人类眼中的宇宙是一个无限延展的空间，几千年来，关于宇宙产生了种种既令人兴奋又令人着迷的话题：宇宙究竟从何而来？它有多大，边界在哪儿？它会消亡吗？它又包含多少物质，各自又有怎样的特点？近百年来，人类不断地研制各式各样的望远镜及空间探测器，希望它们能够帮助我们早日揭开宇宙的神秘面纱。
（第一节）仰望太空——神秘的宇宙
人类对宇宙的认识是一个不断探索研究和发展的过程，从“天圆地方说”到“地心说”，再到“日心说”。直到17世纪，牛顿的万有引力定律，奠定了经典的宇宙学基础。以上这些宇宙观基本上只是局限于太阳系范围，还称不上宇宙结构。随着近代科学的进步，人类对宇宙的认识有了转变。20世纪初德国物理学家爱因斯坦发表了，“广义相对论”，并率先运用这一理论考察了宇宙整体的运动特征和可能的演变方式，从理论上开创了现代宇宙学。
一、蒙昧到睿智——人类对宇宙的认识
公元前7世纪，巴比伦人认为，天和地都是拱形的，大地被海洋所环绕，而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子，大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象身上，而象则站在巨大的龟背上。公元前7世纪末，古希腊的泰勒斯认为，大地是浮在水面上的巨大圆盘。上面笼罩着拱形的天穹。
公元2世纪，古希腊天文学家托勒密在总结前人对宇宙认识的基础上，提出“地球中心说”的宇宙模式。这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动，月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星都在以不同的速度绕着地球旋转。为了说明行星运动的不均匀性，他还认为行星在本轮上绕其中心转动，而本轮中心则沿均轮绕地球转动。地心说曾在欧洲流传了1000多年。
1543年，哥白尼在他出版的不朽名著《天体运行论》中系统地提出了“日心说”。在他的日心体系中，太阳居于宇宙的中心静止不动，包括地球在内的所有行星都围绕太阳转动，它们离太阳由近及远的排列次序为水星、金星、地球、火星、木星、土星（当时还没有发现天王星、海王星），而月亮则绕地球转动。恒星在离开太阳很远很远的一个圆球面上静止不动。
1687年，牛顿通过苹果落地得到启示而提出了万有引力定律和牛顿三大定律，深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因，使日心说有了牢固的力学基础。牛顿创立了天体力学，使人们在这以后可以以力学方法研究宇宙学。
由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时空。爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论，很好地解释了水星近日点运动中一直无法解释的43秒。广义相对论的第二大预言是引力红移，即在强引力场中光谱向红端移动。广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转。最靠近地球的大引力场是太阳引力场，爱因斯坦预言，遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生1.7秒的偏转。这一预言后来被英国天文学家爱丁顿的实验研究所证实。
二、探索宇宙的起源
宇宙，是所有天体共同的家园。但宇宙是什么时候、如何形成的？千百年来，一直是人类探讨的话题，并随着人类文明的进步和科学技术的发展而逐步加深。20世纪初期，人们开始科学地探讨宇宙的起源，科学家提出了“宇宙大爆炸理论”。今日之宇宙是在大约150亿年前发生的一次无比壮观的大爆炸中形成的。
20世纪以来，有两种“宇宙模型”比较有影响。一是稳态理论，它认为宇宙在大尺度上的物质分布和物理性质是不随时间变化的，是稳恒不变的。不仅在空间上是均匀的，各向同性的，而且在时间上也是稳定的。另一类叫演化态模型，它认为宇宙在大尺度上的物质分布和物理性质是随时间在变化的。1917年，爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了一个静态、有限、无界的宇宙模型，奠定了现代宇宙学的基础。但在众多的宇宙模型中，目前影响较大的是热大爆炸宇宙学说。
乔治·伽莫夫（1904~1968），美籍俄裔物理学家、天文学家、科普作家，热大爆炸宇宙学模型的创立者。它在1948年提出宇宙大爆炸理论。这一理论认为，宇宙开始是个高温致密的火球，它不断地向各个方向迅速膨胀。当温度和密度降低到一定程度，这个火球就会发生剧烈的核聚变反应。随着温度和密度的降低，宇宙早期存在的微粒在引力作用下不断聚集，最后逐渐形成今天宇宙中的各种天体。
在爆炸发生之前，宇宙内的物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出去，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。
20世纪20年代后期，爱德温·哈勃发现了红移现象，说明宇宙正在膨胀。60年代中期，阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现了“宇宙微波背景辐射”。这两个发现给大爆炸理论以有力的支持。另一重要证据是空气中氢气和氮气的比例。最新的科学测算表明，当前宇宙中氢和氮的比例与大爆炸残余物中的氢氮比例相差不多。假如宇宙没有开端，是永恒存在的，那么宇宙中的氢早就该被消耗殆尽，全部转化为氮了。现在，大爆炸理论广泛地为人们所接受。
1929年，哈勃发现了星系红移与它的距离成正比，建立了著名的哈勃定律。这一定律揭示宇宙是在不断膨胀的。这种膨胀是一种全空间的均匀膨胀。因此，在任何一点的观测者都会看到完全一样的膨胀，从任何一个星系来看，一切星系都以它为中心向四面散开，越远的星系间彼此散开的速度越大。
红移在物理学和天文学领域，指物体的电磁辐射由于某种原因波长增加的现象。在可见光波段，表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离，即波长变长、频率降低；相反的，波长变短、频率升高的现象则被称为蓝移，通常认为它是多普勒效应所致，即当一个波源（光波或射电波）和一个观测者互裙快速运动时所造成的波长变化。
三、神奇的大爆炸理论
大爆炸是时间、空间，以及宇宙中所有物质等构架的开端。在爆炸之初，宇宙只是一片由微观粒子构成的均匀气体，它温度高、密度大，并以很大的速率膨胀。气体的热膨胀使温度降低，原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现，最终逐渐形成今天宇宙中的各种天体。
原子的产生是电磁力和核力的“杰作”。宇宙大爆炸后，最早的基本粒子之一——夸克，每三个一组结合产生质子和中子。将这些夸克联系在一起的是强大的核力。核力再集合质子和中子，形成氢和氦的核。宇宙大爆炸30万年之后，电磁力建构原子的物质，促使每个质子与一个电子相结合，形成一个氢原子。另外，电磁力使每个氢核与两个电子聚集，形成一个氦原子。
在时间的起点和终点，空间为零，这样的点称为奇点。当一颗具有足够质量的恒星到了生命的最后时期，就会在万有引力的作用下形成黑洞。黑洞巨大的引力使成千上万颗恒星都被卷入这个旋涡之中，产生一个具有巨大质量的集合体。物理学家将这个集合体视为大爆炸奇点的模式。
我们的宇宙由四种力支配，这四种力就是基本力，即引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。宇宙大爆炸后，基本粒子和四种基本力才逐渐分离出现。分离强作用力时，释放出巨大的能量，提供了宇宙膨胀的能源。这些基本粒子和基本力决定了所有物质的命运。
宇宙爆炸之后的一次快速膨胀，称为暴胀。暴胀前，宇宙体积极小，星系或其前身全都紧密地挤在一起。暴胀结束后，膨胀速度开始放慢。物理学家将暴胀所释放出的能量，归因于大爆炸之后一个新的量子场——“暴胀子”中所储存的势能。势能可以产生引力排斥效应，从而加速宇宙膨胀。
质子和中子是原子核的组成部分。质子是指原子核中的非基本粒子，带有+1的电荷。中子是指一种不带电荷的，通常可以在原子核中找到的非基本粒子。在宇宙大爆炸后的1秒钟内，宇宙中充满了亚原子微粒，它们相互碰撞，从而形成了质子和中子。
宇宙在暴胀过程中，产生了x和反x两种超重粒子。宇宙极速冷却后，这两种粒子变得不稳定而转变成夸克及轻子，同时也产生了反粒子。由于反粒子数量较少，所以在暴胀结束后物质和反物质粒子的相互消减过程中，物质最终得以保存下来。
反物质就是由反粒子组成的物质，所有粒子都有反粒子，反粒子的特点是其质量、寿命，自旋、同位旋与相应的粒子相同，但电荷、重子数、轻子数、奇异数等量子数却与相应的粒子相反。当反物质和物质相遇时就会发生湮灭、爆炸，放出伽玛射线并产生大量的能量。
量子力学的不确定，性原理允许宇宙中的能量于短时间内在固定的总数值左右起伏，起伏越大则时间越短。从这种能量起伏中产生的粒子称为虚粒子。当能量恢复时虚粒子湮灭。宇宙大爆炸时产生的巨大能量生成了虚粒子对：物质和反物质，但它们几乎是在生成的同时又相互消减。
宇宙的冷却是指宇宙爆炸之后温度下降，同时原子产生并且不参与辐射，使光线能够以直线的形式前行的一种状态。当宇宙冷却到了足够的程度，才打破了这种物质的均匀分布。电子由于温度下降与核子结合成原子。原子不再发生辐射作用，光线能够直射，宇宙逐渐变得透明。
（第二节）不竭的财富——太空资源
地球大气层以外的宇宙空间，大气层空间以外的整个空间，都称之为太空。浩瀚的太空广袤无垠，随着人们对宇宙的认识和探索，人们的眼界从地球延伸到太阳系、银河系乃至河外星系。对于资源，人们往往以为，只有那些看得见、摸得着的才算是资源。然而，随着人类进入地球轨道和外层空间后，对许多未知领域的认识产生了飞跃，资源观念也发生了变化，资源由具有某种形态变为无形态，比如一种环境和条件；空间资源开发及推广应用，在短短几十年内硕果累累，取得了巨大的经济和社会效益，受到世界各国的普遍关注。
一、已利用的太空资料源
随着人类对宇宙探索的逐步深入，空间技术的发展，空间资源的利用，已是一个国家综合国力以及科学技术发展水平的重要标志。空间资源的利用，为人类社会的发展提供了强大的推动力。
利用通信卫星，人类实现了全球通信、电视转播，当今世界人类离开了通信卫星就无法生活。在现代社会，有100多种相关业务要靠通信卫星完成，从传送语言到文字，从图像到收据，从资料到各种控制信号，几乎人们的通信需要什么，它就能提供什么。今天，世界上80%的洲际通信业务和百分之百的洲际电视传播，以及为数众多的区域通信己由卫星担负。优越的通信能力和极高的投资效益比，使通信卫星的应用成为国际通信业的大走势，并每年以20%~30%的速度递增。通信卫星营造了一个遍地是黄金的市场，从而形成150亿美元的通信卫星产业。
气象卫星在进行天气预报、探测和跟踪台风和旋风、研究和监测地表以及海洋生物量等方面发挥了重要作用。还为洪涝灾害预警和赈灾等提供服务。据有关资料统计，人类依靠气象卫星每年避免的天气灾害损失达数千亿美元。
导航定位卫星不仅为飞机、船舶、公路、铁路交通提供导航服务，还为搜索与救援进行准确定位。利用卫星建立交通系统，使航天、航空、航海、铁路、公路相互结合，建立现代化的高速立体交通管制网络。卫星导航定位系统广泛应用于舰船、飞机、车辆，为交通安全与提高运输效率提供有力的保证。
遥感卫星发射成功后，人们应用卫星遥感技术监测森林砍伐、森林再造、土地使用变化情况；用于研究水涝和盐化、沙漠化、海岸线动态、干旱和农产品估算等；用于评估和开发水资源、自然资源勘探、污染监测和更新地图等，遥感卫星解决了人类用常规手段无法观测或观测不足的难题，不仅大大提高了效率，而且大大提高了观测精度、范围和准确性。
