前言：
航天技术的不断进步，让人类从仰望星空到实现登临探测。太阳系中那些曾经十分遥远、模糊的天体，在航天器的探测下一个个揭开了神秘的面纱。张天蓉博士撰写的专栏《星星背后的物理》，以丰富的历史事实和优美的文笔，向我们揭开了这些神奇的太空现象背后的物理本质。敬请期待她的新书出版。
撰文：张天蓉（美国德州大学奥斯汀分校理论物理博士）
责编：寒凌旭
审校：张双南（中国科学院高能物理研究所研究员）
郑永春（中国科学院国家天文台研究员）
● ● ●
从地球走向太空，是人类文明的一大进步。
飞天，是人类自古以来的梦想。希望能像鸟儿一样自由自在地在空中翱翔，是航空梦；想到月亮上去，进而去探索莽莽河汉，浩瀚神秘的太空，谓之“航天梦”。这两类“梦想”吸引着无数英雄尽折腰，甚至有人为此送了性命，仍然前仆后继，在所不辞。
上世纪中叶开始的美苏冷战突然地把人类拉入了太空时代。从1958年苏联发射第一颗人造卫星开始，人类太空探索的脚步连绵不断。如今，奔赴太空半个多世纪，托起人类千古之一梦。其中不仅有科学家求知欲的满足，也伴随着时代变革的风风雨雨。继前苏联和美国两个超级大国二战之后的火箭人才争夺战后，航天科学技术迅猛发展，全世界各大国都纷纷在太空亮剑，代表了在科学、技术、军事、政治各领域的全面竞争。这其中有成功的喜悦，也不乏失败的教训。
这个各大国以千万亿资金投入，数万人辛勤劳动以致付出生命代价的“航天工程”，为人类文明作了些什么？它使我们对太空及太阳系有了哪些更深入的理解？航天探索如何改变了人们的生活和思维方式？在满天繁星及航天探秘的背后，隐藏着哪些基本而又有趣的物理知识？这些是本系列文章作者向广大读者介绍的内容。
从物理学角度看，航天的目的是要探索茫茫太空中无数星星背后的秘密，即众多天体运动、发展、演化的自然规律。而航天工程必须要借助于发射上天的人造物体（人造卫星和各种航天器）来得以实现。这些人造 “星星” 的研究制造、轨道设计、发射和回收方法、载人安全考虑，以及它们在太空中的运动状态等等，也都全要遵循物理定律。因此，作者将此系列定名为“星星背后的物理”。
然而，宇宙茫茫，星辰无数。除了自然的天体之外，数十年来，人类发射至太空的人造物体也已经数以万计！因此，作者不可能面面俱到，只能带领你在这个巨大星海旁的沙滩上，拾取几颗美丽的贝壳。通过一些典型事例的介绍，让公众对“航天”的基本知识，以及其中的物理原理有所了解。同时，也通过介绍人类航天史上一些妙趣横生、震撼人心的故事，使读者对人类的航天简要历史轮廓有所了解。从古代的飞天传奇，到世界各大国之间的太空争夺战，说明航天工程对人类文明的重要性。
也许有人会说，天上的星星固然美丽迷人，但离我们太遥远。登陆月球，登陆火星，那都是科学家和几个航天员考虑的事，与我们的日常生活有什么关系呢？这实际上是对天文学及航天事业的误解，姑且不谈“理想”、“梦想”之类长远而抽象的话题，太空中发生的很多事情是与人类生存息息相关的。天上的星星并非遥不可及，它们的运动和变化无时无刻不在影响着我们的生活。
在美苏太空竞争的年代，美国总统林登·约翰逊曾经说过：“控制了太空，便有能力控制天气、干旱和洪水、改变潮汐、提高海平面……这是比终极武器更重要的东西，这是从太空某处达到完全控制地球的最终目的。”
约翰逊这段话的意思就是说，控制了太空便意味着控制了世界的未来。
谁不愿意控制未来呢？谁也不希望未来被别人控制！这就是为什么世界各国都要想发展航天事业，都纷纷想加入到这个“太空俱乐部”中，来贡献一份力，也分享一杯羹。发展航天，将自已的国力展示于地球，也亮剑于太空，这是如今每一个“大国”的愿望和共识。
中国人喜欢谈天说地，自古不缺航天梦，从“嫦娥奔月”的神话想象，到“万户飞天”的身体力行，历史文献中早有记载；甚至现代航天必不可缺的火箭技术，也源于我们祖先的伟大发明。而中国政府历来就重视航天事业，从1970年发射第一颗人造地球卫星（东方红1号），太空响奏东方红开始，长征系列运载火箭、神舟系列载人飞船、北斗卫星导航系统，还有天宫、嫦娥和玉兔，一系列太空探索计划步步紧跟。
所以，航天时代已经到来，太空离我们并不遥远！几十年的航天工程有哪些具体的重要进展？这一领域近年来发展太快，广大民众可能还知之甚少，即使是在学术界，许多人对近年来航天所得的太空新知识也只是知其然，而不知其所以然。因此，在这场新一轮的太空竞赛中，如何才能发挥中国现有的优势，尽快地缩小与先进国家的差距，走出自己独特的航天技术之路呢？这其中，除了专业人士的努力之外，广大民众的理解和支持必不可少。因此，科普航天，让公众了解航天知识，是本系列作者的初衷。
此外，航天技术及其探索的“太空” 之谜，对好奇心强浮想联翩的青少年，特别具有极大的诱惑力。作者也希望能通过这个系列介绍，满足青少年对太空的好奇心，增长见识，启发他们对地球、太阳系、人类未来的思考，吸引更多的年轻人踏进科学技术、天体物理、航天工程的大门。
迄今为止，现代的航天技术主要是探索了太阳及太阳系中的八大行星。因此，作者仅对太阳系几个主要行星及它们的几个典型有趣的卫星之物理规律和特点作了基本的简单介绍，带领读者星海拾趣。
比如，人类最感兴趣派去探测器的是哪些星球？为什么对它们特别看待？它们和它们的卫星有些什么特别之处？哪几个星体与地球的环境最为类似？在这些天体上是否探测到任何生命存在的迹象？如果地球突然发生大灾难，人类有移民其它星球的可能性吗？
刚才说到人类社会中的各个大国正在进行太空争夺战。十分有趣的是，宇宙中的各个天体之间，本来就在进行着无言的、永恒的争斗。从物理学的视角看，宇宙间存在4种基本的相互作用，其中强相互作用和弱相互作用只在微观的尺度范围内起作用，它们可以影响每个星星内部结构中的物理过程，但与天体之间的运动无关。其它两种力：引力和电磁力，都是长程力，对天体的相互运动起着重要的作用。宇宙中大大小小、形形色色的物体，运用它们各自的引力和电磁力，像是在互相抢地盘，占山头，大星吞小星，小星撞大星，用物理规律展开一场无言的战争，形成宇宙中一幅十分有趣的物理图景。
航天学是一门有趣的理论，但实际的工程发射过程则充满了危险和挑战，特别是载人航天，太空毕竟是一个与人类的地球家园迥异的生活环境，要适应太空，克服人体的各种不良反应等，对此，科学家们作了许多研究。此外，载人航天器的发射和返回过程危险性很大，航天史上有过几次大事故，作者对此也稍加描写使后人能以此为鉴。
作者尽量使用通俗易懂的比喻，图文并茂的解释，幽默风趣的语言，引导读者学习、思考和探索星星背后的物理现象，了解天体运行、恒星演化、宇宙变迁的基本物理规律。
希望你读完这个系列后，能对太空和航天有一个新的认识，产生自己的想法，对茫茫宇宙，这个环绕在我们周围的最大最神秘的未知世界，产生浓厚的兴趣。也希望你能从学习科学知识中体会到大自然造物之巧，感受科学理论之美。
作者正在以此系列文章为基础，完成一本科普读物，暂定名为《揭秘太空：人类的航天梦》，将于2017年由“清华大学出版社”出版，敬请各位关注。
▼全集回顾：
从地球出发，飞跃太阳系 | 星星背后的物理（一）
太阳也有“生老病死” | 星星背后的物理（二）
超越旅行者1号，去探索银河系的秘密 | 星星背后的物理（三）
“引力助推”和“三体”问题 | 星星背后的物理（四）
“钻石星球”与“脉冲星球” | 星星背后的物理（五）
黑洞真的“无毛”吗？ | 星星背后的物理（六）
一杯热茶倒进黑洞会怎样？ | 星星背后的物理（七）
被太阳风吹拂是怎样的感觉？ | 星星背后的物理（八）
尤利西斯：深入太阳极点 | 星星背后的物理（九）
行星之王木星 | 星星背后的物理（十）
“朱诺”寻“夫”探木星 | 星星背后的物理（十一）
太空是最好的实验舞台 | 星星背后的物理（十二）
“围绕月球”的太空竞赛 | 星星背后的物理（十三）
为什么我们只能看到月亮的一面 | 星星背后的物理（十四）
天体自转也会混沌？ | 星星背后的物理（十五）
卡西尼号揭秘土星大家庭 | 星星背后的物理（十六）
神秘的行星环｜星星背后的物理（十七）
魂系太空——航天史上的事故 | 星星背后的物理（十八）
人类移民火星？｜星星背后的物理（十九）
太空联盟（微信号：space_union）
联盟宣言
我们生活在地球上，但心向太空
我们生活在现实中，但为未来而生
只要是天上的，就是我们关心的！
▼▼▼点击“阅读原文”，牵手科学队长！
