好奇是人类的天性，当我们脚踏大地仰望满天星斗的时候，总会生出许许多多的疑问，这些闪烁的群星到底是什么，它们离我们多远，天文学家告诉我们地球只是成千上万颗行星中普通的一员，但是在茫茫宇宙中是否还有其他星球和地球一样有山有水，并且居住着类似人类的智慧生命呢？
在本书中，美国著名的天文学家、科普作家卡尔·萨根先生将以他广博的天文知识和睿智的科学思想，向我们展示古往今来人类对宇宙的认识。在晴朗的夏夜能够看到天空中有一条长长的光带，那是一个亿万颗行星的集合体，今天人们叫它银河，其实在很早的时候世界各地的人们就已经注意到这条光带，而且不同地区的人赋予了它不同的感情色彩。在中国的古代人们管它叫天河，而且还为它编织了一个非常美丽的传说。传说牛郎和织女相爱了，但是触犯了天规，王母把牛郎发配到了人间，而织女偷偷赶到人间，跟牛郎结为夫妻并生下一对儿女，王母知道以后派天兵捉回织女，这个时候牛郎挑着箩筐去追赶，王母一怒之下用玉簪划下了一道长长的天河，从此以后牛郎织女每年只能农历七月初七在银河两岸相会。而在博茨瓦纳沙漠地区的游牧部落，把这条光带叫做夜空的脊梁骨，古希腊认为这是天后赫拉的乳房中流出的乳汁，看来远古时期人类就是这样通过眼睛的观察，再加上想象和猜测形成了对宇宙朦胧的认识。
观察星星有两种方式，一种是观看它们的本来面目，另一种是观看我们想寻找的东西。昴星团是一群年轻的恒星，天文学家认为它们刚刚从气体和尘埃构成的恒星产房中降生不久。蟹状星云是一颗恒星的墓地，在这里气体和尘埃又重新散播到星际空间中去，蟹状星云的中心是一颗正在熄灭的脉冲星。昴星团和蟹状星云都位于同一个星座里，古代的占星术士早就给这个星座起名为金牛座，他们认为这头公牛能够影响人世间的生活。如今天文学家说，土星是由氢和氦组成的巨大球体，外面围绕着一道道由许许多多雪球构成的环，宽度达5万公里；而木星上的大红斑则表示那里正刮着猛烈的风暴，它也许已经咆哮了一百万年，但是在过去占星术士却认为行星能够影响人的气质和命运，木星代表帝王的权威和宽厚的天性，土星却被认为预示着死亡，它还会制造怀疑引起猜疑酿成灾祸，如今在天文学家看来火星和地球一样是块实实在在的地方，是等待开发的处女地，但在过去，占星术士把火星看成是一员战将，是争斗、暴力和破坏的煽动者。天文学和占星术之间，并非一直是泾渭分明的，在人类的大部分历史中它们倒曾经难分难解，不过天文学最终还是挣脱了占星术的枷锁。
人们想把自己和宇宙联系起来，这反映一个重要的事实，就是人类确实是和宇宙有联系的，然而不是通过占星术这种方式，而是通过最深刻的方式联系在一起，地球这颗小小的行星确实受到一颗恒星的影响，那就是太阳。40亿年前太阳使地球上出现了生命，但是太阳只不过是我们所看到的宇宙中10万亿亿颗恒星中的一颗而已。这数不清的恒星，全都服从各种自然规律，人类已经知晓其中的一部分。那么人们是怎么发现确实存在着这样一些定律呢，如果人们居住在一个永远一成不变的星球里面，就不会有多少事情好做了。人们既不会有什么该琢磨的东西，也不会萌生研究科学的动力。如果我们居住在一个变幻莫测的世界上，事物变化的规律极其复杂，或者简直就没有规律可言，那也同样不会出现科学之类的东西。由于人们是生活在一个介于两者之间的世界里，这里事物是变化的，但又是按一定章法变化的，这种章法就是自然规律。如果向上抛出一根木棍，木棍总会掉下来。如果太阳向西方落下，它在第二天早晨又会从东方升起，所以人们有可能从中悟出一些东西来，这就是科学，有了科学我们可以用它来改善自己的生活。人类是善于理解世界的，一直如此，我们之所以能够打猎，能够生活，都完全是因为我们能想出各种名堂来。
曾经有这样的时期，那时候电视、电影、收音机和书籍还没有出现，人们在这样的境况中生活了绝大部分时间，在没有月光的夜晚人们坐在篝火的旁边，注视着星空。夜空是多么迷人啊，天上有图案，如果仔细观察就能看出种种图形，在北方的星空中有一个最容易辨认的星座，北美人把它叫做大勺，法国人的看法也差不多，他们叫它平底煎锅。中世纪的英国人认为它的样子像一架老式的耕地木犁。古代中国人的想法更复杂一些，在他们看来，这些行星载着天界的官员们，这些官员坐在云端里，被侍从们簇拥着绕着天极北极星巡行，北欧人又自有一种想法，在他们看来这是一辆车子，一辆中世纪式样的双轮车，又有人认为这七颗行星是更大幅画面的一部分，因此希腊人和美洲的土著居民并不认为这是一只勺子的柄，而是一头大熊的尾巴。不过要论想像力还属古埃及人最丰富，对于这一大群星星，他们想像了一个罕见的场面：一头公牛和一个男人打斗，后面跟着一头慢吞吞的河马，背上还驮着一条鳄鱼。正如对这个星座有种种神奇的看法一样，对于其他星座情况也是如此。
太阳在日全食以后重又照耀大地，它消失了一夜之后又从东方升起，残月消失后新月又重生，这些都向我们的祖先宣讲着死后复生的可能性，上天为大地演示着不朽的存在。大约1000年前，在北美洲西南部的阿那萨奇，人们用石头修起了一座殿堂，这是一座天文观测台，它用来测定一年中最长的白昼，到了这一天，每天清晨人们都举行仪式，感谢太阳的慷慨仁慈，它们造了座纪念性的大日历，这样阳光便能在某一天并且仅仅在这一刻穿过一个窗口，照到某一个特定的缺口上。
实现这样的精确度是人类智慧的胜利，它的存在比它的建造者更久远，如今这里是一片荒迹，阿那萨奇人已不复存在。他们学会了预言季节的变化，却没能预言气候的变化和干旱的降临，如今只有他们的殿堂仍在这里接纳每年夏至的第一束阳光。在人们的想象中阿那萨奇人会在每年的6月21日，头戴羽毛身披绿松石，来到这里举行仪式赞颂太阳的威力。殿堂上层有28个口，可能代表着月亮再次位于同一星座所需要的间隔天数，花费许多工夫去注意太阳、月亮和星星的真是大有人在，因此别处也有类似的建筑物，如柬埔寨的吴哥窟、英格兰的巨石阵、埃及的阿不希拜尔，还有墨西哥和北美大平原上的乞察尼察，为什么不论是在哪里，人们都要研究天文学呢？
能不能预言季节的到来在当时是生死攸关的大事，人们打羚羊，猎野牛，而这些动物的迁徙是随季节而改变的，各种果实也只有在一定的时候才能采到。自从人们开始了农业生产以后，又得注意在适当的时候下种，到适当的时候收获，长途跋涉的游牧部落也得预先安排好每一年的聚会时间，于是大家便搞出了种种用于制定历法的设施，和其他许多建筑有相同的功能，但是在结构上却相差十万八千里。
只有这座空荡死寂的阿那萨奇古城废墟经受住了时间的涤荡，依然矗立在这里，离开这里不远在一处可说是天险的地方，有另一处判断夏季来临的设施，它的这一功能是无可怀疑的，经过精心安排的三块大石板，只能允许一缕阳光在一年之中白昼最长的那天中午射到，一条雕凿出来的螺旋线中心。
风从峡谷中呼啸而过，但除了我们又有谁在倾听呢？这不禁使我们想到历史上千千万万开动脑筋的先辈，今天的社会就是他们奠定的，而我们对他们几乎一无所知。
太阳、地球和月球的运动变化造就了地球上昼夜更迭、寒暑交替的现象，这个三球仪就向我们展示了太阳、地球和月球的运转，我国古代的人们在长期的天象观测中不仅有了对季节和历法的认识，而且还形成了二十四节气的概念，用来指导农业生产，随着岁月的流逝我们对宇宙的认识越来越深入，我们知道了牛郎和织女这两颗星相隔有150万亿公里，七夕相会只能是人们的美好想象；天空中那一颗颗恒星实际上就是距离我们许多光年的遥远的一个个太阳；我们还知道了地球只是浩瀚的银河系中偏居一隅的太阳系里微不足道的一员，那么现在就让我们打开天文之窗，把目光投向深远的宇宙。
现在，我们乘坐着蒲公英号宇宙飞船开始旅行，前面是我们已经知道的巨大宇宙，我们现在已经远离地球那个港口，处在宇宙海洋中未经探测过的区域，就像海洋中处处点缀着浪花一样，在空间中散布着无数或明或暗的光团。有些光团包含着几千亿颗恒星，这就是所谓星系。它们永不休止地在漆黑的太空中漂移着，我们这条想象之船现在正处在地球到已知的宇宙边缘的中途。在这第一次宇宙航行中，我们要先在科学已经探明了的那部分宇宙进行考察，我们的旅程最后将把我们带到一个遥远的陌生世界。但是，从目前这个空间深度，我们甚至还探测到银河系所在的那个星团，当然更看不到太阳和地球了。
现在我们是处在星系的王国中，离地球有80亿光年。不管我们到哪里，大自然的模式都同这个漩涡星系一样，在整个宇宙中起作用的天体物理规律到处都完全相同。不过，我们才刚刚开始懂得这些规律，而宇宙中却还有许许多多未解之谜。在星系团的中心附近，常常有一个由上万亿颗恒星组成的椭圆星系，这种星系穷凶极恶，会把它的邻居吞掉。这种发生在太空中的龙卷风，大概就是地球上的天文学家们所说的类星体。我们通常测量距离的单位，现在已经没有用了，在眼前这个星系王国里，我们需要使用一个大得多的单位，这就是光年。一光年是光线在一年内走过的距离，它大约等于十万亿公里，光年不是测量时间，而是测量巨大距离的单位。
古代的人把在天上看到的相近的亮星归纳成一个个星座，并且按照它们排成的图形，给星座命名。像猎人的叫猎户座，像武士的叫武仙座等等。而出现在某个星座中的恒星或星系团，就用这个星座来命名，例如武仙座星系团等等。在武仙座星系团里，各个星系之间的距离，大约是30万光年，这就是说，光线从其中一个星系传到另一个星系，需要走30万年之久。如同恒星、行星和人一样，星系也有诞生、成长和衰亡的过程。
星系可能全都经历过一个动荡不安的青年时代，在它们诞生后的头一亿年内，它们的核心可能发生爆炸，从发出的电波来看，它们那时释放出很多很多的能量，使宇宙响彻了爆炸的回声。在靠近核心和能量喷泉的地方，一切都被烧得精光，很难说有多少行星、多少文明在这样的浩劫中遭到毁灭。在飞马座星系团里有一个环状星系。它是两个星系相撞后留下的残骸，是宇宙海洋里溅起的一朵浪花。各个星系都可能发生爆炸或碰撞，组成它们的恒星也同样会发生爆炸，恒星的爆炸就叫做超新星爆发，在这种超新星爆发中，一颗行星发出的光比整个星系的所有恒星还要亮。
现在我们看到的前方，就是天文学家所说的本星系群，它的直径大约有300万光年，里面有20来个星系，这是稀稀疏疏散布在无边无际宇宙海洋中的一串相当典型的群岛。我们现在离地球只有200万光年了，在太空地图上，这个星系叫做M31，它是仙女座中一个巨大的星系，其中有大量恒星、气体和尘埃混杂在一起，当我们从它旁边经过时，我们会看到它的一个小小的卫星星系，星系团和各个星系里的恒星，都是靠万有引力结合在一起的。
在M31星系的周围，有几百个球状星团，我们的前方就是一个这样的星团。每一个星团都环绕着星系的质量中心运转，有些星团含有上百万颗独立的恒星，每一个球状星团就像是一个蜂群，每一颗恒星是其中的一只蜜蜂，他们靠万有引力结合成一个集体，从飞马座星系团到本星系群，有二亿光年的距离，本星系群里有两个主要的漩涡星系，有一个星系同M31非常相似，它的旋臂缓慢地转动着，每二亿五千万年才旋转一周，这就是我们的银河系。
银河系是人类自己的星系。就在从船底座到天鹅座的这条旋臂中，我们人类进化成有意识的生物，具备了一定理解能力。集中在银河系明亮的中心和散布在它旋臂上的恒星一共有四千亿颗，光线需要用十万年的时间，才能从银河系的一头传到另一头。在银河系里，有许多恒星和行星可能还有多种多样的生命，有智慧的生物和彼此相隔很远的文明世界。在银河系的恒星之间，散布着一些超新星留下的遗迹，每一个遗迹是一颗恒星发生强烈爆炸后留下的东西，这些发光的气体，是一颗不久前才炸毁的恒星的外层部分，这些气体把构成恒星的原料送回到太空中去。在超新星遗迹的中心，是原来那颗恒星的残存部分，它缩小了，密度变得非常大，它像是一座天然的灯塔，每秒钟自转两周，不断闪烁着，发出电波，这就是所谓脉冲星。
脉冲星发出闪光的时间非常准确，所以，人们曾把第一次发现的脉冲星当作外星人发出的信号，以为它是为那些在恒星间航行几光年的大船设计的航标。外星人和星际飞船也许是有的，但是，脉冲星并不是他们的信号灯，事实上，他们只是一些恒星的残骸，那些恒星永远不复存在了。
星星也是会死亡的，我们现在继续朝着银河系的平面下降几千光年，银河系从侧面看去，里面有几十亿个烧着核燃料的火炉，在把物质转变成恒星的光辉。有些恒星，像肥皂泡那样轻薄脆弱；有些恒星，却比铅还要密实百万亿倍，那些最热的恒星，注定要早早死亡。可是那些又大又红的红巨星，却大多是上了年纪的老寿星。这样的恒星不会有可以住人的行星，像太阳这样个头不大的黄色恒星，即所谓黄矮星正当壮年。在银河系里处处都有这样的恒星，这样的恒星可以有一个行星系统。在这次航行中，我们现在第一次在这样的行星上看到一些宇宙中少有的物质形态，这就是冰和水、岩石和空气。在靠近这颗黄色恒星的地方，有一个小小的温暖而多云的世界，上面有陆地和海洋，在这样的条件下有可能出现一种更为珍贵的物质形态，那就是生命。
不过，这颗行星并不是地球。这里的智能生物已经很先进了，他们用规模宏大的工程改造了这颗行星的表面。在银河系里可能有许多已经从物质演变成精神世界。
现在还无法确信，这些生物同我们有没有巨大差别，它们长成什么模样，它们有什么样的政治、科学技术、音乐和宗教，它们是不是有我们根本想象不到的文明？以及它们是不是也有它们自己的忧虑和危险？在由星际气体形成的许多发亮的星云当中，有一个猎户座星云，它离地球只有一千五百光年，这三颗明亮的恒星被地球上的人们看成猎人身上那条佩带宝剑的腰带。从地球上看这个星云只是一个光点，它就是猎人宝剑上正当中的那颗星。其实，它根本不是一颗星，而是完全不同的另一种东西，是一片把大自然的秘密场所遮掩起来的云。它是恒星的摇篮，是恒星诞生的地方。
恒星是靠万有引力把气体和尘埃凝集在一起而形成的。当它们的温度升到很高的时候，他们就开始发光，有些星云却是恒星死亡后的墓地，不过这里的星云却是恒星诞生的标记。在星际气尘云荫蔽的内部，凝聚成一些恒星以后，这些恒星会怎样呢？昴星团是由年轻的恒星组成的一个松散的星团。其中的恒星只有五千万岁，这些羽毛未丰的恒星刚刚从太空中出现，它们的周围还有模模糊糊的一团团气体和尘埃。在这些恒星之间漂浮着一些像淡墨迹那样的云块，它们是由细小的砂砾、有机物质和冰晶组成的，里面有几颗恒星开始在发光，这些恒星附近的冰蒸发了，被恒星风吹到后面形成了像彗星那样的长尾巴，在这些恒星之间，漂移着直径约几光年的乌云，里面有各种各样的有机分子，到处都有能够形成生命的单元。有机分子是很容易形成的，到底在多少地方，这类复杂分子已经组成了可以称为生命的东西呢？大多数恒星都三三两两由万有引力束缚在一起，组成独立的系统。每一个系统，离开它的邻居都有好几光年。我们的前方是一颗普通的黄矮星，它的周围有九个行星，几十个卫星，几千个小行星和几十亿个彗星，这就是我们的太阳系。
从地球到海王星和它的名叫海卫一的巨大的卫星，光线只需要走四小时，我们对这两个天体了解得极少，即便是在我们自己的太阳系，人类也才刚刚开始进行探索。
在一个世纪以前，我们就连有冥王星这件事也不知道，它的卫星冥卫一直到1978年才被发现。天王星的光环也是1977年才第一次探测到的，在这条通向地球的航路上，还有许多新世界在太空图上并没有标出。土星是一个庞大的气体世界，如果它有个固体表面的话，那也必定是深深隐藏在我们现在看到的云层底下。土星那些壮丽的光环，是由几万亿个围绕它运转的雪球构成的。
现在我们离地球只剩下15亿公里了，光线只要走80分钟就到了。木星是我们太阳系里最大的行星。在它背光那一面的云层中闪耀着极强的闪电。在木星轨道的里面有无数纷乱破损的小世界，它们就是小行星。这些密布的暗礁险滩的内侧，再没有像木星那样巨大的行星了。
我们现在正在进入太阳系的内海区域，这里的几个行星都有稀薄的大气和固态的表面，是同地球相似的世界，人类正在深入地探测它们，这是火星。1976年两个来自地球的探测器经过一年的航行后，在火星这个陌生的港口上了岸，在火星上有一个直径约为五百公里的火山口，这座火山的高度几乎达到珠穆朗玛峰的3倍，我们把它命名为奥林匹斯山。这是一个奇异的世界，火星上有些古老的河谷，狂风在这个行星上，刮起一阵阵猛烈的沙暴，风速达到声速的一半；火星的表面有一条大裂缝，长达五千公里，它被称为水手号河谷，这是用从地球前来探索火星的宇宙飞船水手号命名的。在这第一次宇宙航行中，我们只是开始对火星和所有其他行星、恒星和星系进行初步考察，在以后的航行中，我们要比较充分地考察它们。现在我们只要用光线的速度再旅行几分钟，就要到达一个蓝色的多云世界，这是太阳外面的第三个行星，它是我们这次长途旅行的终点，也是我们开始旅行的出发点。
这次旅行使我们能像从别的世界来的人那样，重新认识我们的地球。地球只是茫茫宇宙中的沧海一粟，但这颗蓝色的行星却是我们人类美丽的家园。1961年苏联第一艘载人宇宙飞船东方号发射升空，宇航员加加林成为从宇宙中俯瞰地球的第一人，他是这样描述的，我第一次亲眼看到地球表面的形态，地平线呈现异常美丽的景色，淡蓝色的晕圈环抱着地球，天空中群星灿烂轮廓分明。
古人把它看作是天神，今人认为它是位于太阳系中央的动力源头，一个产生光热和生命的大火球，它就是太阳。但我们的太阳从哪里来，最终又会到哪里去呢？大约50亿年前一个巨星奄奄一息，这颗巨星突然爆炸了，成了超新星，强大的冲击波向大片氢云呼啸而去，形成气体和尘埃环，在核心部位原子炉点火，我们的太阳诞生了。与此同时太阳系的九大行星形成了，这个太阳王国像一个巨大的气泡，人们称它为日球，在它的内部是太阳的领地，它的外部则是星际空间，太阳是能量的源泉。太阳给我们的世界送来光和热，一切生命都依赖它，燃烧石油产生的动力就是几百万年前植物通过吸收太阳能存储起来的。那么太阳是什么呢？是我们自己的恒星吗？在深深的太阳内部温度高达1500万摄氏度，那里的核反应将氢原子聚合为氦原子，太阳每秒释放的能量相当于它每秒钟损失400万吨的质量，我们假设把太阳一片片切开，看能量是怎样向外面传播的，从白炙的高温内核到达表面，能量传输耗时一百万年，从太阳表面辐射出的能量成为太阳光，它通过一亿五千万公里的路程到达地球，通过光谱分析特别是不可见光的光谱分析，天文学家发现了太阳的成分，氢元素占73%，氦元素占24%，另外还有一些较重的元素。太阳的表面是黄色的光球层，它的上面是形如焰火的色球层，这是太阳黑子，这些黑子周期性出现在太阳上，这是一群黑子，它们20天内长大，两个星期内衰亡。瞧，转动的表面布满了黑子，有时候太阳表面又没有任何黑子。太阳上出现黑子表示太阳上有磁活动，一些黑子是磁力线穿出太阳表面的地方，另一些是磁力线重新进入太阳内部的地方，太阳就像一个圆球型洒水器围绕着巨大的磁环，每间隔11年太阳的磁极反转一次，两次反转的中间是太阳活动的活跃期，太阳磁场发源于太阳表面以下的气体。
太阳表面的旋转速度并不均匀，在赤道上，26天转一圈，而在两极37天转一圈，这种旋转差别使磁力线发生缠绕和扭曲。在太阳的色球层，气体构成的弧状物反映了磁力线的形骸，日珥突出太阳表面，形成五万公里高的弓形结构，爆发在表面，日珥是喷发的炙热气体，这种喷发过程由太阳内部磁场能量释放引起，这是一个巨大的日珥，它的喷流伸展到太阳高度十万公里处，它的喷发能量相当于一千万颗氢弹。
月球是我们最近的邻居，是我们在宇宙中的伙伴，它离我们是那么近，以至于有12位宇航员先后登陆到月球上，并安全返回家园。月球是地球的小伙伴，但它对地球上所有一切都有引力作用，海龟选择在新月或者满月的时候上岸产卵，这时也有利于幼龟的孵化。月球不仅对生物周期有影响，而且也影响着潮汐，月球通过逐渐减慢地球的自转速度，使我们日长从6小时增加到24小时，几十亿年以后它将使日长增加到现在的50倍。地球的直径为12700公里，是月球直径的四倍，地球的质量是月球的八十倍，绕地球的赤道飞十圈就是到月球的距离。月相是阴影效应，是由于月球只有一半的表面被太阳照亮而产生的，此时太阳是从左边照射月球的。如果我们从太空中观察月球，在它进行27天绕地球轨道运动时，有一半的表面一直被照亮着，但我们从地球上看过去，月球被照亮的大小每天都在变化。
在一次与半个地球大小的陨石碰撞后，一颗环绕红热的原始地球的碎石带形成了，我们认为这样一次碰撞形成了月球。从地球的地壳及地幔喷溅出的物质固化，及太阳系中穿梭不停的星子构成了月球。这是婴儿期的月球，45亿年以后月球仍保留陨石撞击的伤痕，月面黑暗区域即所谓的月核，月核呈现这样的形态，是因为早期月球的内部还是液态的，就像是一个鸡蛋，当月壳被太空中的岩石击穿所形成的盆地就被月壳下涌出的熔岩填满，固化成海，即黑色岩石的海洋。这种向上的涌流直到大约30亿年前才停息，那时月球的表面开始变硬就是月球现在的表面，月球表面不会受到风和水的侵蚀，也没有植被，完全是一次又一次陨石撞击的记录。侵蚀旧的陨石坑的只有新形成的陨石坑，有的环形山形成于另外一个环形山中，这个90平方公里的环形湖中有如此多的陨击痕迹。这是一块不毛之地，既没有空气，也没有生命，白天温度达到摄氏120度，夜晚降到零下160度，重力也只有地球上的六分之一。
宇宙是什么，汉代的天文学家张衡说：“宇之表无极，宙之端无穷。”到今天为止，对宇宙这个无限的时间与无限的空间，我们的认识也只是掀开冰山的一角，但是，人类探索的脚步将永无停息，而我们对宇宙的了解也就在不断地纠正偏差中逐渐深入。
