“化学先锋”丛书共计6册，纵览中学基础化学课所没有深入探讨的化学领域中当前最先进、最卓著的研究成果。本书所涉猎的题目从最基本的诸如物质和宇宙的起源，到诸如药品和食品构成等等这类新材料化学在日常生活中的实际运用。

本书纵览了空间探索及天文化学研究的最新结果，囊括太阳系、行星、彗星、流星及宇宙中已知的其他特征事物。这一卷生动地描绘了宇宙的创生记事、演化过程和现有组成。

本书包含的内容有：宇宙的诞生，内层行星，行星的化学组成，星系际空间，彗星、流星、小行星和月亮，外层行星，重元素的形成，恒星的分类。

“化学先锋”丛书每册附有30多幅黑白图片和插图，有著名化学家的生平简介和主要学术贡献，是学生、教师的必备书籍，也是那些对化学具有浓厚兴趣的广大读者的最佳选择。

化而生万物。太空化学家通过分析宇宙中的元素和化合物，为宇宙的创生和演化提供了更为清晰的图像。天文望远镜、空间探测器都是他们的得力工具。不论是恒星、行星、彗星、流星这些我们熟悉的名称，还是巨星、矮星这些匪夷所思的称谓，甚至直觉上的虚空，在太空化学的语言里都自有一番新的释义。

前言

简介

1 宇宙的诞生

混沌初开

乔治斯·爱德瓦得·勒马特（1894—1966）

冷却中的宇宙

粒子衰变

复合粒子的形成

之后便有了原子

这个理论是真的吗？

乔治·加莫（11904—1968）

下一步呢？

2 星系际空间化学

星系际问质的组成

星云

罗伯特·朱力斯·楚姆普勒（1886—1956）

星系际间质化学

研究星系际问质化学特性的工具

亨德瑞克·克里斯朵夫·凡·德·霍斯特（1918—2000）

3 重元素的形成

恒星的进化

为恒星分类

安尼·扎姆·加农（1863—1941）

恒星的诞生

氢向氦的转化

氦的燃烧……及其他

更大的恒星—更多的元素

玛格丽特·伯比治（1919—）和哥德非·伯比治（1925—）

4 内层行星

研究行星的化学成分

水星

金星

哈勃太空望远镜

火星

阿萨夫·霍尔（1829—1907）

5 外层行星

外层行星发射任务

木星

S.艾伦·斯特恩（1957—）

木星的月亮

土星

天王星

海王星

冥王星

詹姆斯·E.韦伯（1906—1992）

柯伊伯带天体

杰拉德·彼得·柯伊伯（1905—1973）

6 彗星、流星、小行星和月球

彗星

埃德蒙·哈雷（1656—1742）

流星、流星体和陨星

小行星

月球

结语

译者感言

海王星

海王星和天王星差不多大，它的赤道半径有15 378英里（24756千米），质量有1.03×1026 kg，密度有1.76 g／cm，因而从某种方面说，它比天王星更重。正如旅行者号对木星、土星和天王星的调查一样，它对海王星的拜访同样为天文学家们提供了迄今为止海王星的最佳的图像和数据资料。

海王星的大气总体上类似于其他的外层行星。在这里含量最高的3种化学成分是分子氢（84％）、氦（14％）和甲烷（2％）。大气中所测定的微量成分包括氘化氢（约192 pprn）和乙烷（约1.5 ppm）。这些种类的化学成分的存在方式看起来是水冰、氨冰、硫氢化铵冰和很有可能出现的甲烷冰。正如天王星一样，海王星的海蓝色彩也是太阳辐射中的红光成分被甲烷分子吸收的结果。

天文学家们常常诧异于旅行者2号提供的海王星大气的特写镜头。他们预想中海王星应该是相对黑暗而寂静的，毕竟这里距离太阳有万里之遥。但是旅行者号的相机所记录下的图景却暗示出，事实并非如此。这里的情况和木星上的情景一样，风暴席卷了大气层中的很多地区。据观测，在其中一个叫做大白斑（the Great white Spot）的尤其猛烈的风暴中，风速能达到每小时1200英里（2000千米/小时）。这也是太阳系中至今所记录的最强风暴。尤其有趣的是，当惠更斯号探测器在20年后经过海王星上这一片地区时，这个大白斑却早已销声匿迹了。而哈勃太空望远镜却找到了类似于旅行者号所看见的一个新的“大白斑”（实际上是一个暗斑），但是它观测的地点是在海王星北半球而不是原来的南半球。

当前的理论表明，海王星内部结构类似于其他气体巨人行星，因为它的密度从外层大气向内部渐渐增加。在大气深处，常见的气体物质暴露于越来越高的压强下面，直到它们变成了非常致密的气体，而最终成为液体。人们认为，海王星的中心应该包含有一个地球大小的地心，它由熔岩、液态水、氨和甲烷构成。

在旅行者号任务之前，海王星一度被认为只有两个月亮：由英国天文学家威廉·拉塞尔（william Lassell，1799—1880）在1846年发现的特里同（Triton）和由荷裔美国天文学家杰拉德·柯伊伯（Gerard Kuiper，1905—1973）在1949年发现的涅瑞伊得斯（Nereid）。在旅行者号飞经海王星的时候，它发现了其他的4个月亮，它们的大小从半径约37英里（60千米）（奈雅德，Naiad）到约240英里（400千米）（普洛透斯，Proteus）不等。在2007年初的时候，科学家们已经列出了海王星的13个月亮的清单。

特里同（Triton）对于科学家们来说可是极为有趣的，因为它有着一系列非比寻常的特征。首先，它是太阳系中唯一一个绕着自己的母行星倒退着公转的卫星。也就是说，它的公转是朝着与行星自转方向相反的方向。此外，它也是太阳系中仅有的3个大气主要含有氮气的天体之一（其他两个是地球和泰坦）。特里同的大气层极其稀薄，它的表面气压仅有14微巴，大约是地球的0.0014倍。而且，特里同是太阳系中所测的最寒冷的天体，它的表面温度仅有38 K（—235℃）。在这种温度下，即使是氮气也会结冰，所以特里同的大气中主要含有由氮冰构成的轻薄的云雾，它表面也覆盖这一薄层的氮霜。

旅行者号拍下的特里同的表面照片引起了关于这个卫星的结构、组成及衍化的一系列问题。它的表面布满大面积的裂纹，这些裂纹可能形成于某种构造活动。实际上，旅行者号拍下了一些正在发生的火山喷发景象，这时氮气和黑色的微粒混合在一起，一同喷到大气中数千米高处。旅行者号还拍下了它的一个极地冰冠，它延展覆盖着南半球大面积地区。这个极地冰冠的粉红色泽被认为是由甲烷冰所造成的，这些甲烷冰在太阳辐射下转化为其他的化学成分。在粉红的冰冠上面往往贯穿着一些暗条纹，它们的形成也许是源于火山喷发时产生的液态氮的流动。这个月亮的这些迷人的特点也解释了未来经过特里同的飞行仍将是空间探索计划的一个首要选择。正如美国宇航局的海王星环绕飞行计划，它最初设计是在2006或2007年发射升空，但是由于预算的限制，现在这个计划仍处在搁置状态。

旅行者号回答的关于海王星的关键问题之一就是它的环的庐山真面目。20世纪80年代中期地面观测显示出海王星的确有环，但是它们有一个奇特的性质。它们不是完全的圆环，像在木星、土星和天王星上观测的那样。观察者们在这里只发现了不完整的环或者说是圆弧，绕在海王星的一边，另一边却没有。人们为此付出了相当多的努力，以致力于解释这些不完整的环何以形成并保持下来。其中一个解释是有一个或多个牧羊卫星，像在土星上发现的一样。它们也许会对部分环产生重力作用，阻止这些环扩张并形成像其他行星的完整的环。

旅行者号提供了这个疑难问题的一个简单而令人欣慰的答案。现在看来，海王星的确有环，而且这些环还是完整的环。地面观测无法探测到完整的环，因为它们在某些地方极其稀薄，以至于没有反射足够的可见的光。环中密度大的区域（圆弧）确实是千真万确存在的，牧羊卫星理论（它所质疑的月亮是加拉提亚（Galatea））也许也会很好地解释这种反常的现象。

总的来说，旅行者号观测了4个海王星环系统，它们位于距海王星中心2.6万英里（4.19万千米），3.3万英里（5.32万千米）和3.9万英里（6.293万千米）远处。在这些地方的这3个环还是很窄的，只有大约10英里（15千米）宽。而在靠近中环位置的第四个环就大得多了，有约3 600英里（5 800千米）宽。正如土星一样，海王星的一个环也有“编织”的外观，这种外观也可能来源于环中一些地方出现而其他地方却没有的物质堆积。

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中学基础化学课所讲授的内容多半相对陈旧，而且学校之间在内容上大同小异。学生所学的不外乎以下几个方面的内容：原子理论、化学元素周期表、离子和共价化合物、化学方程式书写方法、化学计量以及液体等。对于那些有意在化学和其他科学领域继续攀登的学生来说，这些知识是他们前进的基础和根本。虽然课堂上老师能够准确地突出重点，但是，通常教师向学生所传授的只是化学领域中浩如烟海的众多研究中有限的部分。多数无意在化学和科学领域驻足的学生也会通过化学获得有趣的知识，掌握化学对于他们日常生活方方面面所带来的最直接的影响。确实如此，那些主修科学的学生能够受益于这样的专业。

新化学系列丛书共6册，力求带领读者纵览化学领域的最新资讯，而不拘泥于中学课本的条条框框。这6册书分别是：药物化学、新材料化学、法医化学、环境化学、食品化学以及太空化学。丛书内容覆盖面广、内容新颖。书中的内容包括化学最基本的领域，诸如物质和宇宙的起源，到‘实际生活中的化学，例如食品和药品的构成。之所以选择“新化学”作为丛书的标题，原因在于本丛书囊括了化学领域最新最尖端的科研成果。丛书面向中学生，因为他们已经通过在校学习掌握了一定的化学基础。丛书的每一册书中大部分的内容可以为具有基础化学知识的人所理解，还有少部分内容需要在掌握化学最新的尖端研究之后才能够领悟。

丛书中每一册书都相对独立，各成体系。因此，读者可以从中任意选择进行阅读和学习。为帮助读者更好地理解书中的内容，每一册书都附有术语表、相关内容的阅读信息包括网络资源和书目。每一册书中对于重要人物还附有简短的生平介绍。

在翻译《太空化学》的日日夜夜，我仿佛慢慢触摸到了元素真正的宗系家谱，才明白了平日里书中所看、嘴里所说、手下随意所摆弄的原子与分子都已经历了几番涅粲，我更加相信化学是理解事物的一种角度。相信广大读者一定会通过这本书学到很多知识。

我与朋友、同学们共同完成了这本书的翻译工作，他们舍弃了宝贵的假期和休息时间，他们的认真与才能也令我钦佩。其中，白皓译第3章，秦伟译第4章，刘钫译第5章，黄旭和赵强译第6章。我衷心地感谢他们。

王 潇

2008年春于北京大学