天我要告诉你一个特别酷的秘密：你眼里的整个宇宙，其实只是真正宇宙的“冰山一角”，连5%都不到，剩下95%的东西，我们都看不到、摸不到，甚至从来没见过，它们就是暗物质和暗能量。
一、先认识一下你熟悉的“宇宙老朋友”
我们先来好好认识一下你每天都能看到的这些宇宙天体，它们可是你探索宇宙的“入门向导”哦。
1. 白天的小火球——太阳
白天你抬头看到的那个又大又亮的太阳，可千万别用眼睛直接盯着看哦，会伤眼睛的！太阳是一个巨大的“火球”，表面温度有5500摄氏度，比炼钢炉的温度还要高好几倍，它自己会发光发热，所以是恒星，也就是能自己“发电”的天体。 我们地球就是绕着太阳转的，转一圈正好是一年，你每过一次生日，就是地球刚好绕着太阳转完了一圈。太阳特别大，它的质量占了整个太阳系的99.86%，也就是说，太阳系里所有的行星、卫星、小行星加在一起，都没有太阳重。但是这么厉害的太阳，在整个宇宙里，连一粒沙子都算不上，因为宇宙里的恒星太多了，多到数不清。
2. 晚上的大银盘——月亮
晚上的月亮有时候圆圆的像玉盘，有时候缺了一个角像小船，有时候干脆看不见，这是因为它自己不会发光，都是反射太阳的光。月亮是地球的“卫星”，就像地球的小跟班，一直绕着地球转，转一圈是一个月，所以我们看到的月亮形状才会天天变。 你小时候听过的“嫦娥奔月”“玉兔捣药”的故事，都是古人给月亮上的阴影编的美妙传说，其实那些阴影是月亮上的环形山，是几十亿年前陨石砸出来的坑哦。
3. 会动的亮星星——行星
除了太阳和月亮，你有时候还能看到几颗特别亮的星星，它们的位置每天晚上都会变一点，和别的星星不一样，这些就是行星。行星自己不会发光，是反射恒星的光，比如太阳的光，所以它们看起来和恒星一样亮，但是位置会动。 最常看到的行星是金星，也叫“启明星”或者“长庚星”，早上出现在东边天空、亮得像小灯泡的时候，就是启明星，告诉你要起床上学了；晚上出现在西边天空、亮得最显眼的时候，就是长庚星，告诉你该回家睡觉了。其实它们是同一颗星，只是地球转的时候，我们看它的角度变了，所以名字不一样。 太阳系里最大的行星是木星，比地球大1300多倍，你拿一个玻璃弹珠代表地球，那木星就得用一个大篮球才能代表。如果你用望远镜看木星，还能看到它旁边有4个小小的亮点，那是木星的卫星，就像月亮绕着地球转一样，它们也绕着木星转，是木星的“小跟班”。
4. 一闪一闪的“小灯泡”——恒星
你晚上看到的大部分星星，都是恒星，它们和太阳一样，自己会发光发热，只是离我们太远了，所以看起来只有一点点大，像小灯泡一样一闪一闪的。 你可能会问：“星星为什么会眨眼睛呀？”其实不是星星在眨眼睛，是地球外面包着一层厚厚的大气层，空气一直在流动，就像你隔着烧开的水看东西会晃来晃去一样，大气层会让星星的光忽明忽暗，看起来就像在眨眼睛。要是你以后能坐宇宙飞船到太空里去看，星星是不会眨眼睛的，会一直亮闪闪的挂在天上。 天上最亮的恒星是天狼星，它离我们有8.6光年，什么是光年呀？就是光走一年的距离，光每秒能跑30万公里，走一年的话，大概是9.46万亿公里，你坐飞机以每小时800公里的速度飞，要飞13.6万年才能飞1光年。所以我们现在看到的天狼星的光，是8.6年前发出来的，你8年前还在上幼儿园的时候，这束光就从天狼星出发，走了8年才到你的眼睛里，是不是特别神奇？ 还有奶奶给你讲的牛郎织女故事里的织女星和牛郎星，它们中间隔着的白色“河流”就是银河，其实是无数恒星凑在一起的光，因为太远了，看起来就像一条白色的带子，古人以为是天上的河流，所以叫银河。
5. 古人画的“星星连线画”——星座
古人看着天上的星星，觉得它们连起来的图案很像地上的东西，就给它们起了名字，编成了很多故事，这些连起来的星星图案就是星座。比如你熟悉的北斗七星，就是大熊座的一部分，七颗亮星连起来像一把小勺子，勺柄最末端的那颗星就是北极星，它刚好在地球自转轴的延长线上，所以地球转的时候，它看起来好像一直待在原来的位置不动，其他星星都绕着它转，就像你转呼啦圈的时候，呼啦圈的中心点是不动的一样。 冬天的时候，你还能看到猎户座，它的腰上有三颗特别亮的星星排成一条直线，旁边还有四颗亮星，像猎户举着棍子和盾牌的样子，特别威风。全世界不同国家的古人，给星星编的故事都不一样，中国的古人觉得北斗七星像勺子，希腊的古人觉得猎户座是个猎人，是不是特别有意思？
二、你眼里的宇宙，只是“大西瓜”的一点点红瓤
这些你熟悉的太阳、月亮、行星、恒星、星座，加在一起，就是我们能看到的全部“可见宇宙”了，但是你知道吗？这些所有你能看到的东西，在整个宇宙里，真的只有“一点点”。 我们可以把整个宇宙比作一个特别大的西瓜，你平时能看到的太阳、月亮、星星，还有地球上的所有东西，加起来，只有西瓜皮最外面的一点点红瓤，大概只有1毫米厚。剩下的瓜皮、瓜籽、瓜瓤，还有里面看不见的甜水，加起来占了整个西瓜的95%，这些就是我们看不到的暗物质和暗能量。 你可能会问：“为什么我们只能看到一点点？”因为我们能看到的范围，是光从宇宙诞生走到现在能到达的最远距离。宇宙从大爆炸开始，到现在已经有138亿岁了，最早的光是138亿年前发出来的，光走138亿年，本来应该是138亿光年的距离，但是因为宇宙一直在膨胀，就像吹气球一样越变越大，所以现在能看到的最远地方，其实有465亿光年那么远，这个范围就是“可见宇宙”，也叫“可观测宇宙”。 这个范围里有多大呢？大概有2万亿个星系，每个星系里有几千亿到几万亿颗恒星，这么多星星加起来，才占整个宇宙成分的5%，剩下的95%都是我们看不到的暗物质和暗能量。你可以想象一下，如果每个星系都像一颗玻璃弹珠，2万亿颗玻璃弹珠摆起来，能绕你们学校的操场跑几百圈，这么多星星加起来，才占5%，是不是特别不可思议？
三、看不见的“宇宙主力”：暗物质和暗能量
你可能会问：“我看不到的东西，怎么知道它们存在呀？会不会是你们瞎编的？”当然不是啦！天文学家们就是通过星星的“奇怪表现”，才发现了暗物质和暗能量的踪迹。
1. 暗物质：看不见的“宇宙胶水”
天文学家最早发现暗物质，是从
夏天的夜晚，你有没有过这样的经历？躺在院子里的竹床上，奶奶摇着蒲扇给你讲牛郎织女的故事，你仰着头，看着天上亮晶晶的星星，一颗、两颗、三颗……数到一百颗的时候，你就乱了，不知道刚才数到哪了，奶奶笑着摸摸你的头说：“傻孩子，天上的星星像地上的沙粒一样多，哪能数得清呀？”你不服气，揉揉眼睛接着看，发现那些星星里，有几颗特别亮，连成了一把小勺子，还有一颗亮星一直待在原来的位置，动也不动，奶奶说那是北极星，是古代人出海找方向的“活指南针”。
夏天的夜晚，你有没有过这样的经历？躺在院子里的竹床上，奶奶摇着蒲扇给你讲牛郎织女的故事，你仰着头，看着天上亮晶晶的星星，一颗、两颗、三颗……数到一百颗的时候，你就乱了，不知道刚才数到哪了，奶奶笑着摸摸你的头说：“傻孩子，天上的星星像地上的沙粒一样多，哪能数得清呀？”你不服气，揉揉眼睛接着看，发现那些星星里，有几颗特别亮，连成了一把小勺子，还有一颗亮星一直待在原来的位置，动也不动，奶奶说那是北极星，是古代人出海找方向的“活指南针”。
这些你熟悉的太阳、月亮、亮晶晶的星星、连成图案的星座，就是我们平时能看到的全部宇宙天体了。你可能会觉得，这些亮闪闪的东西已经够多了，整个宇宙应该就是由它们组成的吧？但是今天我要告诉你一个特别酷的秘密：你眼里的整个宇宙，其实只是真正宇宙的“冰山一角”，连5%都不到，剩下95%的东西，我们都看不到、摸不到，甚至从来没见过，它们就是暗物质和暗能量。
一、先认识一下你熟悉的“宇宙老朋友”
我们先来好好认识一下你每天都能看到的这些宇宙天体，它们可是你探索宇宙的“入门向导”哦。
1. 白天的小火球——太阳
白天你抬头看到的那个又大又亮的太阳，可千万别用眼睛直接盯着看哦，会伤眼睛的！太阳是一个巨大的“火球”，表面温度有5500摄氏度，比炼钢炉的温度还要高好几倍，它自己会发光发热，所以是恒星，也就是能自己“发电”的天体。 我们地球就是绕着太阳转的，转一圈正好是一年，你每过一次生日，就是地球刚好绕着太阳转完了一圈。太阳特别大，它的质量占了整个太阳系的99.86%，也就是说，太阳系里所有的行星、卫星、小行星加在一起，都没有太阳重。但是这么厉害的太阳，在整个宇宙里，连一粒沙子都算不上，因为宇宙里的恒星太多了，多到数不清。
2. 晚上的大银盘——月亮
晚上的月亮有时候圆圆的像玉盘，有时候缺了一个角像小船，有时候干脆看不见，这是因为它自己不会发光，都是反射太阳的光。月亮是地球的“卫星”，就像地球的小跟班，一直绕着地球转，转一圈是一个月，所以我们看到的月亮形状才会天天变。 你小时候听过的“嫦娥奔月”“玉兔捣药”的故事，都是古人给月亮上的阴影编的美妙传说，其实那些阴影是月亮上的环形山，是几十亿年前陨石砸出来的坑哦。
3. 会动的亮星星——行星
除了太阳和月亮，你有时候还能看到几颗特别亮的星星，它们的位置每天晚上都会变一点，和别的星星不一样，这些就是行星。行星自己不会发光，是反射恒星的光，比如太阳的光，所以它们看起来和恒星一样亮，但是位置会动。 最常看到的行星是金星，也叫“启明星”或者“长庚星”，早上出现在东边天空、亮得像小灯泡的时候，就是启明星，告诉你要起床上学了；晚上出现在西边天空、亮得最显眼的时候，就是长庚星，告诉你该回家睡觉了。其实它们是同一颗星，只是地球转的时候，我们看它的角度变了，所以名字不一样。 太阳系里最大的行星是木星，比地球大1300多倍，你拿一个玻璃弹珠代表地球，那木星就得用一个大篮球才能代表。如果你用望远镜看木星，还能看到它旁边有4个小小的亮点，那是木星的卫星，就像月亮绕着地球转一样，它们也绕着木星转，是木星的“小跟班”。
4. 一闪一闪的“小灯泡”——恒星
你晚上看到的大部分星星，都是恒星，它们和太阳一样，自己会发光发热，只是离我们太远了，所以看起来只有一点点大，像小灯泡一样一闪一闪的。 你可能会问：“星星为什么会眨眼睛呀？”其实不是星星在眨眼睛，是地球外面包着一层厚厚的大气层，空气一直在流动，就像你隔着烧开的水看东西会晃来晃去一样，大气层会让星星的光忽明忽暗，看起来就像在眨眼睛。要是你以后能坐宇宙飞船到太空里去看，星星是不会眨眼睛的，会一直亮闪闪的挂在天上。 天上最亮的恒星是天狼星，它离我们有8.6光年，什么是光年呀？就是光走一年的距离，光每秒能跑30万公里，走一年的话，大概是9.46万亿公里，你坐飞机以每小时800公里的速度飞，要飞13.6万年才能飞1光年。所以我们现在看到的天狼星的光，是8.6年前发出来的，你8年前还在上幼儿园的时候，这束光就从天狼星出发，走了8年才到你的眼睛里，是不是特别神奇？ 还有奶奶给你讲的牛郎织女故事里的织女星和牛郎星，它们中间隔着的白色“河流”就是银河，其实是无数恒星凑在一起的光，因为太远了，看起来就像一条白色的带子，古人以为是天上的河流，所以叫银河。
5. 古人画的“星星连线画”——星座
古人看着天上的星星，觉得它们连起来的图案很像地上的东西，就给它们起了名字，编成了很多故事，这些连起来的星星图案就是星座。比如你熟悉的北斗七星，就是大熊座的一部分，七颗亮星连起来像一把小勺子，勺柄最末端的那颗星就是北极星，它刚好在地球自转轴的延长线上，所以地球转的时候，它看起来好像一直待在原来的位置不动，其他星星都绕着它转，就像你转呼啦圈的时候，呼啦圈的中心点是不动的一样。 冬天的时候，你还能看到猎户座，它的腰上有三颗特别亮的星星排成一条直线，旁边还有四颗亮星，像猎户举着棍子和盾牌的样子，特别威风。全世界不同国家的古人，给星星编的故事都不一样，中国的古人觉得北斗七星像勺子，希腊的古人觉得猎户座是个猎人，是不是特别有意思？
二、你眼里的宇宙，只是“大西瓜”的一点点红瓤
这些你熟悉的太阳、月亮、行星、恒星、星座，加在一起，就是我们能看到的全部“可见宇宙”了，但是你知道吗？这些所有你能看到的东西，在整个宇宙里，真的只有“一点点”。 我们可以把整个宇宙比作一个特别大的西瓜，你平时能看到的太阳、月亮、星星，还有地球上的所有东西，加起来，只有西瓜皮最外面的一点点红瓤，大概只有1毫米厚。剩下的瓜皮、瓜籽、瓜瓤，还有里面看不见的甜水，加起来占了整个西瓜的95%，这些就是我们看不到的暗物质和暗能量。 你可能会问：“为什么我们只能看到一点点？”因为我们能看到的范围，是光从宇宙诞生走到现在能到达的最远距离。宇宙从大爆炸开始，到现在已经有138亿岁了，最早的光是138亿年前发出来的，光走138亿年，本来应该是138亿光年的距离，但是因为宇宙一直在膨胀，就像吹气球一样越变越大，所以现在能看到的最远地方，其实有465亿光年那么远，这个范围就是“可见宇宙”，也叫“可观测宇宙”。 这个范围里有多大呢？大概有2万亿个星系，每个星系里有几千亿到几万亿颗恒星，这么多星星加起来，才占整个宇宙成分的5%，剩下的95%都是我们看不到的暗物质和暗能量。你可以想象一下，如果每个星系都像一颗玻璃弹珠，2万亿颗玻璃弹珠摆起来，能绕你们学校的操场跑几百圈，这么多星星加起来，才占5%，是不是特别不可思议？
三、看不见的“宇宙主力”：暗物质和暗能量
你可能会问：“我看不到的东西，怎么知道它们存在呀？会不会是你们瞎编的？”当然不是啦！天文学家们就是通过星星的“奇怪表现”，才发现了暗物质和暗能量的踪迹。
1. 暗物质：看不见的“宇宙胶水”
天文学家最早发现暗物质，是从星系奇怪的“旋转速度”里找到线索的。你有没有玩过游乐场里的旋转木马？你坐在旋转木马上，抓不住扶手的话，转得越快越容易被甩出去，离中心越远的座位，甩出去的力量越大，所以旋转木马转得越快，边缘的座位越需要更大的力气拉着才不会飞出去。 星系里的恒星就像坐在旋转木马上的人，绕着星系中心转，按理说离中心越远的恒星，需要的拉扯力越小，转得应该越慢才对，就像你用手拉着旋转木马的中心转，离你越远的东西，速度越慢。但是天文学家观测到的结果却完全不是这样——不管离中心近还是远的恒星，转得速度几乎一样快，甚至边缘的恒星转得比里面的还快！ 这就奇怪了，要是只有我们能看到的星星、气体这些亮闪闪的东西，它们的质量根本不够拉着这么多恒星转，肯定有什么我们看不到的“隐形大手”，一直在拉着这些恒星，不让它们被甩出去。这个“隐形大手”就是暗物质，因为它不发光、不反光，我们完全看不到它，但是它有质量，能产生引力，所以能拉着恒星转。 最早提出这个想法的是1930年代的一个叫兹威基的天文学家，他当时研究后发座星系团的时候，发现里面的星系转得太快了，按可见物质的质量算，早就应该被甩得四分五散了，但是它们好好的聚在一起，所以他提出有看不见的“缺失物质”，也就是暗物质。当时所有人都觉得他疯了，就像你说教室里有个看不见的小朋友，别人肯定不信，毕竟谁也没见过暗物质呀。 过了几十年，有个叫薇拉·鲁宾的女天文学家，她专门研究星系的旋转，她观测了几十个螺旋星系，发现所有星系的边缘恒星都转得特别快，这个发现终于让大家相信：暗物质真的存在！现在薇拉·鲁宾已经被大家叫做“暗物质之母”，要是她还活着，肯定早就得诺贝尔奖啦。 后来天文学家还找到了更直接的暗物质证据，叫“引力透镜效应”。你有没有用放大镜在太阳底下照过纸片？放大镜能把光聚起来，烧出一个小洞，这是因为放大镜有质量，能弯曲光线。暗物质虽然看不见，但是它有质量，也能弯曲光线，就像宇宙里的“隐形放大镜”。 最著名的例子是“子弹星系团”，这是两个星系团撞在一起的时候拍的照片。你猜怎么着？ SDSS能看到的光（就是星星和热气体）因为碰撞，都留在中间了，就像两个装满亮片的袋子撞在一起，亮片都撒在中间了。但是暗物质呢？因为它不参与电磁相互作用，不会像普通物质那样碰撞，就像两个装满沙子的隐形袋子，撞的时候沙子被甩到两边了。天文学家用引力透镜的方法一测，哦！两边的“拉扯力”特别大，说明大部分质量都在两边，也就是暗物质，这就是暗物质存在的实锤！
2. 暗能量：看不见的“宇宙吹风机”
如果说暗物质是“宇宙胶水”，把星系、恒星这些物质粘在一起，那暗能量就是“宇宙吹风机”，一直在推着宇宙越变越大。 你可能会问：“宇宙不是大爆炸之后一直在膨胀吗？膨胀的速度为什么会变快？”本来天文学家也以为，宇宙大爆炸之后，膨胀的速度会因为引力慢慢变慢，就像你吹气球，吹到一半松口气，气球会慢慢变小一点，但是1998年，两个天文学家小组做了一个超级重要的发现，彻底改变了大家的想法。 他们专门找一种叫“Ia型超新星”的星星，这种星星是白矮星（恒星死亡后变成的小天体）爆炸的时候产生的，爆炸的时候特别亮，亮到能盖过整个星系，而且它们爆炸的时候最亮的亮度几乎是一样的，就像宇宙里的“标准灯泡”。你只要知道这个灯泡本身有多亮，再看它看起来有多暗，就能算出它离你有多远——就像同一个厂家生产的同款手电筒，亮度都一样，离你100米肯定比1米暗，离你1000米就更暗了。 这两个小组本来想通过测超新星的距离，算出宇宙膨胀的速度是在变慢还是变快，结果他们发现：这些超新星比预期的暗得多，说明它们离我们比预期的远得多！也就是说，宇宙膨胀的速度不仅没有变慢，反而在越来越快！ 这太奇怪了，就像你吹气球的时候，不光你自己在吹，还有个看不见的小精灵在里面使劲吹气，吹得比你还快，气球才会越变越大、越变越快。这个“看不见的小精灵”就是暗能量，它没有质量，也不会发光，但是它有一种“负压力”，能产生排斥力，推着整个宇宙越变越大。 这个发现太重要了，发现它的三个天文学家在2011年获得了诺贝尔物理学奖，他们就像宇宙里的“侦探”，找到了隐藏了宇宙几十亿年的秘密。
3. 暗物质+暗能量=95%的隐藏宇宙
现在天文学家已经算出来了整个宇宙的成分比例，是不是和你平时想的不一样？
- 你平时能看到的所有东西：地球、太阳、所有的星星、气体、灰尘，还有你和我，加起来只占**5%**，是真正的“少数派”；
- 暗物质占**27%**，它有质量，能产生引力，把星系粘在一起，但是我们完全看不到它；
- 暗能量占**68%**，它不仅看不见，连质量都没有，它一直在推着宇宙膨胀，让宇宙越变越大。
我们可以把整个宇宙比作一个大西瓜，总重量是1000克的话，你平时能看到的所有东