月球，星空一瞥（出发后第2天）
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月球，星空一瞥
出发后第2天
天空的月亮啊，你在做什么？
告诉我，你在做什么，静静的月儿？
你夜晚出来遨游，
凝视空旷的人间，然后又悄然隐去。
你在永恒的路上来回徜徉。
——[意大利]贾科莫·莱奥帕尔迪[1]
[1]贾科莫·莱奥帕尔迪，意大利19世纪著名浪漫主义诗人。
我们使用常规的推进系统，出发两天后，到达了第一站——月球。它具有丰富的象征意义，总是成为人们凝望夜空时关注的焦点。它是地球的卫星，质量只有地球的1%，距离我们384 000千米，光只需要一眨眼的工夫就可以从我们这儿传播到月球。月球上岩石众多、环境恶劣、坑坑洼洼；夜晚寒冷，白天炎热；没有大气、水和生命。尽管如此，它是离我们最近的天体，美妙地悬浮在夜空中，洒落下皎洁的月光，所以对我们来说，它依然非常迷人。它总是人们心驰神往的对象，因此出现了很多有关它的诗歌和歌曲、思绪和幻想、梦境和神话。直到它被征服的那一刻，直到1969年7月20日，宇航员从月球上遥望我们的蓝色星球时，我们才最终建立起与月球的稳固关系。
当我还是个孩子的时候，我总是不明白为什么月亮总用同一面朝着我们。当然，人们会说：“因为月球绕地球公转和它自转的周期是一样的，约等于27.3天。”“但为什么公转和自转的周期一样呢？”即使是一个微小的差异也足以让我们在几晚之内看到它的全部面貌，但是我们并没有实现愿望，两者是完全相同的。
我们必须研究天体力学才能得到答案，而这绝非易事。40多亿年前，由于传说中的行星“忒亚”与地球的灾难性撞击，月球形成了，并进入围绕地球运转的轨道。本来两个天体的自转周期是不同的，但它们之间的潮汐力起了直接作用。今天我们看到的海水涨落正是受月球潮汐力的影响。两个天体之间的距离越近，引力的作用就越强。因此，月球的引力会吸引地球，地球上离它最近的那一面的水域也会被引力“拉起来”。同时，潮汐力也阻碍了月球的自转，靠近地球的那一面受到比较大的引力。就这样，月球被地球的潮汐力逐渐拖慢了自转速度，直到由地球和月球组成的行星-卫星系统的能量最小化，两个天体的形态保持恒定——英语称这个现象为“潮汐锁定”（tidally locked），也就是月球永远以同一面朝着地球，自转和公转的速度也完全相同。这确实是天体力学的一个奇迹，意味着我们永远看不到月球黑暗的另一面，尽管我们知道这两面是相似的。然而，我们也应该看到，地球和月球之间的潮汐锁定只作用于月球，使得我们地球上的观察者只能看到月球的同一个面，而地球的自转速度是变化的。完全的潮汐锁定，即无论对于地球还是月球来说，都只能看到对方的同一个面，可能发生在几十亿年以后，如果那时地球和月球还存在的话……
月亮周围是漫天的星星。在没有月亮的夜晚，我们可以用肉眼看到成千上万的星星。然而，在宇航员从月球表面或空间站拍摄的照片中，却看不见任何星星，那是因为月球表面或宇宙飞船的亮度更大。但现在，当“卡拉维尔号”的船员们望向黑暗的太空时，会看到令人印象深刻的景象：那里有数百万、数十亿的小点。和地球上看到的景象不一样，它们是冰冷而暗淡的，然而它们中的每一个都不亚于一个巨大的热核熔炉，它们主要发射中微子，总能量的一小部分转化为光子，它们是能量的载体，生命的创造者。在完全黑暗的背景中，我们能看到明亮的光线，这和我们在地球上看到的白天的天空不一样，因为地球上还有大气层。白色的太阳光是由不同波长的光混合而成的，这些光有不同的颜色：红色、黄色、绿色、蓝色。不同波长的光与组成大气层的各种不同的分子发生相互作用，尤其是和氮气、氧气相互作用，而且光的波长必须和分子的大小相当。与红光或黄光等波长较长的光线不同，蓝光的波长较短，它与大小相似的气体分子相互作用后，被散射到各个方向，这就使得无论从哪里观察天空，总会有蓝光照射到我们眼睛上来，因此我们看到的天空如此美丽、湛蓝、明亮。我们也可以用同样的原理解释天空调色板上的其他颜色的散射。日落时天空的红晕由太阳的侧光形成，它必须在大气层中经过更长的时间才能到达我们的眼睛，这使得蓝光成分因过于弥漫而不够凸显，因此我们眼中看到的是红光和黄光。我们再来看云，它之所以非常白，是因为组成它的颗粒物足够大，可以让光谱中的所有光线在其中广泛扩散。而所有这一切都不会发生在大气层之外的宇宙虚空中，在那儿，没有任何能使太阳光传播的介质。虽然天体被阳光照亮，但天空异常黑暗，就像在月球表面看到的一样。宇宙的背景就像一块令人不安的黝黑的画布，在其中，我们能同时看到壮丽的太阳、地球、月球以及数以亿计的星星。
星星也总是梦想和恐惧的根源。艾萨克·阿西莫夫在他的小说《日暮》中讲过一个遥远行星的故事，这个行星一直被六个太阳照耀。因此那里没有黑夜，而居民们都对黑夜极度恐惧。在他们的宗教传说中有这样一个事件：有一天，那里发生了一场罕见的日全食，光明消失了，这诡异的一幕让从没见过黑夜的人们全都发了疯，他们无法适应持续的黑暗。后来，他们的科学家预测，这一事件将会再一次重演，随着预测的那一天的临近，一股恐惧涌上人们的心头。在日食的那天，黑暗再一次无情地降临了，它很快将光明全部吞噬。就在那时，一件令人意想不到的、也许更加恐怖的事情发生了：在漆黑的夜空中，出现了无数的小光点，它布满了整个宇宙。这幅令人目瞪口呆的画面使人们集体陷入了疯狂。
星星实际上是非常巨大的物质体，只因为离我们很远而显得毫无害处、充满诗意，温柔地点缀在夜空中。在过去的几个世纪，人类选择了其中一些明亮的光点作为星座。这些星座在现实中并不存在，它们只存在于我们的意识中，成为一种持久的心理建构、心理暗示。在观察一组构成一幅图案的恒星时，人们认为它们属于一个特定的、固定的、永恒的群体，然后毫无理由地认为它们会对人类的生活施加一定的影响（占星术的寓言故事）。但是星座中的恒星实际上没有任何空间或物理上的关系，唯一的关系就是一个离我们相对较近，另一个离我们很远；一个很明亮，一个不那么明亮。因此，没有什么比星座更虚假的东西了，它纯粹是一个假象。但星座对古代人非常有用，能帮助人们定位并找到方向，因为那个年代没有指南针和类似“卡拉维尔号”上的精密仪器。星座能够指示朝这个方向走还是朝另一个方向走，它是我们的宇宙飞船将要跟随的可靠向导。
星辰不仅是诗意阅读的关键元素，还是浩瀚宇宙的重要组成部分。在我们宇宙漫长至极的生命中，它们诞生的时间相对较早。大爆炸后大约1亿年，引力开始作用于宇宙，那时的宇宙仍在迅速膨胀。引力对宇宙物质的影响要大于其他自然力的影响。宇宙物质在那个时候基本上是氢气，它的原子由一个质子组成，环绕在其周围的是一个电子形成的电子云。最轻的元素氢、氦、锂，在宇宙生命的最初几分钟就已经形成：那时，诸如质子和中子这类的粒子之间的距离很小，宇宙原生物质的密度极高，温度也极高，这一切引发了热核聚变反应。
宇宙诞生初期，量子的微小波动使得宇宙空间各处形成了一些点，这些点比周围邻近的点更有能量、密度更大。随着时空的膨胀，量子波动的范围也越来越广。这些波动使得新产生的物质在空间中的分布变得不均匀。因此，引力成功地吸引了星际气体中大量的氢原子，并迫使它们集中在某些特定的点上，氢原子越聚越多，形成了吸积盘，最终成了恒星。宇宙中第一代恒星就这样出现了。由于引力的作用，在这些原恒星的中心区域，气体的密度和温度都急剧增加。核聚变反应在大爆炸后的几十分钟就结束了，但在恒星的中心区域又开始了，它一个接一个地点燃了恒星，就像日落时城市里亮起的成千上万的灯光一样。
质量-能量的转换机制是恒星运行的基础。在众多恒星深处发生的核聚变反应中，大量的能量被释放出来，以光和热的形式出现，这一转化过程是缓慢、持久的。越来越重的原子核形成的过程持续了几十亿年，直到足够的能量确保它的产生。通过这种方式，一些重元素出现了，我们在地球上也能找到这些元素，它们构成了生物体，比如氧、氮、碳等。一颗按照规律运行的恒星是一个平衡点，一方面，它通过内核强大的热核反应向外释放能量；另一方面，它的引力会进一步让炽热的气体团坍缩，而气体团是构成恒星的主要物质。
氢气作为最初的燃料，在宇宙中非常普遍。它占据了宇宙中所有出现的元素的约75%，而剩下的25%几乎都是氦气。就像之前说的那样，两者在大爆炸不久后就产生了，因为刚刚诞生的宇宙温度非常高。恒星中的氢聚变到氦聚变的转化会增加更多的氦。尽管恒星是除氢以外的所有元素的唯一制造者，包括如今出现在地球上和所有生物体内的大部分原子，它制造的重元素的序列却止于铁；元素周期表铁元素后面的元素将不会产生，因为需要从外面吸收大量的能量。它们会以另一种方式生成，我们后面会简要提到。
从科学的角度来看，太阳发挥着十分重要的作用。首先，它是离我们最近的恒星；其次，它是地球上所有生物体（包括人类）使用的所有能量的来源，无论是直接的光和热，还是间接的化石燃料，在遥远的过去，人们已经通过化石燃料用上了太阳能。今天，我们对太阳已经有了很多的了解，但矛盾的是，仍有许多模糊不清的地方。当我们的这个恒星从一团氢气星云内形成后，它已经不停地工作了约4.6亿年，随着时间的推移，它的组成成分和结构发生了明显的变化，先是从氢元素变成氦，然后又变成锂，等等。它比形成初期明亮了50%，而且更大，半径增加了15%。虽然没有确切的证据，但可以想象，这些变化已经在同时期影响了地球上生命的诞生。我们这颗恒星足够大，成了它所在星系的“女王”：它的直径约140万千米，是地球直径的110倍。地球的大小如同众多的太阳黑子中的一个，这些太阳黑子周期性地使太阳光亮的表面长出“黑斑”来。太阳的质量占据了整个太阳系质量的约99.9%，是我们地球质量的足足33万倍。太阳的平均密度虽然低于地球，但也足够高，这一点告诉我们，即使是一颗被人们误认为只是一个气体球的恒星，它的内部也含有大量的致密物质。
说到这一点，人们不禁会问，为什么太阳和其他所有恒星都呈现出球形结构呢？为什么它们不是立方体或金字塔形呢？这和自身引力作用下的数理结构有关，任何具有质量的物体都有引力。引力只取决于距离——准确来说，是取决于两个相互作用的物体的质量和它们之间的距离——即与具有质量的两个物体之间距离的平方成反比。因此，这产生了一个球形对称的引力场：一个具有质量的物体能够以同样的方式、同样的强度吸引所有同距同质量的小物质。就像我们看到的某一恒星一样，它的大小是由它内部的力的平衡所决定的：一方面，在引力作用下，气体分子向恒星中心移动；另一方面，内部释放的巨大能量使中心向周边膨胀，产生了向外的压力。
类似的说法也适用于行星，它们也是球形的。实际上，它们并不是完美的球体：除了自转会产生微小的差异以外，像地球这样的岩质行星表面是不规则的，有高山和洼地。行星的形状之所以不规则，也可以用几股对立力量之间的平衡来解释。我们以一栋摩天大楼来举例。它的平行四边形结构得以维持是由于它的结构不受重力的影响而坠落，多亏了支柱和大楼基础的支撑。如果不是这样的话，大楼的组成部分会落向地球的中心，在其表面聚集，促使地球更像一个球体。同样的讨论也适用于自然界的不规则物，比如高山。同样，很多类似小行星、彗星那样的相对较小的天体也呈现出不规则的形状，有的像雪茄，有的像圆盘。在这两种情况下，摩天大楼的工程结构或自然界的某种结构克服了引力的作用，使其呈现非球状的形状，而引力则会自然地“建立”球状的物体。然而，当物体的质量超过了一定的限度，它的结构就会崩塌，会陷入自身的重量中。这种情况会发生在一些大型天体上，如月球或地球，当它们形成的时候，引力显示出它强大的一面，结果就使其变成球形。对于恒星来说也是一样的道理。
恒星运转过程中的能量转化也是惊人的，其内部有一些类似热核熔炉中的反应：在太阳内部，每秒钟有6亿吨氢气被转化为氦气，质量随之发生变化（大约每秒500万吨的差异）。由于质能等价定律，这些能量中的一小部分转化为光子，为地球带来光与热，而一大部分则变成了数量巨大的中微子：它们是一种难以被探测到的基本粒子，产生于各种热核反应中，这些热核反应发生在太阳以及其他恒星的内部。太阳产生了如此之多的中微子，以至于每秒有约600亿个中微子穿过地球表面每平方厘米的面积，尽管地球距离太阳十分遥远，大约1.5亿千米。庆幸的是，中微子作用于包括生命体的地球物质的可能性微乎其微。否则的话，地球上就不会有生命存在，我们人类也就不用在这里担惊受怕了。
几十年来，太阳中微子的流量问题一直是困扰天文学家、天体物理学家和粒子物理学家的一大难题，直到2000年初，他们才找到了问题的最终解决方案。其实，早在20世纪60年代初，也就是1956年发现中微子后不久，科学家们就提出了这一问题。1956年，科学家通过核反应堆中的核子的受控裂变——大约每秒1020次，找到了中微子存在的证据——实际上是反中微子。后来，第一波开创性的实验证实了在太阳的核聚变反应中能产生中微子，但是，测出来的中微子的流量明显低于预期，与太阳物理学模型预测的中微子的数量极不吻合。围绕“中微子失踪”这一问题的科学争论持续了很久，对于错误的各种指责也广泛流传于理论和实验物理学界。理论物理学家相信他们的预估是可靠的，而实验物理学家也坚信他们非常复杂的探测方法。最后，经过了各种推测和实验的澄清，人们得出了所罗门王似的结论：两个阵营都是正确的。
来自意大利比萨的物理学家布鲁诺·庞蒂科夫带来了问题的最终解，他基于量子物理学机制提出了“中微子振荡”（oscillazioni di neutrino），这是他早在20世纪50年代末就提出的假设。现在，中微子被分为三种：电子中微子、缪中微子和陶中微子，通过与物质的特别反应才能被区分。根据庞蒂科夫的假设（这一假设在几十年后成功得到了验证），存在一种可能性，那就是中微子在飞行过程中能自发变成另一种，比如从电子中微子变成陶中微子，再变回电子中微子等，这一过程像波一样振荡，对于像变色龙一样的粒子来说，这个过程十分典型。于是，对于太阳中微子失踪的解释就像哥伦布的鸡蛋。在太阳内核深处产生了电子中微子，然后它们飞出太阳表面，开始了一段8分钟、1.5亿千米的旅程，到达地球后，与地球上的探测器相互作用。然而，第一波开创性的实验所使用的这些探测器只对电子中微子敏感，它们并不能识别出其他种类的中微子，电子中微子在穿过太阳的物质体、从太阳到达地球的过程中已经部分转化为其他中微子了。
说到恒星的大小和种类，我们观察到了一个有趣的现象：从结构方面来看，虽然它们是相对简单的物体——巨大的炽热的气体球，伴有一个坚实的内核，它们复杂的物理运行机制却使其呈现出丰富的“动物学”属性。我们通过“红超巨星”“白矮星”这些名字就能判断出恒星的大小和它们所散射出的光谱。比如，发出蓝光的恒星比发出红光的恒星“年轻”，而后者已经到了生命的末期。红超巨星尤其有意思，可以让我们了解很多恒星物理学的规律。它们是一些无比巨大的恒星，其体积比类似太阳这样的中等大小的恒星大几千倍，甚至几百万倍，它们可能在逐步地演变。
我们再来一起看看太阳。它现在已经处于生命的中期，正在稳定地燃烧氢气，产生氦气和能量。这一巨大的气体球正处于流体静力学和热平衡状态：向外辐射产生的压力和自身的引力处于平衡状态，引力会使恒星的质量向自身坍缩。这样的平衡状态将在大约50亿年后结束，届时这颗恒星将开始经历一个非常不稳定的阶段。在太阳的生命周期结束时，氢气将几乎完全转化为氦气，热核反应也将停止。太阳密度最高的中心区域将在自身重力的作用下收缩。残留下的一点氢气将占据太阳的一个内部区域，在那儿，依旧很高的温度将引发残留气体的聚变。同时，外层表面将开始膨胀，使得太阳的体积显著增加。因此，产生的能量将分布在一个比原来大得多的区域，这造成了太阳温度的降低，这样的温度对应的是红色。太阳将侵入水星的轨道，摧毁这颗小行星，从而使地球上的生命无法生存。50亿年虽然是一段非常漫长的时光，但这将是我们地球和它的居民生命的终结时间。宗教中所谓的世界末日被科学无情地预测到了。到了那时，地球的温度急剧上升，所有海洋中的水都将蒸发，大气层将扩散到太空中，因为构成它的原子的能量将非常高，不再受到地球重力的束缚而围绕在地球周边。如果这一幕出现的话，将会是人类和所有形式的生命灭绝的一刻。对于人类来说，对于想要进一步进化的物种来说，唯一的希望就是迁移到对生命足够友好且并不十分遥远的其他星球上。
如果恒星的原始质量最多是太阳的几倍，那么内核的坍缩过程就会停止。而对于质量明显较大的恒星，内核的坍缩将继续进行，由于星体内部的温度非常高，就会渐渐合成更重的元素。这个过程最终会产生剧烈爆炸，于是，超新星形成了。从字面意义来看，超新星的形成过程是爆发式的，因为它会引发巨大的爆炸。在爆炸中，所有构成超新星的物质会以巨大的力量抛射出去，很多新产生的元素散落到周围的宇宙空间，最终形成了行星上的物质和星际气体。另外，超新星喷发的物质产生的冲击波被认为是加速一部分宇宙射线辐射的“引擎”，这些射线袭击了地球和其他的行星，爆炸也加速了基本粒子的释放，通常是质子和轻质原子的原子核。对于我们人类的时间尺度来说，超新星爆炸是一个相当罕见的现象：在类似我们的星系里，平均每个世纪发生两次。
1987年2月22日至23日，人们目睹了一次壮观的超新星SN1987A爆炸事件。它位于大麦哲伦星云中，距离我们仅有16.8万光年，也就是刚刚出银河系。事实上，爆炸发生在那一天之前的16.8万年，但由于遥远的距离，爆炸发出的光经过了16.8万年才到达我们这里。一颗恒星在其生命的最后阶段，从一个苍穹中不起眼的小光点变成了一个亮度仅次于月球的闪光体。超新星爆炸释放的总能量为1046焦耳：作为参照，太阳一年释放的能量仅为1034焦耳。然而，只有0.1%的能量转化为光，其余99.9%的能量都以数量惊人的中微子的形式释放出来。爆炸的那天晚上，每个人都被约10万亿个中微子击中。该事件标志着中微子、物理学、天体物理学研究的一个里程碑，也代表着一个重要的新学科的诞生：中微子天文学。日本的物理学家小柴昌俊通过他所发明的神冈探测器，明确检测出爆炸释放的少量中微子，他也因宇宙中微子探测方面的开拓性贡献获得了诺贝尔物理学奖。
有一个重要的方面需要说明一下，在超新星的形成过程中，内部极高的温度和密度会促成比铁更重的元素的合成，我们会在宇宙中，尤其在地球上找到这些元素。这些元素在爆炸中猛烈地喷射出来，在我们地球上合成了多样的化学元素，从而有助于生物多样性的形成，至于其他一些贡献，目前尚不清楚。因此，超新星是生命的缔造者，尽管距离太近的超新星爆炸会给生命体带来灾难性的后果。事实上，在一个特别近的超新星（几百光年或更少的距离）的爆发中产生的巨大的辐射量对于地球生命来说是致命的。也许地球史前的一些古老的（包括那些灭绝的）生命形式已经经历了这样的灾难。有一次灾难发生在约5.5亿年前，造成了地球上大部分生命体的死亡，但却为新物种的出现开辟了道路，今天的哺乳动物就从这些物种演变而来，然后，又出现了人类。
超新星爆炸的残余物形成了一颗中子星。恒星演化到末期，引力坍缩使得组成恒星物质的原子极度压缩，甚至电子被压缩到原子核中，同质子相互作用。具体来说，电子在原子核内被挤压，所带的电荷被中和，在各种相互作用中产生了数量巨大的中微子和其他中子。后者和之前就存在于原子核中的中子紧紧压缩在一起。因此，恒星的物质密度变得非常高，原子内部的空间消失了，整个中子星就是一个密度巨大的原子核。1立方厘米的“中子”物质可以重达5亿吨！一颗中子星的体积非常小，半径只有几十千米，表面的温度却极高，达到千万度。新形成的中子星一方面受到极强的引力的作用；另一方面，根据泡利不相容原理，原子核内的中子之间的斥力进一步抗衡了引力，这样，力的平衡就形成了。如果母体恒星的初始质量明显大于形成中子星所需的质量，引力将继续发挥巨大的作用，物质的坍缩将继续进行，最终会形成神秘的黑洞。关于这个黑暗的宇宙怪物，我们后面会讲到。
作为超新星演化的产物，中子星在宇宙中是相当常见的：根据预估，仅在银河系就有约1亿个中子星。它们另一个奇特的特征是会围绕自己急速旋转。母体恒星也会自转，就像几乎所有天体一样。当恒星的体积在自身引力作用下缩小时，它的旋转速度就会越来越快，这就好比一个滑冰运动员将手臂靠近身体来增加旋转的频率。中子星的自转频率可以达到每秒几百转。大多数时候，自转伴随着强烈的周期性电磁辐射，这样的天体又被称为“脉冲星”，人们在很遥远的地方就能看到它们，就像水手看到海岸边灯塔闪烁的光芒一样。
然而，布满宇宙的神奇物体还不仅是超新星、脉冲星和中子星。还有一种叫作“伽马射线暴”（Gamma Ray Bursts，缩写GRB）的“宇宙怪兽”，它伴随着巨大能量的释放。1963年，美国发射了“维拉号”卫星，用于监测苏联进行原子弹试验时产生的大量伽马射线，即高能光子。几年后，这颗卫星发现确实存在伽马射线的放射，但来源不是在地球上，而是宇宙空间。20世纪70年代初，当“维拉号”的数据被解密后，人们打开了一扇迷人的观察宇宙的新窗口。“伽马射线暴”指的是伽马射线强度在短时间内突然增强的现象，这一爆射释放的能量相当于在欧洲核子研究中心实验的粒子加速后的能量。爆射的持续时间从几百分之一秒到几十分钟不等，从宇宙的时间尺度来衡量，这个时间相当于昙花一现。然而，就在这极短的时间内，射线的强度非常大，因为它由大量的高能粒子组成。
导致伽马射线暴的主要原因是宇宙中的一些灾难性事件，例如超新星坍缩或中子星合并。在这些情况中，根据不同的物理机制，在射线暴的源头周围，产生了两种方向相反的、强烈的、高能的射线。在地球上差不多每天都能观测到一次伽马射线暴。人们发现，射线暴的源头在银河系外，因此非常遥远。但是，射线的强度极高，即使经过遥远的距离到达我们地球，释放的能量也是巨大的：射线暴在一秒钟内释放的能量相当于一颗典型的恒星在几十亿年的生命历程中释放的能量。不管怎样，伽马射线暴在星系中还是一个少见的事件。在大小类似于我们星系的星系中，每百万年才发生数次：这正是为何尚未观测到在我们附近发生射线暴的原因。
关于伽马射线暴对地球生命体的各种影响，人们已经做了很多研究工作。如果伽马射线暴发生在银河系内，从离地球很近到银河系中心这个范围，如果它准确、直接地击中了地球，很明显，将会产生破坏性的影响。事实上，被射线暴不幸击中的半球会受到大气层的保护，它将吸收大部分的主要射线。问题在于从中长期来看，巨大的能量释放将极大地扰乱盖亚假说提出的生态微平衡系统，大多数生物物种可能会消失。过去银河系中发生的伽马射线暴或许是地球史前生物大规模灭绝的合理原因之一。
现在，让我们回到形成第一代恒星的时刻。一旦形成，它们就开始助力构建原始的星系，这一切又得益于引力的作用。原始星系形成时间相对较早，宇宙大爆炸后5亿年可能就已经形成，有些来自气态原始星云。从那时起，很多的恒星和星系诞生、生存、死亡，这种活跃的轮回状态至今仍在宇宙的各个角落上演，循环往复，一刻不停。值得一提的是在大爆炸后的30亿年，恒星的数量急剧增加。如今，我们看到银河系里的恒星种类繁多、大小各异，同样的情况也会在其他星系中发生。
我们在之前还提到过“红超巨星”，有一些体积是巨大的：“盾牌座UY”是迄今发现的最大的恒星，它的大小让人叹为观止，如果有需要的话，它完全可以作为巨大宇宙的一个明亮的标志。它是一颗红色特超巨星，直径是太阳的1 700倍，约等于10亿多千米。太阳和它的对比就好像一颗葡萄和一个直径35米的气球，而我们的地球就像一个针头大小。光线从盾牌座UY的一端穿到另一端要用两个多小时的时间。这颗恒星有一天将以一次惊人的超新星爆炸事件终结它的生命。（记住，当爆炸发生时，千万不要离它很近……）
在星系的深处，在恒星之间，基本上是虚空，有时一些稀薄的星际气体弥散其间。从另一个角度来看，假设一艘宇宙飞船以直线方式穿越星系，它只可能有1037分之一的机会撞上构成该星系的数千亿颗恒星中的一颗！恒星可能体积非常巨大，但它们之间的距离也极度遥远。如果我们向太空望去，望向天空中没有星星的那片区域，银河系内的星际气体就可能被我们注意到。有一种情况可能会发生：在遥远的恒星之间的大面积的星际气体和尘埃可能会遮蔽恒星发出的光芒，致使我们认为宇宙中会存在没有星星的区域。
如果说银河系中的恒星之间的距离是巨大的——离我们第二近的恒星半人马座恒星距离我们4.3光年，那么星系之间的距离更加遥远。离银河系最近的星系——仙女星系和银河系很相似，它们之间的距离是250万光年。这一事实让我们再一次认识到宇宙实际是虚空的，就像我们之前看到的在原子和亚原子层面上，物质也是虚空的。因此，在宇宙中漂泊的宇航员可能会对宇宙完全绝望，甚至觉得它十分恐怖。无数闪烁的小亮光似乎嵌在宇宙这堵无形的黑暗外墙上，却未能照亮飞船四周那极黑、冰冷的虚空。更令人窒息和绝望的是，人们可能在宇宙中航行数百万年而碰不到任何东西：数学中关于无穷大、虚无的概念，精神范畴中关于孤独的概念都将在太空旅行中得以印证。
在原恒星吸积阶段的众多反应中，行星和小行星诞生了。在一个偏离星系中心很多的地方（这个星系几十亿年后被称为“银河系”），形成了一个中等大小的恒星，它的“尾随者”是一些行星，有的很大且是气态的，有的很小、岩石众多。这颗恒星被一群智慧生物称为“太阳”，这群智慧生物生活在距离太阳第三近、一个叫作“地球”的行星上，地球大约有45亿年的历史。这群好奇的生物很早就建立了基于人类中心主义的宇宙观，这个观点完全建立在假设的基础上——没有科学的支持，完全是宗教和哲学的设想——它认为地球和人类是宇宙的中心。
哥白尼进行了一次重大革命，他发现，是地球围绕着太阳旋转，而不是相反的情况，这就使“人类中心主义”这堵墙产生了一条深深的裂缝。其实，准确地说，连哥白尼的阐释也并不完全正确，因为在引力的作用下，太阳和地球都围绕着它们的重心旋转。然而，由于地球的质量只有太阳的百万分之三，因此，太阳相对于地球是静止的。地球围绕太阳旋转的平均半径为1.5亿千米，周期约为365天，后者由地球围绕自己的轴线自转的时间决定。即使与太阳相比，地球的质量可以忽略不计，由于两者之间的巨大距离，我们并没有深切感受到太阳的体积到底比地球大多少。如果说地球像一粒胡椒粉，太阳就像50米开外的足球那么大。
然而，太阳在整个宇宙“剧场”中并没有占据主角的地位。如今我们知道它只是构成银河系的数千亿颗恒星中的一颗。银河系就是一个相当标准的圆盘状星系，直径约为10万光年，厚度为5 000光年。我们的太阳及其尾随的行星位于银河系的外围，围绕银河系轴线旋转，周期约为2.5亿年。保守估计，在可观察到的宇宙中有1 000亿个星系——甚至可能有10 000亿个星系——宇宙中的恒星就更多了，至少有2×1022个，也就是200万亿亿个恒星。
现在，我们可以重返奇妙的太空之旅了。绕过月球后，发动机系统被首次点燃，在其中就有布萨德喷气式发动机和反物质发动机。飞船以1.5g的恒定加速度持续加速了一段时间。宇航员在地球上的体重为80千克，到了太空中增加到120千克，“肥胖”使他们稍感不快。令人惊讶的是，“卡拉维尔号”的加速度和地球重力产生的加速度没有任何区别，这再一次验证了爱因斯坦的等效原理，也就是重力加速度和其他形式的外力施加的加速度没有区别。飞船以恒定的加速度前进，速度不断增加，直到接近光速c。总而言之，在地面上行走比飘浮在空中要更好一些，尽管会付出更大的体力。然后，按照惯例，所有的物体会下落。它们当然不是朝着地心下落，而只是朝下运动，这个“下”由飞船飞行的方向决定。在飞船底部只有发动机舱和几百吨的反碳物质，因此物体自然向下运动。
我们开始正式旅行了。目的地是明确的，中途的各段行程也是确定的，我们要去探索的宇宙就像从移动的火车上看到的景色一样无聊。宇航员们还可以按地球上的节奏再过一段时间，每天睡眠8个小时。红超巨星正在等待着他们，有的很近，有的很远。尽管从科学的角度来看，这次旅程没有任何新颖的、让人意想不到的地方，但对于太空旅行者来说，它仍然魅力无限。