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原名：
《Stars, Men and Atoms》
作者：
德裔物理學家與科普作家海因茲‧合貝爾（Heinz Haber）博士，1962年在紐約出版。1967年譯成中文，譯者為重明，由美國新聞總署派駐在香港的「今日世界社」（World Today Press）所印行。
第一章
人和地球在宇宙中
我們聽到「地球」這個詞兒時，會想起什麼呢？
有些人會想到一個地球儀，是我們放在檯上的那種——一個塗了顏色的球，海洋都塗成藍色，幾個大洲各有特別的彩色，每個國家的顏色都和鄰國有差別。又有些人會想到一張世界地圖，它描繪出我們所熟悉的各大洲的輪廓，舖陳在一個長方形的大框裏。
但是另外有些人覺得「地球」這個詞兒所指的東西，截然不同於上面所說過的。它意味著一個行星，是太陽系大家庭的一員，是個龐大的球，漂漂流流穿過太空，它面前散佈著數不清的星星的宇宙，卻往後退。
現在做爸爸媽媽的人，就是所謂「老輩子的人」，才會想到地球儀和地圖，以為那就是地球。在青年和少年人心目中，地球是天體，是天文學上的物體，好似金星和火星。年輕的人想像著的地球，正是從太空裏看到的地球那樣——他們彷彿已經成為太空裏的行旅。
二十世紀中期，在人類如何看待他們生活於其上的地球的歷史上，確實是個轉折點。這個歷史有三個階段，其中第一個階段歷時長久。從人類開始有文化的時候到十六世紀初期，人類普遍認為自己是生活在一個圓盤形的地面上。後來，第一次環航世界的壯舉，由麥哲倫遠征隊在一五二二年完成，結束了長久的爭論，絕無疑問地証實我們的家鄉是一個球體的表面。從此，檯上的地球儀和地圖的時代開始了。現在我們又展開第三個階段，特別是我們的年輕人領悟了人類在宇宙裏的住處的新概念，和地球在宇宙中的地位的新概念。年輕人才最能証明我們現在處於太空時代，位於一條漫長而曲折的道路的新瞭望點上，這條道路就是人類的努力和理解。
有史以來，人類一直死死抱住一個自負的想法不肯放手，總以為自己位於宇宙的中心。在科學和探究的全部歷史上，人類很少有哪幾種觀念像上述的想法一樣，雖經屢次証明它是謬誤無稽的，大家卻仍篤信不移。人類一步一步從宇宙的中心位置狼狽而退的過程，正是人類的知識成長茁壯的過程，而知識的成長須歸功於往昔許多偉大的心靈。只有在我們自己這一代，我們才看到這個歷史發展的最後幾個階段。
古時候那些相信地球是個龐大無比的圓盤的人，也認為自己的國家正在這個圓盤的中央。中國人認為中國始終是「中央之地」，印度人和古代美洲的馬雅族人對於他們的國家也抱著類似的信念。精細的希臘人居然替圓盤似的世界規定了一個分毫不差的中心︰這個中心位於德爾菲，即著名的阿波羅的殿堂。德爾菲建在帕納薩斯山的山地上，離柯林斯海灣不過幾哩。希臘人認為這個神殿是絕頂神聖的，因為它有著名的神託所，凡是君王、政治家和公民想知道他們的禍福休咎，都到這兒來求問。但是德爾菲的殿堂還有一項重大的意義︰在主殿的宏敞大堂中央樹起一條打磨得十分光滑的大理石圓錐，裝飾華麗，據說，它就是世界的中心。
因此，很容易瞭解為甚麼人類的心靈要想像出一個圓盤形的世界來。我們不論在哪裏，總把自己看作是位居中央，而把世界上別的地方一律當作外圍，位於同心圓的圓周上，我們自己則是圓心。在海洋裏我們看到天邊圍成一個大圓圈，自己在中心。夜晚的天空是個穹窿，它的中央似乎正在我們的頭頂上。
早期的希臘思想家描寫地球為一大片廣闊的圓形的原野，由「俄肯諾斯」河環繞。這幅景象沒有違背當時地中海沿岸的人的地理知識。其後幾世紀裏，希臘哲學家們漸漸不滿意這種淺陋的看法，他們提出新觀念，認為世界是圓的，但是這個觀念並非由地理上的新發現所指點，而是出於他們自己的理想化了的數學上的思考。
我們不知道誰首先具有這個了不起的主意，認為大地不是個圓盤，而是個球體。但我們確實知道︰著名的希臘哲學家亞里斯多德（Aristotle，生活於公元前三八四年至三二二年）相信這件事。他推想大地必須是個球體，因為球體具有完美的數學上的形態，只有完美的形態才適宜於代表大地和宇宙。亞里斯多德還不滿足於這種論証——儘管在講求條理的希臘人的人心目中認為這種論証是強有力而能令人折服的；他又提出一個極好的証據。他指出︰遇月蝕時，月運行到大地的陰影中，陰影的邊緣是圓形的。亞里斯多德說，大地的陰影投射到月上的，總都像是圓形盤的一部分，而在一切幾何圖形的物體中，只有球體投射圓形的陰影，無論它從甚麼位置投射。這是一個既簡單又極巧妙的証明。世人注視月蝕，明白我們的行星怎樣將它的真正形態呈現於大自然提供的宇宙銀幕上，印象確是十分深刻的。
世人既承認大地其實是個球體，就不能自命為居於世界的中心位置了。球體表面上的一切位置，在數學上全是同等同級的；任何一個位置不能說是和別的任何一個位置有差別。一切民族都同時有權自命為居於世界的中心—換句話說，誰都沒有權自命為如此。
「大地是球體」這個事實，在亞里斯多德之後很久才成為常識。學校裏不教授這個觀念；始終只有少數哲學家、天文學家和數學家知道這回事。在古代的晚期和整個中世紀，這個觀念幾乎完全失傳了，直到十五世紀，它才成為西班牙和葡萄牙勇敢的航海者之間激動人心的猜想。
作出這種猜想的理由十分現實。西班牙和葡萄牙實際上同歐洲的其餘部分隔絕，因為中間有條峻峭的披倫尼茲山脈作障礙。回教徒統治者中東各國，妨礙歐洲人同印度做買賣，搜購那邊的財寶。葡萄牙和西班牙人既在這幾方面受到攔阻，便另謀出路，在非洲大陸沿岸進行探測，並且猜想是否可能環繞著球形的—當時希望如此—大地往西航行而達到印度。這樣一來，大地的真正形態就有極大的實用上的重要性了，而在那時候以前，它始終不過是一個數學上和天文學上的有趣猜測而已。
但是即使到哥倫布（Columbus）的時代，大地的球狀形態還為許多很有才智的人所否認。哥侖布向西班牙宮廷懇求支持他經由西方路線到印度去的計劃，卻碰到這麼一種典型的論調︰「你的船隊到達世界的邊緣時會怎樣呢？這些船難道不會滑出邊緣而跌往茫茫虛空之中嗎？」哥倫布經過很多年的爭辯，才辯贏了，揚帆出海。
哥倫布一直到臨終時始終相信自己確實達到了印度的東海岸，相信自己真正越過了圓形大地的未知部分。當然，事實並非如此。頭一次完成環繞地球航行一周的，是葡萄牙航海家費定南德．麥哲倫（Ferdinand Magellan）的遠征隊。他於一五一九年九月二十日由西班牙塞維里亞省的散努卡．德．巴拿梅打港口出海，全隊有五艘船。他繞過美洲的南端而行，穿過廣闊荒涼的太平洋，吃盡千辛萬苦，到達瑪麗安娜群島，並發現了菲律賓群島。麥哲倫因協助一個土人的酋長同鄰近的島嶼打仗，於一五二一年送了命。他的船隊中餘剩的船隻之一，即「勝利」號，在船長德爾．卡諾（Captain del Cano）指揮下，完成了環航世界的壯舉，繞過非洲，回到塞維里亞，那天是一五二二年九月九日，離起航的日子幾乎整整三年。奇怪得很，船上的日曆標明回港的日子是九月八號；誰都沒有去想這麼一樁事實︰往西行環航地球一周，要失掉一天！
麥哲倫的壯舉成功後，地球的真正形態成為普遍接受的知識。人對於這個行星的看法的第二個階段已經開始了。
那時候，誰也不能正確地自稱為居於世界的中央位置。然而地球本身卻仍然給世人相信為宇宙的中心，至於一切的星星、太陽、月亮和行星，全是環繞著它而旋轉的。這個觀念，也是站不住腳的，而命運注定要摧毀這個觀念的人，當「勝利號」船作了歷史上有名的航行回到塞維里亞巷的時候，年紀已有四十九歲了。
這人就是尼柯拉．哥白尼（Nicolaus Copernicus）。一五四三年，正是哥白尼逝世的年份，他的著名書籍天旋論（或論天體的旋轉）出版了。這本書分派宇宙的中心位置給太陽——無論如何，它是有資格居於這個地位的，因為它的光彩壓倒一切。地球給哥白尼貶降到卑微的位置，與行星同列，繞太陽而轉，遠離它所垂涎的中樞要津了。
哥白尼的觀念傳了開來，大多數有學問的人——以及一切別的人——根本不肯相信。難道這個偉大的地球，他們腳底下的牢靠的土地，連同浩瀚的海洋和空氣，都是在天空裏運動著的嗎？哥白尼這個「波蘭蠢人」卻說地球正在繞著它自己的軸心而旋轉，每二十四小時自轉一周，同時它又繞著太陽飛行，飛得快極了，比大炮彈還快一百多倍！
要到一個半世紀之後，大部分受過教育的人纔會接受這個奇怪的觀念。人類蹩腳的體會能力還不是唯一的障礙。人類的心靈也不願意承認一個令自己身價低落的事實，這就是︰地球——人類的家鄉——並非萬事萬物的中心。
但是哥白尼的革命性的天體旋轉論不過是個開端而已。一旦地球連同人類全都給哥白尼拋進了太空，別的種種新觀念也就活動起來了。哥白尼的書只論到行星和它們的運動；天上無數的星星仍然給人看作是些光亮的點點，附著於一個大球上，這球包圍著整個宇宙，太陽位於中央。幾千年來，世人十直相信有這麼一個透明的球存在，負載著熠熠眾星；我們世上各地的人，每逢天朗氣清的晚上，不是都瞧見這個球嗎？但是自從有了哥白尼之後，眾星點綴的球能夠存在的日子也不多了。
這位偉大的波蘭人死後幾十年，意大利僧侶吉奧丹諾．布隆諾（Giordano Bruno）說這個星光燦爛的球其實是幻覺。他指點世人說，那些「固定的星星」其實是些太陽——同我們的太陽一樣大，一樣尊嚴，也一樣輝煌。他認識到︰整個宇宙比太陽系所佔的小小空間大得無限。他粉碎了有星的球體的觀念，讓世人大開眼界，看到廣闊的太空，這個太空極寬、極高又極深，容得下千百萬個太陽系。他想︰我們距離這些太陽太過遙遠，以致於這些太陽發出的強烈無比的光芒減弱為夜裡才得見的黯淡閃爍的星光。
公元一六○○年，吉奧丹諾．布隆諾給人加上「異教徒」的罪名，綑在火刑柱上活活燒成灰。關於審判他的情形，說來話長；他受人加罪，不光是由於他的天文學上的理論。最低限度可以說，是由於組成宗教法庭的那些一本正經的僧侶們被他的見解深深震動了。他看到大地是個渺小輕微的球，像一粒灰塵那樣漂漂浮浮穿過太空，而那些人的心目中卻認為這麼一種看法完全是褻瀆。地球和人類難道沒有因救世主的降臨而蒙福嗎？地球和人類一定是比這個「發狂的」僧侶所想像更為重要。
甚至在今天，還是有許多人無法使現代科學上對於宇宙的看法，適合於他們的宗教信仰。但在吉奧丹諾．布隆諾為科學而殺身之後不到兩百年，大多數具有科學頭腦的思想家都已漸漸習慣於布隆諾的看法，認為地球不過是銀河中的一粒微塵而已。天文學家描寫宇宙為許多星星聚成的一團巨大的車輪形的雲，我們人類站在宇宙之內，向邊緣望去，只見銀河的銀白色帶子。
英國天文學家威廉．赫歇耳（William Herschel）用倍數很大的望遠鏡探測銀河，斷定太陽和它的行星位於銀河的中心附近。這樣一來，地球雖然喪失了一些優越性，人類至少覺得自己仍然處在已知的宇宙的中央。因為只有一個銀河——就是人類自己的銀河。
大約在赫歇耳的時代，即稍許不足兩個世紀之前，天文學家們猜測天空裏某些微微發光的片片究竟是甚麼東西，這些片片遠無法分解或分離為一個一個的星。後來望遠鏡越造越大，也就有越來越多的這種發光的片片——名叫「星雲」——給人發現。德國哲學家伊瑪紐爾．康德（Immanuel Kant）首先推測這些黯弱的雲是別的星星系統，即別的銀河，離我們的銀河遙遠極了。但是很少人願意接受這個觀念。一般人認為它太荒唐可笑了。
在十九世紀，星辰之間的距離越來越準確地查明了，太陽在我們銀河中的地位，也依據這種新知識重加檢查。最後的結果更進一步打擊了往昔以為人類處在萬事萬物的中心的古老自大想法。據發現︰太陽離銀河的邊綠近，而離中心遠。關於太陽的知識越來越增加，世人才知道它不過是顆平庸無奇的星，並不比億萬顆別的星大些，也不見得重要些。
一九一七年，有架直徑一百吋的望遠鏡——當時世上最大的望遠鏡——在美國加利福尼亞州威爾遜山天文台開始服務。它初期的目標之一是黯弱的星雲。經過幾年的觀測，確切無疑地証明這些神秘的蒼白色的一片片發光的東西其實是些天河，同我們自己的銀河處於平等的地位。起初，我們的銀河似乎是出類拔萃的巨無霸；我們似乎仍可因此而自誇自大。但是這個信念到第二次世界大戰後也粉碎了，當時帕洛瑪山天文台的沃爾脫．巴德博士發現公認的宇宙次元（或譯「度」）中有重大錯誤。今日我們知道我們自己的銀河是平庸無奇的；同它一樣大的甚至比它更大的天河，不下幾十億個。
這樣一來，人類及其渺小的地球確實降成微不足道了。但是人類仍舊抱住另外一項優越的條件不肯放——這項優越之點，不是宇宙中的位置或體積所能限量的。我們人類難道不可能是宇宙中唯一有才智的族類嗎？這個看法，在不久之前似乎很有道理；世人相信我們的太陽系是由天上的變故所創造的，這一場變故太稀奇了，太難逢了，因此，除了我們的太陽系外，別的養活生物的太陽系簡直不可能有存在的機會。僅僅二十年前，英國物理學家阿瑟．艾定頓爵士（Sir Arthur Eddington）——一位科學界的無上權威——曾說，我們這個行星上的生物，必定是宇宙中獨一無二的。他認為地球上能有生命存在，可說是由於失察—— 由於大自然沒有能夠使宇宙始終處於「不育」狀態。
在已往的十年裏，人類獨享光榮的觀念也歸於破滅，同往昔一切自高自大的觀念一樣站不住。今日科學界已經十分確實地知道︰在千千萬萬個天河裏深藏著的幾十億個太陽，有許多是擁有一批行星的。當然，也有很多星星不像我們的太陽。說不定絕大部分的行星不利於生物的存在，例如水星或木星便是如此，它們不是太熱便是太冷。絕大部分的行星可能是「不育」的，因為大自然不讓它們具備種種物理和化學條件，憑著這些條件才可能有生命的進化。但是儘管只有一百萬分之一的機會，宇宙裏也必定有萬千個甚至於千百萬個其他的行星，在友好的太陽的溫暖之下，充滿著生物。為甚麼這些活東西不應該具有我們所說的智慧的火花呢？
於是，經過兩千多年的追尋和驚奇，得到了這麼一宗教訓︰人類並不是位於宇宙的中央，也不是宇宙中獨一無二的族類。
然而，大宇宙——就是億萬星星和天河的壯麗領域——只是宇宙的一個方面而已。此外還有另一個方面，是小宇宙，即分子、原子、核、基本粒子的領域。人類在自然界這兩大分野之間，究竟處於甚麼地位呢？
人的身體，同別的任何有形體的事物一樣，是由原子構成的。要用極大數量的原子，才可構成一個人的身體，因為各個原子渺小極了。建造一個人的身體所需要的原子的數目大極了，簡直無法用普通的「億、兆」之類的名詞去稱呼它；這個數目是在一個數字之後加上二十八個零。姑且稱之為Ｎ吧。於是，Ｎ這個數目具有一種很有趣的可能性。假如有那麼一團東西，是由Ｎ個人的身體組成的那是甚麼東西呢？Ｎ個人的身體的總和所結成的一團東西，重量大約會有一顆普通的星那麼大！所以人的身體大小是介乎原子和星星之間的。正如艾定頓首先指出的——原子同人的比例，相等於人同星辰的比例——人的地位居中，他同大小兩端的比例相等。
原子︰人＝人︰星辰
現在知道，原子不是自然界最小的東西。它是由比它更小得多的微粒——如質子、中子和電子——所構成的。而普通大小的星星也決不是自然界最大的東西。銀河同宇宙中別的天河，又比星辰大得多。我們選擇原子和星星作主眼，因為它們是自然界中的兩個最根本、最清晰的構造物。就某種意義說來，它們是宇宙中的基本單位。
發現人類的地位處於原子和星星之間，並不是甚麼重大的科學發現，不過是一種巧妙的說法而已。但它令人尋思。人類既然站在大宇宙和小宇宙之間，就處於一種非常方便的地位。人類很容易向大小兩方面探測甚至於瞭解萬事萬物的秘密。假如現代科學打破了人類自以為獨一無二，自以為處於萬事萬物的幾何中心的古老夢想，那麼，它也給了人類某些更有價值的東西作為補償。我們這個宇宙是多麼壯麗的奇觀啊！人類雖然極渺小，卻又極奇怪地能夠往一切方向探測，能夠瞭解，還能傳遞知識。尋求瞭解，尋求我們在宇宙中的地位的真相，比起盲目地死死抱著往昔的自我中心的夢想來，奇妙性並不遜色，事實上還更有價值得多。人類並不因知識而變得渺小，卻變得更偉大。人運用思想，想方設法求瞭解，無論在甚麼地方，確是處於萬事萬物的中心。
一個行星漂漂流流穿過太空，一個由許多太陽和許多行星構成的宇宙，一整套的自然法則支配著一切事物，自天河以至於原子 ——這就是對於人類所在的世界的現代看法。這種看法歷經艱辛才得普遍接受，而世上頭腦較為陳舊的人仍然不知不覺地把世界想像為桌上的地球儀和牆上的地圖。年青人卻知道地球是個行星，自古以來就在軌道上旋轉，宇宙在他的面前退步。年青人滿腦子是計劃，要作太空旅行，要去探測原子的深處又探測遙遠的一個接一個的天河，他們毫不灰心。他們自己畢竟是——假如上一輩的人不是——處在萬事萬物的中間，或者應該說是在中央。
第二章
幻想和推理
人類一度認為天空是個龐大無比的圓頂，由最純粹的結晶體製成，白天的光亮使它現出藍色，晚上沒有光亮便只好現出黑色。這個黑色的圓頂在晚上裝飾著無數鮮明的、燦爛的點點，即是星星，固定在結晶體上，位置永不變更。
起初，人用詩和宗教的詞句來解釋星星。天上眾星的顯而易見的運動，給人追蹤了上萬年，然後才對它們的真正性質有所瞭解。自然界有一批事物首先引起人類思考維持生存以外的問題，星星必定是這批事物之一。上古的人，至少在某些時候，因為沉思瞑想著宇宙，而成為講故事的人、詩人和哲學家。
天文學給人尊為最古老的科學，實可當之而無愧，但它年代太悠久，很難追尋它最初是怎麼開頭的。最上古的同星星有關的宗教神話和含有詩意的寓言，每每以銳敏的觀察為根據，這些觀察簡直可以說是科學觀察。但是古人觀察到的天文方面的事實，常常受到歪曲，以滿足講故事的人或詩人的戲劇性想法。
今日許許多多的人雖然會談到古代的迷信，卻從來不知道星光閃爍的天空所加於人類心靈的整個影響有多麼深鉅。古時候的人坐在星光裏；我們卻坐在檯燈光裏。城市的灰塵和煙霧使燦爛的星光模糊了，街道兩旁的電燈泡的光亮蓋過了天上許多個太陽——不是白天的那個太陽——的光芒。我們之中有幾人知道星星真正是多麼燦爛的呢？我們忘了夜晚的天空，不知它的壯麗容色未受遮蔽時多麼輝煌。於是，我們在高山上滑雪或在海上過夜時，才看到這偉大的壯觀展現於眼前。那時候，我們大吃一驚，才知道壯麗的夜間景色始終都存在於天空裏。
原始的人是偉大的占星家。星空的燦爛輝煌是他們的生活中的親密而重要的部分。各地的人都把某些耀眼的星辰看作一個個集團，而想像著這些星座為各式各樣的人、神、動物以及日常見到的東西。由於星宿在幾千年的長期間裏只極細微地變更它們的形狀和相關的位置，渺小的人類覺得它們是永恒不變的，遙遠的，因而更加促進了人類詩意的和宗教性的想像。所以一切民族的民間傳說中都有星星變成的人物怎樣出現的寓言和神話，這是民間文學的偉大寶藏。用現代科學的眼光來研究這些神話，特別有趣味，因為許多寓言的情節透露了古人對於天文事實的銳敏觀察。
旋轉著的地球環繞太陽轉動時，帶著我們沿天空的球形舞台的內側進行。當然，我們不會覺察到自己的行星的這種永恒的運動；反而覺得整個天球似乎圍繞我們所在的地方，每天旋轉一次。但我們因一件事實而覺察到地球繞太陽而行的旅程的進展︰在每天晚上一定的時刻，滿天星斗總比前一天晚上同一時刻所處的位置稍微偏西點。因此，在一年的過程中，地球在天空整整兜了一個圈子。
地球在一條軸心上旋轉，這條軸心的兩端稱為兩極。（英文裏稱兩極為Poles，有「竿」的意思。）假如北極確實是條極長的竿，它似乎要戮穿天上的圓頂。這條竿同圓頂相碰的一點，稱為天北極。逼近這一點，距離不到半度，有顆星，名叫北極星。北極星似乎始終靜止，而別的眾星由於地球在旋轉，看起來好像都圍繞它轉動。
這顆似乎站在天上永不移動的星，成為傳說的最佳題材。中國人認為北極星是天上的皇帝，坐在永不移動的寶座上，別的眾星都向它朝拜。（論語︰「為政以德，譬如北辰，居其所而眾星拱之。」）在另一個中國神話裏，北極星是智慧的女神，她登位於天上，變成了神，因為她畢生睿智，德行超卓。講求實用的腓尼基人是古代的勇敢航海家，他們首先認識北極星具有幫助航行的偉大價值；因為它的位置永不變更，始終指示北方的所在。腓尼基人稱北極星為目標、船的星或海的星。
事實上，北極星顯然是會運動的；它並非恰好停留於數學上推算出的天空裏的北極點上。它每天要兜一個小圈子，這圈子的直徑，大約兩倍於月球的圓盤形表面。
萬千年來，北極星同確切的北天極之間的距離慢慢變更，因為天極本身也在漂流著。這種漂流是由地球自己的運動所引起。地球彷彿一個緩緩旋轉的陀螺，自己在跳舞，這種跳動，名叫「歲差」。它是極為緩慢的運動；地球的北極在跳舞時幾乎要花兩萬六千年的功夫才兜得完一個整圈。但在這段期間，我們想像中的那根竿子卻在天空的圓頂上畫了一個大圈。那麼，很顯然，再過幾千年，北極星決不會在天上的北極附近。太約再過一萬一千五百年，地球的軸心將指向天琴座的織女星（即天琴座阿爾發星）。那時候，我們將有一顆特別燦爛的北極星，因為織女星是北方天空裏最明亮的星。
今日的北極星並不是將近四千年前在埃及建造金字塔的人所仰望的那顆北極星。那時候的人的古老故事裏所說的北極星，是天龍座的谷樞星。怪不得龍的形象在古代神話裏居於重要的甚至於支配性的地位。
有一批星座，在最著名的一些星的形象中要佔一席地位，說不定在最古老的一些星的形象中也要佔一席位，這批星座，位於黃道帶（又名獸帶）內。它們共計十二個，即白羊座、金牛座、雙子座、巨蟹座、獅子座、處女座、天秤座、天蝎座、人馬座、摩羯座、寶瓶座和雙魚座。這些星座形成一條寬廣的帶，環繞整個球形的天空。它們特別不同於其他一切星座，因為這個帶是太陽每年所走的名觀上的（不是真實的）路徑。太陽當然始終逗留在太陽系的中心，它在眾星前面的外觀上的運動，只是由地球每年繞太陽運行一圈而起。地球循著巨大的軌道進行時，我們射向太陽的視線漸漸移動，看起來就像是太陽本身在眾星之前漂流。我們看到黃道帶上位於太陽背後的星座，個個月不同；一年之中每個月各有一個星座。
月球和各行星的軌道，全都在地球軌道的平面附近。因此，我們從地球上望出去，這些天體也總是位於黃道帶上諸星座的前面。總之，黃道帶這個圈圈，是太陽、月亮和諸行星的主要公路，無怪乎黃道帶上的十二星座這麼著名了。
太陽既然在外觀上好像每年周遊黃道帶一次，黃道帶也就同四季的變化周期拉上了關係。黃道帶的各個星座標記所具有象徵意義，來自一年四季的周期。每年春天，我們看到太陽在白羊座和金牛座，這是豐饒多產的象徵。到夏天，太陽大肆發揮其炎威，我們見它走到獅子座。再過一個月，收穫的時節到了，我們看見處女手捧一顆明亮的星，名叫Spica（中國古代天文學稱它為角宿第一星，即天門星），在拉丁文裏，這個字的意思是「麥穗」。再往後，當地中海及其東面地區正是雨季的時候，太陽也走過幾個「水汪汪」的星座——犘羯座、寶瓶座和雙魚座。
太陽的外觀上的運動所走的路線——數學上推算而得的路線——通過黃道帶，成一大圓圈，跨過整個天空；它名叫黃道圈，簡稱黃道，其英文名稱為ecliptic，這個名稱事實上牽涉到「蝕」的現象，英文稱蝕為eclipse。古代的巴比倫人有個古老的傳說，談日蝕和月蝕的起源，也牽涉到著名的角色「天龍」。巴比倫人心目中的龍——名叫Tiamat（意為海洋、海水）——盤繞在黃道周圍。他恨太陽和月亮。當這兩盞天燈飄蕩到龍的身邊時，他就要想辦法吞掉它們，或用強有力的尾巴掃它們。但一年之中，他只有兩個時期能作這種舉動，而這兩個時期相隔六個月。在其餘一切時候，太陽和月亮都能避開這頭憤怒的獸。
這個傳說所根據的，是關於可能發生日月蝕的情況的大量精明觀察。月球的軌道以大約五度的角度同黃道圈——即太陽每年環繞天空而行的路線 ——傾斜。因此，太陽的軌道同月球的軌道好像兩個同心圓箍，互以稍許傾斜的角度相交。這兩個箍在遙遙相對的兩點上會合；月球的軌道有一半在黃道之上，另一半在黃道之下。兩個會合點叫做「月球交點」。
現在我們明白為甚麼月亮每月一次走到地球和太陽之間時，並不是常常會發生日蝕。從我們看來，月亮每每在太陽下邊或上邊經過。若要造成日蝕，卻必需太陽恰好處於交會點上，至少是靠近交會點，這樣，月球才能同它會合並遮蔽它。
地球的影子投在黃道的某一點上，剛好同太陽相對。月蝕只能發生在地球的影子投射於或接近於兩個交會點之一的時候。只有在那時候，月亮才會穿過地球的陰影行進，發生蝕的現象；此外一切時候，它都不會碰到這陰影。但太陽穿過兩個交會點之一而地球的陰影又恰好投在對面一個交會點上，這樣的情形每年只發生兩次。
知道這些事，才會明白Tiamat龍的傳說的含意。這條龍的頭正在一個交會點上，它的尾卻在另一個交會上。直到如今，月亮的兩個交會點，一個名叫「龍頭」，一個名為「龍尾」。這兩個數學上的點，居然各有記號，龍頭是「Ω」，龍尾是「∪」。在現代天體力學教科書上，還講到天龍 Tiamat，而且有這樣的方程式：
K2 = tan i Sin Ω
讀起來該是：「K2等於正切i乘龍頭的正弦」！
另一個古代傳說也牽涉到現代天文學家極感興味的天體現象，它就是關於公主和鯨的傳說，其中講到古代埃塞俄比亞（今又名阿比西尼亞，在東非）的國王西浮斯（Cepheus），他的美麗妻子凱西奧庇亞(Cassiopeia），他倆的可愛女兒安德羅默達（Andromeda），還有一位年青的王子名叫潑秀斯（Perseus），以及一個可怕的海怪——鯨魚息特斯（Cetus）。
美麗的凱西奧庇亞自大極了。有一天，他居然自認為比海裏的公主們——名叫尼爾瑞德（Nereids）——更漂亮動人。於是海裏的公主們生了氣，向她們的父親即海洋之王坡賽登（Poseidon）告狀。坡賽登為了懲罰這位虛榮心重的皇后，便把自己的三叉戟插進波浪裏，創造了極兇惡的鯨魚息特斯。坡賽登命令息特斯興風作浪，把埃西奧庇亞的沿海地區糟塌成一片廢墟。
西浮斯國王束手無策，便禱求神諭，神卻宣佈：坡賽登的狂怒只有靠一項極重大的犧牲才可化解：就是必須把美麗的公主安德羅默達送給這個海怪。於是安德羅默達給人用鍊子鎖在海邊懸崖卜，等待著悲慘命運的降臨。在這緊急關頭，潑秀斯出現了。潑秀斯喜歡安德羅默達的容貌，他擁有利器，足以應付當前的危難。
在這以前立下的一次功勛中，潑秀斯殺掉了著名的密鳩澤（Medusa）。這個倒霉的角色一度誇口說她的滿頭金髮比女神雅典的秀髮更加美麗，雅典一怒而施以報復，把密鳩澤的頭髮變成一窩翻騰不已的蛇——這景象可怕極了，任何人一眼瞧見，便會立即變為石頭。潑秀斯趁密鳩澤熟睡時，把她的頭割了下來，他沒有正面瞧她，而是把自己的盾打磨得光滑如鏡，只望著她反映在盾上的身影行事。現在，他以密鳩澤的可怖的頭顱為武器，準備對付任何侵犯者。
當海怪息特斯跑上海面要搶走可憐的安德羅默達時，它犯了錯誤，望了潑秀斯高高舉起的東西。這個怪物立即變成石頭，沉落海底。潑秀斯砍斷了這位美麗的囚徒身上的鎖鍊，帶著她回到歡天喜地的國王和王后的身邊。
但坡賽登仍然惱恨虛驕的凱西奧庇亞，便把這個帝王之家流放到天上，永遠作為全人類的鑑戒，還把凱西奧庇亞放在一張椅上。正如仰觀星象的人在北半球天空裏所看到的，她坐在椅上每天圍繞北極星旋轉一圈，有一半路程是倒懸著進行的。（這就是仙后座）
密鳩澤的頭放在潑秀斯星座（即英仙座），是由Algol星（英仙座貝他星，中國古代天文學稱之為大陵五星）代表的。這個名字出自阿拉伯文el ghoul，意思是「魔鬼」，這顆星看起來確實有點奸險。在大約每七十個鐘頭的時期中，有一段大約十小時的間隔，這時候，這顆星的亮度會減弱到只及最光亮時的三分之一，然後逐漸恢復常態。它居然是顆眨眼的星！怪不得它給了古代的占星者以深刻的印象。
現代天文學解釋了大陵五星的亮度的這種奇異波動情況。它其實是顆雙星——是兩個太陽在一個共同的軸心上旋轉。當這兩者中的較暗的一顆經過較亮的那顆星與人的視線之間時，便阻隔了亮星的一部分光亮。這種星蝕，持續九小時四十五分鐘，在這兩顆星像鐘錶一般旋轉時，每隔相當時期便出現一次。現代天文學家雖不能分別看清這兩顆星，卻實在知道它們是兩顆而不是一顆，因為它們顯示兩種不同的光譜。
憑著現代望遠鏡，許多這種所謂「蝕變雙星」給人發現了，但是大陵五星比別的蝕變雙星明亮得多。古代希臘人給天上眾星通通安上名字，卻很難撇開大陵五星而另找一顆更合適的星代表倒霉的密鳩澤的邪惡的頭顱。
神話中的公主安德羅點達的名字，時時給今日的天文學家們用到。這個星座（名為仙女座）的眾星，形成一條美麗的鍊，其中有最光亮的所謂「旋渦星雲」——即一片片黯弱的光，本來一直無法解釋，後來憑藉威爾遜山天文台的望遠鏡，才將其中一個一個的太陽分辨出來。安德羅默達星雲確是頭一個給強有力的現代望遠鏡辨別為由許多顆單獨的星星聚成的一團雲似的東西。它是一個天河，其性質同我們自己的銀河相似，但更巨大。發現這種性質，是現代科學上最驚人的事蹟之一，它大大擴展了我們生活於其中的宇宙的已知體積。
假如你住在北半球，由秋季到春季之間的某個晚上，你離開大城市的燈光，可能仰望黑暗的天空，隱約看到仙女座的那一小片光。這是另一個宇宙，說不定包含著像我們的世界一樣的世界。你的現代知識大大不同於古代傳說，不相信有甚麼凱西奧庇亞和西浮斯以及他們用鍊子鎖住的美麗女兒。但是你因天上的光輝而感到的驚奇，正是同二千多年前希臘人看到華麗的眾星而感覺的驚奇一個樣子。
萬千年來，人以狂放的想像和宗教性的敬畏看看天空。古代的人不可能像現代人這樣用科學方法來「解釋」大自然的景象。現在我們要求用放之四海而皆準的已知的自然法為基礎，來解釋並瞭解各種自然現像。古代的人卻不知道有甚麼自然法則；任何事情一發生，只要往神或魔鬼的身上一推，就算是已經得到了說明。古代的思想家雖誠心誠意地要提出「科學的」思想，仍免不了把自己的想法和概念跟迷信和幻想拉在一起。
科學思想的開端，說不定該回溯到人類最初設法利用天體作鐘錶和曆書的時候。當時的人認識到：太陽的運動產生日和年，月亮的運動則量出了星期和月份，星星表明季節。但是這些天上的計時者給人看作是神，好像其它為人類的知識所不及的自然力量一樣。
直到公元前第六世紀，人類才脫離無稽的迷信，以真正科學的態度注視自然。這個變化幾乎是一夕之間突然發生的，是古代希臘哲學家的有系統的思想所造成。那些有知識的人物實在是科學思考的奠基者，他們改變了人類歷史的進程，他們起的作用比帝王、政治家和將軍們更偉大。心靈的銳利武器所創造的歷史，比戰爭的粗糙武器所創造的更多。生活在兩千多年前的早期希臘思想家發明了科學的思想方法，特別重要的是為數學打定了基礎。
這些古代希臘人既然是腦筋十分清晰的思想家和淵博的數學家，為甚麼沒有發展出一種更為先進的技術？他們擁有一切必需的智力的工具；他們發展出一種數學，實際上一直到今天還有效的。現在我們中等學校所教的數學，沒有哪一點是古代希臘人所不知道的，而希臘高級的數學有很大部分甚至超出了我們普通中等學校的課程水準。在古代希臘，木工和鐵工都非常先進，只要稍為再進一步就可以發明蒸汽機，甚至於電力的基本工具。早在紀元前四百六十五年，希臘哲學家德莫克里塔斯（Democritus）已經想出了碩一宗原子理論。那麼，為甚麼希臘人不能再進一步，至少是發出一種像化學這樣的基本科學呢？
這種種歷史性的疑問，其答案在於希臘人的科學思考的特性。當時的偉大思想家們主要是把他們自己看作哲學家，而當時哲學家的真正意義是「愛好知識的人」。他們會認為運用他們高貴的理念來製作器具或別的實用的器械，是侮辱了科學的崇高精神——當然玷汙了他們作為哲學家的那份尊嚴。機器在本質上是節省勞力的發明物，但當時任何一種體力工作都是由奴隸擔當的。思想家根本不需要機器。
希臘哲學家們若看到計算尺、電子計算機、打字機和印刷機，或許會有不同的感想，不致於鄙棄。但這類東西是好多世紀的技術發展的成果。而這些貴族知識分子——古代的名士——寧可絞腦汁替艱難的數學定理求証明，也沒有心思發明甚麼玩藝兒來節省奴隸的功夫。
秉持這種精神，古代希臘人首先設立了科學圖書館和科學院，這科學院可以稱得上是大學。這兩者都是古代埃及的亞力山德里亞城設立的，時候是在公元前第三世紀初期。當時最聰明睿智的人才都聚集於亞力山德里亞，使這個城市成為古代最偉大的文化中心。在大學裏研究並教授的最重要的學科，有天文學和歷史學等，但學術界最鼎鼎有名的人才卻是數學家。
亞力山德里亞是亞力山大大帝建立的，並因他而得名，這位大帝征服了埃及，命手下的一位將軍鎮守。公元前三○五年，即亞力山大死後十八年，這位將軍宣告自立為埃及之王，並自封為多祿梅王一世「救世者」（King Ptolemy I "Soter"）。凱撒時代的美麗女王克利奧帕特拉，就是多祿梅的後裔。在他的賢明治理下，亞力山德里亞很快就變得市容優美，百業繁盛，成為古代世界的商業中心。多祿梅懷著對學者哲人的極大敬慕，創辦了一座圖書館，立意要蒐集當時已知的一切著作。為了增益藏書，他要求進城來的商人個個都捐贈一個卷軸的文稿給圖書館，亞力山德里亞既是極為繁盛而容易發財的商業中心，貪得無饜的商人自然心嚮往之，他們自己雖然不屑於讀書，為了藉書卷作進城的門票，也就不惜搜遍一切已知的地區，收集各種各樣的文件。圖書館很快就獲得六十多萬件文稿；但多祿梅明白：圖書館若沒有人去利用，是毫無價值的，於是他又創辦學院，邀請古代最偉大的學者們前去。院裏的教授們——大多數是希臘的學者——在這有史以來頭一座「大學」中擔任終身教職，他們一輩子不須負任何義務，只要思考問題，他們以此為樂。
亞力山德里亞圖書館頭一位館長，同時又兼大學校長，是鼎鼎大名的數學家、幾何學的建立者歐幾里德（Euclid）。他著作的幾何學書籍是他那個時代的教科書中唯一沿用於今日的現代學校裏的——內容沒有多大改變。今日我們學習的幾何學，是這位思想家早在兩千二百年前就已舖排好的。
繼歐幾里德擔任圖書館長和大學校長的，是偉大思想家厄拉托斯德尼茲（Eratosthenes）。他是天文學家、數學家和地理學家，他測量了地球的體積——這項驚人的功績，使他揚名千古。這項測量是在紀元前第三世紀進行的，那時候，世上還不曾有甚麼人猜想大地是個球體哩。測量的詳細經過很值得談談，因為這事表現了一宗完美的——儘管是樸素的——科學思考。
埃及有座城市，名叫息恩尼，在亞力山德里亞之南約五百六十哩，城裏有一口深井。厄拉托斯德尼茲知道：在息恩尼城，每當一年之中最長的那天正午，太陽恰好照在頭頂上。在這個時刻，太陽直射入深井，井底的水上反映出太陽。厄拉托斯德尼茲既是一位數學家，知道角和圓，又相信大地是個球體，便深思熟慮太陽照到井底這件事，擬定一個計劃。他趁太陽照正息恩尼城頂上的日子和時刻，測量了亞力山德里亞城裏一個方尖石塔投下的影子的長度。既查明影子的長度，又測算了方尖石塔的高度，這位希臘的天才人物居然就能計算出地球的體積！
本頁的圖形表明這件事多麼容易。我們可以假定厄拉托斯德尼茲畫出了方尖石塔及其投影的圖。他從塔尖畫一條線，延長到地心，又從塔尖畫一條線到地面上塔影的尖端，然後測量這兩條線相交而成的角的度數。這個角是七又五分之一度。太陽當時既在息恩尼城頂上，沒有投影，則相關的角度是零度。由此可知，息恩尼和亞力山德里亞之間的距離五百六十哩，等於地球圓周的七又五分之一度——假設地球是個球形。那麼，三百六十度——即地球整個的圓周——該等於多少哩呢？厄拉托斯德尼茲用七又五分之一（即七點二）除三百六十。得五十，再乘五百六十，得數是二萬八千哩，即循著地球中部的赤道繞地球一圈的總長度。
由於息恩尼和亞力山德里亞之間的距離測量得不準確，厄拉托斯德尼茲算出的結果比今日我們所承認的概數二萬五千哩多出三千哩。但這個差誤絲毫不能減損厄拉托斯德尼茲這一樁智力上的功績。他光憑心智的力量，便測出地球的體積，而當時他和一般人所熟知的還只有地球上的一小部分地方，即地中海區域。厄拉托斯德尼茲預示了其後幾千年的科學成就。
但是亞力山德里亞大學的一個著名的故事，表明了這些才氣煥發的希臘人完全鄙視科學知識的實際應用。這個故事涉及的人，說不定是古代最偉大的數學家，他就是阿基米得，外號「大沉思者」。厄拉托斯德尼茲深深欽慕阿基米得的數學天才，邀請他離開家鄉賽拉寇茲——希臘人設在西西里島上的殖民地 ——到亞力山德里亞的大學去擔任教職。這位偉大的賽拉寇茲人接受了邀請。他在亞力山德里亞遭遇的事情的確切情形如何，沒有知道，但我們所得的資料至少表明了當地大有權勢的許許多多著名學者的態度。
我們先要明白，阿基米得是古代數學的迷途羔羊。他渴望把數學原理作實際應用，今日世人都知道他發明了許多偉大的機械，卻不大曉得他對純粹數學的重大貢獻。他到達埃及後不久，發明了所謂水螺旋，減輕了人和牲畜從尼羅河抽水上岸灌溉田地的極大勞力。這個巧妙東西的主要部分是一個木質的大螺旋，安裝在一個長的木質圓筒內。筒底伸入尼羅河，只要轉動螺旋，就可把水提升到筒頂，奔流不息。這個水螺旋的工作方式，很像絞肉機裏的旋把肉推到刀口上絞碎擠出。水螺旋由水輪推動，水輪本身也是由河水的水流推動的。這樣，就強制了莊嚴的尼羅河自己作工，把水送進埃及無數的灌溉渠。更值得一提的是：阿基米得的這種抽水機，雖然發明於兩千多年以前，今日的埃及農民仍在使用它。
阿基米得在課程以外弄些機械玩藝兒，很可能引起別的教授們的反對。但當阿基米得對於那時候數學上最艱難的問題之一提出答案時，他們必定為之震動，這問題就是如何計算圓形的物體——如圓錐體、圓柱體和球體——的體積。阿基米得猜想：上述三種形體，假如是正規的，其基底和高度又都相等，那麼，三者的體積的比例必定是一比二比三。他要當地一個木匠替他做了這三種物體的木模型，証驗這個想法，果然成功。整套模型裏有三個圓錐體，一個半圓體，一個圓柱體，其圓底的大小和高度都相等。
阿基米得擁有這些「道具」，便邀請當時任教的同事們出席一次演講會，暗示他會宣佈一樁驚人的數學上的發現。
當他宣讀論文題目「論圓形物體的體積」時，同事們精神立即緊張了。好多年來，他們個個都想解決這問題，總解決不了。難道這個冒冒失失的小子得到了答案嗎？
阿基米得首先宣佈結果，把簡單的比例寫了下來：
圓錐體＝１
半圓體＝２
圓柱體＝３
聽眾鴉雀無聲。人人把上身往前傾，想知道他用甚麼辦法証明這個驚人的說法。但是阿基米得沒有提出長篇大論的數學推算，只拿出他的木質道具和一架天平。他首先把三個圓錐體和一個圓柱體放在天平兩邊稱量，完全平衡。然後取下兩個圓錐體，改放一個半圓體，天平仍然保持平衡。最後，他把兩個圓錐體和一個半圓體放在天平兩邊稱，重量又完全相等。
然而阿基米得所引起的不是歡呼，而是冷崚的沉默。
一個十四歲的孩子終於站起身來。他是潑噥（地名）的阿坡朗尼阿斯（Apollonius），是一位著名數學家，年方十餘歲就在大學裏任教。他早已因研究高級數學中的一套曲線——錐線——而遐邇知名。他描敘了這些曲線的奇怪性質，並為它們取了名字：橢圓形、拋物線和雙曲線。這些驚人的成就，使他還是個十多歲孩子的時候就已在大學教師中佔一席之地。但是阿坡郎尼阿斯當時站起身來說了這麼一段話：
「校長先生，各位教授！我提議把阿基米得永遠趕出亞力山德里亞大學，因為他用骯髒的東西玷汙了數學的純正精神。」
阿基米得在亞力山德里亞站不住腳，因為他對於數學的精神犯下了最嚴重的罪行。數學的証明絕不能假手於作實驗——只能由純粹的推理來証驗。
阿基米得回到家鄉賽拉寇茲。他在家鄉繼續進行創造性的事業，發現槓桿原理，發明滑車，提出浮體定理，世人稱之為阿基米得定理。到了晚年，他居然從理論上解決了那個令他喪失亞力山德里亞大學教職的問題：他破天荒計算出π（音「派」）這個數目的數值，並描述了它的奇怪性質，π是圓周同它的直徑的比率。憑著它，就可以用數學方法計算圓形物體的體積，而無須借助於一架天平。
但阿基米得從來不曾喪失他對於實用的發明品的興味。他是歷史上頭一位應徵替祖國作戰的著名科學家，他發明了一種極厲害的弩砲，把大批石塊發射到羅馬兵士身上，他們在馬塞臘斯將軍指揮下圍攻賽拉寇城。阿基米得建造了一種用槓桿撬動的鉤，把羅馬兵船吊舉起來，又拋下海，摔得粉碎。他裝設一個龐大的拋物線形鏡子，集中太陽光線，點燃敵船的帆。
阿基米得具有這種從事實用性的發明的眼光，同我們現代人的思想非常接近。甚至於把他的數學論文，讀起來也彷彿出自現代人的手筆。但若以為阿基米得只是一個大有天才的發明家，那就錯了。他在內心裏是個道地的希臘人，忠實於希臘人的數學精神，事實上他很贊同那些把他趕出亞力山德里亞大學的人。他從來不認為自己發明的巧妙武器是夠得上真正的科學精神的東西。他只稱它為「遊戲的幾何學」。
羅馬時代的傳記作家普魯塔克（Plutarch），生活於大約一千九百年前，曾記述阿基米得的令人敬佩的科學態度：(以下整段縮排）
”他具有極崇高的精神，極深奧的靈魂，極淵博的科學知識；因此，儘管這些發明令他享有智慧超人的榮譽，他卻不肯留傳關於這些題材的任何書面著作；他既把以實用為宗旨的機械學的事和各種技藝看作是卑賤的、不體面的，便把他整個的愛好和志向投放於一些純粹的思考，毫不夾雜生活的鄙俗需要；他的愛好和志向也投放於研究，人人都認為研究的優越性是毫無疑問的，在研究中唯一能加以懷疑的只是：究竟最值得我們愛慕的該是所研究的主題的美和偉大呢，還是精確性和証明的方法呢？
阿基米得死於非命。他的一切巧妙武器都擋不住羅馬的優勢兵力，不能夠防止他的老家所在的城市的終於陷落。馬塞臘斯曾下令要活捉這個老怪人，但有個羅馬兵士發現了他，卻不知道他是誰。那時刻，阿基米得還在他院子裏的沙盤上畫好幾何圖形，正忙於解答一個幾何問題，兵士大踏步走在他的圖形上，阿基米得大叫：「不要踩壞我的圓圈！」兵士大怒，舉起刀來；阿基米得只要求他稍緩動手，以便完成自己的數學証明；兵士卻一刀砍了下來。
阿基米得早在自己的墓碑上彫刻了一些圖案，代表他最偉大的成就；圖形是一個球體和一個圓柱體，其體積是他首先算出的。他終究是一位比一切瞧不起他的人更加偉大的數學家。
這些古希臘的學者的崇高思想雖然很值得我們欽慕，他們的科學研究方法卻受到很厲害的限制。他們發展出科學的基礎即數學——全憑心智的力量發展的——後，便不再有進展。其實，要想瞭解並由此而掌握宇宙，非藉實驗不可。自然法則絕不是只靠抽象的思考所能明白的；必須藉實驗才能發現並終於証明。
這些偉大的古典哲學家過世之後一千五百年，到文藝復興時代，出現了一個人，其才智同古代哲人一樣卓越，途徑卻不同：他就是著名的意大利科學家伽利略．伽利雷（Galileo Galilei），舉世公認為是倡導實驗方法的人，他的倡導之功，超過同時代的任何人。這不是說別人就都沒有作過實驗。十三世紀的英國神秘家兼科學家羅哲．培根（Roger Bacon）進行過實驗性的研究，既巧妙又多種多樣。鍊金術士們，特別是其中登峰造極的偉大的帕拉塞爾薩斯（Paracelsus），都是實驗家。活動不休的文藝復興時代的彫刻家和繪畫家們，秉著他們史無前例的真實感和對大自然的今世感，不但用他們的鑿刀、油彩和畫筆來作實驗，還用上了透視法則。這些法則使藝術家能夠在一片平版的畫布上創造遠近的印象和三因次（長、寬、高）的幻覺。他們甚至利用了機械的觀測裝置，使藝術對象「變形」以便產生遠近的幻覺。著名的德國畫家阿爾布列赫特．杜萊爾（Albrecht Durer)曾創作大批有趣的木刻，透露繪畫方面運用的這種引起幻覺的技巧。他作了一個觀測架，是他的工具，用來「瞄準」所要畫的對象身上和個部位，圖畫快要完成時，能把架子轉到旁邊去。
因此，伽利略所代表的趨向實驗科學的新風氣，只是當時絕大多數有創造性的人所採取的新觀點的一方面而已。它出現於彫刻和繪畫中；還出現於音樂和建築中，事實上也出現於哲學中。人類的理解已轉向於現實的世界。這就是現代科學的開端。
我們回顧往昔，覺得進展很大。實驗方法解於了多麼了不起的天才！但若沒有創造數學的人——首先表演純粹推理的力量的人——的精神，這是絕對不可能的。
第三章
藍色的行星
厄拉托斯德尼茲測量地球的體積，可說是古代希臘人裏的數學天才人物征服太空的力量的最偉大的例子。在亞力山德里亞——測量工作進行於此 ——的時代以前，人類對於自己所寄身的世界的興趣，純粹是地理方面的——其實，厄拉托斯德尼茲本人就是一位著名的地理學家。但是他那了不起的功績不僅僅是地理學領域內的一項成就而已。這是人類頭一次把地球看作一個整體——一個天體。厄拉托斯德尼茲將地球放在群星之中了。
後來，人類知識史上別的許多重要轉折點，也同關於地球的性質的想法中所發生的變革有關聯。認為地球是個球體而不是個扁平的圓盤，這種觀念，引起了十五和十六世紀地理學上的偉大探險行動，這個輝煌的時代，把世上各大洲都帶進西方人的知識範圍之內。承認地球是個行星並環繞太陽而行，便產生了現代天文學。今日我們的行星仍有很多方面未經詳細探測過，「地球科學」的重要性一年比一年增加。最近，科學家才安排了最盛大的單一的國際性研究行動，名為「國際地球物理學年」，對地球作一次徹底的體格檢查，並進一步研究太陽系和宇宙的各種物質的力量，而我們的行星正是太陽系和宇宙的一部分。
我們既然生活於地球表面，就很難站到遠處把地球當作一個整體而產生不偏不倚的看法。假如地球不是我們的家鄉，或許我們對它的印象會大不相同，而更足以代表它的真正性質。我們現在既打算對這個飛奔於太空中的石球作一番研究，不妨異想天開，用世外的人的眼光看看我們的家鄉是個什麼樣子。
假設你不是地球上的人而是一個技術上優越的種族的一分子，這個種族生活於其上的行星，環繞著深遠的銀河系中某處的一顆星而旋轉。你們族裏的人很久之前已經解決了星辰之間和天河之間飛行的問題。當然，星辰之間的距離實在太大了，用任何一種舊式的太空旅行方法，例如以光的速度而慢吞吞地進行，是不濟事的。用那種方式，要花大約三萬年的功夫，才可從銀河系的中心飛到它伸出去的旋渦柄的外部，我們的太陽便是在這個地方。這個旅程的十分之一所耗費的時間，也比你的一輩子還長，儘管你們那族的人已想出長壽的辦法，活得比地球上的人長久得多。
現在暫且不談以光的速度來旅行；不妨假定說，你有一種辦法使你自己輕易地由銀河系中某一處轉移到別一處。有一天，你同遠征隊出發，探測銀河系的外緣。在路上，你因極偶然的機會，居然達到我們的太陽附近。這顆並非特別明亮的星，在你那行星上憑肉眼完全瞧不見。你們行星上的人祗是從照片上探測到我們的太陽，照片是藉極大的望遠鏡而拍攝的，我們的太陽在照片上不過是個黯弱的小點點，要用顯徵鏡才看得清，它同萬千個其他的小點點混在一起。這顆十分平凡的星，在天河的眾星中毫不出奇，一點也引不起觀看者的特別注意。但你所採取的路線，使你飛到離我們的太陽只有一百億哩的地方，它雖是一顆平凡的星，你既離它這麼近，也不免稍許要改變路線，到它附近來細瞧一番。
你同太陽的距離，比太陽系中離太陽最遠的行星——冥王星——大約還遠三倍。你既離太陽那麼遠，憑肉眼望它，所見的不像個圓盤，而只是個小點點。但他光芒逼人，比行星中的金星幾乎更亮一千倍，從地球上的人看來，金星是天空裏除了月亮和太陽本身以外最明亮的光。現在你轉向太陽，改用舊式火箭的力量推進。你以比光線的速度略小的速度進行，可望在太約十五小時內到達太陽。
現在你已進入太陽系的外層軌道。行星一個個給你看到了，你用你們先進的文化所產生的複雜的儀器和方法詳盡地研究它們。地球上的人花了幾千百年的時間斷定關於九個行星的種種已知事實，但你只花幾小時就知道一切。你發現：各行星以及太陽大都是平凡無奇的，同你從前作星際探險時所見的那些星星一個樣子。全部行星，除兩個之外，都是十分平庸的。
有個第六號行星，即地球上的人所說的土星。它有一整套的許多個大環作裝飾，在太陽光下閃閃發亮，好似珍珠項鍊。在別的星系的行星周圍，你也見過有類似的環，但都不如土星周圍的環那麼美麗。這些環極薄，照比例說來，比一張好幾呎闊的紗紙更薄。他們數學上的精密性真是了不起——構成一套完美的同心圓圈，彷彿是用巨大的圓規在天空的漆黑幕布上畫出來的。你從來沒有在哪個行星上見過這麼煇煌的裝飾。
你又見到第三號行星。這個行星有個衛星，以它本身的體積而論，它的衛星極為龐大；實際上，這兩個天體可說是形成了一對雙星。第三號行星在它自己的軸心上每二十四小時旋轉一周，又繞它的恆星而轉動，每三百六十五天零幾小時轉動一圈。但這個行星不同於別的一切行星的是它的奇怪的顏色，甚至由極遠之外看來也是如此。別的一切行星都是淡紅色、黃色或白色的，只有靠外邊的大行星微帶綠色。但這第三號行星卻是藍色的——事實上，它是整個太陽系裏獨一無二的藍色行星。
你在第三號行星旁邊經過時，它給太陽光照亮了的整個表面，看起來以種種柔和的顏色發出光彩。有些地方現出淡淡的橙色和綠色，又有一大塊一大塊刺眼的白色，但始終看得見藍色。整個行星懸在淺藍色的靄霧面紗之中，你所見得的它的表面上，有大片區域顯出水似的深藍色。
但是還有別的因素使第三號行星卓然有別於其它的一切行星。太陽給這個行星的表面反映出來。發出令人目眩的強烈光芒，使這個偉大的球體顯得一片渾圓。它彷彿聖誕樹上掛著的閃閃發光的球，漂浮於太空。這種強烈的反光是因一個卓異的特點所造成：這個行星的表面絕大部分是水！太陽系裏沒有別的任何一個行星的表面是有液體的。
現在你已經知道地球這個行星在由外太空來的另外一個世界的旅客眼中看來是個什麼樣子。你不妨試試以不帶偏見的新鮮的觀點就近仔細觀察它。這不是一件容易的事，因為我們生活在這個行星上，我們所感覺到的它的種種特點，都因它們近在我們身邊，以致於看走了樣，歪曲而不真實了。舉個例說，由於我們的行星的體積大極了，我們對於同它有關聯的一切事物的相對的大小，始終抱著錯誤的概念。現在，為了把種種事物擺佈得更容易讓我們理解，我們不妨替自己製作一個地球的樣型，直徑大約二呎——約莫兩倍於通常的地球儀那麼大。比例尺大約是一比兩千萬。但是我們這個模型不是一個普通的地球儀。這個模型之上和它裏面的一切東西，都要是真實的，要同實際的長、闊、高、深度成精密正確的比例。現在，我們要作一些驚人的發現了。
首先檢查我們的地球的重量：頭一樁令我驚訝的事就發生在這裏。這個模型的重量是一千三百磅，足足有八個粗壯的成年男子那麼重！事實上，我們的行星沉重得出奇；以它的體積而論，它是一切行星中最沉重的，因為構成別的行星的物質，都不如地球裏的材料那個稠密。地球的大部分是由各種沉重的金屬構成的；地心大致是個鐵和鎳的，盛在巖石殼子裏。
地球的重量真是十分特異，相形之下，別的特點都變得不顯著了。且以大氣層為例吧。我們總以為它是由氣體構成的極深的海洋，遠達太空。其實，大氣層只是一層極薄的「霧靄」，貼近地球表面。我們很難找到一種物質，依照我們的地球模型的精確比例，表示大氣層的極度單薄情形。只有最纖細、最接近於肉眼不能見的克戎米爾絲織成的被面，才勉強可以比擬我們的地球模型表面的大氣層的單薄程度。吸紙煙的人噴出一個小煙圈，均勻地擴散於模型四周，大體上可以表示我們的大氣層的範圍。
全部海洋加起來，佔地球表面三分之二以上。在我們的地球模型上，海洋的比例同真實情形完全一樣，不但面積合乎真實，連海洋中所含的水的分量也合乎真實。如果你伸手摸一摸模型上太平洋中部，你的手指尖只會略微有點濕氣。我們能用「微有濕氣」來正確地表示太平洋裏浩瀚無可限量的水嗎？這對於我們的模型是個正確的形容詞，因為模型上的海洋深度不到一百分之一吋。如果我們把模型上一切海洋的水聚集起來，大約只夠飲果汁的杯子半杯！
地球上除海水外還有淡水。我們的模型需要多少淡水呢？用眼藥水滴管滴下一滴水還嫌太多；因此我們用噴水器，所噴的水珠大致相當於眼藥水滴管流出的水滴大小的十分之一。這一小顆水珠的水足以充滿地球上一切內陸湖——如北美五大湖、維多利亞湖、阿拉爾海等；它還可充滿各大江河——如亞馬河、密西西比河、尼羅河；它又充滿一切較小的湖與河與地下淡水庫，它還供應充分的水汽給暴風雨用哩！
地球上的水並不全是液態的；一大部分凝固為冰。其實，地球上的冰比淡水還多。大部分地區的高山上寬闊的谿谷裏充滿著冰川。但大部分的冰都給結成了冰被子，蓋在南北兩極頂上及其附近。飛機乘客飛過北極上空，看到地球上的冰，一定覺得它無限偉大，尤其當他們聽說在格林蘭和南極洲上某些地方的冰被子厚達二哩時，更覺得駭然。但就整個地球來說，把全部的冰加起來，也不過等於在南北兩極結上一層薄霜而已。普通冰柱的一點兒尖尖，放到你手上立即就會融掉的：這麼一點兒的冰就夠我們模型用了。把這一點兒冰均勻地撒佈在南北兩極地區，會形成一個冰層，厚度大約等於一張薄薄的玻璃紙。
在我們的模型上，最高的山，如喜馬拉雅山的艾佛勒斯峰，和最深的海溝，如馬里安娜群島附近的七哩深的大裂縫，幾乎都看不出。整個球體看起來幾乎完全是平滑的。這使我們奇怪，因為常見的山脈和海洋的凹凸模型都是大大誇張了的：為了給人明顯的印象，不得不如此誇張。
對於我們的模型，我們略施小計，使山脈和海溝能出現於眼前。我們將模型的邊緣投影於銀幕上，使它放大了很多倍，又用兩腳規畫一道圓弧，同模型的邊緣的投影相比較。這樣，我們就看得出地球邊緣上輕微的凹凸不平的地方，那就是高峻的山脈和湛深的海底。地球上海洋的平均深度不會超過兩張普通的寫字紙的厚度，而山脈的高度也比不上一小塊玻璃紙折縐後再放到平滑的檯面上攤直時那些皺紋突出的程度。
依同樣的表示方法，地球的堅硬石殼也顯得極為單薄。我們不妨把模型上美國的固體部分整塊挖下來。我們挖到的那塊東西，中間是空的，像隻碗，四周凹凹凸凸，比一個雞蛋殼還薄。它約有九吋長，六吋寬，厚度不及十分之一吋。這同我們在扁平的地圖上所見的，確實迥不相同！
藉模型來糾正世人對於地球及其特徵的長、闊、高、深情形的許多錯誤概念，是極有用的。有個錯誤概念認為美國德克薩斯州比加里福尼亞州龐大。事實上，後者卻大於前者。德克薩斯頗為平坦，全州平均的超出海平面的高度很小，而加里福尼亞卻山岳連綿。以超出海平面的土地面積而論，加里福尼亞所呈現的比德克薩斯多。其實，你若想明白加里福尼亞如何會比德克薩斯大些，只要用秤來稱一稱兩者就行了——假如你有這種機會的話。
且慢——德克薩斯州的人仍舊可以說他那可愛的家鄉大過於美國——包括加里福尼亞、阿拉斯加、夏威夷，甚致於德克薩斯本身！德克薩斯在地球儀上伸展得又遠又闊，因此它具有輕微的然而明顯可見的彎曲。我們把地球模型上德克薩斯所佔領的一塊挖下來，仰天放在檯上，它的形狀像個扁平而微凹的盤。我們再把整個美國在海平面以上的部分——包括阿拉斯加，它最近列為美國的一州，把德克薩斯所佔的第一大州的地位擠掉了——刮下來，辦法是削掉一切超出海平面的大小山脈、平原、土壤和巖石。削下來的東西，成一小堆，放進德克薩斯那凹盤裏。盤只堆滿一半稍多！這樣說來，豈不是整個美國，包括德克薩斯，都比德克薩斯小，因為它能輕輕易易容得下五十個州在水平以上的部分。盤上居然還有個柄能端起呢。
把北美洲的一大塊挖了下來，使我們的地球模型的堅固地殼損失了一部分。於是紅色的、熔化的地心暴露了。我們看到堅固的地殼其實多麼的薄，簡直薄得教人不相信：以比例來說，它只有雞蛋殼的兩倍那麼厚。地球的整個質量差不多有百分之九十九是熔化的或糊糊的；只有百分之一稍多一點是固體的。假如我們能夠稱這種熔化了的東西為液體，它實在是一種奇怪的液體，充塞於我的行星裏。發生地震的時候，地球的這些內臟表現得彷彿是由精煉的鋼製成的。地震的震波以極大的速度傳到很遠的距離以外，這種情形，只有這些內臟極稠密時才可能發生。事實上，在地震的時候，我們行星表現的情景，彷彿鋼球受到大的鎚子撞擊。
說起來似乎矛盾：在地震時地球表現得好像是個鋼球，但在別的情況之下它又表現得彷彿是一團果子凍，隨時可以融開流動。甚至於它那堅硬的、石質的地殼也很容易在壓力之下變更形狀。幸運得很，我們的地球旋轉得頗慢，所以它始終保持幾乎十足的圓形（我們的地球模型上，赤道的直徑只比南北極之間的距離長十分之一吋。）。但是，假如我們設法使地球的旋轉比現有的速度快十七倍，在赤道上的離心力就會抵銷引力。那時候，地球會開始分裂，海洋和陸地會一塊塊飛走，彷彿陣陣火花由砂輪上爆出去。
地球何以能夠堅硬如鋼，同時又柔軟如果子凍呢？這是因為它大極了。一件東西越脹越大時，其堅硬性便越來越減小。且用一隻小瓢虫作例子吧。它的重量不到一兩的百分之一。但它力大無窮，能把一百隻瓢蟲揹背上。人類之中，只有泰山那樣的大力士才揹得起三四個人。人比瓢蟲龐大得多，因此，從比例上說，它在結構上的堅硬性也就小得多。可是，人又比鯨魚小。像鯨魚這種龐大的動物。其實孱弱得很，只有靠水托住，也就是漂浮在水上時，才能生存。鯨魚若偶然給波浪沖上岸，非窒息不可，因為它的龐大軀體的重量會壓垮它的肺。一切龐大的動物比起小動物來，從比例上講都更沉重，因此更笨拙。假如把一隻大蜥蜴的骨骼同一隻小蜥蜴的骨骼縮小到同樣的尺寸，就會發覺小蜥蜴的體頭遠比大蜥蜴的骨頭更柔弱得多。
行星的結構也有同樣的情形。有人說過，麥在結構上的穩定性是個十足的奇跡——比人類設計的任何東西都更優越。假如一根麥像一支龐大的輪船煙囪那麼高，各部分都依比例而放大，它也許只有一呎的直徑，但它卻能夠負載得起好多噸麥粒的重量。常常有人引述這件事証明大自然在設計技術方面比人類優越。其實，這個例子証明不了什麼。人可以輕易複製一根麥稈的結構，高度超過六呎，只要用一根硬鋼絲就行了；它能輕易地負載起一個成熟的麥穗的重量，在風中不至於折斷。而且，若把一條麥穗擴大到一支高的煙囪那麼大，它會立即垮掉；它負擔不了本身的重。連「大自然」也不能夠奈何這個事實。
尺寸越大，質地越脆弱。摩天大廈雖遇不太猛烈的風，也顯然會搖擺。像美國金門大橋之類的大吊橋的搖和振動，凡是涉行過橋的人都能感覺到。照比例上說，這麼一座大橋其實柔弱有過於橫跨於小溪上的獨木橋。
地球好似果子凍一般的柔軟性，說明了這個行星何以是個幾乎十足的球體。這麼龐大的一個柔軟物體，不可能具有像立方體所具有的那種角和邊。凡是突出來的部分，都會給它自己的極大的重量立即壓塌。換句話說，引力作用會把一切突出的質量拉得同其餘的質量聚到一起，成為球形。地球是個大球，幾乎完全是圓的，正因為它具有這個形狀，構成它的龐大軀體的一切質量就擠塞得緊密極了。
我們的地球比掛在聖誕樹上的球脆弱得多。它甚至於負擔不起本身的重量。假定我們能把地球放到一個龐大得多的行星的表面，這個行星上一切東西的重量同它們在地球上的重量一樣。我們儘可能輕手輕腳地把地球放下來，但無論多麼小心，終不能防止它的完全毀壞。地球一碰到那個行星的表面，它同表面接觸的地方立刻變為扁平，彷彿一滴蜜碰到茶碟一樣。這時，地球遍體出現巨大裂隙，越裂越開，地心熔巖流出。海洋受熱蒸發，蒸汽奔騰。古老的地球很快就垮完，成為一攤亂七八糟的、粘搭搭的、嘶嘶響的東西。
太陽的拉扯力，把地球維繫在軌道上，這力量是輕柔的，恆久不變的。地球的旋轉是輕易的，懶洋洋的。這個行星飄浮著前進，沒有阻擋，不受干擾，也沒有支撐。但願它的脆弱性永不會遇到考驗！
第四章
時鐘停在死亡的剎那
我們的地球遠比其它一切行星有趣得多。這種說法，不是出於小裏小氣的驕傲，以為在宇宙裏只有自己這個「家鄉」才好——確實有許多強有力的事實証明這話。到今天，我們十足有把握下斷語說，在我們太陽系的九個行星中，只有地球容納著各式各樣的生命，燦然雜陳。生命是個強大的力量，對於地球的地殼、海洋和大氣層的物理和化學都發生極大的影響。這就使有關地球的各種科學非常有趣：地球的種種問題，幾乎每一個都同時牽涉到許多門科學，而這些問題又每每同人類事務密切相關。只要舉一個科學故事就可以証明我們的論點：這個故事不可能出現於我們太陽系裏別的任何一個行星上。
故事的開頭是這樣的：一顆細小的子微粒飛奔於我們銀河系無窮無盡的空間。它像一顆比什麼都快的小彈丸，以幾乎像光那麼大的速度——每秒鐘十八萬六千哩——奔馳前進。但是太空浩瀚得令人無法相信，所以這顆小彈丸要飛行好多千年才會在天河裏真正有所進展。很巧，它的行目的地是一顆星，其身影只有針尖那麼大的一點點。這顆星是個熾熱的太陽——我們自己的太陽——但它四散放射的萬丈光芒因為距離遙遠得可怕而變為黯淡得只剩一小點點。
這顆原子彈丸飛奔不已，在它飛翔的千百年裏，太陽越來越顯得強烈些也明亮些。在彈丸飛行的最後幾天和幾小時裏，太陽成為一個白熱的盤，越來越龐大。彈丸穿過太陽系外層幾個行星的軌道，經過木星與火星身邊，不偏不倚朝地球飛去。
地球的圓盤形表面，起先看來有滿月那麼大，越飛近越顯得大，好像個大車輪，遮掉半邊天。彈丸飛到離地球一千哩的地方，衝進地球大氣層的最外層，它穿透大氣層，速度並不減低，最後，在地表面之上大約一萬呎的空中，它衝撞到地球的空氣的一個原子上。這衝撞力太猛烈可怕了，連彈丸帶靶子都炸成碎片，四散紛飛。有一塊碎片衝進了飄流於附近的氮原子裏，碎片一打中，便把這顆氮原子的化學「個性」徹底改變了。
在繼續講故事的下文之前，我們必須看看一個原子的碎片怎能夠改變另一個原子的性格。一個原子的建築材料，最根本的有三種。第一種是極微小的、輕飄飄的粒子，荷著負電；它名叫電子。另外兩種建築材料是同樣微小的，但重量比電子幾乎大二千倍；它們名叫「質子」和「中子」。質子荷著正電，電荷的力量同電子所具有的一樣，所以一個質子與一個電子所帶的電荷可以完全互相中和。在原子的結構之內，質子與中子熔合在一起，成為一個稠密而沉重的球——原子核——位於原子的中心。電子游行於核的周圍，彷彿一叢小蒼蠅；又像是行星繞太陽而行。電子維繫於現有的位置上，不是靠引力，而是靠電子同核裏的質子之間的電的吸引作用。
一顆原子的化學性質，由它的核裏具有的質子的數目來決定。氫是一切原子中最簡單的：它只有一個質子作為它的核。氦原子的核裏有兩個質子，碳有六個質子，鈣有二十個質子，金有七十九個質子，其它的原子各有不同數目的質子。呼喚每一種化學元素的原子，只要單叫一個號碼就行。原子核裏固然還有些中子，但是它們的數目多少，對於一顆原子的化學性質是無關緊要的；中子只增加原子的重量。
現在回過頭來繼續講我們的故事。從外太空來的原子闖入者，衝進一顆大氣原子的核後，會發生什麼事呢？
衝撞的行動把彈丸和靶子都炸成碎片，組成二者的那些質子和中子，四散紛飛。有一塊碎片，是個中子，射中我們的氮原子核，緊緊附著在上面。
發生衝撞之前，氮原子的核具有七個質子和七個中子。七個質子使它成為一個氮原子；化學元素氮的原子序數是七。現在，氮核具有八個中子 ——但過不了多久。氮原子核不能夠維繫一個額外的中子；因此，在大約一億分之一秒之後，這氮原子就要拋出一個微粒，以資恢復它的平衡。但這拋出去的微粒不是闖進來的那個中子，而是一個質子。這就致使我們的氮原子改變了性格。本來，它有七個質子和七個中子在核裏，現在——戲劇性的變故發生之後若干分之一秒 ——它卻有了六個質子和八個中子！這個變動，使它變成一個碳原子，因為碳元素的原子核裏正是具有六個質子。
不過，這個新的碳原子稍微不同於煤、石墨、鑽石之類的物質裏飽含著的普通的碳原子。正常的碳原子只有六個中子，而我們這個碳原子卻足足有八個中子！普通的碳原子有十二個重量單位（質子和中子的重量實際上相同），我們這個特殊的碳原子卻有十四個重量單位。因此，它給人叫做「碳—十四」。
但事情還不止於此。碳十四原子的核是不穩定的，只能存在著相當時期。然後，在這負擔過重的核內部有某種東西會突然動作，於是它的性格再度轉變。那突然動作的東西，就是核裏的八個中子之一。
中子可說是一個緊密的包裹，由一個質子和一個電子所組成。既然質子和電子具有性質相反而力量相等的電荷，雙方就完全互相中和，彼此結合在一起，形成一個細小的中性的微粒——電子。所以，碳十四原子核裏面的一個中子終於突然行動時，這中子所含的電子就遭受大力拋出核外，而蛻變了的中子變成一個質子。電子發射出去後，核裏只有七個中子，而原來那個中子分裂後形成的質子則加到另外六個質子上。這樣，總共有七個質子，於是這個原子再度受改造，成為氮原子，同早先的那個氮原子毫無差別。這真是個奇異非凡的循環。
任何一個單獨的碳十四原子，需要多長的時間才可使它的一個中子突然行動起來，而令它本身改造為一個氮原子呢？誰都不知道。這事可能發生在下一秒鐘，或是一星期後，或者要到三萬年後才會出現。
但是，不論這事發生在什麼時候，另外一個碳十四原子很可能在地球大氣層裏某處給創造出來。因為像前面講到的那種衝撞——它造成了碳十四原子——是在全世界各處上空的大氣層裏時時刻刻都在發生著的。每一秒鐘有百十億個宇宙彈丸衝進大氣層來。這些彈丸是宇宙輻射的微粒，以令人難以相信的高速度通過外太空向四面八方射出。在每一秒鐘都會發生百十億次原子爆炸，就是這些細微的彈丸把無數的空氣原子衝擊成粉碎；無數的中子碎片四散飛迸，衝進附近無數的氮原子裏，令它們變成碳十四。
這些原子在空氣中創造出來的過程，已經進行了億萬年。每個碳十四原子，當它的無可預料的時刻到來的一剎那，都會再度變成氮原子。從古至今，誕生的碳十四原子的數目同再度變化掉的碳十四原子的數目，剛好取得平衡，因此，以全世界而論，它們的數目永遠保持確切相同。在周流於世界各處的一切碳原子中，大約每一萬億裏有一個是碳十四原子。
現在假定一個碳十四原子的壽命非常非常長。它誕生後不會長久保持單身，而會很快接納一個單身的氧原子，然後又接納另一個氧原子。它同這兩個伙伴結成緊密的一團，藉化學繫帶的力量維繫成一體；三個原子形成化學家所稱的一個二氣化碳分子。
這個分子從它的誕生處即十萬呎的高空飄盪而下。當它達到四萬五千呎的高度時，它遭遇一股狂烈的噴射氣流——這股氣流循著彎曲的途徑環繞地球飛馳，由西往東，速度達每小時好幾百哩。我們這顆分子經過一小時左右的狂奔，落到同溫層之下，粘著於卷雲的一顆細小的冰粒上。雲塊往下沉落，冰粒體積加大，開始緩緩下降。冰粒達到較暖的空氣層，受熱融化，成為一粒雨，掉進大海。
此後許多年裏，這個分子給波浪推來湧去，隨著海流行進，成為航海者。然後有一天，它給微小的、單細胞的海洋植物吸收了。植物藉著複雜的化學程序，抓住這個二氧化碳分子，把兩顆氧原子撕下來，利用碳原子為建築材料，加添它自己日益長大的身體。再過些時，這植物給蝦吞下，蝦又進了鰽白魚的肚裏，鰽白魚成為海豹的食物。在每一個階段，這顆碳原子總成為吃下它的那個動物的身體的一部分。但是它在海豹身體裏停留的期間很短暫。海豹的新陳代謝作用使碳原子再同兩顆氧原子結合，又形成了二氧化碳分子。這個分子給海豹的血流吸收，運到肺裏，呼出於空氣中。
這分子飄飄浮浮，跨洲過海，說不定千百年沒有著落。最後，它給一株幼小的水杉吸住了，同往昔一樣，它成了植物組織的建築材料。它存在於這棵幼樹的樹身裏，水杉由幼而壯，這分子一人一直埋沒了幾千百年。最後，幾千百歲的水臨到了末日。一場狂烈的森林大火摧燬了水杉林，老樹在烈焰裏焚化了。樹幹燒成灰燼，我們的碳原子又同兩個氧原子結合，它作為二氧化碳分子的一部分，隨著翻滾的濃煙飄揚而去。
這個分子飛行了千百里路，給美國中西部大草原上的一片草葉吸收了。這年夏末，一條牛走來啃嚙草葉。這碳原子通過牛的身體，達到它的大腿骨。不久，牛成為史前的印地安獵人的獵獲物，此人把牛拖進他所住的洞穴，生火烤熟，飽餐一頓。肚子裝滿之後，這位印地安人把燒得焦黑的大腿骨朝身後隨手一拋，骨頭落在洞穴後部的廢物堆上。
過了幾年，這印地安人死了，埋在這洞穴裏。穴頂終於塌落，把獵人的遺體和牛的大腿骨一同掩蓋在厚厚一層沙石底下。
不知過了多少萬千年。到公元一九二六年，有位考古學家在新墨西哥州佛爾桑姆鎮附近進行發掘，發現了這位石器時代的獵人的骨骼。骨骼的年代估計為一萬三千年至一萬五千年，估計的依據是對於當地的巖石層的研究。此後許多年裏，「佛爾桑姆人」（Folsom Man）給大家公認為北美大陸上已知的最古老的居民。
燒焦了的大腿骨也給挖掘出來，送到美國東部的一座博物館。經過四分之一世紀左右，我們的碳原子一直躺在博物館的一個玻璃盒裏，始終保持秘密，世人既不知道它的奇異來歷，也不知道它的前途。
第二次世界大戰之後不久，一位核子物理學家來到這座博物館，要求從這塊燒焦的骨頭上敲下一小片。他將碎片拿回自己的實驗室，磨碎了，抽取其中一切的碳原子。然後他精確地稱量了碳的樣品，放進蓋氏計算器的計算室。我們的碳原子是放進這計算器去的原子之一。
實驗開始之後三小時又二十一分鐘，我們的碳原子終於分解。它的核裏有一個中子蛻變為一個質子和一個電子。質子留在核裏不走；這樣，經過大約兩萬年之後，現在我們的原子又成為氮原子了。發射出去的電子卻衝過蓋氏計算器的管子，令這計算器滴答作響。同計算器相聯的自動紀錄儀前進了一格。
過了二十四小時，物理學家完成了實驗。他閱讀了紀錄儀上的刻度，筆記下來。他用計算尺忙碌地計算了一會兒，於是寫下「九千九百」這個數字。
這位物理學家在幹什麼呢？他在測量燒焦的骨頭的年代，而且已經發現這條牛是在大約九千九百年前給人殺死的。這也必定是佛爾桑姆人的年代，因為骨頭和他一同出土。因此，佛爾桑姆人的年代終於有了著落，比從前所假定的要少幾千年。
我們的碳原子已經作為時鐘的一部分而發揮了它的作用，這個時鐘從牛給獵人殺死的一剎那起運行。
這個時鐘究竟怎樣運行的呢？
每一個活東西都繼續不斷地從地球的大氣層吸收碳，用來建造自己的身體組織。既然大氣裏碳十四和碳十二的比例始終保持一比一萬億左右，在活物體裏，兩者的比例也是同樣的。但當一個動物或植物死亡時，就不再從大氣中吸取碳。因此，在死亡的一剎那，碳十四同碳十二原子的比例開始變更。碳十四原子由於放射作用而一個一個分裂，又不能從大氣層取得新原子作補充。另一方面，碳十二原子卻是穩定的，始終保持原狀。結果，已死的動植物身體組織中碳十四對碳十二的比例逐漸減少。這種減少情況既依精確的數學比率而發生，動植物死後任何時候，其身體組織中存在著的兩種碳原子的比例就可以顯示死亡發生於多久之前。
美國中西部大草原上的草，在活著的時候，始終保持兩種原子的一比一萬億的比例。吃草的牛也在它身體裏保持同樣的比例。但牛一死亡，大腿骨裏兩種碳原子的比例立刻開始變更。大約剛好九千九百年之後，物理學家測量了比例的變更情形，從而知道牛是在多久之前死亡的。
這個方法是怎樣進行計算的呢？
前面已經解釋過：某一個特定的碳十四原子曾在什麼時候分裂，是無法預料的。那麼，已死的組織中的碳十四原子的減少又怎樣能表示死亡的年代呢？答案是這樣的：雖然某一個特定的原子的行為無法預料，但一大群——幾百萬個或幾十億個——原子的行為卻是可以預料的。在作輪盤賭庄的時候，球在下一步會跳到什麼地方雖不可知，但我們能料定——只要輪盤賭庄的輪盤沒有詭詐——若把輪盤轉動幾十億次，球會落在每個號碼上多少次。依同樣的方式，大量碳十四原子未來的行為也可以準確地預料。
我們發現：一大批的碳十四原子，有半數會於整整五千五百七十年後變為氮原子。剩下的那些沒有變的原子，又有半數會於五．五七○年後變掉。經過大約三萬年後，剩餘的碳十四原子數量太小，不可能據此而精確地推算年代了。
這種推算年代的方法是韋拉德．Ｆ．利比（Dr. Willard F. Libby）博士研究出來的，他因此榮獲一九五九年的諾貝爾化學獎。他的方法已給人用來斷定別的許多有機物質的年代，例如一個埃及古墓裏的木塊，和一位阿芝特克族（Aztec墨西哥原始居民）公主遺體的衣服上的纖維。
這樣，我們回顧本章的開端，看看講過的話，說地球是行星之中最有趣味的一個。
我們的理由是：地球上的生命的存在，經常以某種方式影響到每一分鐘都發生於地球表面上的一切事件，年年如此，世世如此。今天，當原子的秘密正在給人揭露的時候，氮原子的故事使我們知道：整個宇宙是奔馳如梭的原子交織而成的壯麗、時時變動不已的景象，至少就地球上面說，活的東西對於這幅變動的景象是永遠不斷地發生影響的。
－照片１－
這是日蝕時的景象。月亮的圓盤形陰影投射在太陽上，表明月亮是個球體。同樣的在月蝕時，正如亞里斯多德指出的，地球的陰影投在月亮上呈圓盤形——這就証明地球也是圓的。
－照片２－
照相底片長時間的露光拍攝到這幅像，表明星辰跨過天空前進的景象。這個奇觀，人類自從上古以來就為之迷感不已——雖然人類費了許多個世紀的努力才開始瞭解這是怎麼回事。
－照片３－
朝我們所在的銀河的中央望過去所見的景象。在吉奧丹諾．勃隆諾（１５４８－１６００）提出主張以前，世人以為「固定的星」都嵌在「星的球體」上。勃隆諾認識到：每顆星實際上都是一個太陽，它們的數目多到不可勝數。
－照片４－
這是羅素．坡爾脫肅的圖，描繪帕洛瑪山天文台的二百吋望遠鏡。藉著這一類的儀器的發展，現代天文學獲得了進步。
－照片５－
這是一個螺旋星雲——或銀河——的側影。這個星叢大致相等於我們自己的銀河，其中包含很多太陽，很可能有些太陽所擁有的行星的構造特別，能支持生命 ——說不定甚至於會有聰明的生物。
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這幅長時間露光的照片，表明星辰怎樣給人看來好像圍繞著北極星旋轉。北極星始終保持它同一的相對位置，它對於航海者的價值是無可估量的。
－照片７－
著名的螺旋星雲Ｍ３１，位於仙女星座，是給現代望遠鏡看得清清楚楚的頭一個星雲，望遠鏡將它分析為一顆一顆的星。
－照片８－
狂風挾著大雪，橫掃南極洲的大羅斯冰障。這兒的冰的厚度，有時可能還到兩哩之多，但同整個地球的龐大體積比起來，這麼厚的冰也不過是薄薄一層若有若無的霜而已。
－照片９－
小約翰．Ｈ．格陵中校仔細看著一位技術員在檢查「友誼七號」太空船，這個艙載著他順利地遨遊太空四小時後，剛把他平平安安送回地球。
－照片１０－
蘇聯少校尤瑞．加加林，是進入太空旅行又回來報告經過的第一人。
－照片１１－
火燄衝出太陽的邊緣，遠達十四萬哩，生動地表現了太陽巨大的熱力。太陽是恆久進行不已的氫氣爆炸。
－照片１２－
蘇聯『旅伴』一號衛星於１９５７年劃過加拿大上空，為一位機警的攝影家所攝得，利用曝光效果拍得光影。
－照片１３－
一位技術員調整『旅伴』一號的模型上之天線，這是脫離地球及其大氣的第一件實體物質。
－照片１４－
美國的泰羅斯氣象衛星裡塞滿了儀器設備，包括（１）電視攝影機，（３）磁帶紀錄機，（５）電視發送機，（１８）太陽電池。此外還有各式各樣的小型器械，大部分是用來供應或調整電力的。
－照片１５－
月球背面的景象，由繞月而行的衛星拍攝到。照片上的數字表示可資辨識的地形特微，它們給人取了這樣一些名稱為（１）莫斯科海，（２）太空人灣，和（８）夢海。
－照片１６－
『望月』小組正在追尋一個飛經美國德克薩斯州沃斯要塞附近的人造衛星。這樣的小組協助了觀察天體現象的機構，參加小組活動的人也得到很大的樂趣。
第五章
太陽發電機
除地球外，在太陽系裏同人類生活有最重大關係的物體莫過於太陽了。它藉著強大無比的引力，發揮安定的作用，使各行星運動的微妙動力有條不紊；它又藉著能賦予生命的放射作用，防止地球成為冰封雪壓的沙漠。
幾年之前，有一位妙想天開科學小說作家假設太陽不發出令萬物溫暖的射線，世界隨之滅亡。他又假設另有一顆星向著太陽系而來，在附近經過，擾亂了各行星的軌道。這顆星的引力破壞了整個太陽系的微妙的平衡。地球受它拉扯，脫離了太陽的掌握，飄流於太空的永恆寒冷之中。
喪失了從太陽來的製造溫暖的能，地球上的海洋便開始凍結為冰。地球不久便掩蓋在堅固的冰殼子下，空的地方充塞著液體的氧和氫的水潭，在冒著蒸汽——這是大氣層的可憐殘餘。這些水潭也漸漸凍結成固體。一度碩大無比的太陽表面，縮得只有針尖那麼大，發出微弱黯淡的光，照在荒涼的地球表面上。再過一個世紀，太陽變成遙遠的眾星之一——不過是一點冷冷的光而已。那時候，人類用盡了微弱的資源，越來越沒法掙扎終於滅亡。
這位科學小說家的悲慘看法，或許永遠不會成為事實。地球繞著令萬物溫暖的太陽而行，是牢靠地依附於它的軌道的。眾星之間的空間極大，任何兩顆星相撞或貼身而過的可能性幾乎不存在。
但這位小說家畢竟以聳人聽聞的方式表明了地球上的一切生命是多麼仰賴太陽能持續供應。依這個故事所說，並不是寒冷的殘酷侵襲使生命滅絕。它說地球上的各國人民老早已經知道他們的前途會怎樣，天文學家還計算過會發生怎樣的事，世上的政治家們也替人類的生存作了大規模的準備，利用地球內部的熱。世上各國人民穴地而居，深藏地面之下數百碼，頭上的厚巖石層幾乎完全隔絕了寒冷，保護了世人。但他們終於因饑餓而死亡。沒有了陽光，地球上的植物不能進行製造糧食的活動。生命的永恆循環因而切斷了。
太陽的輻射能是推動一切生命程序的力量的源泉。事實上，它是地球上幾乎一切的動力的最根本源頭。
我們駕駛汽車時，是使用著變成了化石的太陽能來推動車輛。油箱裏的汽油從原油提煉出來，原油是在地球表面之下經過千百萬年的長時期而形成的。無數年代以前，活的有機體享受著令它們溫暖的太陽光線，陽光照射在它們身上，給它們生活並生長的機會。當它們死亡時，在某些地區它們腐爛著的軀體大量集結，埋藏在沙和淤泥之下，沙泥變為巖石，軀體變成的油逐漸充滿沙粒之間的空隙。
當我們扭開電視機的開關時，又是太陽能在提供著動力。我們城市的供電線路的電能由發電站傳來，發電站將煤轉變為電力。煤也是變成了化石的太陽能。它是往古的地質時代裏生活過的大量植物的遺體，這些植物使用太陽能構成自己的身體組織，後來死了，身上逐漸堆積著越來越多的沙和泥。壓力慢慢將它們碳化——成為我們所知道的黑色的、易燃的煤。
發電站也可以從堤壩蓄積的水取得能量。這些水也代表太陽能。一年之中的每一天，太陽總要從海水裏蒸發大約一萬億噸的水，化成水汽，進入大氣層，這鉅量的水，大部分很快就變為雨，落在各洲上。千千萬萬噸的雨水從溪流進入堤壩攔蓄而成的水庫。壩上有輸水道，水由此連續奔流而下，沖到大渦輪機的葉片上，渦輪機推動發電機，產生電力給我們用。
農夫使用風車抽取地下水，流進高處的水箱，由管子流到他的房子裏和穀倉。抽水機由風車推動。風車的葉片由風推動。風由氣流的運動所致，氣流又是因為陽光給予地面和空氣的熱不均勻所造成：晒熱了的空氣膨脹而上升，冷卻了的空氣則收縮而下沉。所以追究到最後，是太陽能推動著農夫的抽水機。
有時候，鉅量的儲積著的太陽能以集中的、破壞性的方式釋放出來。分析到最後，太陽應該對旋風、颶風、水災和森林火災負責。我們常常遭受自然力量的悲慘襲擊。我們很難認清這些可怕的力量所發出的能，原來蘊藏在友善的太陽光裏。
在地球表面各處發生作用的能的總量中，有小小一部分不是出自太陽。崩塌的巖石順著山坡滾落，它的能來自地球的內部力量，當初把山脈堆積起來便是這股力量。地震的能也來自地球本身。火山、噴泉和溫泉的來源是地球內部的熱——這種熱有一部分是由放射作用所產生。最後，潮水的澎湃主要是由月亮推動的；太陽對於潮水的高度只貢獻了大約三分之一的力量。以上所舉各種能的總和——儘管這每種能都是極大的力量——只佔我們眼前表演著的鉅大能量的一小部分。太陽的射線凌駕其餘一切。
每天落到地球上來的放射能的總量大得驚人，但這不過是太陽每秒鐘傾倒到太空裏去的整個能量的極小極小的一部分而已。由太陽看來，地球只是個微小的點——其體積相當於七百呎以外的一枚小銀幣。因此，從太陽發射到四面八方去的鉅量的能，達到我們地球上的只有極小份量；幾乎全部的太陽能都失落在無限深遠的太空裏某個地方。
太陽佔有極大的空間，光芒萬丈，熱力灼人。在它之外很大的範圍裏，它都是天空中超乎一切的最亮的星。即令在太空裏令人無法想像的遙遠地方看來，太陽還是一顆看得見的星，儘管不怎麼亮。但是就人類而論，這極大量的能，幾乎全部冤枉浪費掉了，而且自從太陽誕生以來就已經浪費掉了。
地球所獲得的太陽能的份量只佔多麼小的一點點呢？
假定太陽供應放射能給我們時不是持續如水流而是放一下又一下，每一下只歷時一秒鐘。這樣，太陽把它所要分給地球的能交來，只須每七十年裏發放一秒鐘的熱便足夠了。當然，幸虧我們不是這麼一下子取得太陽的熱。若是這樣，地球一眨眼間便會化為蒸汽，儘管它距離太陽遠達九千三百萬哩。
為甚麼太陽會這樣經常不斷地發放出這麼巨大的能呢？原因是它的表面極熱。任何物體若是加熱到高溫度，都會放射相當份量的能，溫度越高，發出的能越多。甚至於人體也藉輻射作用而發出能：我們的皮膚表面每一平方吋發出萬分之三馬力的能量，全身就是依這比率而喪失能。一堆燒得熾熱的木炭產生的能量大得多，因為它的溫度高得多：它每一平方吋發出十分之一馬力的能。這是相當大的能量發放，怪不得許多烹飪野餐的人想烤法蘭克福香腸卻烤傷了自己的手指。
至於太陽怎樣呢？在它的表面，溫度超過華氏表一萬度，它可以照每平方吋五十四馬力的比率提供能量。一九六○年美國生產的電力總量約為八千億千瓦小時。這筆全年生產的能量，只相當於太陽表面上一點點地方——約為十個網球場那麼大——發出的能。
太陽為甚麼可以連續不斷地放射這麼多驚人的巨大能量呢？因為它的表面始終保持極高的溫度。假如我們把一塊燒得熾熱的鐵抽出火爐，只要過若千分之一秒，鐵塊就冷掉很多。它的顏色很快變為櫻紅色，稍過一會兒便成暗紅色。經過一兩分鐘，它一點也不發光了。那麼，太陽何以並不冷卻，儘管它以這麼驚人的比率放射掉熱呢？道理當然在於它表面喪失的熱繼續不斷地由它內部提供的熱補充了。
那麼，使太陽發電廠永遠開工不已的火力，不可能是煤炭火那樣的性質。早在一百年前，有人已看出這個道理，並且頭一次用具體的科學數字把太陽發出的鉅量的能量記載起來。據計算，太陽若是一堆普通的「火」，不可能維持長久，那怕它是由高級的煤在純粹的氧氣裏燃燒——這是當時已知的最好的易燃組合之一。太陽若是一堆普通的火，即令在有紀錄的歷史的期間也會燒成一大堆死灰。事實並非如此，我們知道太陽的歲數決不止幾千年。它以現有的可怕規模發放出能量已有幾十億年了——比一顆完全由煤或汽油構成的星所能燃燒的年數多一百萬倍以上。在太陽內部，埋藏於深厚的熱氣體層之下的，必定是驚人的能量之庫。
若想研究太陽這麼一個龐大已極的物體的內部情況，似乎辦不到。我們怎麼講得出厚達幾十萬哩的熾熱氣體層底下藏著的是甚麼呢？何況我們距離太陽的表面幾乎有一億哩。物理學家和天文學家真是了不起，他們儘管遭遇上述種種困難，居然能夠左算右算，算出太陽深邃的核心裏的情況。
指引我們明瞭太陽核心情況的，是件簡單事實，即太陽顯然是個穩定的結構。它既不爆炸，也不因本身的極大重量而坍垮。太陽有三十三萬個地球那麼重，它的絕大質量，大部分是氫和氦氣，由引力作用維繫成一個巨大的球形。但是，甚麼東西令太陽不致於坍垮呢？無論怎麼說，氣體總是可壓縮的，太陽最內部的核心必定負擔極可怕的重量，因為太陽的全部質質幾乎都由核心承托著。我們該認為太陽的內部承受不住這麼大的負擔，只好給壓成固體。事實上卻不是如此。一團受到極大壓力的氣體本身也能向外發出極大的壓力，因此能承受極重的負擔。
汽車實際上是由輪胎裏的壓縮空氣承托住的：它真正是在空氣上面進行的。而且，壓縮了的氣體的負載能力還可以增加。我們可以增加輪胎內部空氣的密度，只要把更多的空氣壓進內胎的有限度的空間便行；此外，我們還可以增加輪胎內的空氣的溫度。這兩種辦法都會增加內部的壓力——然而正是「每平方吋多少磅」的輪胎壓力決定著車輛的負載能力。
依照這種汽車輪胎的道理，物理學家和天文學家就能知道太陽內部的一些消息。很顯然，構成太陽身體的每一層氣體都必須能負擔起它外面各層的整個重量。但這非要每一層氣體的內部壓力都具有適當的數值不可——否則它會給上面各層的重量壓垮。然而從下面來的壓力也不能夠太大，假如太大，這層氣體受不了，便會把上面各層抬起來，使太陽爆炸了。所以太陽渾身上下內外的壓力都必須恰到好處。天文學家所必須做的事只是替太陽的每一層氣體設想出適當的密度和適當的溫度，憑這些數值便會構成一個穩定的太陽——一個既不坍垮又不爆炸的太陽。
設計建造太陽是個迷人的玩藝兒，其中只有一件難事，而汽車輪胎的例子將它表示得很清楚。假如胎內空氣溫度高，其密度雖低也能產生充分的負載力；我們又可以多壓些空氣進胎裏增加它的密度，那麼它溫度雖低，負載力卻樣大。依同樣道理，天文學家不明白太陽內部每一層氣體應該有多麼稠密、多麼熱。如果他們假定的密度高，溫度可以低些；反之，如果他們要使某一層具有低密度，只要令它具有較高的溫度就行。
不過，以上只是解決這問題的辦法之一而已，太陽的存在清楚地表明了這種情形。我們之所以能找到這個解決辦法，因為我們知道太陽裏有多少物質。天文學家設計了一層又進而設計下一層時，必須逐步假定其密度，因此當他們終於達到太陽核心時，太陽的全部物質都派到了用場。如果他們所設計的一層一層的密度增加得太快，就會在外面各層消耗掉太多的物質，最後達到核心時沒有多餘的物質可資裝填了。反之，如果他們設計一層一層的密度增加太慢，最後又會剩下一些物質無處可用。因此只能有一種解決辦法，依這辦法斷定的太陽核心溫度把人嚇壞了：高達華氏表三千八百萬度。
這個數字的最有趣味的涵義是：溫度既達到這麼高，氫氣就會「燃燒」而發放極大量的放射能。但它是一種特殊的火。它不是我們通常所見的火，如爐灶、燃燒的木堆或汽油的火。氫受到千百萬度的高熱時會燃起原子之火的破壞性烈焰。
溫度達到這麼高時，氫原子的核開始熔化，或粘合起來，組成氫核的簡單粒子便會構成較重的核。每當兩個核熔合時，發出一下輻射，帶有鉅量的能。這種可怕的原子之火的主要「灰燼」是氦。深藏於太陽核心中的氫，蛻變為氦，釋放出極大量的輻射能。要有千百萬度的高溫，才能從物質釋放能。
五十多年前，著名的物理學家阿爾伯特．愛因斯坦表明物質實在是高度集中的能。寥寥一盎斯（啢）物質裏就蘊藏著極大量的能。假如這些能都給釋放出來，就會等於燃燒五十多萬噸煤所產生的熱。為產生這麼大量的熱，必須將整個盎斯的物質轉變為放射性的能。氫在太陽核心的可怕熱力中轉變為氦時，有關的物質有一部分確實喪失了。一千磅氫氣轉變為氦時，所造成的氦的重量只有九九二磅——因為另外八磅物質已經轉變為放射能。
能量之流從太陽核心的熾熱原子爐衝出來，向各方面穿過太陽龐太無比的軀體。後來，放射能之流終於達到表面，填補太陽最外層不斷失散到太空去的能量。
每一秒鐘消耗的氫，達六億噸；但它幾乎全部化身為氦而重現。每秒鐘真正喪失的物質幾乎有五百萬噸。這五百萬噸物質轉變為放射能，流入太空。但是太陽的質量龐大極了，自地球誕生以來，太陽所消耗的質量不過百分之一點五而已。儘管太陽以人所無法想像的程度浪費能量，它仍豐富地貯積了巨量的物質，可以在今後千百億年裏不斷轉化為能。人類無須作杞憂，以為太陽會停止照耀。
在熾熱的太陽核心裏燃燒著的火，正是令氫氣炸彈產生可怕毀滅力的那種火。通常的鈾彈或鈽彈（plutonium bomb）爆炸時，在爆炸中心產生極大的溫度，這麼鉅大的溫度就能使一團氫熔合為氦，並在變化的過程中發放可怕的威力。令人害怕的氫彈就是這麼爆炸的，它的暴烈性超過普通原子彈一千倍。舊式的原子彈只作為扳機——氫受夠了熱，便自行爆炸。由於氫核只能在受到極高溫度的情況下轉變為氦並放出能，所以原子物理學家稱氫彈為「熱核武器」。幸好在氫彈爆炸時，只須極短時間，即許多分之一秒，溫度便會降低，溫度一低落，氫的可怕爆炸便立即停止。沒有甚麼東西可以保全氫彈的溫度，因為爆炸太猛烈了，一切東西都給它掀得不知去向。
太陽的核心是一團永遠燃燒的原子之火，相當於一個爆炸著的氫彈的中心。在太陽核心的極高溫度中，氫燃燒不已，因為熱力不能在一次猛烈爆炸中逃散——它只能慢慢地一點一滴洩漏掉。太陽的身體的極大重量壓住核心，永遠保全住原子爐火。假如太陽核心的熱得可怕的氣體有拳頭那麼大一團突然逃出了牢籠，它就立即會以氫彈的狂烈力量爆炸起來。
太陽的狂暴核心在沉重厚實的氣體之牆團團包圍之中，發出鉅量的原子能。能量衝過深厚的外層，洩漏到太空。太陽的射線在走向地球的漫漫長途中逐漸變得稀薄了，終於達到地球。我們看到和煦可愛的陽光，一點也不會想到太陽能的發源地具有那麼可怕的足以毀滅一切的熱力。
第六章
天體運動發出的樂聲
人類所知的最壯麗戲劇之一，就是我們太陽系諸行星各自循著軌道在邁進。這幕戲永遠表演於我們眼前，太陽當主角，各個行星，包括我們自己的地球及其月亮，則擔任配角。人類觀察這齣戲已久，彷彿觀看舞台上的一幕戲。但它不像人演的戲，它沒有一定的起首和結束，甚至沒有任何明顯的劇情。不過這些激動人心的事引起了人類的好奇心，人類設法想瞭解這件事，已有幾千年的歷史了。
幾千年來，人類主要是以詩歌和宗教的詞句去理解天上的物體及其行為的。太陽和月亮都是神，天上就是他們踏腳的地方。僅僅三百年前，克普勒和牛頓掌握了行星運動的法則，人類才大體上明瞭自己所觀看的景象是怎麼回事。然後，到我們自己這個世紀，觀看著開始親身積極參與，製作人造衛星和星際火箭。
許多人眼見過人造衛星不聲不響地滑行越過夜空，想著人類居然順利進行自古以來不許前往的領域，深深受到感動，甚至大為震驚。同時，我們又對於人造衛星周遊全世界的天空所走的奇異路線覺得大惑不解。人造衛星一旦進入天上的舞台，就以極端的精密程度遵循行星和月亮運動的法則。人類自古以來只是自然界的觀眾，假如自己也要上台表演一番，必須首先掌握劇本的規律。
天上角色們的動作，自從大約四十億年前創造太陽系以來，幾乎完全都是同樣的。在這段長得可怕的時期裏，天上角色們的動作幾乎始終得不到有知識的觀眾來觀賞。直到大約一萬至一萬五千年前，人類才懂一點事，設法解釋這偉大的戲劇——種種的解釋，後來反映於中國人、印度人、馬雅族人、埃及人和巴比倫人的古代文化中。這些古代的人不但設法瞭解眾星的運動，而且試做過更大的事，即說明整個宇宙是怎麼誕生的。他們以活靈活現的宗教性想像來解決這件事，於是，天神如何創造世界的最逼真的神話就一代一代流傳下來了。
紀元前第六世紀，偉大的希臘哲學家畢塔哥拉斯和他的生徒們打破了神話的迷惑，首先憑理性設法瞭解天上的景象。他們具有輝煌的概念，認為天上的光亮的運動只有藉著數學——藉著數字和幾何學——才可明瞭。他們認為數字是萬物的本質，而鄙視庸俗的商人只知利用數字計算貨物和營利，畢塔哥拉斯（Pythagoras）教導世人說：數字是瞭解自然和字宙的鑰匙。這個在今日仍然極為盛行；事實上，它是我們現代科學思想的開端。畢塔哥拉斯學派的人物把數學運用於天空，對於天上的戲劇提出了前所未有的科學解釋。
他們認為：太陽、月亮和各行星似乎環繞地球旋轉，地球似乎處在萬事萬物的中心。他們以八個同心的球體的存在來解釋這些星辰的運動，這八個球體各自代表太陽、月亮和五個憑肉眼可見的行星（水星、金星、火星、木星和土星），第八個球體則負載著一切固定的星星。地球位居中央，各個球體則各自帶著鑲嵌在球體上個星辰，慢慢地一圈又一圈轉動，各自依照命定的速度。
畢塔哥拉斯學派的人替每個球體定下了體積，表現了這個學派十分注重數字上的和諧。的確，他們最珍愛的寶物之一是他們的老師所發現的數學上的和諧規律。畢塔哥拉斯發現：「和諧音」之所以產生，是因幾條弦的長度表現了一系列簡單的數字上的間隔；因此畢塔哥拉斯學派的人認為音樂的數字法則是他們的世界體系的不可缺少的部分。他們假定行星球體的體積一個比一個大，其體積增加的情形彷彿豎琴之類的樂器的弦的長度增加情形。但他們以為天上的球體是由最明澈的水晶做成的，當這些玻璃鐘似的球體堂皇地運轉時，互相磨擦，發出一種和諧的樂音，這樂音神妙極了，甜美極了，只有神的耳朵才聽得見。這就是著名的天體和聲論。
畢塔哥拉斯學派對於天體行動的解釋，太像詩人的奇想，不合乎現代科學思想。但它比那種認為星球是些神仙、行動變幻莫測的看法卻更切實得多。這是人類頭一次以數字理論來說明星辰的運動。
循著畢塔哥拉斯學派的途徑，只經歷了二百五十年，便有人正確地解答了天上的謎——這個謎是希臘天文學家、撒莫斯人阿里斯塔切斯（Aristarchus）在耶穌誕生前二百八十年提出的。阿里斯塔切斯說，太陽位居中央，而諸行星，包括我們自己的地球，卻是循著巨大的軌道，圍繞這團中央之火而旋轉。因此，阿里斯塔切斯是頭一個清楚而正確地把天空的偉大圖樣描繪出來的人。這是極了不起的知識上的成就，但世人還太幼稚，不能領悟而接納它。這位偉大思想家的預見給人遺忘了幾乎兩千年——在古代的後期和中世紀都沒有人提及它。在世人心目中，地球仍舊站在宇宙的中央；大自然的壯麗景象一直受到誤解。
中世紀的人對天體的想法，終於被文藝復興時代頭腦清晰的思想家們撇開了。振衰起弊的年份是一五四三年，這一年，尼可拉斯．哥白尼發表了重大的著作天體旋轉論。此書出版於他逝世之後，因為他有生之年不敢提出同教會神父們和俗人所認為的「絕對真理」恰好相反的看法。哥白尼像兩千多年前的阿里斯塔切斯一樣，將太陽描繪為行星系統的中心。這個觀念站穩了腳根，成為人類思想大革命的開端。天上表演的廣大花樣，終於讓人瞥見了。但這不過是瞭解的起點；較為細緻的地方仍然模糊不清。
古代天文學家認為行星的運動路線理所當然地構成圓圈。他們認為只有數字上完美的圓圈及其神妙的和諧才足以成為天體運行的軌道。甚至於哥白尼也以為一切行星和衛星的軌道都是絲毫不差的數學上的圓圈。但是後來查明，行星的運動並不十分切合人類設想的圓圈路線；大自然的數學比人所設想的更加複雜。德國人約翰尼斯．克普勒（Johannes Kepler），生於哥白尼逝世後三十年，頭一個令人滿意地解釋了行星的運動。他的瞭解是根據他苦心蒐集第谷．布拉克（Tycho Brahe）和其它人長期、詳盡而精確地觀測天體的結果。
克普勒提出一些著名的定律，第一條定律說，天體的軌道全是橢圓形的，而不是圓的。橢圓的形狀很難描述，一定要見到才可理解和感覺到。橢圓頗像一個圓圈受到兩邊來的壓力而壓扁，但它比這種說法所形容的更優美些。在圓圈上各處的彎曲度全是一樣的，而橢圓形的彎曲度卻是一點一點逐漸變化的。橢圓也有中心，但其直徑依不同的方向而有不同的長短。最長的直徑名為長軸，同長軸垂直相交的，是最短的直徑，名為短軸。
每個橢圓有兩個特別的點，位於長軸上，同中心的距離相等。這兩個點名為焦點，表現了橢圓的一條奇異的幾何學定律。在圓的圓周上選擇任何一點，劃兩條線，各達一個焦點；再又在圓周上任擇一點，也劃這麼兩條線各達一個焦點。一測量就知道，從圓周上這兩點上各自劃出的兩條線，其總的長度相等。從橢圓的圓周上任何兩點劃出的線，全是如此；事實上，數學家正是用這種辦法給橢圓下定義。
簡短說明了橢圓在幾何學上的特性後，我們再回過頭來談克普勒和他的第一定律。這條定律的全文是：「每個行星的軌道都是一個橢圓，太陽位於兩個焦點之一。」這條定律也適用於一切行星的衛星，它們以橢圓形軌道圍繞行星而飛翔：每個行星總是處在衛星的橢圓形軌道的兩個焦點之一上。
地球繞太陽而行的軌道，呈橢圓形，只同十足的圓形略有差別。（別的行星也是如此，無怪乎古人一直以軌道是圓圈形。）地球的軌道既是橢圓形，太陽便不是處於橢圓的正中，地球繞太陽而飛時，逐漸改變它同太陽的距離。地球飛到某一點上，同太陽最接近，這一點名叫近日點。地球離太陽最遠的地點，名為遠日點。
克普勒的第一定律說明天體的軌道的形狀；他的第二定律是關於天體在軌道上周而復始地運轉的速度。它指證了往昔天文學家們的錯誤。那些人以為行星和衛星都以恒久不變的速度穩靜地轉動前進，克普勒卻發現行星和衛星不斷地變換著速度。例如地球經過它的軌道的近日點時，飛得最快；然後它逐漸降低速度，到它經過遠日點時速度最小；過此以後，它朝近日點而行，越飛越快。行星圍繞太陽而行，頗像小孩玩的「溜溜球」，成垂直的圈子而懶洋洋地旋轉，往上走時慢，經過「軌道」的底部時很快。克普勒第二定律以數學詞句敘述這種變換不已的速度。
克普勒的定律是人類的勝利：看戲的人當時至少瞭解大自然在天空舞台上演出戲劇的一部分情節了－這就是：行星究竟怎樣運動。儘管如此，仍有個大問題不得明白：行星究竟為甚麼要運動呢？找到答案的人，出生於一六四三年，恰好在哥白尼逝世及其著名作品出版之後一百年。這人是英國的艾塞克．牛頓爵士（Sir Isaac Newton），他的發現便是宇宙的根本原理：引力定律。
據傳說，牛頓坐在蘋果樹下，看到一隻蘋果落下。他靈機一動，想到：使蘋果跌落的那股力量，也正是令諸行星和衛星保持在軌道上的那股力量。這段軼事說不定完全是無中生有的；但是十八世紀的法國智者伏爾泰說過，這個故事即令不真實，也不得不捏造出來。伏爾泰是出名欽仰牛頓的人，說不定這故事是出自他的想像。但這不礙事；牛頓孕育了引力觀念，制訂了引力定律，因此成為人類歷史上的偉大人物之一。
我們在這裏暫不討論牛頓的定律在數學上如何了不起；我們只依循他的推理到某一地步，由此可以看到為甚麼各行星和衛星會像現在這個樣子運動。我們也想令自己清楚知道，假如沒有牛頓首先提出的概念，我們便不會懂得如何將人造衛星拋進軌道令它繞地球而飛。
引力是宇宙中一切物體之間存在著的吸引力量：太陽、行星、衛星以至於蘋果，無不具有引力。牛頓表明：引力大小是可以計算的，只要我們知道各物體中的質量（物質的份量）以及各物體彼此的距離。
我們且看引力如何影響地球和太陽。這兩個物體之間有極大的吸引力在發生作用，但地球由於在運動著，就能夠抵抗這種持續不已的拉扯。假如地球在軌道上突然停止運動，便會開始向太陽跌落（即受太陽拉扯過去），經過大約兩個月越來越快的跌落後，它會給太陽吞沒。反過來說，假如突然沒有了太陽，地球便會立即停止依橢圓形的軌道而運動：它會依直線而進行，飛往宇宙的深處。以現有的情況而論，地球的軌道是地球運動的慣性和引力同時發生作用而造成的。可以說，地球不斷受外力扯歪，不能直飛，因此它的飛行路線形成一個封閉的軌道。
牛頓於是進而運用引力推究克普勒的行星運動法則。牛頓提出的公式包含引力定律，太陽和行星的質量，天體之間的距離，以及旋轉的時間。這樣，就可以從數學上表明：無數噸物質凝聚為球形的行星及其衛星，如何依循精確的路線在太空裏飛行億萬里。
有個崇拜牛頓的天才說過，「牛頓真是個最幸運的人；宇宙只有一個，因此只能讓一個人來發現支配它的原理。」
現在，火箭工程師把人造衛星射進天空的時候，是依照克普勒和牛頓發現的法則。人造衛星雖小，它繞地球而作的行動正如地球繞太陽而作的運動。每個人造衛星的軌道都是個橢圓形。
要把一顆衛星射進離地面幾百哩的軌道，必須達到每小時一萬七千哩的速度，因為地球的引力極強大。衛星需受到極大的推舉力以資抵銷這股強大的引力；要用三、四個階段的火箭才足以產生這種推舉力。巧妙所在是要設法支配火箭的每個階段，以求在恰當的高度把衛星推入軌道，令它具有恰當的速度，採取恰當的方向。牛頓的方程式告訴我們：這三個「恰當」就是三個條件，決定著衛星會走上怎樣的軌道，衛星非受這三者支配不可。
發射衛星的火箭必須操縱得極為精密，因為衛星軌道的形態、大小和位置完全由火箭決定，火箭把衛星射進軌道的時候，只要高度、速度和方向微有變化，衛星軌道就跟著改變了。有些衛星的發射沒有成功，儘管火箭的每個階段從頭到尾都發揮了功能。這每每因為火箭把衛星推進軌道時所朝的方向不恰當，或沒有給衛星以恰當的速度；因此而造成的軌道便不妥當，會把衛星引回稠密的大氣層。於是衛星同空氣磨擦，發生極大的熱，像周身燃燒的殞星一樣化為灰燼。
衛星的橢圓軌道有兩個焦點，其中只有一個是在地球的核心，因此，對地球來說，衛星軌道的位置經常不是像圓周環繞圓心那樣平正，而是偏斜的。軌道上最接近地球的地方，名為「近地點」。同這一點遙遙對立的，是軌道距地球最遠的地方，名叫「遠地點」。
現在我們設想一個衛星在特定條件下運動的例子。假定有個衛星在地球上空三百哩的高度給火箭射進軌道，發射的方向同垂直線交叉直角。在三百哩的高空，大氣的阻力幾乎等於沒有。衛星受到發射而脫離火箭進入軌道時的速度，假定恰好為每小時一萬九千哩。這個速度超過了用來抵銷地球引力所需的速度。衛星安詳地順道弧形軌道上升，不斷減低速度，因為受到地心引力的拉扯。最後，它達到軌道的最高點，即遠地點，高度約為一千四百哩，同發射點（即衛星脫離火箭時的位置）恰好遙遙對立。然後，衛星順著它的橢圓軌道的降落弧而不降，依照克普勒的第二定律，它越降越快。它繞地球而飛，繼續加速，當它達到離地三百哩的發射點（即是它的軌道的近地點）時，它又像開頭那樣以每小時一萬九千哩的速度飛行。於是，它開始兜第二個圈子。
蘇聯和英國發射的頭一批衛星，其受發射而進入軌道時所處的高度都不到三百哩。在這個高度，大氣的分子雖不太多，卻足以造成輕微而可以察覺到的磨擦。當這批衛星一趟又一趟圍繞地球而運行時，輕微的摩擦發生了影響，逐漸耗蝕了衛星的運動量，使它們的軌道慢慢縮小，衛星越轉越接近地球。衛星的生命只得幾星期或幾個月，末了，它進入越來越稠密的大氣層，終於燒得精光。
頭一顆發射成功的「先鋒」號衛星（Vanguard satellite），約有一個朱欒（美國加洲出產的水果，好似柚子）那麼大，其軌道特別寬。它的「近地點」離地面超過三百哩，避開了大氣層致命的拉扯。預料這個小衛星在地球周圍旋轉一百年以上。這個小球給人提升到天體的地位，在大自然的戲劇裏扮演一個角色，它的壽命長過那些看見它升天的人。
在原理方面，天體力學的創立者克普勒和牛頓對於天體的運動已經無所不知。但在他們的時代，人還沒有用電，蒸汽機也還在一百多年之後。克普勒和牛頓用鵝毛筆寫下了自然法則，而且是在燭光之下書寫。然而這兩位大哲人就憑這麼簡陋的條件替天文學打下了基礎，而現代最激動人心的技術進展——征服太空——也就隨之開始。
第七章
一個月亮誕生了
一顆宇宙塵飄飄盪盪飛過太空。它約有拳頭那麼大——是一塊金屬，呈不規則形，表面凹凹凸凸，重約二十磅。耀眼的太陽像聚光燈一般照射著它，它在漆黑的太空襯托之下閃閃發光，彷彿在熄了燈的戲院裏飛揚的一顆塵埃。它慢慢地圍繞自己的軸心而翻滾，它的表面上時時刻刻出現千變萬化的強光和黑影。
假如不是這顆宇宙塵慢慢在旋轉，大家也許以為它懸在太空裏不動。其實，它以每秒鐘好多哩的速度在猛衝，順著一個絕大的軌道急進，圍繞著太陽旋轉。自從我們太陽系開始以來，這顆宇宙塵已圍繞太陽旋轉幾十億次，好像行星各自在平靜的軌道上繞太陽而轉。它的龐大軌道橫跨過金星，地球和火星的軌道。在這顆宇宙塵的漫長旅程中，很可能有萬千次同這三個行星擦身而過，幾乎撞個滿懷。
現在這顆宇宙塵正靠攏地球。如果有個觀察者同它一道飛翔，就會看到地球的表面慢慢越現越大，也越明亮，襯托於烏黑的太空之上。這顆宇宙塵走著一條同地球相撞的路，以它優越的速度從後面追上地球。
地球引力的拉扯現在加添了宇宙塵的速度。地球的表面越顯越大了——現在遮掉半邊天。有幾個空氣原子開始撞到這顆宇宙塵前邊的表面上，把已往無數世代裏積聚在這個表面之上的細微宇宙灰撞掉了。再過幾秒鐘，這宇宙塵——現在成為地球上看得見的流星——開始灼熱發光，因為它衝進了下邊的稠密空氣層。這驚人的磨擦產生幾千度的熱，流星就化為一縷耀眼的金屬蒸汽和白熱的空氣。幾分鐘之後，一條輕柔而熾熱發光的帶仍然標誌著這顆流星隕歿的道路。地球同它的大氣層增長了大約二十磅的質量。
每個鐘頭，地球的空氣都要吞進無數百萬顆宇宙塵，其中絕大部分微小極了，要用顯微鏡才看得見。它們的數目極多，因而使地球每天增添大約一千噸的質量。許多科學家相信地球和別的行星原本都是由無數億萬顆微粒——隕石之類的物質——構成的，這些微粒充滿於太陽周圍的太空，逐漸積聚，形成較大的集團。地球的形成至今還沒有完全竣事，上面所說那顆流星的隕落不過是令地球得以形成的無數億兆事件中的一件而已。
不管從外邊的太空闖進什麼東西來，地球總是用它的引力巨掌牢牢抓仕。自古以來落入這個巨掌的一切隕石之類的物質，至今全都仍舊是地球的一部分。除了從空氣的最頂層逃往太空的少數孤獨的原子之外，地球絕沒有放棄過它所獲得的任何一點物質。引力是個嚴格戒備、有效能的衛兵。
正好在上述流星化成一道白光而隕歿的時候，有個另成一格的天體進入現場。它從地球的陰影裏冒出來，鮮明地反射著陽光。它像宇宙塵那樣衝過太空，它也是由金屬構成的；但它在別的方面卻迥然有異。它的形態是有規則的——十足溜圓，金屬質的表面打磨得極度光滑，所以它反射太陽，發出令人目眩的強烈光芒。它也重約二十磅。但這個二十磅構成了地球的自然歷史上最卓越的物質之一：人造衛星。這個人造衛星同別的人造衛星都曾經是地球的質量的一部分，但它剛才離開了地球，開始作為一個天體而存在，同月亮的地位相等。
自從地球歷史的開端以來，地球近傍物質的流動全是祗向一頭走的。現在，破天荒第一次，固體的物質塊往相反的方向進行——離地球而去。
物質在地球附近往相反的方向進行，只有憑藉人類的技術才智纔可能實現。人找到一種辦法克服引力的力量，引力通常使一切東西都束縛在地球上。火箭發動機的推舉力把人造衛星推出地球之外，進入繞地球而行的軌道。人造衛星是人類自行製造的月亮。
人造衛星不像自古以來情人們雙雙凝望的天然月亮，而是複雜的，非常懂事的科學工具。它是個不能自力運動的金屬彈丸，繞著地球旋轉，卻已成為革命性的工具，能解決許多從來沒有答案的問題。但科學家的雄心更大︰他們所製作的衛星是要充當機靈而準確的觀察者。衛星在許多方面好像是個活東西。它擁有設備，能「看」、能「聽」還能「感覺」到大氣層和太空之間的邊綠區域裏所發生的事態。它有電子「腦筋」記憶它的「知覺」，還有無線電「聲音」，能回答地面上用無線電發出的問題
衛星有很多事物可以看、聽和感覺，那是拘束在地球上的儀器永遠無法觀察到的。它有幾隻人造眼注視太陽，細看太陽的紫外光線。又有些眼睛對準下面的地球，觀察變化不己的雲層。人造耳朵傾聽細小的宇宙塵撞到衛星的金屬表面上所發生的輕微的卡搭聲，別的「感覺器官」紀錄著較大的宇宙塵，大得足以洞穿衛星的殼。對熱度有靈敏感覺的儀器，測量著溫度。「磁」的感官則追尋地球的磁場，此外還有些巧妙裝置偵查太陽發出的帶電的粒子，並紀錄宇宙線。
衛星所觀察到的一切，都儲存於電子記憶器中——這是一套小小的磁心，有些衛星中則用微型磁帶錄音機，在天空作記錄。衛星每兜一個圈，走到恰當的位置，地面上就會發出無線電訊號，命令它將儲存的消息洩露出來。於是衛星用它的無線電聲音講講話，將它在剛才兜過的一圈中搜集到的資料傳送到地面。
衛星攜帶的儀器，是科學和工程設計的奇蹟。每種儀器輕便得教人幾乎不能相信，因為在製作儀器時那怕祗節省一啢的重量，也可能決定成敗，使衛星進入或進不到預定的軌道。假如不能在嚴格的重量限度內製作一種特別的儀器，就不能送它上天。科學家們制訂了非常複雜的方案，進行這些「在艙內」進行的實驗，以最少的重量取得最多的資料。陸軍、海軍、空軍、某些大學以及工業界都參與了這些實驗。
在頭一批衛星裏，供應電力的電池佔了最大部分的重量——約為衛星全部重量的三分之一。其餘的重量分屬於各種電子器械，如收報機、發報機、替續器、多線測遠儀和紀錄機。這些器械極小，相形之下，連環圖畫裏描寫的宇宙怪人手腕上帶著的收發報兩用無線電機顯得笨拙了。現代電子學工藝產生的一切微型奇妙製品，如半導體、印製的線路（印刷電路）、小型電容器和磁心等，都應用於衛星的種種器械中，這些製品極小又極輕，因此全部可以塞進一個小容器，其體積不超過六個荼碟堆起來那麼大。這些電子器械的每一項，其部件的數目都比一架大型彩色電視機更多，但裝備成的整個器械可以藏在手掌心裏。衛星的電子設備能夠擔當種種極複雜的任務，如感覺、測量、儲存消息、傳送資料等，所費的電力微少極了。小小的幾個電池可以開動全部設備達一兩個星期之久。
有些較新穎的衛星裝置了太陽電池。這種現代電子世紀前途無量的儀器，可以轉變大量的太陽能為有用的電力。太陽電池最合衛星的理想，因為太空裏有著取之不盡的免費的陽光。除非宇宙塵打中衛星，毀壞了精密的電路，運行於太空的無線電和電視設備在太陽電池的電力開動下簡直可以永遠生效。
自從第一個「旅伴」號（Sputnik）衛星開始它寂寞的旅程進入太空以來，衛星的數目不斷增加，儘管其中有些只在軌道上旋轉幾星期或幾個月。有個時候——在一九六二年正月——總共有三十五個人造的器械飛翔於太空，其中許多個至今還忙於將自己測量到的科學資料發送給地球上創造衛星的人。這些器械並不全是真正的衛星。蘇聯工程師兩次進攻月球，都成功了。一九五九年九月十四日，紐約時間下午五點鐘，由地球發出的頭一件東西達了月球。它是個球形的儀器包，共重八五八磅，於飛行大約三十五小時後，以每小時七千五百哩的速率衝到月球表面。一九五九年十月六日，一支蘇聯火箭，是三天前發射的，圍繞地球滑行，奉地球上發來的無線電命令，將兩具照相機指向月球背部。有個複雜的裝置在火箭之內把照片沖洗出來，掃瞄之後，用無線電訊號把影像傳回地球，使人略窺自古以來見不到的月球風光。拍回的照片，揭露了月球表面上看不見的部分大約百分之七十。蘇聯科學家行使了發現者素來享有的權利，替某些顯眼的火山口、山脈和平原取了名字。
美蘇兩國的太空科學家都發射了火箭進入星際太空，辦法是賦予這些火箭巨大速度，大得足以衝破地球的引力，進入繞太陽而行的軌道。在這些所謂「行星探針」之中，美國的「拓荒者五號」（Pioneer V）最是卓著成效。它那一百五十瓦特發報機發出的訊號，遠自一千三百三十萬哩外傳來，仍可收到。儘管這具發報機預定在五千萬哩之外還可同地面保持接觸，不巧因電池漏電，中途就音沉響絕。
自從衛星時代開始以來，運行於太空的器械的重量已由寥寥幾磅增加到像美國空軍發射的「米達斯」（Midas）衛星那樣的兩噸半，以及俄國衛星那樣的五噸以上。這些器械真可當「太空船」之名而無愧。但是大炮的彈丸、火箭和太空船之間最大的差別是後者會回到它出發的地方——而且大體上安然無恙。在太空飛行中，重入地球的大氣層以及終於讓人尋獲，是個大問題，具有意想不到的困難。我們知道，一個物體只有具備極大的速度時才可能成為衛星，這個速度必須超出大約每小時一萬七千哩的臨界速度。但若要使衛星能夠原封不動回到地面，必須先消除它那極大的速度。至今還沒有衛星能攜帶充分的燃料刪好逆轉發射的過程，即用火箭力量制動，遏止全部速度。衛星的絕大部分運動量必須消除，以防衛星衝過大氣層時因磨擦而產生的高溫度。當然，最主要的問題是防止歸來的太空船像流星一樣焚燬。
美國的太空科學家們進行一系列的「發現者」（Discoverer）衛星試驗，打算找回一具三百磅重的儀器囊，是由發射到軌道上旋轉的衛星拋射出來的。起初試驗了十二次都失敗，直到一九六○年八月十一日，「發現者十三號」（Discoverer XIII???? 衛星拋出的囊才經一位美國海軍直升飛機駕駛員從太平洋撈回。這囊已繞地球轉了十七圈，後來由地面發出無線電命令，衛星才把囊拋回大氣層來。這是頭一次有一個物體真正在太空旅行後又給人找了回來。過了幾星期，俄國人也順利找回兩隻小狗——是頭一批高級生物旅行太空而又生還的。隨這一對太空犬之後，一九六一年春天和夏天，頭一批太空人也上了天，這就是俄國少校加加林（Gagarin）和季托夫（Titov）。
在太空人飛行實驗方面，美國同蘇聯相頡頏的是「水星計劃」，由國家航空及太空總署執行。自從海軍中校艾倫．薛霸（Alan Shepard）、少校維吉爾．葛力崇（Virgil Grissom）和中校約翰．格陵（John Glenn）先後作了歷史上著名的太空飛行後，世人已十分熟悉水星太空船的形狀了。
這些太空飛行員乘坐的是圓形、下大上小的金屬囊，頂部平坦成圓錐形。火箭助升器和衛星囊的本身的動作雖然完全是自動化的，但太空飛行員能夠操縱囊的高度，並開動一切飛行控制設備，例如發放後退火箭，這火箭把人帶進了太空旅行的最緊要階段——安全降回地球。太空囊的設計，專為避免大部分的因同大氣層磨擦而產生的熱，這時候，有個降落傘的裝置發生了作用，使囊平安下降落進海洋。
正是複雜的水星計劃在進行技術方面的發展時，訓練七位太空飛行員的工作也從一九五九年夏天起積極施行。實際發射這些有美國人乘坐的衛星離開佛羅里達州加納維羅角（現改名「甘迺迪角」）的沙堆，是件驚天動地的大事；它是許多訓練有素的設計人員和熟練的技術人員費了不知多少萬千小時的功夫所獲得的成就。人和機械的動作必須融合得十分妥善的、時機十分恰當的行動。這種行動好像巨大的七巧板，每一塊都要同別的各塊配合得精確之至；每一塊又必須在預定的某一剎那進入它應有的位置。這種行動正是美國的工程管理人員所擅長的。
時間是在凌晨。從昨晚以來，帕屈克空軍基地的巨大火箭試驗場就已繁忙極了。衛星的發射器仍由台架圍住，台架是個鋼架子，人站在上面，可以達到火箭的各部分，火箭是個複合體，高達許多層樓，一節疊一節。工程師和技術員正在把這具複雜機器的許多發生作用的部分檢查一遍又一遍——它微妙的「腦」，它的電流「神經系統」，和它的機械「肌肉」。好多噸的推動劑，妥善儲存在火箭內部巨大的燃料箱中，它所蘊含的化學能，等著給人釋放出來，成為熊熊怒火。密密麻麻的電線從火箭通到台架上，把這巨大機器裏的萬千個開關，替續器和起動器同設在堅固的水泥小屋裏的指揮部聯結起來。指揮部的牆上裝著一排排指示燈，紅、綠、白諸色粉陳；又有自動畫圖板，裝著擺動的筆，把訊息畫下來，綠色的線條無聲地顫抖於示波器的幕上。
點燃火箭之前的檢查清單上，列著萬千個項目。最後一個檢查記號劃下後，命令傳出，要移開台架。台架慢慢退開，剩下巍然矗立的火箭，站在基底上，彷彿一座巨大的塔。但火箭仍有繩牽著，那是許多粗電線，聯結火箭的「腦」和旁邊的台架。現在太陽升起了，碩大的火箭在陽光裏閃閃發亮。
揚聲器把簡明的訊息傳遍整個地區！
「發射前兩分鐘！前兩分鐘。」
設在巴哈馬和東南面一連串島嶼上的追蹤站已經工作了好幾個鐘頭。它們藉無線電和海底電線同發射站直接聯絡。
「三十秒鐘！給火箭加壓力！」
現在火箭準備發射，燃點之前的時間倒數進入了最後的階段。發令者傳遍全區的單調聲音折磨著大家的神經。在這幾秒鐘裏，創造這奇妙機器（火箭）的人們回想起萬千個小時的工作，種種的煩惱和許多個不眠之夜。再過幾秒鐘，他們一切專心致志的努力都會達到極點。他們想到躺在巨大火箭尖端的那位勇士。是成功還是失敗，此刻已成毫不含糊的命題，沒有馬馬虎虎的餘地。
「………二………一………零………點火」
一團火焰從火箭底下衝出來。它發出令人目盲的閃光，翻騰滾出，然後穩定起來。雷鳴似的轟隆聲吞沒並震動了整個地區。燃過的氣體激射而出，越來越狂烈，在嘈雜的吼聲裏，我們聽得出一種越來越高的音響，那是給火箭的第一階段抽送推進劑的唧筒運行得極快時發出的響聲。
龐大的火箭顫動了。正是吼聲強烈到令人忍受不住的時候，這個高聳的結構物開始緩緩上升，彷彿一架升降機。由火箭的操縱裝置射出的氣流，噴在它的基底周圍。火箭豎在空中，由一大股白熱氣體托住。它繼續上升，但仍然緩慢，廢氣的衝力拚命推舉這個極沉重的結構物。廢氣的推舉越發狂烈了。火箭上升的速度漸增。它越升越快，尾巴上拖著一大股形狀不整齊的蒸汽。火箭漸漸飛遠了，廢氣火焰的耀眼程度也漸減。現在，火箭拚命往上衝，彷彿一支疾飛的長矛刺進天空。
在小屋裏，繁忙的筆在漫長的紙條上畫著。雷達和光學追蹤器械緊盯著火箭的路徑，將它的彈道畫下來。資料送進計算機，火箭未來的路徑受到急速的測算。
在火箭裏，發動機奉「腦」的命令，微微偏斜。火箭的飛行路線就漸漸側向東方。靈敏的旋轉羅盤令火箭保持平衡。從起飛以來，太空人給他自己漸漸增加的體重壓在凹進去的座位上，當時，火箭的越來越大的速度往上升，人體也越重。他給火箭的狂烈力量無情地推向前去，現在火箭正飛快穿過大氣頂層的稀簿空氣。它的路線是正確的。依照預定的程序，火箭頂部的一節給拋射出去了，直正的太空船和其中的人給拋到空中自由飄盪。發射行動達到了頂點——太空人進了軌道。燃料耗盡的助升器（火箭的下半節）懶洋洋地跟著頂部那一節飛翔，它也是在自己的軌道上旋轉。
在這幾個行動階段，地面的追蹤站緊緊盯著火箭的路徑，看它闖進太空的領域。設在島上的這些追蹤站，位於火箭飛行路線底下，也連成一條線，它們所在的島是：大巴哈馬、聖薩爾瓦多、馬雅谷安納、大土爾克、波多黎各和安梯瓜。它們的追蹤所得的資料匯集起來，送進計算機，一兩分鐘裏計算機便提出了答案，即關於軌道的資料，如遠地點、近地點、軌道傾射、旋轉的時間等等。
太空人無聲地穿過太空的無邊黑暗。現在他沒有體重，假如不是綁在座位上，他會在小小的金屬艙內任意飄浮。再過若干個鐘頭，準備用來重回大氣層的後退火箭才會發射，在此之前，飛行員所慣熟的升升降降，這位太空人一點也不會遇到。
下面是浩瀚無垠的大西洋靠近赤道的部分。長長一條條膨起的雲在太陽裏閃著光，看來好像小小一塊一塊的棉花，粘在地球表面上。地球的球形，從地平線的大弧看來，很是明顯。只飛行了二十分鐘，非洲海岸就已在望。這個洲同漆黑的海成為對照。衛星跨過赤道，奔往印度洋。太陽滑到地平線後面去了，幾秒鐘後，太空人就進入黑暗中——經歷頭一個「夜晚」。外面的宇宙像一塊完全黑的幕布，點綴著持續不斷地發光的、像針一樣尖銳的星星。寬闊的銀河帶沒有大氣層的遮蔽，看起來光輝燦爛。
太空船在月亮光裏閃耀著，飛馳過澳洲西海岸上空，往北跨過赤道，飛越廣闊的太平洋。這時候，不過是火箭起飛之後一小時。
大約二十分鐘後，太空船達到美洲大陸的西海岸。同時，上面的天空開始發亮。再過幾分鐘，下面的雲開始發光，一秒鐘後，偉大的太陽射上了地平線。太空船反射著陽光，彷彿一團令人目盲的火箭；太陽的輻射幾乎是個有形體的東西射過來。
下面的大陸處於灰濛濛的黎明。沿海山脈的黑色山嶺在深灰色的霧層襯托下勉強可見。但太空船已經在陽光下閃耀，離地面一百多哩。
這個小小的囊飛過加里福尼亞州的海岸線上空，三分多鐘後，他像閃電一般飛過西經八十度，完成了環繞地球的頭一圈。
這位太空人當然不僅是一個乘客而已。在飛行過程中他一直忙於無數的技術上的任務，在太空遂行他的使命。
這種繞地而飛的奇妙行程又重複了好多次，到了預定的某一剎那——其時機已經過許多遍檢查，十分準確——重返大氣層的行動開始了。後退火箭將這驚人的速度消除了一部分，但仍剩下很大的速度，使下降的太空囊像一個人造的流星，從守候在下面海裏的船艦看來，它像個大火球衝過天空。降到適當的高度時，便放出一個小降落傘——它在空中的作用，好像海船的錨——消除這個囊在空中的搖擺動作。最後，它的速度給主要降落傘遏制到每秒只有二十五呎，此傘是用來空投物資的，直徑六十三呎。囊一落到水裏，就有個能爆炸的小分離器把降落傘炸斷，免得它兜著風拉著囊亂飄。為了將囊落水後給人尋獲所需的時間減到最低限度，囊上有無線電指向器，染色示蹤器和五百萬支燭光的電筒。
人造的衛星，無論有人或無人駕駛，都不僅僅是個鍍金的容器——科學的祭器或玩具，灌注了大量的科學巧思、人類的勇氣、勞力和鈔票——而已。每個衛星，連同其中的觀察人員或它在太空裏發揮效力的多方面的人造感官，都是對地球和天空的忠實監視者，是處在科學的邊疆上的勞動者。以它帶回給人類的知識而論，即使用鈍金來鑄成許多個像人造衛星那麼重的球，也比不上一個人造衛星的偉大價值。
第八章
太空裏的邊疆
頭一批人造衛星受歡呼祝賀為人類進入太空的第一塊踏腳石——是越過太空邊疆的頭一項進展。報攤、書店和圖書館有許多報刊書籍描寫這個邊疆的美麗景象。我們讀到書報上描敘的有人駕駛的太空站——建在天空的整座城市。月球之行、行星之遊、征服銀河系、殖民於別的行星系等等已成為老生常談。
當然，「太空歌劇」不過是些逗人開心的虛構故事而已，它們在本質上祇是些擴大到以行星和銀河系為背景的牧牛郎故事而已。但此外也有由專業的工程師和科學家提供的關於太空技術的文章。近年來，各國政府和工業界越來越注意太空活動。它們設立了實驗機構，延攬工程師和科學家研究太空航行和太空醫藥問題。從他們的努力中產生了太空飛行的可能性的清晰景象。
人類已經乘坐火箭船首次作太空之遊。誰都不再懷疑行星際飛行的各項根本問題能夠在今後十年至三十年裏用這種或那種辦法解決。因此，我們必須問：人在太空究竟要幹什麼？
科學小說在教育世人明瞭太空行動的真正目的方面頗有功勞，但也造成許多誤解。甚至報紙上關於美國和蘇聯的太空活動的報導也每每把這些消息的真正意義弄錯了。世人的想像力給至今為此的成就激發起來了，就很容易輕信那些大話，以為真的可以探測並移民到別的行星去，甚至可以飛到別的恒星。至此，我們不得不細想一下。
且以行星為例吧。自從伽利略及其放大三十倍的望遠鏡出世以來，天文學家收集了關於我們太陽系以外的世界的物理與化學構造的大量詳盡資料。雖然有很多事情仍不明瞭，但我們可以確切不移地說，鄰近我們的各行星，沒有一個能夠提供任何對於人類具有重大實用價值的事物。由現有的知識推斷，大規模探測行星所獲得的科學和經濟效益，似乎值不得花費那麼多的公款，動用那麼多的科學人才。在可以預見的將來，這類太空活動主要是為了保持大國的聲譽而不得不進行的。
已往世人堅決探索未知的世界，得到了許多重大的科學發現；因此，那些質問大規模探測是否值得的人，每每挨罵，說是妨礙了科學的進展。儘管如此，冒險進入太空所需的代價——就所費金錢和科學人才而論——必須同那些可能獲得的利益老老實實地比照過。在往昔，探測未知世界的耗費可以低些。法拉第（Faraday）用來發現電磁感應的設備只要花幾塊錢就可買齊。表面上看，我們的祖宗把一切花不了多少錢的試驗全做完了，盡留下些耗費巨大的試驗給我們做。以探測行星而論，確實如此。我們已經知道的關於行星的知識表明：再用感官直接去接觸它們，似乎產生不了什麼革命性的科學發現——好像已往那些改變了人類歷史進程的發現一樣。就人類事務而言，太陽系裏只有兩個真正重要的物體，：一個是太陽，它是整個系統的安定者和能之源泉；另一個是地球，它具有的特性對生命特別有利。
無論如何，這不過是個著重點何在的問題。雖然別的行星甚至於恒星是冒險犯難的人類的合法目標，然而目前對於有人駕駛的太空飛行的著重，比起它們真正的重要性來確是過了份。若把跟用於太空活動差不多相等數額的款項和人才用來滿足人類的重大需要，例如教育，對待開發國家的技術助，以及保全地球的資源等，一定會立即產生實際的利益和國際聲譽，比建立在奇技異能上的聲譽更為可取。
但是在太空邊疆上確實有極遠大的前程。在未來的很多年裏，太空飛行的主要用意都可以是為了地球本身。人造衛星可以擔當許多實際的工作，這些工作在我們的技術文明裏極為重要。
且以電視為例吧。電視的影像和音響都由載送的電波來傳達，這種電波很像光一樣傳播出去。但這種電波不能依著地球的彎曲度而直接播放；因此，電視台發出的訊號只能達到有限的範圍。電視網若要傳播到廣大的地區，便必須在衝要地點設立轉播站，將原來的發射機發出的訊號擴大而轉播出去。現在這種轉播站都設在地面；將來會設在天空中。利用人造衛星把訊號反彈出去，超越地球的彎曲而達到廣大的區域，實在易如反掌。
洲際電視播送可以藉一連串的衛星而進行，只要將它們分佈在衝要的軌道上。其實，可以教一顆衛星始終翱翔在某一個地點的上空：訣竅所在是將它放到距地面二萬二千三百哩的軌道上；依這種擺佈，衛星每二十四小時旋轉一圈。假定這衛星是地球的赤道上空往東方飛，看起來就好像停在天空不動，因為地球也是二十四小時旋轉一周的，剛好同衛星一樣快慢，不先不後。若將好多個衛星佈置在赤道上空的衝要地點，那就是實際上設立了若干個固定的轉播站。它們會接受地上發來的訊號，傳遞它，又將它播回地上，遠送到幾千哩之外。用這辦法，就可建立以全世界為範圍的電視網。
一九六○年十二月，美國西海岸的加里福尼亞州一家飛機公司同東海岸的一家電話公司宣佈計劃，要建造一些電視和電話通訊衛星，甚至可以給私營工業用來進行實際的業務。這種擬議中的轉播衛星形狀如蛋糕，直徑只有三十吋，重僅三十二磅左右，但可直接溝通各大洲之間的電視，還能擔當千百條越洋電話線的功用。將來的越洲長途電話會是這個樣子的：我們要同遠在地球另外一邊的人講話時，首先將聲音送到太空，再折回地球而達到對方。
「泰羅斯」（Tiros）式的大型衛星攜帶著電視攝影機、微型發報機，以及開動各種設備的太陽能電池。這隻高飛在太空裏的電子眼所發來的訊號，可以給地面上的電視台直接採用而播送到家家戶戶，這樣，深入太空之後所見到天上的景象，我們可以安坐在客廳裏悠然欣賞。於是，我們可以看著自己的地球安詳地飄浮於太空！
電視攝影機可以裝置得好像望遠掃瞄盤，用來瞭望船舶和飛機。這會替越洋交通管理開創一個新時代。森林失火可以立刻給人察覺，冰山飄流到較暖的水域去時也可以追尋到蹤跡。地球表面上有許多事情需要注視，衛星帶著銳敏的眼睛，對於現代文明會有很大的裨益。
「有人駕駛」的太空飛行又會有些什麼好處呢？現在我們可以說人大概是適直於太空的。教人真正在太空生活好多天、好多個禮拜或好多個月，管理龐大的、由人駕駛的太空站，可能是困難的；但這種事說不定無須乎人去做。能夠擔當一切任務的自動化設備——多才多藝的科學機器人，無論在靈敏性、可靠性和行動的快速方面都比人強——近年來已有極大的進展。假定一個衛星能裝一千磅的「有效負載」，它所負載的儀器就多得很，說不定比人更能幹，因為人至少要攜帶同樣重量的設備上天來維持生活。
「射一個人進太空是件驚人的奇技異能：人所能做的事不會比儀器多，事實上所能做的更少些……」說這番話的人是萬納瓦．布許博士（Dr. Vannevar Bush），大戰期間曾任科學研究所主任，現在是美國麻薩諸塞州工藝學院董事會主席，一九六○年他在國會眾議院科學及太空航行委員會作証時這麼說的。他還講，「要幹的正經事情多得很，不可老是表演奇技異能。至今美國人民還不瞭解此中的差異，我們每每容易一窩蜂似的趨向於時新的事。我並非認為向全世界表演我們的技術是毫無價值的舉動。我也不低估這種驚人的表演對於民氣的效果。但目前有些人吵嚷著要注重太空活動在宣傳方面的作用，我卻認為犯不著。」
當然，是人建造機器並使機器發生功能的。一千磅的衛星所載的儀器自然需要時時修理並重新調整，使它們擔當各種任務，這就須由人來動手了。旋轉於軌道上的太空船可以載著人隨時進入太空察看他的儀器設備，而這些儀器即令要逗留在太空裏很多年也不會覺得不高興。
到太空去飛行一趟，至少會像乘坐現代軍用飛機作長途旅行那樣令人疲憊。人在空中逗留三十小時後，一心只求好好地睡上夜。在太空飛行中，這事可就不容易了。在今後長期間裏，有人駕駛的太空飛行大概只能每次飛一天，否則是不切實際的。然而一天時間已足夠讓人從地面飛抵天上的衛星，查看儀器，找出毛病，決定怎麼修整，進行了修整，再回到地面。
將來太空飛行的工具大大發展之後，我們就可以著手於太空邊疆上最重要、最有遠大前程的計劃：控制天氣和氣候。「控制」的意思比由衛星來觀察天氣深遠得多。馴服頑劣的大氣層將是人類歷史上最重大的任務之一。
想想看天氣對於人類有多麼大的影響吧。一九五五年有三個厲害的颶風肆虐，殺死兩百五十多人，毀損的財產幾乎達到二十億美元。前幾年殘酷的暴風侵襲荷蘭的堤岸，破堤而入，城市、村莊和萬千頃良田全給海水摧毀了。這類慘禍何止幾千百宗；人雖然自命為地球的主人翁，我們都知道大氣層仍舊不受節制。每一年裏，旋風、颶風、洪水、乾旱和突至的寒流都要殺害許多人，造成許多慘事，毀壞許多物資。我們每一天在業務上——無論是科學、工業、藝術、商業方面，還是僅僅個人生活方面——都要聽從變化多端的天氣的擺佈。我們的知識可憐得很，對天氣莫可奈何。我們最多祗設法預測大氣層會有什麼舉動。無論天氣預測準不準，風霜雨雪總是那麼任意襲擊過來，不論文明地區還是荒野地區一概受影響。
控制狂暴的大氣層似乎只有那種呼風喚雨的異人纔辦得到，但確是能夠辦到的。我們祗因為缺乏科學知識，才無法隨意指揮天氣。應用科學的根本法則之一：沒有詳盡的知識就無法操縱。我們在天氣的控制上若想有進展，必須更透徹地瞭解大氣層的舉止動靜。
大氣層是一層伸張得很高遠的氣體殼子，包裏著整個地球。它不斷地走動，它的動作形成一個全球性的，不可分割的整體。風暴中心和平靜的地區、噴射氣流和大氣團…等等，根本不理會什麼國界；它們在人定的邊界上任意來去，毫不受阻擋。儘管氣候學大有進展，這些大氣現象至今仍只受到零零星星的觀察。世上並無足夠的氣象站追蹤偵查大氣層在全世界的整個的、互有關聯的活動情形。瞧一瞧世上全部氣象站的分佈圖，就會知道：它們密集於北半球的文明國家，至於在兩極附近、赤道地帶和南半球就稀少得可憐。在浩瀚的海洋裏，除了正規的船舶和飛機航路外，其餘廣大地區幾乎完全沒有氣象觀察站。南極冰蓋子及其北邊的一圈海洋的上空的大氣層是個什麼情形，幾乎毫無所知。我們今天取得的資料只顯示零零碎碎這一處那一處的情況，不是全面的。
氣象學家能夠在某一個氣象站搜集一大批有價值的資料，如溫度、濕度、風速、風向、雲層、雨量等。但這個站僅僅是地球上針尖那麼大的一點，他所見到的，不過是天空的宏偉景象中的一丁點而已。如果許多氣象站搜集的資料都匯集到一個中心機構整理協調起來，就可以形成一幅模糊的景象，但仍不足以構成高膽遠屬的景象。氣象科學所需要的是全球大氣層四面八方的全景，即是從外面來看地球的全面的，一目瞭然的景象——也就是從太空看過來的景象。
氣象學家無須乎將自己射進太空去親眼觀察：衛星可以擔當這份差事。一整套奇妙無比的「泰羅斯」衛星在這個研究領域內早已作了最有前程的開端。這些衛星可說是至今為止所製作的和開動的最有用、最切合實際的衛星。「泰羅斯」這個名字是英文Tiros的譯音，它是由五個英文字的開頭一個字母拚合的，本意為「電視和紅外線觀察衛星」（Television and Infra-Red Observation Satellites）。這類衛星是專門設計用來作全球性氣象觀測的。這些鼓型的裝載儀器重二百八十磅，由九千二百六十個太陽電池開動，電池佈滿圓柱形衛星的平坦表面上。每個衛星裝置兩架電視攝影機，一架有廣角鏡頭，一架有望遠鏡頭。廣角鏡頭直指下面的地球，每張照片包括大約七百五十平方哩的區域，而望遠鏡頭所及的範圍比這小一百倍，但把這個範圍內的景物的影像放大了並拍成照片。電視攝影機攝得的照片都儲存在「見像磁帶」（Video-tape）上，依照加利福尼亞州和新澤西州的指揮站的無線電命令，而將磁帶上錄存的影像擴放出來，傳到地上。此外，「泰羅斯」衛星還具備五個紅外射線探測器，測量地球的各部分地面和大氣層發出的輻射的份量。
由一九六○年四月頭一顆「泰羅斯」衛星射入軌道起，到同年六月十七日它的報機失效為止，它從太空發送出將近二萬三千輻雲層全景的照片，其中百分之六十以上是優秀的。至今為止所得的結果極佳，無論用來改進天氣預測的技術，還是提供關於天氣緊急情況的極為重要的消息，都大有前途。有時候，太空裏的這隻氣象眼所看到的加利比海上空的雲層形狀，不符合於美國氣象局早先發佈的風暴警告。將這種從太空裏取得的証據同這個地區的情況再度參酌之後，風暴警告便可以撤銷。有時候，衛星發覺一種極不尋常的雲的結構；兩小時後，一股旋風便出現於這個地區。毫無疑問，氣象學上的這些神奇幫手在今後十年將徹底變革天氣預測的方法。
「泰羅斯」衛星不過是個開端而已。將來的龐大氣象衛星將從世界各處搜集鉅量的資料，根據這些資料就能夠準確地預料各個地區的大氣層的舉動。這將是「控制氣候行動」的第一個階段，即是使氣象學和氣候學成為靠得住的科學。巨大的電子計算機，根據衛星收集的資料，將製成長期的天氣曆書，預告晴天、雨天、高溫、低溫，老早就把地球上每個重要地點的未來天氣情況算準了。我們文明社會的許多重大活動仍然不安全，因為我們預料未來的天氣時仍然只有一半是憑科學觀測，另外一半只好憑空猜想。龐大的衛星和計算機將大大消除望天打卦的情形，使農業、水力資源計劃、旅行、工商業、體育運動和假期安排都確切有把握。單是在農業方面準確預料天氣而避免的損失，幾年累計起來，就當得發放巨大衛星所需的費用的許多倍——而衛星的費用絕不是低廉的。
但這祗不過是開端而已。人類一旦徹底瞭解那些造成天氣和氣候的力量，就可以對它們有所作為。在雲層結構中「播種」（撒播乾冰）而降兩，已經幹得大有成效。到將來，人總會找到別的更有效的辦法開動這龐大無比的氣候機器，教它生產人類所需要的東西。在未來的「行星工程」時代，我們將依照自己的需要而隨意製造氣候和天氣。
控制天氣和氣候只有以全世界為範圍才可成功。各國人民必須通力合作，朝向共同目標。從我們征服太空的努力中所能期望獲得的最有價值的結果，說不定便是謀求和平與國際諒解的強大力量的產生。
就人類而論，地球是太陽系裏最最重要的行星。閃閃放光的衛星用來作為研究地球的工具最好，不要用作武器；終有一日應該由世上各國協同努力來設計，製造並運用衛星。衛星是人類在太空飛行的技藝方面的頭一宗成就，它能通到一個比什麼都更重要的目標：為全世界的人建設一個更美好、更安全的行星。
－圖１－
泰羅斯氣象衛星拍攝的直布羅陀海峽照片，顯出了地中海（右邊的深黑部分）和大西洋（左邊的深黑部分）。顯現於葡萄牙上空和西班牙大部分地區上空的白色雲層，給觀察者提供了他們所需要的消息，以利他們預測未來的天氣狀況。
－圖２－
從前得不到像這樣的照片的時候，大家以為月亮上可能存在著生命。現在我們知道荒涼的山脈和可怕的噴火口不容許生命存在。或許不久之後從地球到月亮去探訪的人會打破這種自古以來的狀態。
－圖３－
這是一種塑膠分子的模型，它表明小宇宙的複雜性不亞於大宇宙。
－圖４－
這是一個苯分子的形狀，從三種角度拍攝到的。它看起來雖然好像簡單得很，其實許許多多物質，例如葯劑、塑料、染料和炸葯等，都是由苯的分子構成的。
－圖５－
木星是我們的太陽的最大行星，在太空的遠處繞太陽而行，遠離溫暖的範圍，生物不能生長於其上。
－圖６－
土星雖然也像木星一樣離開太陽過於遙遠，因此太冷，養不出生物，太空探測可能揭露這個行星的美麗而神秘的雙環的成份。
－圖７－
火星或許是我們的姊妹行星中最惹人注意的。它的兩極每到一定季節就顯出白色的尖端，因此科學家猜想當地可能有水，形成兩極的冰蓋子。
－圖８－
在我們眼裡，著名的金牛座好像是緊密的一叢星。其實，其中的各個星相去很遠，逾兩個光年至四個光年的距離。
－圖９－
空間到處散佈著簿簿的雲，由塵埃與氣體構成。在某些地方，雲很稠厚，遮斷了遙遠的天體發出來的光。最著名的例子是獵戶座的『馬頭』星雲。
－圖１０－
宇宙的範圍廣大極了，人的觀察只能及於有限的距離。這一帶星雲位於后髮星座。它處在二百吋望遠鏡的極限上或快到極限，它距離我們的路程，據估計為五億至十億光年。晚近的計算表明這個距離可能還須加倍。
－圖１１－
二百吋的赫爾望遠鏡從美國加里福尼亞州的洛瑪山指向天空。我們從前不知道的許多事情都由這座強大的『偵探鏡』發覺了。
－圖１２－
物理學家阿爾伯特．愛因斯坦的遺容。這張照片攝於一九四二年，當時他有六十多歲。愛因斯坦的相對論徹底變革了人對於宇宙的想法。
－圖１３－
英國的德瑞耳．班克地方的射電望遠鏡收取銀河發射的無線波。這種儀器能『看』得比光學望遠鏡更遠，提供了關於天上的現象發生的地點、時間和情況的資料。科學家希望憑藉這座射電望遠鏡和正在美國西維吉尼亞建造中的更大的射電望遠鏡，取得更力確切的知識。
－圖１４－
這座四十八吋的許密特望遠鏡設在加里福尼亞，並沒有因更大的望遠鏡出現而失色。它近來的用途之一是研究銀河之間的物質。
－圖１５－
這種地衣是可能在火星上找到的生物——假如真有生物的話——的例子。地衣有本領儲存氧，因此在別的生物會『窒息』的地方，它還能活下來。
－圖１６－
美國陸軍的一支『紅石』火箭沖天而起，帶著小艾倫．Ｂ．薛霸進入太空，作歷史上有名的次軌道飛行。這個壯舉標誌著一個美國人破天荒離開了他所居住的行星。它也是美國進行『水星計劃』的吉詳如意的開端。
第九章
生命和行星
太空旅行的時代使我們對於自己在宇宙中的家鄉的真正性質有了完全新穎的感想和知覺。我們睜大眼睛望著兄弟世界，即別的行星。同時，最自然、最明顯也最迷人的問題出現於我們的心頭：別的行星上有生命嗎？會不會有類似於人的生靈，其才智至少同我們一般銳敏，也明白創世的神奇呢？
自從確切証明地球不過是許多行星之一以來，世人就在沉思默想「在那遙遙的地方」可能存在著生命。在往昔，這問題逗引了少數科學家、哲學家和小說家；現在，它使整個世界為之著迷。正是由於大家迷感不解，才會眾口喧騰有所謂「飛碟」。
前些年，報紙登載消息，說「有一個飛碟著陸」於美國西南部荒僻地區。由這個傳說產生了一個角色，現在已成世界各地漫畫家筆下的著名人物：從太空來的一個小綠人。報紙上那則消息說，飛碟有一部份撞壞了。它的形狀古怪，動力來源不得而知，更奇特的是製造飛碟的物質。那是一種極輕的物質，卻又極堅固；它光華燦爛，幾塊部件銲接的地方好似玻璃和鋼熔合在一起。但最引起讀者大發奇想的是這個怪異器械的「駕駛員」。他們是些細小的「類似於人」的傢伙，只有兩三呎高，綠得像草一般。他們共有四個，全都死亡，大概是給我們的大氣層的氣體窒息死了——我們的空氣，對他們的身體是有毒的。這些奇怪的小人說不定是從金星降下來的，那是太空裏最鄰近我們的行星。
全篇消息當然都是子虛烏有之詞，其荒誕無稽超過了關於蘇格蘭的納斯湖中怪物的傳說，有些科學家認為這個怪物還有偵查一下的價值。不過，飛碟故事裏有重要的幾點迎合了大眾的心理。世人總喜歡相信別的世界裏也有生命，喜歡把別的行星描寫得好像同地球一樣有類似於人的聰明生物居住著。產生這種信念的根源很是深遠，不僅是由於當前大家對於太空衛星和行星際飛行感到興味而已。自古以來，在世人對科學的看法中，從沒有像現在這樣具有強烈的情感上的逆流。頭一顆原子彈的閃光深深動搖了我們的希望和信念——我們本來一直以為科學的道路會通到全人類更美好、更安全的生活。現在許多人用不信任甚至於恐懼的眼光看待科學和科學家了。科學把我們帶到甚麼地方去呢？科學從來沒有像目前這樣緊密地同國際關係糾纏在一起的。冷戰中的焦慮時起時落，其變動的節奏，同人民對於自己國家在科學上的優越性和落後性的感覺的變化是一致的。
飛碟的神話就是從這些情緒而來的；它是原子炸彈的回聲。第一顆原子彈爆炸之後不久，第一個飛碟著陸的故事就產生了。從此，飛碟新聞層出不窮。千百萬人相信確有飛碟其事，並且確實以為它是太空船，由遙遠的行星上的聰明族類駕駛。
一般人並不以為駕飛碟而來者會加害於地上的人。報上都說他們態度和善；他們極少作出有敵意的舉動。這個族類既跨越行星際空間，必定久已創造了比我們人類更加優越得多的文化、技術和科學。但是儘管他們在科學成就上勝過我們，我們還是能夠振起精神：因為這些小綠人都是小小個小——同咱們比起來是些小矮小。魁梧龐大的身材對於具有自卑心的任何個人——以至於任何團體——都是大有補償作用的。
然而，我們確實喜歡這些小陌生人在文化上比我們優越。這就是說，他們已經解決了今日地球上的居民所遭遇的問題，特別是因原子彈而引起的自我毀滅的威脅。這樣看來，人類所懷的希望，似乎正是今飛碟神話層出不窮的最主要力量。假如這種和平的族類翩然光臨，替咱們人類解決問題，豈不是奇哉妙也？
以上是一部分理由，說明何以一般人——他們在二三十年前若給人問起在別的世界裏是否有生命，一定會聳聳肩膊，不屑於作答——今天對於此事會深深著迷。但人類久已在猜測別的行星上是否有人，其形狀會是怎樣的。這種猜測不僅僅是迷惑於未知的事物，或傻傻瓜瓜地對於非我族類的人感到奇怪，或作科學性的臆想。它的根源比這深遠，在於我們人人對於自己和全人類在宇宙中的任務的深沉思慮。
關於別的世界裏的生命的問題，起先仍是一件關乎信仰、希望和異想天開的事，而不是關乎科學研究的事。但是我們若只用二十世紀的科學家的眼光來看這問題，便會錯過我們的故事的一個重要而有趣的方面。認為宇宙中有生靈居住，這個看法，是具有千萬年歷史的夢想，存在於許多民族的宗教、神話、神仙故事和民間傳說中。它引起了詩人和小說家的幻想，也影響了偉大哲學家的思考。即令在我們當代，這個問題的哲學意味也同科學意味一般深長。
我們的故事從幾千年前開始，那時候，人仰望著大自然的力量，以為是些神、魔和鬼。藍蔚的天空似乎只配給法力無邊的神靈居住，有些神靈又住在「陰司」。各個天體本身都成為神仙。偉大的太陽神是光和溫暖的賜予者，但也是炎熱和乾旱的殘酷製造者，能致人於死。銀色的月亮是肥腴之神，金星是愛情之神。在古代人的心目中，眾星上有生靈；眾星的本身就是活的——比地上的生靈更「活」，因為地上的生靈會死亡，永生的眾星卻永遠如一。
古代巴比倫人的宗教是星的宗教。不僅星星是神靈，地上的人逝世後也會升天同神靈在一起。由這類夢想稍進一步就達到希臘人的觀念，他們用數學家好奇的眼光觀看星星，由此開創了天文科學。他們認識到地球必定是個球體，他們也知道月亮不是嵌在天空的一個圓盤，而是自成一個世界。畢塔哥拉斯學派的學者們，以及偉大的希臘哲學家柏拉圖和亞里斯多得，都假設月亮上存在著植物和動物，並相信這個姊妹世界的住客不是這些魂靈之類，而是同我們世人一樣有知覺，有活生生的形體。月亮上的人是古代作家樂於描寫的對象；的確，科學幻想小說可以說是富於想像力的希臘人的發明品。
柏拉圖的門人認為天上諸行星是人類的靈魂的住處和誕生地。他們相信：每個靈魂都住在某個行星上，這行星的特性最適合於這個靈魂的心智上的和道德上的圓缺狀態。希臘哲學的觀念又傳進了基督教的教義裏，其媒介是古代教會的教父俄立根（Origen）的作品，他在耶穌誕生後第三世紀居住於阿力山德里亞。俄立根認為，地球不過是存在於廣闊無垠的天空裏的億萬個最卑微世界中的一個而已。別的那些世界是人的靈魂的住宅，靈魂在那兒洗煉得潔淨無瑕。這些靈魂從一個行星站飛昇到另一個行星站，最後是達到最高處，也終於達成了十全十美。在俄立根著作中，這些行星是一種煉獄，由創世之主設計的，用來一步一步潔淨靈魂，終於達到最高的境界，那時候，在道德上和精神上都純淨無疵。基督教關於天國和地獄的觀念同上述的說法有密切關聯，但丁的神曲也表現了古代人所夢想的生命，那種生命所在的世界，不是我們自己所居住的世界。
過了三百年，教會宣佈俄立根是個異端邪說者，禁止傳佈他的作品。在此後諸世紀裏，教會認為絕不能設想宇宙之中還會有別一種人類存在。救世主是降臨到我們這個世界上來拯救人類的；聖經上根本沒有講起別的像這樣的世界。偉大的神學家湯瑪斯．阿昆納斯（Thomas Aquinas）堅決認為神只挑選出一種人類來，教他們脫離罪惡。阿氏的著作成為無可置疑的教條。
等到文藝復興時代頭腦清楚的思想家們出現了，才掃清中世紀的這些迷霧，再度打開人類的眼睛，展望著天空裏無數的世界。法國哲學家兼科學家皮爾瑞．噶森迪（Pierre Gassendi），不但重振了古代希臘人的原子概念，也重新引起了世人對於有生靈居住的宇宙的猜測。他認為這些看法同教會的立場沒有衝突。他曾這樣寫道：「讓我們不要犯褻瀆神聖的假冒為善之罪，錯誤地認為上帝不能夠在別的世界裏創造相等於我們甚至比我們優越的有靈性的生物——這些生物認識他們自己的世界，欽慕這些世界的富裕，也讚揚萬事萬物的原始。」
噶森迪的觀念，正是大多數現代科學的創造者所具有的觀念，這些人是：約翰尼斯．克普勒（發現行星運動法則的人）；荷蘭人克里斯添．霍堅斯（Christian Hnygens）（光的波動理論的建立者）；和哲學家伊瑪紐耳．康德。一六八○年左右，霍堅斯寫了一本書，談到別的世界的生物的問題，他的研究方式幾乎完全像我們現代的人用來研究這個問題的方式。他認為發生生命的主要條件可能同樣存在於一切行星上，例如大家都有白天和黑夜、空氣、水和陸地。霍堅斯說，假如這些條件都完備，我們必須預期在一切行星上都已經創造了生物，而且有智慧甚高的族類，能對於他們自己和他們周圍的宇宙作推理的思考。霍堅斯甚至認為別的星辰也像太陽一樣擁有行星。他心目中的宇宙是滿佈生物的。
但到十九世紀，科學在往昔具有的詩意和哲學意味大部分消失了。許多科學家成了冷靜地推理的審判官，凡是不能用絕對的、數學似的精確性來証驗的觀念，一概給他們排斥了。這就是驕傲的法國人西蒙．皮爾瑞．拉普拉斯（Simon Pierre Paplace），他改良了牛頓的天體力學，又驕傲地宣告說：在他用數學觀念看到的宇宙裏，沒有上帝存在的餘地，甚至於不能把上帝看作科學上的假設。這是一種極端的看法，很少科學家贊同，但它表現了科學的趨向，就是科學要集中全力於研究關於物質方面的事物的確切知識——這種知識在技術方面的實際應用，現在已經支配著我們的世界。到二十世紀開始時，關於地球以外的生命的憑空設想，在科學上已絕無地位了。
二十世紀的科學仍然想方設法避開人類的情感作用和一廂情願的想法。關於別的世界上的生命的問題，大多數科學家都疑而不信。他們覺得這不是個科學上的問題，他們可能想得對。目前對於此事既無確切的証明，也沒有確切的反証。世人只能猜測，而科學必須避免猜測的習慣。因此，這個崇高的問題已經大部分留給夢想者、科學幻想小說作家和信口開河者了。
但隨著人造衛星的改進和太空旅行的可能進行，我們現在見到科學界對於地球以外存在著生命的可能性越來越感到興味。科學家居然也同眾人一樣喜歡猜測，現在他們具備充分的天文學、化學和生物學上的知識，大可對這個逗引人的題目作一些小心的思考。在專門知識方面，我們比先代的人高明得多，他們的思考幾乎完全是猜想。雖然我們至今還不能期望會為我們的問題找到一個直接的答案，但在研究的途徑上已經發現一些可以注意的暗示。
活物體不同於無生命的東西，最顯著的特徵是它具有複雜的化學結構。結構上的這種複雜性，歸因於碳原子驚人的千變萬化。地球上大多數普通的物質，如水或鹽，包含若干型的原子，這些原子結合而形成所謂分子。例如在水的分子裏，兩個氫原子同一個氧原子聯結在一起。硫酸的分子由七個原子構成：兩個氫、四個氧和一個硫原子。但是碳原子在一切原子裏最為出類拔萃。它能同別的元素化合，形成極大的分子，具有圜、鍊、束或片等種種結構。大批的碳原子以各種各樣的排列方式同氫、氧、氮和別的常見的原子化合，形成分子世界裏名副其實的龐大結構。有許多這類龐大結構包含的原子數目多至幾十萬個，共同構成所謂「有機分子」。這些分子之所以名為「有機」，因為它們是在活著的有機體上首先給人發現的。蛋白、氨基酸、蛋白質、維他命和荷爾蒙都是常見的例子。很久以來化學家不能憑人工方法製造上述各種有機的分子，甚至到今天，這些巨型分子的複雜結構大部分仍不為人所知。
假如生物身體的建築材料不具有根本的多變性和複雜性，生命就不會像現在這樣極度的絢爛多采、千種萬類而富於效能。一個藝術家假如只有幾塊不同顏色的陶瓦，就只能產生寥寥幾種簡單的花式。生命彷彿是個藝術家，能用一大套東西從事製作，其數目不下萬千個，具有各種顏色、大小和形狀，這主要是碳的功績。假如沒有碳或其它某些同樣多才多藝的元素，我們的行星很可能成為一個荒涼單調的沙漠，觸目盡是些同樣旳石頭、山、海、冰封的荒野和雲。碳的功勞比其他任何物質更大，造成了我們現在所知的生氣勃勃、千變萬化的生物世界。
地上的生命形式的千差萬別，比我們所能理解的還要繁複。生命遍地都是——海洋、森林裏、空中、南北兩極地區和沙漠裏都有生物。它的形式大至鯨魚小至原始有機體，後者只能在極大倍數的顯微鏡下才看得見。生命是極有計謀的，它能適應各種各樣的環境。經過億萬年的發展後，地球上的植物和動物已經能夠在這個行星表面各層的幾乎一切地點安家。
生命的這種極大的適應性，是支持「別的行星上也有生命存在」的理論的主要論據。祇要有充裕的時間，難道生命——不論是怎樣的生命——不能找到各種可以在幾乎任何情況下發榮滋長的形式嗎？
不幸，活的有機體儘管智謀多端，卻有種種限度，最嚴酷的限度是在熱方面。活的有機體只能存在於極狹仄的溫度限制之內。將近沸騰的水的溫度會殺死地球上一切形式的生命。因此，將水煮沸是殺菌的最好辦法：外科開刀用的器械在沸水裏煮過之後絕對不帶病菌和細菌。有寥寥幾種非常特別的動物和植物生活於熱噴泉形成的水潭裏；它們能活在大約華氏表一百六十度的水中——這麼熱的水會嚴重燙爛人的皮肉。但這些愛熱的生物表現了地上的生命所能忍受的最高溫度極限。絕大部分生物一遇到華氏表一百二十度以上的熱就會送命。
生命的溫度範圍，在高溫方面既狹仄，在低溫方面也不寬。較高等的動植物遇到低溫便死亡。有些微生物雖能生存於極低溫度裏，但在那種情況之下，它們變得絕不活動，處於冬眠狀態。在北極地區的嚴冬裏，凡能活命的一切陸上生物，除人類外，都進入冬眠。它們不傳種繁殖，完全不活動，僅僅是保全性命而已。甚至於腐爛的過程——其本身也是生命的過程——都給低溫度有效地遏止了。因此我們把些食物儲存於冷藏庫和冰箱裏。
活躍並能傳宗接代的生命，只能存在於溫度適中的環境裏。生命的建築材料——龐大的有機分子——非常嬌嫩，沒有甚麼抗熱的本領，它們所倚賴的複雜的有機化合物，也幾乎全都給熱力摧毀。假如我們為了將牛奶消毒而煮沸它，維他命分子也一同遭殃，營養價值就減少了。現在用來替牛奶消毒的辦法是將它的溫度提高到華氏表一百六十度，這樣，病菌給殺死了，但稍為不那麼怕熱的維他命分子卻可保全。
低溫對於有機分子的複雜結構的禍害較小。但受凍的分子彼此發生作用的能力受到損害。在活的有機體中，必須時刻不停地進行極複雜的反應。假如反應受到阻滯，生命的本身就會減弱，終至於完全停頓。
溫度支配著生物世界。水生生物界發生的變化最深刻；舉例來說，假如洋流的變動使溫度改變，那怕只改變少許幾度，某些水中生物就會全部滅亡，而別的生物卻會繁盛起來。但生命發展為較高的形式如鳥類和哺乳動物時，溫度的限制就更加嚴酷。這些生物對於周圍的溫度已經贏得了某種程度的獨立性，辦法是發展出「熱血」的特徵。身體內的溫度調節系統，確實是大自然最奇妙的發展之一。連人在內的熱血動物假如沒有天生的恒溫器，就不會有現在這麼銳的感覺，這麼快速的反應，這麼大的忍受力，這麼有效的神經系統，以及這麼了不起的腦筋。請你想想：人類身上活物質從開頭起就一直保持在剛好華氏表九十八點六度左右的溫度上！這種始終不易的一貫性本身就顯示：在高等生物的生存中，保持恰當的溫度是多麼重要。
因此，當我們出發到宇宙深處的太空裏搜尋生命時，必須尋求存在於適中的溫度裏的物質。但是我們發現這個要求在大自然裏很難得到滿足：宇宙中的一切物質幾乎存在於極高或極低的溫度裏。大約一半的物質緊密地填塞在星辰的雲氣似的身體裏，這些星辰的溫度高達好多千度甚至好幾百萬度。宇宙中另一半物質則分散得極為稀疏，成為單個的原子和微小的塵粒，浮流於星辰之間的太空裏。這些微塵的溫度極低：只有大約華氏表零下四百五十度。但是一小部分宇宙物質凝聚為一些罕見物體，我們稱之為行星。這些物體截然不同於絕大部分的宇宙物質，圍繞恒星而行，在某些實例中，恒星使行星的表面的溫度保持在最高溫度和最低溫度這兩個極端之間。於是，這種行星在太空裏的周游逐漸變得「暖和」起來了；因為行星的創造是走向生命的創造的第一大步驟。
假定生命的化學在整個宇宙各處必須基本上相同，當我們到達別的世界時，我們可以用一隻溫度表測量生命存在的機會。我們自己的行星真正是個標準：它是讓生命得以繁盛的理想地方。我們同太陽的距離恰到好處，大部分地面取得足夠的但又不過分多的熱，供生命過程之用。地球的大部分表面，包括陸地、海洋以及大氣層的底部各層，始終處於可讓生命存在的狹仄的溫度帶裏。以至今我們已知的情況而論，別的任何一個世界必須能提供同地球差不多的條件，才可以養育同地球上的差不多的植物和動物。
月亮上的情況便截然不同於地球。月亮上根本沒有大氣層。白天，太陽光線猛烈投射在月亮的崎嶇不平的表面的裸露巖石和乾燥灰塵上；夜晚，溫度陡降到華氏表零下二百度左右。月亮的質量太小，不足以吸住一圈大氣層，因此也就不能夠有暴露的水面。
縱使我們能憑某種神蹟賦予月亮以大氣層——好像地球的大氣層——並將月亮表面上凹進去的地方都灌滿了水，造成海洋，月亮也很快便會失去這兩樣東西。月亮上的空氣的原子和分子的運動，會像地球上的空氣一樣，受太陽的熱力大大加快。頂層有些飛奔著的微粒，同別的飛奔著的微粒相撞，速度突然一增加，便能逃脫月亮的引力，衝進行星際空間。這種情況固然也發生於地球的大氣層裏，但地球的引力強度六倍於月亮的引力；因此，月亮的大氣層的損耗，比地球快得多。短短數千年裏，月亮的整個大氣層會跑光，而久已在蒸發著的月上海洋也會隨之消失。月亮像行星中的水星一樣，由於質量太小，引力不足，無法保住一層空氣作為外罩。
說月亮上沒有大氣層，嚴格講來是不正確的。月亮表面上可能有沉重而慢慢移動的氣體的少許微粒，孤孤零零，這些氣體或許可稱為「大氣層」。但寥寥幾個游蕩的微粒實在夠不上「空氣」的稱號。
我們這一輩子生活在浩瀚無邊的空氣之海的底部的人，很難想像怎樣在沒有空氣的世界裏游歷。頭一位登陸於月球的探險家，抓起一把細微的月上灰塵，往上一拋，它會落回地面，好像一批小石子。那兒沒有空氣使灰塵飄浮。依同樣理由，這位探險家會發現：把一片羽毛和一塊鉛同時拋落，二者會以同樣的速度落下——但二者降落的速度，不會像鉛塊在地球上凌空跌下時那麼快，因為地球的引力強些。在月亮上，我們的太空人還會表演一項驚人的奇技：他能把一張柔軟的紙巾拋到一哩外！月球上沒有空氣阻力遏止這條巾的進行，而且，它一經拋出，將它拉下地來的引力也很小。
月亮既無水和空氣，便沒有辦法將晝夜溫度的兩極端變得溫和些。在地球上，大氣層和海洋貯存著白天的熱，在寒冷的夜裏緩緩散發出來；所以我們白天不會覺得苦熱，夜晚也不會感到酷寒。但在無空氣的月亮上，午間的溫度升到沸點以上，日落後又陡降至華氏表零下二百度以下。億萬年來，月亮在它那每月繞地球旋轉一周的正規周期裏，似乎總要經歷溫度的高低升降，其升降的幅度達華氏表四百度左右。
在月亮的酷烈情況下，任何類似於地球上已知品種的生物都無法生存。月亮上那麼可怕的高熱和酷寒，不是任何活的有機體所能熬受得住的；熱過又冷，冷過又熱，更不是任何有機體所能抵受的。似乎可以確切不移地說，我們這個衛星，是個無生命的世界，每一寸都是不毛之地。
月亮比地球和其他一切行星都小得多。在別的那些較大的世界裏，是否可能有生命呢？
先看看最靠近裏邊的一個行星——水星。它的直徑雖比月亮大一倍半，但它同月亮一般，質量太小，引力微弱，不足以保持一圈大氣層和表面之上的水域。而且，水星距離太陽只及我們地球（以及月亮）同太陽的距離的三分之一，太陽的熱力射到水星表面上極為強烈——事實上，強烈得可將錫熔成液體。當然，我們是說水星上朝向太陽的一面的情形；另外背陰的那一面卻相應地寒冷。依任何標準來說，水星都是個具有極端情況的地方。根據望遠鏡的觀察，水星不是像地球一樣繞自己的軸心旋轉的。水星的一面老是朝向太陽，正如我們的月亮永遠將同一面朝向地球。由於水星沒有自轉，朝陽的一面永遠遭受燒烤，背陰的一面永遠對著無光無熱的太空深處。水星又沒有大氣層可以將熱從向陽的一邊傳到背陰的一邊。因此，黑暗的一邊的溫度必定接近絕對零度，即華氏表零度以下四百五十度左右。
這樣看來，水星比月亮更不能容許生命存在。活的有機體只有在人工方法衛護之下才可生存於這個行星上。若說生命會在這麼不良的溫度情況之下發展，那是教人無法想像的。水星是個沒有生命的世界，是另一個荒涼的石球，既發光、又冰凍。
順著次序數過來，第二個行星是金星，即可愛的黎明與黃昏之「星」。它距離太陽，約為地球同太陽的距離的三分之二。以體積而論，金星同地球真是一對姊妹：它的直徑只比地球小約百分之四。金星這個固體的球，經常給一道稠厚的白幕遮蔽，永不揭露。世人一直以為這一道稠密的陰翳是由雲層組成的，正如地球上的居民所慣見的雲。
講起已往的地質世代，金星每每同地球相題並論。大家以為金星所承受的更大量的太陽熱力，能產生廣大的森林，由溫暖而潮溼的空氣和幾乎無盡無窮的雨水所養育。金星的整個表面可能由廣大的草地和沼澤地所覆被，生長著巨大的蜥蜴類動物，彷彿地球上偉大的爬蟲時代有過的。然而以上種種想法可能都是純粹的憑空臆測。用分光鏡研究金星大氣層的上層，查不出有甚麼水蒸汽，而且完全不見氧氣。金星上的空氣包含大量的二氧化碳，這是植物可能使用的。但這種氣體的存在，可能使金星表面的溫度達到致命的高度。雖然在陰翳頂部的溫度已經測定為華氏表零度左右，但二氧化碳氣體的底下各層卻熱得多。二氧化碳把太陽的熱絆住，使它進得來而出不去，好像溫室的玻璃瓦的作用。我們所能測量到的最深層的溫度約為華氏表一百二十五度，這就暗示金星地面的溫度至少為華氏表三百度 ——在這樣的高溫，我們已知的任何生命形式都不可能存在。因此，金星絕不能成為任何傳說中的綠色小人人的家鄉！
我們暫且撇開火星，看看太陽系裏離中心較遠的幾個行星：巨大的木星、美麗而有環的土星、綠色的天王星、海王星和遙遠的冥王星。太陽系的這些分子都可以一筆勾銷，作不得生物的家園：因為它們都太冷了。它們以極大的距離環繞太陽而行，遠離足以造成生命的太陽熱力，永遠困鎖在厚重的冰和凍結的有毒氣體——甲烷（沼氣）和氨（阿摩尼亞）——下面。生命絕不能在這些凍結的世界裏展開。高等生物在這種冰凍之中會立即死亡；即令耐寒的細菌和胞子也活不成，而且在死亡之前完全不能動。
無怪乎在天空的一切已知世界中，我們祗把希望寄託在火星，認為它最可能是生命的居住地。現在這顆紅色的行星是古老夢想的集中點。事實上，自從八十多年前發生一椿天文學上的事件以來，火星就是夢想的焦點。
那年是一八七七年。當時，製作望遠鏡的技藝已很發達，儘管製成的望遠鏡沒有現在這麼巨大。在一八七○年代以前，天文學家已聚精會神研究諸天體的運動；到這時，他們更集中注意於諸恒星和行星的物理性質。米蘭的天文學家吉奧萬尼．斯契阿帕瑞里（Giovanni Schiaparelli）對這些星辰特別有興味，有一天晚上，他作出激動人心的觀測。他在火星的淡紅色表面上看到，或自以為看到，縱層交錯的極細的直線，通聯著較為黑暗的地區。這些線網只能偶爾見到，那是在地球的大氣層——對天文學家大有妨礙的東西——的騷動最少的時候。斯契阿帕瑞里稱言些細線為「運河」，正如月球上的黑塊塊給人叫做「海」。
富有意味的「運河」這個名詞大大激動了世人。「運河」暗示某種不是由大自然而是由人創造的東西。「火星上的運河」引起世人紛紛揣測可能有「火星人」存在，甚至在今天，這種想法仍未消退。
本世紀開端的時候，有位美國天文學家潑西沃．羅韋爾（Percival Lowell）極力支持這個想法。他促成了羅韋爾天文台的建立，此台現在馳名全球，設在亞利桑那州旗竿城附近，專門研究行星，羅韋爾本人畢生致力研究火星。長期間的觀測似乎証實了他最先的異想天開的看法。他注意到火星上廣大的地區似乎依著當地的季節而變化其顏色和形狀。在冬天，這些地區會顯出淡黃的色彩，到了春天就轉變為綠色或藍綠色，到下半年又變為棕色，然後回復為淡黃色。看來好像每當春天到臨，兩極的冰雪覆被消融的時候，運河顯現得更為清晰。在秋冬兩季，極地的冰蓋子再度形成，運河就幾乎瞧不見了。
羅韋爾在一九○七年出版一本書，後來大為著名，題目是「火星——生物的家鄉」（Mars as the Abode of Life）。書中敘述了他的觀測，提出一項解釋，說火星上居住著有知識的族類，正在進行著英勇的戰鬥，對付水的資源日益減少的難題。他認為火星人在他們的星球上建立了縱橫交錯的大規模灌溉系統，遍佈地球。兩極的冰蓋子融化而成的雪水，是他們用水的一來源。運河年年把這貧乏而珍貴的水引到較為溫暖的地區，灌溉田園。
羅韋爾的想法受到世人和他許多同事的熱烈歡迎，但大多數天文學家極為懷疑。當然，既得不到証實，也得不到反駁，因為兩者都不可能。羅韋爾的理論只能看作是純粹的猜測，要等更靠得住的事實到了手才可判斷這猜測對不對。確切無疑的事實說不定要等到第一艘太空船登陸於火星的日子，才會給人知道。
羅韋爾於一九一六年去世，後來，火星的氣候和大氣狀況給人瞭解得更為確切，那是因為配合著望遠鏡而使用了更多的極為精密的儀器。新的資料使羅韋爾筆下的火星人顯得全屬子虛烏有。據查明：火星上的空氣裏毫無氧氣的縱影，既無氧氣，高級生物就似乎活不成，而且根本無從產生。火星上的氣候也有害於生物。夜間氣溫降到華氏表零下幾乎一百度，只有在正午前後，在赤道附近的地方，氣溫才升到冰點以上，為時也不過一兩個鐘頭而已。地球上的動物全都熬不住每日溫度的這麼劇烈的變化。火星上的情況太惡劣了，關於火星人的大部分猜測，地質學家都不能置信。
別的世界是否有生命，這個問題，通常大家認為屬於天文學的範疇，有關這個題目的科學書籍和文章幾乎毫無例外地全是由天文學家執筆的。但有一本書卻是個例外，由生物學家赫伯塔斯．斯揣格荷爾德（Hubertus Strughold）寫作，題為「又紅又綠的行星——對火星上的生命的可能性的生理學研究」（The Red and Green Planet, A Physiological Study of the Possibility of Life on Mars）。此書的科學方法使好學深思之士對火星上的生命的問題有了新的看法。斯揣格荷爾德說，縱然是極原始的動物，也不能生存於火星上，因為那兒沒有氧氣支持它們的新陳代謝作用。氧氣是生命的要素，沒有它，便會死亡。植物也需要呼吸氧，火星上的大氣並不含有近乎足夠的氧，以滿足植物界的需要。然而植物能進行一種特別的化學作用，藉以維持生存，是動物沒有本領辦到的：這就是光合作用。斯揣格荷爾德博士說明：植物藉這種巧妙的作用，能應付火星上有害的情況。
光合作用是個卓越的生命製作法，藉著葉綠素的行動而發生，葉綠素是一種複雜的化學物質，具有鮮艷的綠色。這個製作法所用的原料是水和二氧化碳，而動力是陽光。植物吸收陽光的能，在葉綠素的節制下，水和二氧化碳的分子分裂為構成它們的種種元素，即氫、氧和碳。這些元素重新組合，形成所謂碳水化合物，即糖、澱粉和脂肪。這些產品給植物利用來建設它們的身體；氧氣過剩了，便釋放到空氣中。地球的大氣層，其實是個巨大無比的大儲藏室，儲存自由氧 ——是從古以來的植物產生的。儘管大量的氧不斷受到消耗，植物王國的化學活動總能夠使空氣中的氧氣儲存量始終保持同一水準。
像動物一樣，植物也需用氧來進行自己的新陳代謝，在地球上，空氣裏含有充分的這種賦給萬物以生命的氣體，固流上下四方，供應一切活東西。火星的空氣裏卻沒有自由氧，而且看來似乎就連值物也不能在那兒生存，因為它們時時刻刻需要呼吸自由氧。但在這個關鍵問題上，斯揣格荷爾德提出了一個有趣的想法。他並不認為高等植物有可能存在於火星上，因為事實已經表明：這類植物不能放在缺氧的空氣裏，是會凋謝殞歿的。而且，這些植物也會給火星上晚間的極低溫度凍死。斯揣格荷爾德所著眼的是最低級的植物，它們特別具有適應性，能抵受極冷的天氣，斯氏研究這類植物怎樣能夠在完全沒有氧的大裏生存與生活。
他所著眼的植物是地衣，那是一片片灰綠色的植物，依附於地球的高山的裸露巖石上。地衣是兩類植物的結合，一為菌類，一為藻類。菌類構成地衣的身體，使它具有海綿一般的結構，能吸收並儲存水汽；藻類卻含有葉綠素，進行光合作用的過程，產生碳水化合物和氧。但最有趣的是：構成地衣的身體的材料，具有數不清的細胞，裏面灌滿空氣。這些小袋袋裏的空氣包含頗大份量的氧：事實上，這種植物內部的氧比外面同樣高積的空氣裏所含的氧多些。我們可以說，這些地衣具有它們自己專用的大氣層，它們就把藻類產生的氧儲存於這種大氣層之中。因此，斯揣格荷爾德斷定地衣確實能夠生存於火星的空氣中，表面看來，這種空氣是沒有氧的。
能讓地衣滋長的一切必需條件，火星都具備。那兒有陽光可供光合作用之需，那兒也確實存在著二氧化碳和水。地衣呼吸所需的氧，由它們自行生產。但這種氧並不釋放到空氣裏去；地衣不能夠浪費這種珍貴的氣體。它們把氧儲存於自己的身體內。
在火星上一到夜裏就沒有陽光推動光合作用的過程，因此，白天生產的並儲存起來的少量氧，不足以支持地衣熬過漫漫長夜——假如不是極度寒冷的話。的確，酷烈的寒凍會把別的一切植物都殺死，卻幫助了地衣為生存而掙扎。在晚間，地衣凍得完全入於冬眠狀態，一切生命過程幾乎完全停頓。於是地衣幾乎完全不需要動用氧。熬過幾個鐘頭之後，早晨來臨，氣溫回暖，地衣恢復活動，重新進行光合作用，供應自己呼吸所需的氧。
斯揣格荷爾德博士用實驗上的証據支持自己的看法，實驗是在德克薩斯州聖安通尼奧附近的航空與太空醫學中心進行的。他建立了所謂「火星植物培養槽」（這個名稱相當於「陸地動植物培養槽」），是個密不透氣的玻璃箱，內含無氧的大氣，正是大家認為火星上的大氣那樣。這個火星植物培養槽放在一間黑房裏，每隔一定鐘點由燈光照射著它，相當於火星上所受到的太陽輻射。當這個培養槽受到照射時，它的溫度也用人工方法造成一定的周期，有一段時期是加熱，接著便將它冰凍，彷彿火星上的晝夜循環。在這個培養槽裏，斯揣格荷爾德博士養了少許地衣，是他親自到新墨西哥州的火山熔巖層上採集的。這些卓越的植物到今天不但安然抵受了兩年多的酷烈處理，而且居然傳宗接代，大為滋榮。
斯揣格荷爾德博士對於火星上的生命的看法，可能代表了真正的情況。這些看法是同生物學上已知的事實符合的。活著的東西自有辦法適應於環境狀況，而且極力利用這種狀況。在我們地球上，生命是朝外向的，同友好的大氣層自由交換；火星上的生命卻是朝裏向的，把有害的環境阻擋住了。火星絕沒有給注定為高級生命形式的家鄉；這個紅色行星居然能讓生命——儘管是最低級的生命——存在，已經是件很了不起的事。
這樣看來，縱然把火星算上，太陽系的九個行星中也只有一個——即地球——具備著種種條件，有利於各式各樣的、繁榮旺盛的生命形式。宇宙之中居然存在著我們這麼一個行星，具有種種的優點，確實是件教人驚詫的事：我們地球的位置離太陽不遠也不近，因此氣溫不太熱也不太冷；我們的大氣層裏富於氧和二氧化碳；更難得的是，我們有充足的水的供應，它又是液態的。由我們所知道的諸行星的一般情況看來，別的任何一個行星很不可能以一身而兼備地球所具有的諸般優良的特色。
科學每每同詩人的夢想作冤家對頭。已知的事實硬是不容我們相信火星上繁生著品類萬殊、五色繽紛的生物：各種花、樹、魚、鳥和人。假如我們有朝一日去到火星上，我們說不定頂多只能發現一片片原始而醜陋的生物生長在枯寂荒涼的土地上。然而單是這種東西已足以使科學家興奮之至。儘管是下等的地衣，也具有生命的火花。即令是最低級的生命形式也滿身都是祕密，科學界還得要花很久時間才可將這些祕密完全揭露——假如這是可能辦到的。一塊無生命的石頭同最原始的活細胞之間的差別，大大超過了這個細胞同人的差別。科學不會弱於時人或講道者，它同樣知道生命現象確實是多麼奇妙，若是真能在另一個世界裏發現奇妙的生命火花，那就會比往昔的人最異想天開的夢想更激動我們的心靈、更令我們驚奇了。
第十章
行星好比是種籽
在環繞太陽旋轉的九個行星之中，只有一個行星是一種有知識的生命形式的住所。然而我們的太陽不過是數不清的銀河裏的千萬億個太陽中的一個而已。大自然是慷慨無比的，一定有許多個太陽擁有行星。難道這些行星中不會有些是地球——我們的地球以外的地球——由別的人類居住著嗎？是不是可能有朝一日我們地球上的人會同別的一個太陽系來的別的族類的人相遭遇呢？
前些年有一位科學幻想小說作家寫過一篇星際探險記，其中講到地球上的各民族籌劃舉行了一次遠征，深入太空，以求發現另一種有知識的族類。世上的人決心竭盡全力，務必要找到一種同他們自己一樣明白創世之事的族類。這次遠征是要遠遠越出我們太陽系的範圍之外，太家確知在太陽系以內只有地球才是有知識的生物的家鄉。
這件虛構的事發生於久遠的未來，那時候，星際航行的一切困難，幾乎都解決了。所用的太空船是一種機器，以極巧妙的辦法解決了這次航程中可能遭遇的一切技術問題。但是航行的人員仍舊是平常的有血有肉的人。他們的身體狀況仍同現在的人一樣；人的壽命根本上仍是現在這樣不過七十歲。這個有限的壽命成了故事的主題，因為星際太空船要花極長時間才可越過幾乎無窮無盡的空間，從我們的太陽飛到銀河系的別的群星。
光的速度每秒鐘十八萬六千哩，是個極大的速度，因此光線只要花一秒多種就可走完地球和月亮之間的距離。光線從地球傳到太陽，需時八分半鐘，它傳到我們太陽系最外圍的行星冥王星的軌道，大約需六小時。這光線越過冥王星的軌道後，進入星際空間的無限遼闊領域中，儘管它以毫不減少的速度飛馳而前，也要飛四年多，才可達到離太陽最近的恒星。
上述的小說描寫的遠征，其目標不是最近的星，而是比這遠許多倍的星，要經過好幾百年才可達到。為解決這個難題，設計這次遠征的人想出一個妙不可言的主意。他們征集一百名青年男女，都是自願畢生在太空船卜度過的。這些志願人員老死後，他們的兒女會接替；但在旅程還沒有終結的時候，這批兒女也會老死，甚至於孫兒女都會老死！一代又一代的人閉鎖在一個孤獨的金屬盒子裏，繼續漂流於太空裏，而場這可怕的旅行的目標始終祇是前面遠遠望見的一個冷漠而不閃爍的光點。這批封閉在太空船裏的人，儘管飛行一輩子，離那個光點還是遠得很，他們倜倜一直到老死都見不到前面那一點點光會因為較為接近而顯得明亮些。
上述的情節也許可以寫成一篇動人的小說，但這麼一種遠征是超乎人類能力的舉動——簡直是不人道的舉動。人怎麼可以把這樣一個艱巨而無從逃脫的任務交給自己的兒女和孫兒女呢？他們是囚禁在太空船裏的最後一代人，卻根本不知道他們的族類所自來的那個地球的蔚藍色天空是個甚麼樣子——他們即使達到目的地，又會發現甚麼呢？在這一場慘無人道的遠征結束時，他們有多大的機會能找到另一個地球呢？在宇宙的無限深遠之處，究竟有沒有別的藍色和綠色的行星，容納類似於地球上的生物的種族呢？
單是在銀河系裏，就有千百萬個太陽，好似我們自己的太陽——而在最強大的望遠鏡所見到的空間裏，散佈著的別的銀河系又何止幾千萬個。但這些太陽離我們太過遙遠，我們無法直接觀察它們的行星。我們所能做的只是研究在混沌初開的時候，形成我們自己的行星體系的那些偉大力量和事件，並藉此設法查明普通的行星可能是怎樣的情形。
一直到不久以前大多數天文學家都相信：行星是宇宙大變動所造成的。這種看法認為：行星是由一個幾乎同太陽相撞二等星從太陽體內擦出來的熾熱氣體所形成的。然而恒星之間的距離遙遠極了，若說兩個恒星會貼身而過，那是極少可能發生的事，即會發生了這樣的事，也不過能夠說明整個銀河系內僅僅兩個行星系統——一是太陽系，一是那擦傷過太陽的星所率領的系統——的存在由來而已，仍無法解釋宇宙中別的那許多行星系統的來歷。
現在我們知道：太陽的化學成分大大不同於行星的化學成分，因此，所謂兩個恒星相擦而產生行星的說法必須廢棄。太陽的質量有百分之九十是由氫和氦組成的，而行星所含的這些輕飄飄氣體極少；行星的絕大部分身體是由較重的元素如氧、矽和各種金屬構成的。單是從太陽身上挖出一大塊物質，讓它冷卻，是不可能產生地球的。
太陽上的物質似乎是一般宇宙物質的典型。一切恒星和散佈於各個銀河系內的空間裏的薄薄的呈氣體狀態的物質，其成分絕大部分是氫和氦，此外只有微量的較重的元素，就是構成行星和生物的身體的那些元素。那麼，行星怎樣能藉這些似乎不合適的宇宙物質作為自己的質量而現身出來呢？
在形成太陽系的時候，一定有某種程序發生過作用，把較重的元素挑選出來，聚集為冷卻的行星的身體。這不是一件宇宙爆炸之類的大變動的事；一定有某種緩慢的進化程序，在同一個時候產生了太陽也產生了行星。
當太陽還處在形成的過程中的時候，它原有的氣體質量必定成為一個大團，其表面有現在的整個太陽系那麼龐大。這個表面所包含的物質，比現在這幾個行星身體裏所含有的物質多幾百倍；但是這些物質大部分是氫和氧，較重的各種元素僅僅佔百分之一而已。這個表面是冷的，不受年青的太陽所烤熱。在這一大團相當稠密的冷雲裏的較重元素，因化學親和力的作用而集結，形成許許多多化合物，這些化合物又凝聚為小顆粒，同冰雪和氨的結品體混在一起。此後千百萬年裏，這混混沌沌一大團物質旋轉於太陽周圍，成無數旋渦，無數軌道，並在這個大旋轉中慢慢形成較稠密物質的集中點。引力作用把越來越多的物質拉到這些較為稠密的點上，將來，這些點就會成為行星。最後，太陽也收縮成一個較小的球體，越變越熱，開始放射強烈的光。這光變得非常強烈，產生壓力，壓迫一團團行星雲裏的稀薄的氣體，將它們沖出太陽系，進入無邊無際的太空。重物質的較大顆粒仍然逗留在它們自己的軌道上。引力作用使這些顆粒集結攏來，就這樣，一個個行星誕生了。這些行星自從成形的時候起，一直圍繞太陽而旋轉——行星都是些龐大的球，由重的元素構成，重的元素是稀有而珍貴的物質，在宇宙起初的氫氦混沌一團中只佔極微的份量。
上述的理論似乎認為宇宙裏的太陽個個都必定有一群行星作為點綴，這些行星是同太陽本身一起產生的。但絕大多數的星辰演進情況所達到的結果大約都是形成兩個或多個恒星，不會具有行星，除非在偶然的情況下才產生行星。或許每一百個恒星之中只有寥寥幾個具有行星。但大自然是那樣的慷慨，單以我們的銀河系而論，就必定有千百萬個行星系統，而我們的銀河系又不過是千百萬個同等的銀河系中的一個而已。在活瀚無邊的宇宙裏，行星的數目必定是無法計算的——事實上，千百萬個行星系統的形成，甚至在今天也很可能仍在進行之中，因為創世的過程是永無休止的。別的許多行星系統必定已經崩潰，這是因為它們有著與生俱來的不穩定性；在一個系統裏，個個物體互相吸引，這就需要一種微妙的平衡以保持穩定。既然有許許多多行星系統已經形成，這就表明已經有千百萬個行星系統能夠存活下去，勝過了崩潰的可能性。看來似乎有極好的機會讓生命出現，因此我們必須假定宇宙裏存在著無數的行星。
然而行星好比是種籽，而支配生物和行星的無情法則也極為相似。大自然從千百萬顆種籽裏只挑選寥寥幾顆，跟它們達到開花結果。一棵植物或一粒種籽可能有萬千種方式走向夭折。一粒種籽可能掉在乾旱的地上，可能給鳥獸吃掉，可能凍死，或者在它還沒機會萌芽的時攸老早就腐爛了。但每年秋天總有許許多多的種籽產生出來，於是第二年春天裏地球上又是一片青蔥，這是存活的種籽在萌發。同樣的，一個行星只有極為微小的機會可以產生生命；它很可能永遠是個荒瘠無生氣的世界。在無數的銀河系裏必定有千百萬個行星是一片荒涼的，因為它們沒有空氣，或者沒有水。許多行星離它們熾熱的太陽近了，因此它們的表面是熔化的巖漿形成的海洋。又有許多行星距它們的太陽太遠了，以致永遠埋葬在冰雪底下。許多行星是沒有大氣層的，因為它們的引力太弱，吸不住一層氣體外罩。還有千百萬個行星不再繞著它們自身的軸心旋轉，以致分成兩個半球，一邊熱得像火燒，另一邊冷得像冰窖。
一個行星成為荒寂無物的可能性是極大的。然而生物和行星同樣極大量地出現，所以大自然很可能在生物和行星產生之後不久便把它們幾乎全部都廢棄掉。荒涼只是人類的一個概念。大自然在完全廢棄行星的時候，把極大量物質的和能的資源散佈開來，讓它們形成無數個熾烈的太陽。千百萬個太陽都是寂然無生氣的，孤孤零零，另外千百萬個太陽則由大大小小各式各樣的行星圍繞，這些行星也是死氣沉沉的。但在萬千個荒涼的行星之中，有那麼幾個卻是能讓生物在上面生長的。一定有許多行星沐浴於溫和可親的陽光裏——這些行星具備著生命的元素，也就是在它們溫和的氣體和液體外殼裏具有水、氧和二氧化碳。這些行星，有的只能生養原始植物，好像火星上可能存在的下等植物，聚成寥寥幾塊綠色地帶。但另外許多行星上一定有著五光十色的活的種類。我們可以放心大膽地假定：這些行星裏，有些乃是有知識的族類的家鄉。那些地方一定有「人」瞭望著他們的行星周圍星光閃爍的天空，左思右想。有些「人」或許仍是原始的種族，僅僅明瞭他們周圍的宇宙。但另外有些行星上的種族可能具有比我們優越得多的文化。這些先進的族類會把我們看作原始人！
現在我們能夠體會前面所述的科學小說裏描寫的那些籌劃進行可怕的太空旅行的人所懷的渴望了。人是社會動物，具有基本的衝動，要跟同類來往。那麼，既然我們必須相信我們並非廣大的宇宙裏唯一的有知識的族類，我們能不能夠有朝一日出發訪問我們不同族類的兄弟，他們生活於自己的行星上，正如我們生活於地球上？我們已經知道，在自己的太陽系裏另外八個行星上不會找到有知識的族類；我們在自己的宇宙領域內尋不到意氣相投的心靈。但我們能不能達到許多銀河系的廣闊空間，從而找到別的無數的行星呢？
我們已經知道恒星之間所隔著的空無一物的空間是多麼廣闊的間隙。在太陽的「近鄰」地區分佈著的恒星，彼此間的距離都比光線在一年裏所能走的路程——約為六萬億哩——更遠好多倍！光是一切事物之中走得最快的，我們或許永遠也不能用這種奇妙的速度行動。即令我們擁有動力，把太空船推動到極大的速度，也不可能追上光的速度，因為恒星之間的毫無遮攔的空間並非完全空的。這種空間裏存在著極度細微的、稀薄的雲，由灰塵和氣體構成。在我們銀河系裏某些地方，這種雲的稠密程度大到足以阻隔後面的恒星發出的光，令它通不過。從地球望去，這些地方是銀河系裏的大空隙或大空洞。儘管這種恒星之間的物質極為稀薄，它還是會妨礙用光的速度行進的太空船，使船隻開不過去。撞到高速行進的太空船上的原子，會產生強大的粒子放射，假如太空船以幾乎等於光速的速度通過這種由灰塵和氣體構成的雲較為稠密的區域，船隻就會像流星一般燒燬，化為一道輕煙。因此，我們只能以比光速慢些的速度行進，於是達到別個恒星所需的時間就非幾百年不可了。
能讓生物居住的行星極為稀罕，在太陽的近鄰裏，一個這樣的行星也不可能有。我們不能期望在不需要費幾千年便走得完的太空的範圍內找到一個負載著生命的行星。即令在遙遠的將來，技術極度發達，旅行的情況極為有利，人類也很難有希望跨過可怕的間隔距離，從地球達到少數幾個別的負載著生命的行星。
那麼，外間的族類又怎樣呢？我們能不能期望將來會有別一個有知識的族類可能跨越這極大的距離到地球來訪問？這些異族的每個人能活一萬年或更長久，他們就可能來訪問我們。麥哲倫的小船隊裏那一艘首次環航地球一周的船隻，花了幾乎三年才走完全程。這是個漫長的航程，花費了當時的人的平均壽命幾乎十分之一。假如一個長命的異族裏的人也像我們這樣具有強烈的探險的衝動，他們也可能願意花費他們的壽命的十分之一，來訪問我們。
這樣的訪問，可能是飛碟的來由之一。飛碟可能確實是些太空船，由一種有知識的異族駕駛，秉著善良的或者邪惡的意願來偵察我們。關於飛碟的這樣一種解釋，是不能完全指為荒唐無稽的，雖然是極難教人相信的。在人類有生之時，別的星辰上的族類前來訪問的奇事不會發生。異族若要作這樣的訪問，不僅要克服一個極大障礙——空間，而且必須戰勝一個同樣重大的困難——時間。異族不但要在恰切的地點找到我們，而且必須在恰切的時間找到我們。
我們地球的壽命已有四十億年以上。生命大約存在了二十億年之久。人類的存在大約已有五十萬年至一百萬年。但直到最近幾千年，人類才開始思索星辰的性質；幾百年來，人類才猜想除了自己的太陽以外可能還有別的太陽存在。我們若是希望別的星球上的異族的來訪恰好發生於短短的時期裏，在這段期間我們恰好能夠瞭解他們究竟是些甚麼族類、是從何處來的——這樣的希望是不合道理的。縱使從前有過這樣的異族來地球訪問（或者縱使將來會有這樣的訪問），很可能那時候我們人類還不曾存在（或者在那時候人類已歸於滅絕）。我們不能夠期望別的星球上的異族剛好會在「此地」和「現在這個時候」找到我們；這樣的很不可能發生的事，超出了合理的希望的範圍。在恰到好處的時期發生這樣的來訪，其可能性還不到一百萬分之一。
為著表明不同的行星上的兩個有知識的族類相逢的機會是多麼的微渺，我們不妨設想在南極洲地冰雪的荒野裏的一些小山頭上在一百年的時期中存在著幾種螞蟻。而且每一種螞蟻在這一百年裏只生存幾個鐘頭。現在，有那麼幾種螞蟻發明了強有力的交通工具，藉此可以遨遊於它們各自所在的小山頭附近的小塊地區。若想教任何兩種蟻相逢，它們必須產生於鄰近的山頭，而且必須產生於這一百年之中的同樣的短短幾小時裏。由此可見，兩種不同的蟻相逢的機會簡直是沒有的。
我們正是這些生命短促的族類之一。我們的蟻巢是地球，而南極州的荒野好比是宇宙的無邊無際的空間。至今我們仍舊局限於自己的蟻巢裏，但我們準備往蟻巢的有限區域之外推進。古往今來，在宇宙裏上下四方各處，有別的族類在別的行星上度過了他們短促的生命。他們絕大多數離我們遙遠極了，因此，單是距離便會使我們永遠遇不到他們。有些族類早已滅絕，當巨大的恐龍還在地球上遨遊的時候，這些族類所創造的文化早已化為灰塵。在我們人類有生之年，別的星球上有些族類或許還沒有變成有知識的族類；等到將來他們或許能夠發展成為有理性有知識的族類的時候，我們人類可能早已消失了。
我們將來能夠遇到別的星球上的族類的機會，推想起來是不會有的。我們將不可能到他們那邊去，也不可能期望他們前來訪問。宇宙中一個個銀河系的廣闊空間裏滋長著生物；但是負載著生命的行星都給空間和時間的可怕距離分隔開了。我們迷失於浩瀚無垠的太空裏——分派給我們的那一小塊宇宙，把我們圍困住，令我們孤孤零零。
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