千百年以来，为了追逐天上令人着迷的群星，人类绞尽脑汁发明了多种多样的天文探测工具——从上古时代遗留下来的疑似天文台的巨石阵到流传千年的星图、浑仪和简仪，再到今天被广泛应用的天文望远镜、空间探测器和航天飞机，人类为自己创造了一个弥足珍贵的“追星兵器库”。抚摸着一件件追星利器，我们会从内心产生一种为人类天文事业发展作贡献的渴望和冲动。
在距英国首都伦敦120多公里的历史古城索尔兹伯，有一个小村庄叫阿姆斯伯里。这里坐落着英伦三岛最著名最神秘的史前遗迹——巨石阵。
巨石阵的主体是几个完整的同心圆，由一根根巨大的石柱排列而成。在巨石阵的外围，我们可以看到直径约90米的环形土岗和壕沟将巨石阵紧紧围在正中。壕沟是在天然的石灰土壤里挖出来的，挖出的土正好作为垒筑土岗的材料。在土岗的内侧，我们可以见到由56个等距离的坑构成的又一个圆环。这些坑都用灰土填满。
巨石阵最壮观最主要的部分是石阵中心的砂岩阵。砂岩阵是由30根石柱组成，石柱上架着横梁，横梁与石柱之间用榫头、榫根相连，形成了一个封闭的圆阵。排列成马蹄形的巨石圈位于整个巨石阵的中心线上，马蹄形的开口正对着夏至日出的方向。此外，我们还可以在巨石阵的东北侧看到一条通道。古代先民在通道的中轴线上竖立了一块完整的高4.9米、重约35吨的砂岩巨石。后人将这块砂岩巨石命名为“脚跟石”。
对于现代科技来说，建筑巨石阵也许并不是一件浩大的工程，但对于早期人类来说，巨石阵的建筑规模和工程难度就大大超出他们的能力范围了。尤其令人惊讶的是，巨石阵的建成年代甚至比埃及最古老的金字塔还要早700年！那么，到底是什么人建造的巨石阵呢？
20世纪后期，为了解开这个谜团而进行的大规模发掘正式开始。通过现代科技手段，科学家们证实巨石阵周围有绵亘的森林，维塞克斯的原始部落在这里繁衍生息。根据这个发现，科学家们断定，这里是不列颠岛的人类文明发祥地，正是建造巨石阵的维塞克斯文明，推动了英伦三岛的社会进步。
可是，这个工程难度与规模都远超当时人们的承受能力的巨石阵，到底是如何建造起来的呢？据考古人员研究发现，巨石阵并不是一次性完工的。它的建造期大概经历了三个阶段。
第一阶段的建造开始于公元前28世纪前后的新石器时代晚期。不过，那时候人们并没有在这里树立巨石，而只是建造了一个能将数百人圈进去的圆形土堤。前面我们已经提到过土堤内有56个圆形坑。据科学家考证，古人很可能就在坑内埋入了巨大的木桩。
第二个阶段大约是在公元前20世纪前后的铜器时代初期。这一次，人们对巨石阵的入口部分进行了改造——比如挖掘了壕沟，铺设了两条500米长的人行道，在巨石阵内侧树立起了四座被称做“斯泰申石碑”的石柱。在这个阶段，古人们似乎已经决定在巨石阵中央竖起两圈蓝砂岩石柱。可是就在他们竖起大约四分之三圈的石柱之后，他们改变了计划。工程被停止了，石柱也被搬走，坑被填平。
公元前10世纪，人们开始了巨石阵建造的第三个阶段。这一次，人们不辞辛苦地运来百余块巨大的砂粒岩，建成了有30多个石柱的外圈，并完成了巨石阵所需要的所有扫尾工作。多少年来，巨石阵的历史已经大白于天下，可是它到底是用来做什么的？人们也曾为此做出了种种猜测。考古发掘永远是最直接的探秘手段。于是，一些人希望通过在周围进行发掘找到问题的答案。发掘结果表明，土堤内侧有多处墓穴。于是，有人就以此判断，巨石阵是上古先民用来祭祖祭神用的祭祀场所。有些人则认为，巨石阵是一座古代天文台。据观测，巨石阵的主轴线、通往石柱的古道和夏至日早晨初升的太阳是处在同一直线上的，巨石阵中还有两块石头的连线最终指向了冬至日落的方向；另外，巨石阵石环和外围壕沟、土堤相配合，可以精确地了解太阳和月亮的12个方位，并以此观测和推算日月星辰在不同季节的起落。巨石阵与天文现象是如此的契合，成为人们认为它是天文台的依据。
在过去漫长的几千年里，巨石阵都犹如强劲的磁铁，吸引着所有到这里来过的人们的目光；以自己独特的神秘气质，吸引着众多学者来对它进行考察。人们对巨石阵的研究永无止境。
2.星图——认识星空的工具
在陆地上行走，我们需要地图；在大海上航行，我们需要海图。那么，天上的星星有没有“星图”呢？从地球向太空望去，所有的天体——太阳、月亮、一颗颗小星星都有自己在天上的特定位置。要把它们在天上的位置全部记录下来，就需要绘制星图。简单地说，星图就是表示星星位置的“地图”。看星图、画星图对于一个天文爱好者来说，都是必不可缺的“专业”技能。
人类绘制星图的历史与人类开始天文学研究的历史一样古老。受天文知识的限制，认为天球就是一个以地球为中心的实体的祖先们，开始时就是将星图直观地绘制在一个球体上。这样的星图在观测上有一个巨大的麻烦：人无法钻进球体，所以人从球外面向里面看，球上面所绘制的星星都是左右颠倒的。到了现代，为了使用方便，人们把所有星星的位置都绘制在平面上。现在的“星图”就是指这些平面星图，而不是“球图”。
星图的绘画方式有着严格的规定。按照绘制的风格，我们可以将之分为古典星图和现代星图两种。
西方古典星图的画法起源于古希腊、古罗马时代。古典星图最大的绘制特点是星图上绘有与星座相关的图案——这些图案一般都与相应的神话传说密切相关，甚至这种星图完全可以当做一种艺术品来对待！不过，令人遗憾的是，当时的天文学家只能用常见星座来标识天体在星图上的位置，所以我们看到的很多古典星图都只标出了粗略的坐标网格。与古典星图不同，现代星图更加注重的是它的实用性，在绘制星图时常常用更精确的坐标进行标识，将各天体的位置绘制精确，保证星名标注完备，并尽可能多地提供相关信息以备查阅。
为了标志天体的精确位置，在专业的星图上，会标有赤经线、赤纬线与黄道，以及有确切依据的历元。此外画在星图上的星点也以由大至小的黑点来表示这颗星的亮度。在星一旁，人们往往还要标示出该天体的西方星名、星座界线和星座连线。银河的轮廓常用虚线或淡白色（淡灰色）勾画出来，星云与星团则大多以轮廓界线或图例加以标示。不过，一些移动显著的天体如行星、小行星、彗星等等是没有标示在星图上的。
根据用途，星图也可以分为好多种类。比如，专供天文学家使用的最详细的星图已经画到了23等星，其天体标志数量达到了5亿多颗。而适合一些业余天文爱好者观察星空使用的星图，则有活动星图、四季星空图和全天星图等几种。
活动星图并不是一张类似地图的纸，而是一种各部件组合使用的、十分简单方便的星图。结构上，活动星图由底盘和上盘两个圆盘组成。其中底盘可以绕中心旋转，一些较亮的恒星与星座都绘在上面，盘周有注明月份和日期的坐标。上盘有地平圈和东西南北四个方位的切口，其盘周还注有一些时刻。在使用活动星图时，我们可以旋转底盘，使底盘上的当日日期与上盘的观测时刻对准，这时在上盘的平圈切口内显露出来的部分就与当时我们可以看见的星空相同。在观测时，只要我们把活动星图举到头顶上，使星图的南北方向与实际方向保持一致，就可以对照星图识别天体了。
四季星空图是将四季的天体分布情况分别绘制在四张图上，没有活动星图准确。因为这种图是按照从天顶将天体垂直投影到地面上的方法来绘制的，所以这四张星图看上去都是圆形的。四季星空图的边沿都标明了地理纬度和东西南北四个方向，每个圆的中心是天顶。
全天星图在几种图中略显“专业”，它将整个星空全部详细地绘制了出来，它更适用于那些对星空已经比较熟悉，并打算进一步观测双星、变星、星云、星团、星系的天文爱好者。
旅游要导游图，观天要星图。对于天文学家和天文爱好者而言，星图的作用无比巨大！可以说，它的发明与绘制是人类探索宇宙的伟大创举之一。
中国是世界上最早刻画星图的国家之一。世界上绘制于14世纪以前的星图，只有中国保存了下来。相传在三国时代，吴国陈卓就将甘德、石申、巫咸三人所观测的恒星，用不同方式绘在同一图上。这张星图共记录恒星有1464颗，遗憾的是，这张星图已经失传。中国现存最古老的星图，也是世界上最早的手绘星图，是存于大英图书馆的敦煌星图，它大约创作于唐代。
3.浑仪和简仪——古代最先进的天文观测工具
作为世界四大文明古国之一，中国有许多骄人的科学发明，浑仪和简仪就是其中的佼佼者。作为中国古代最先进的天文观测设备，浑仪和简仪为中国乃至世界天文学的发展都作出了非同一般的贡献。
在中国古代，自称受命于天的历代统治者都把观测天象、编制历法，作为一件头等大事来抓。这样一来，便间接地带动了整个天文学的发展。翻开史书我们会发现，中国历代天文学家都留下了丰富而又可靠的星象记录。这些观测和记录仅凭肉眼是无论如何都不能做到如此精确的，除非借助先进的观测工具。古代中国天文学家的“追星利器”就是浑仪，甚至可以说，在望远镜出现以前，世界上最先进的天文观测工具就是浑仪。
浑仪的发明原理来自于“浑天说”，“浑天说”是我国古代的重要宇宙理论之一。这种理论认为：“浑天如鸡子，天体圆如蛋丸，地如鸡中黄”。换句话说，天内充满了水并靠气支撑着，大地则浮在水面上。此外，“浑天说”还将天的大圆分为365.25度，浑天旋轴两端分别称为南极、北极，赤道垂直于天极，黄道斜交着天的大圆，黄赤道交角为24度。根据这个宇宙模型，天文学家们发明制造了浑仪。
浑仪大约发明于公元前4世纪至公元前1世纪之间。早期的浑仪结构简单，只有三个圆环和一根金属轴，三根圆环一个比一个大，三者环环相套。最外面的圆环称为“子午环”，被固定在正南北方向上；中间的圆环则固定平行于地球赤道面，因此被称为“赤道环”；最里面可以绕浑仪的金属轴旋转，叫做“赤经环”；赤经环与金属轴相交于两点：北天极和南天极。在赤经环面上，古代的能工巧匠们特意安装了一根望筒。绕赤经环中心转动后，观测者就可通过望筒对准某颗星星——这时，我们就可以根据赤道环和赤经环上的刻度来确定该星的位置了。
浑仪自发明以后，不断被历代天文学家所改进。到了唐代，李淳风根据浑仪原理设计了一架更为精密完善的浑天黄道仪。浑天黄道仪分为3层，由外到里分别是六合仪、三辰仪和四游仪。六合仪包括地平圈、子午圈和赤道圈，三辰仪则是由白道环、黄道环和赤道环构成，最里面的四游仪包括一个四游环和窥管。这一精密天文观测仪器一直为中国历代天文学家所使用。现存最早的明制浑仪就与浑天黄道仪的结构基本相同，只是取消了三辰仪中的白道环，而加上了二分环和二至环而已。
纵观历史，浑仪的改进和完善并不是一蹴而就的，而是一个由简而繁，最后又由繁而简的发展历程。虽然浑仪称得上是最杰出的创造，但其自身的缺陷也很明显：在仪器精密度不高的古代，要把越来越多的圆环组装得严丝合缝是十分困难的；部件越多，最后结果的误差越大。此外，浑仪毕竟不是玻璃制品，它的每个环都会遮蔽一定区域的天区。随着环数增多，被遮蔽的天区越来越大——这对观测往往会造成很大的影响。
解决这两个缺陷的办法就是简化浑仪，这一工程从北宋时期沈括开始提出改装的思想，一直到元代的郭守敬才最终完成。在具体发展历程上，沈括取消了浑仪的白道环，同时将另外保留的一些环的位置做了调整。这样一来，浑仪精确度大大增加，遮蔽的天区也减少了许多。郭守敬又巧妙地取消了黄道环，把以前复杂的浑仪分成了两个独立的仪器：简仪和立运仪。
作为浑仪的“部分简化版”，简仪由四游仪、百刻环和赤道环组成。其中，赤道环的位置被移到了旋转轴的南端——不得不承认古人的前瞻性，这一安装方式，至今在安装望远镜时还被广泛地采用。与以往的浑仪相比，百刻环上等分成100刻，12个时辰，每刻又分成36分。百刻环被固定在赤道环内，其作用既可以承托赤道环，又可以通过它得到真太阳时的读数。此外，四游仪也得到了改进：在它窥管的两端，郭守敬各设了两条十字线——它与后来望远镜中的十字丝作用相当。
立运仪与简仪虽然被分成了两个仪器，但它们还是装在同一底座上的。立运仪由两个圆环组成：其一是平铺的“经纬环”，代表地平环；另一个则是“立运双环”，环中夹有窥管，通过它我们可以测量天体的地平经度和纬度。
简仪和立运仪无疑是中国古代先人的一项伟大发明，它的技术先进程度整整领先了世界300多年。如果你有幸去现代天文台参观，你就会发现，在许多赤道装置经纬仪上，都可从中找到它们的原始形态。此外，浑仪采用的标记方式是赤道坐标系统，这要比西方采用的黄道坐标系统先进得多。
4.火箭——用途广泛的航天尖兵
我们都知道，在地球的外层空间，有许多人造卫星正围绕着地球不停地转动。可以说，卫星的发射是人类科技发展的重要标志。但是你知道那些大大小小的卫星是靠什么发射升空的吗？没错，就是火箭。下面我们就一起了解一下火箭的发展史。
据我国古书记载，“火箭”一词最早出现在三国时代。在当时的战场上，人们常常把一种头部绑有易燃物，点燃后射向敌方的箭支称为“火箭”。这是一种用来火攻的武器，但它与我们现在意义上的火箭相差甚远。
中国是世界上第一个发明火药的国家，也是第一个将火药应用于战争的国家。在宋代，士兵们把装有火药的筒与箭杆紧紧绑在一起，然后点燃引火线，箭就会依靠火药的助推力量发射出去。当时的人们就把这种喷火的箭叫做火箭，与三国时期的火箭不同，此时的火箭已经具有了现代火箭的雏形。
现在我们所说的火箭是能使物体达到宇宙速度，摆脱地球引力，进入宇宙空间的庞然大物。也许你会有这样的疑问：同样是在空中飞行，为什么火箭能飞到太空中，飞机却不能呢？这是它们的工作原理不同造成的。喷气式飞机与火箭都是靠高速喷出物以获得助推力而向前飞行的，飞机产生喷出物质需要大气中的氧气等作为燃料，宇宙中没有这些物质可供它使用；火箭则不同，它的所有燃料都是自带的。这就是为什么火箭能够进入太空的原因。
知道了火箭飞行的原理还不够，我们还应该了解它的构造。事实上，火箭的基础构造很简单。大体来看，火箭的主要组成部分包括动力装置、制导系统和箭体。
火箭的动力装置主要包括发动机及其推进剂供应系统。其中，火箭发动机按照工作原理，又可分为化学火箭发动机、电火箭发动机、核火箭发动机等三种。目前，使用最广泛的是化学火箭发动机，工作时，其燃烧室内的化学推进剂发生化学反应释放出推力能量。在相同的情况下，发动机单位时间内燃烧与喷射的物质越多，其推力就越大；在单位时间内产生推力相同的情况下，发动机结构重量越轻，推进剂消耗越少，发动机性能就越高。科学家们常常把每秒钟产生的推力与推进剂消耗量之比称为比推力——这是鉴定发动机性能的主要指标。
火箭仅有足够的推力还不行。要想冲出地球，火箭上还要有保证在飞行过程中不致翻滚和保证飞行方向正确的制导系统。
火箭另一个不可缺少的组成部分是箭体。箭体就像一个大大的外壳，可将火箭的所有部件和大量推进剂都容纳其中。火箭的箭体除了要求结构必须符合空气动力要求外，还要求尽量减轻其质量和体积，因为这两点会大大影响火箭的飞行速度和距离。
自人类发明火箭以来，已经先后出现了好几类堪称“经典”的火箭。比如美国“宇宙神”系列运载火箭、“德尔它”系列运载火箭等等，都以其在天文史上的功绩而闻名于世！
现在，随着科技的不断进步，火箭制造技术越来越完善。人类不仅可以依靠它将卫星、外星探测器等送上太空，而且还实现了载人航天飞行。或许在未来的某一天，我们也能够像乘公交车一样，非常惬意地乘着火箭到另一个星球旅行。
5.X射线望远镜——开辟天文观测新领域的“尖兵”
天文望远镜种类繁多。它们都为人类探测宇宙做着各种不同的贡献。其中，X射线望远镜就是功勋最为卓著的一种。在历史上，X射线望远镜的出现曾经为天文学家解决了一个大难题。
1962年6月18日，天文学家里卡尔多·贾科尼等人将探空火箭发射到150公里的高空，利用三个盖革计数器在X射线波段开始了全天范围内的扫描。贾科尼的试验目的是观测月亮的X射线辐射，但令他感到意外的是，在火箭滞空的6分钟里，他们探测到在距离月亮大约25度的地方，有一个很强的X射线源。经定位，发现放射源位于天蝎座，因此将之命名为天蝎座X－1。在随后的研究里，人们吃惊地发现，这个放射源实际上位于银河系的中心。
自贾科尼开始，人们对宇宙X射线渐渐感兴趣起来。但是，令人更加惊奇的是，人们对这个领域非但没有研究清楚，相反还出现了更多的问题。例如，如果说银河系中心会散发出大量X射线，那么，这些射线的能量起源于哪里？放射源除了现在已经发现的，到底还有多少？正当人们对银河系中心的这些疑问越来越多时，“钱德拉”X射线望远镜出现了，所有问题迎刃而解。
“X射线望远镜”顾名思义就是用来观测宇宙天体辐射的X射线的仪器。由于地球大气对X射线有强烈的吸收作用，因此我们对天体辐射的X射线的观测只能通过航天飞行器在地球大气层外进行，X射线望远镜就是被发射到地球大气层以外的观测宇宙天体辐射的X射线的仪器。
1999年，被赋予众望的“钱德拉”被发射升空。这台大型X射线望远镜长14.9米，由四个圆筒形嵌套镜面汇集X射线，然后再用计算机将数据处理成图像。令人欣慰的是，迄今为止，“钱德拉”已经发回了30张清晰的图片，其拍摄范围覆盖了银河系中心900光年长、400光年宽的区域。
以“钱德拉”发回的照片为依据，天文学家们终于如愿以偿地把独立的X射线源从银河系中心的炙热气体中分离了出来，使我们能够更加清楚更加真实地了解银河系的中心。
虽然升入太空的时间并不算长，但“钱德拉”的功绩却有目共睹，它也因此被美国《大众科学》评为1999年最重要的100项科技成果之一。要知道，这台肩负重任的望远镜堪称当时世界上最先进和最大的X射线天文望远镜，其总耗资达到了15亿美元。
虽然“钱德拉”的功能已经相当强大，但是它还是有着种种局限。可以说，要想完全弄清宇宙的奥秘，仅仅靠它还是不够的。所以，人们迫切地需要具备更加强大功能的天文勘测仪器。比如，由美国和英国天文学家合作建造的新型X射线望远镜“J－PEX”就拍到了一颗白矮星的X射线光谱，这是“钱德拉”所无法做到的。人类在进步，科学在发展，随着时间的推移我们会拥有更多更好的观测设备。总有一天，我们会使用这些工具揭开宇宙的奥秘！
6.哈勃望远镜——宇宙的移动天文台
望远镜是人类观测星空的“眼睛”，可遗憾的是在太空望远镜发明以前，人类的这双“眼睛”总是被一层轻纱所蒙住——地球大气层对电磁波传输影响巨大。而太空望远镜的出现，使得天文学家成功地将这双“眼睛”伸到了轻纱外面。
在众多天文望远镜中，哈勃望远镜算是其中的佼佼者，堪称是最大最精确的，它所安装的广角行星照相机可以同时拍摄上百个恒星的照片，其清晰度更是地面天文望远镜的10倍以上。按照这个观测能力，它甚至可以在1.6万公里以外仔细“观察”一只萤火虫。在尖端设备的支持下，哈勃望远镜创造了一个又一个太空观测奇迹：它发现了黑洞存在的证据，探测到了恒星和星系的早期形成过程，它甚至还观测到了距地球130亿光年远的古老星系——那是迄今为止人类发现的最遥远的古老星系。
哈勃望远镜得以建立，是因为1946年天文学家莱曼·斯皮策所发表的论文《在地球之外的天文观测优势》。在这篇文章中，他一针见血地指出，“太空中的天文台有地面天文台所不能比拟的优点。”的确，地面天文台有角分辨率受限、大气层阻碍方面的先天不可弥补的缺陷。不过遗憾的是，斯皮策的这篇论文当时并没有受到很多人的重视，不过他并没有对在太空建立天文台的设想完全放弃。
经过16年的努力游说以后，斯皮策终于在1962年使美国国家科学院同意推荐架设空间望远镜作为太空发展计划的一部分。1965年，斯皮策成为了一个科学委员会的主任委员，而这个委员会存在的目的就是建造一架空间望远镜。
为了空间望远镜能够早日升空，斯皮策和他的伙伴们费尽心血，在技术、设备、资金、地面支持等等准备工作全部就绪后，人们终于决定要在1986年10月发射哈勃望远镜。但这时候历史再一次和斯皮策开了个玩笑：一次空难事件让美国的航天计划停滞了。原来，1986年1月28日上午11时39分，“挑战者”号航天飞机在美国佛罗里达州升空后，因技术原因而不幸解体，机上搭载的七名宇航员不幸全部罹难。这一事件使美国的航天计划停滞了32个月，斯皮策盼望已久的“哈勃”升空计划也随之推迟。
1990年4月24日，千呼万唤始出来的“哈勃”由“发现”号航天飞机送入计划中的轨道。自那时起，它就开始了为人类服务的漫长旅程。
从发射升空到现在，哈勃望远镜已经在太空坚持了20个年头。不得不承认，现在它已经到了“晚年”时期。在它滞留太空的二十年中，它先后经历了1993年、1997年、1999年、2001年和2009年五次大修，每一次都几乎将上面的全部仪器都维修一遍！尤其是最近一次2009年的大修，七名宇航员通过五次太空行走对它进行了全面的维护，并为其更换了大量设备和辅助仪器。不过，美国航天局也表示，这将是对哈勃空间望远镜进行的最后一次的维护任务。在哈勃望远镜使用寿命结束以后，它的工作已被“詹姆斯·韦伯”太空望远镜所接替。
虽然哈勃望远镜已经垂垂老矣，但人们永远也不会忘记它为人类探索宇宙的奥秘所做出的惊人贡献。
“詹姆斯·韦伯”太空望远镜是美国航天局原计划于2011年发射升空的，用于替代哈勃望远镜的红外线太空望远镜。不过，因为制造技术等方面的问题，它的发射时间不得不延迟到了2013年——这就是2009年不得不对哈勃望远镜进行冒险抢修的原因所在。
因为各种原因，“詹姆斯·韦伯”太空望远镜的造价已经达到了80亿美元。经费的短缺已经迫使镜片从原计划的8米缩水为6.5米——这已经是观察宇宙最遥远的地方，也就是宇宙大爆炸的第一缕光线的最低要求了。据介绍，这架望远镜将被放置于太阳与地球的第二拉格朗日点。
7.空间探测器——深入太空的“侦察兵”
对于人类而言，宇宙是一个充满危险的环境——辐射、X射线、强烈的电磁等等这些都可能会威胁到宇航员的身体健康。因此，在完全“摸透”宇宙的特性之前，仅靠人类来进行长期的宇宙探险是不现实的！于是人们就想出了用空间探测器代替人类探险的方法。
空间探测器又叫“深空探测器”或者“宇宙探测器”，它是人类研制的用于对远方天体和空间进行探测的无人航天器——在现阶段，它也是人类空间探测的主要工具。
每一架空间探测器都“身负重任”，它们装载着特定的科学探测仪器，由运载火箭送入太空，对它们所要观测的天体进行近距离观测。部分空间探测器还可以着陆到目标星球上进行实地考察，或者采集各种标本进行研究分析。到目前为止，人类发射空间探测器的主要探测目标为月球、行星等宇宙中的各种星体。
下面，让我们一起来回顾一下人类历史上曾经发射升空的空间探测器。
1958年1月31日，美国发射的“探险者1号”是人类历史上第一架空间探测器。它的探测目标就是我们的家园——地球。“探险者1号”成绩斐然，它揭开了范·爱伦辐射带的真面目，对后来的“阿波罗”计划产生了深远影响。
20世纪60年代，苏美两国冷战激烈。为了和美国进行竞争，苏联也发射了自己研制的空间探测器。这就是1959年1月发射升空的“月球1号”——顾名思义，它的探测目标是月球。此后，苏联又接连发射了“月球2号”和“月球3号”。但因为种种原因，这3个探测器只有3号达到了绕月飞行的目标，并且第一次拍摄到月球背面的照片并传回地球。为了与苏联的探月行动相抗衡，美国也接连发射了“徘徊者号”探测器、“月球轨道环行器”、“勘测者号”探测器等多部太空探测器。探月高潮就此掀开。
除了对月球进行探测之外，早期的空间探测器也把目标指向了太阳系的其他几大行星。比如，1970年苏联的“金星7号”空间探测器在金星表面软着陆，并接连向地球传送了23分钟的数据——这开创了人类从其他行星表面直接获取信息的先河。不甘示弱的美国随后也在1978年派遣“先驱者—金星2号”在金星表面软着陆。
除了向金星发射探测器以外，20世纪60—70年代初，美苏还发射了13个探测器飞向火星——这些探测器也功勋卓著，它们证明了这个曾经被认为有智慧生命的星球根本不存在“火星人”。1972年和1973年，美国的“先驱者”10号、11号又先后抵达木星，发现了木星有5颗卫星……可以说，正是空间探测器的不断努力，使我们对于宇宙有了更为深入的了解。
人类的寿命是有限的，空间探测器也是如此。经过多少年的“风吹日晒”，人类射向太空的探测器大多已经不能再次使用。它们有的被召回了地球，而有的则在茫茫的宇宙中永久地损毁了。现在，大量新的探测器被不断地射入太空，继续着它们先辈的事业。
8.航天飞机——能飞入太空的“飞机”
航天飞机作为人类目前最先进的宇航工具，身上承载着人类探寻未知世界的强烈愿望。那么，航天飞机是飞机吗？它与宇宙飞船是不是仅仅名异而物同？下面，我们就来揭开这个谜团。
美国在世界航天事业发展中一直处于领先地位，其原因就在于它开创了许多个“第一次”。比如，人类第一次乘坐非一次性使用的航天飞机进入太空，就是他们的“大手笔”之一。
现在已经有3个国家可以独立建造宇宙飞船了，可是航天飞机却仍然仅仅属于美国。航天飞机是一种可重复使用的能够往返于太空和地面之间的航天器，作为一种功能众多的宇航设备，它既能像运载火箭那样把各种航天器送入太空，也能像载人飞船那样绕地球运行，还能像飞机那样在大气层中滑翔着陆。真可谓一机多用！由于航天飞机具有超强的机动性，所以当它在轨道上运行时，可以在机载有效载荷和宇航员的指挥下完成多种任务。比如，它能在轨道上发射、布放、维修和回收卫星。此外，它还可以较为灵活地攻击和捕获敌方卫星，执行空间营救和支援作业，为空间站运送物资及大型空间建筑的构件等等。可以说，它是未来航空器的表率。
那么，航天飞机和宇宙飞船有什么共同特点，又有什么区别呢？实际上，二者之间的区别要远远多于它们的共同点，其中最主要的一点就是二者的用途不同。作为运载火箭的升级产品，航天飞机的用途是将人或货物送至地球轨道。换句话说，航天飞机就是往返于地面与地球轨道之间的“班车”，而与之相比，宇宙飞船则大多适用于外太空的飞行，比如从地球飞往月球……用途不同导致了两者之间在结构、工作方式和外形等方面也都有很大区别。比如，航天飞机运行的最主要任务就是脱离地球引力，因此它有属于自己的动力系统和格外庞大的外挂燃料箱。我们在电视、图片里常见的美国航天飞机下面那个最粗的黄色的装置就是它的外挂燃料箱。除此以外，因为航天飞机还要滑翔降落，所以它要有非常漂亮的气动外形——这与宇宙飞船也有很大差别。因为要进行外太空飞行，所以宇宙飞船也有自己的动力系统。不过，为了维持长时间的运行，它的动力源主要是太阳能电池，而不是大规模的化学发动机。此外，因为宇宙飞船是在外太空飞行，所以在外形方面没有特殊要求，这就使它看起来远远不如航天飞机漂亮。
在使用方法上，航天飞机除被要求能够载人、运送卫星外，还必须具备可重复使用的能力。与航天飞机的多用途使用相比，宇宙飞船往往是为了特定目的而进行特定设计的，更注重航天员的安全问题。而在使用上，宇宙飞船也绝不可能第二次上天。
虽然航天飞机和宇宙飞船有着那么多的不同，但有趣的是，航天飞机的产生却与宇宙飞船有着莫大的联系。
1981年以前，美国的载人航天飞行器也只是宇宙飞船，但随着越来越多的飞船被发射升空，人们发现这种一次性使用工具太过于浪费。从节约角度出发，美国宇航局决定着手研制一种既经济又可以重复使用的航天器。这就是航天飞机。
航天飞机的研制历时九年，前后共花费约百亿美元巨资，整个工程是由美国政府机构、工业企业和高等院校的庞大队伍合作，在一些国外组织协助下，运用科学的管理方法，按照严格的分工和进度分阶段组织实施的。有投入就有回报。1981年4月12日，第一架航天飞机“哥伦比亚”号首次发射成功，两天后安全返回。从那时起，人类就又多了一种能够载人遨游太空的工具。事实证明，航天飞机的研制完全是成功的。因为据美国航天局官员介绍，一架航天飞机可以反复使用75—100次，与以往的宇宙飞船相比，已经是节省得多了！
近几年来，世界航天事业的竞争呈现出了一种“百花齐放”的态势。各个国家都对未来的航天器研究投入了巨大力量。我们完全有理由相信，在不久的将来，功能更加完善的航天设备一定会出现——也许那时我们就有了圆太空旅行梦想的机会了。
在人类宇航史上，哥伦比亚号航天飞机的爆炸事件永远为人们所铭记。哥伦比亚号航天飞机为美国国家航空航天局肯尼迪太空中心所拥有，自1981年4月12日首次执行任务开始，它就一直在为人类的宇航事业服务。然而不幸的是，由于技术故障，哥伦比亚号在2003年2月1日，在执行代号STS－107的第28次任务后重返大气层时与控制中心失去了联系。不久，人们就发现它在得克萨斯州上空爆炸解体。这次事故使机上7名宇航员全部罹难。
9.世界各国宏伟的航天计划
阿波罗登月——人类最伟大的探月计划
从西方圣经故事中的通天塔到中国神话传说里的嫦娥奔月，千百年来，人类一直对遨游于辽阔的宇宙充满了向往。随着科学技术的不断进步，现在遨遊太空对我们而言已经不再仅仅是一个幻想。阿波罗登月、金星空间探测、火星空间探测、土星空间探测……在人类航天发展史上，一幅幅宏伟的航天蓝图，正在被人类描绘着、实现着……
月球上到底有什么？对这个离我们最近的天体，人类自古以来就充满了向往和好奇。由于种种条件的制约，人们只能“望月兴叹”，编织着种种美丽的神话。随着科学的发展，人类现在可以用望远镜仔细观察月球上的一切，但是，这个熟悉得不能再熟悉的星球似乎还是与我们有遥不可及的距离。终于有一天，阿波罗登月计划实现的消息传遍了整个人类世界。人们在为之欢呼雀跃的同时，满怀希望地将目光转向了更为遥远的星球……
1961年4月12日，一个消息几乎激怒了所有的美国人：苏联宇航员加加林成为了全世界第一个进入太空的人。时任美国总统的约翰·肯尼迪对此感到万分震惊，因为这表明在航天技术上苏联已经领先了美国一大步。为了迎接苏联人的太空挑战，美国人下定决心要想方设法迎头赶上。
那么，怎么才能将已经把人送入太空的苏联人超过去？肯尼迪在与美国各有关部门仔细研究后宣布：“美国将成为第一个登上月球的国家。”就这样，1961年5月25日，肯尼迪在《国家紧急需要》特别咨文中提出，要在十年内将美国国旗插上月球——“整个国家的威望在此一举”。就这样，著名的“阿波罗”登月计划风风火火地拉开了帷幕。
即便在21世纪的今天，世界上能够将人送入太空的国家也仅仅只有三个，何况在数十年前的美国，要想将人送到月球岂是一件容易的事情？在美国人向世界宣布了自己的决心后，美国科学家就为实施“阿波罗”登月计划展开了研究。在短短两个月的时间里，他们拿出了多种方案。但是，这些方案都有着这样或那样的难题。
正当美国相关部门上下都为之苦恼不已的时候，一位名叫约翰·C·霍博特的太空署工程师提出了自己研究的方案——“月球轨道会合”方法。所谓的“月球轨道会合”法就是：首先制造一艘可以搭载三名宇航员的“阿波罗”宇宙飞船，然后从地球上发射一支推力为750万磅的“土星”5号火箭，将“阿波罗”太空船推向月球。在“阿波罗”太空船接近月球后，它将绕月球轨道运行而不是在月球上降落。登月的任务将交给一艘小的登月舱——登月舱在此之前将安放在“阿波罗”飞船内部。登月舱搭载两位宇航员依靠逆向喷射火箭飞往月球表面，而第三名宇航员则会留在“阿波罗”飞船上。在登月舱向月球表面进发后，他将操纵飞船环绕月球飞行。登月勘查工作完成后，登月的两位宇航员将开启登月舱上的火箭，离开月球返回宇宙与“阿波罗”号会合。之后，三名宇航员将乘坐宇宙飞船返回地球。这个计划显得非常有条理，而且避开了大多数当时几乎无法逾越的技术难题。最后，美国政府决定采用“月球轨道会合”法。
虽然霍博特计划得很完美，但想要具体实施这个宏伟的计划，还需要做很多工作。比如，人们必须设计制造一艘大小与火车头相近的“阿波罗”号飞船，为这艘飞船制造一个与足球场差不多长的火箭。火箭和宇宙飞船只是射向太空的航天器，而发射这个巨大航天器的场地还没有着落。为此，辛勤的建设者们要在合适的地方建起一座大型的宇航中心：这里要拥有车间、试验室和办公室。此外，对宇宙飞船进行监测的遍布全球的跟踪站必不可少；为宇航员们建立的训练中心也是不可或缺……
庞大的“阿波罗”登月工程开始于1961年5月，先后投入资金255亿美元。在1966年—1969年间，科学家和宇航员们先后进行了十次从不载人到载人的模拟飞行试验，逐步鉴定了飞船的指挥舱、服务舱和登月舱各种装置的可靠性。
艰苦的付出总有收获回报的时候。1969年7月16日，巨大的“土星5号”火箭轰鸣着将“阿波罗11号”飞船从美国肯尼迪角发射场飞向遥远的月球。人类首次登月的太空征程开始了。数天以后，美国宇航员埃德温·奥尔德林、尼尔·阿姆斯特朗和迈克尔·科林斯驾驶着阿波罗11号宇宙飞船跨过38万公里的征程来到了人类魂牵梦绕几千年的月球——“阿波罗”登月计划宣告成功。
阿波罗登月计划对于美国而言也许仅仅是迈出了很小的一步，但对于整个人类来说却是迈出了一大步。此后，美国又相继发射了6次“阿波罗”号飞船，其中5次成功，先后共将12名航天员送上了月球。他们在月球上搜集到的信息为人类了解月球提供了极大地帮助。
金星空间探测——最热的行星之旅
人类对宇宙知识的渴望永无止境。在对地球的知识了解越来越多以后，人们自然而然地把目光转向了茫茫宇宙。金星——这颗离地球最近的行星，自然也被列入了探测目标。接下来，我们就一起进行一段金星探测之旅吧。
作为地球的“孪生姊妹”，神秘的金星引起了人们强烈的好奇。为了探究金星的奥秘，从20世纪60年代至今，人类发往金星或路过金星的各种探测器就已经超过了40个。这些探测活动为我们揭开了金星的神秘面纱。
苏联是第一个对金星开展探测的国家。1961年2月12日，苏联发射了“金星1号”探测器。但不幸的是，这颗寄予了人类巨大希望的探测器却在距地球756万公里时与地球失去了联系。
1967年6月12日，“金星4号”探测器发射升空。在大约飞行了35000万公里以后，它顺利进入金星大气层并登陆成功。可是由于人们对金星大气压力和温度估计不足，“金星4号”受到了损坏，所以也未能发回探测结果。
1970年12月15日，“金星7号”在金星表面软着陆，并成功传回了金星表面温度等一系列数据资料。这是人类第一次对金星表面成功进行的探测活动！经测定得知，金星表面温度为447摄氏度，大气密度约为地球的百倍，气压为90个大气压。此后，苏联又相继发射了九颗金星探测器，搜集到了许多宝贵资料。
作为苏联的竞争对手，美国也紧随其后进行了一系列金星探测活动。
1961年7月22日，美国发射了“水手1号”金星探测器。可遗憾的是，这颗探测器“出师未捷身先死”——升空不久，就偏离航向而自行引爆。1962年8月27日，“水手2号”金星探测器发射升空，并于同年12月14日从距离金星3500千米处飞过，对金星大气温度进行了测量，拍摄了金星全景照片。由于设计上的缺陷，在探测过程中，“水手2号”探测器上多个部件先后出现了故障，最后未能完成全部任务。
1978年5月20日和8月8日，美国又先后发射了“先驱者－金星1号”和“先驱者－金星2号”。其中1号探测器顺利到达金星轨道，并进入环金轨道成为其人造卫星，对金星大气进行了长达244天的观测。这次考察中，人类对金星的云层、大气和电离层、金星表面磁场、金星大气和太阳风之间的相互作用都进行了深入的了解。此外，探测器还使用船载雷达为金星表面测绘了地形图。这些研究成果已经远远超过了苏联取得的成绩。
“先驱者－金星1号”虽然收获颇丰，但这还不足以让人类对金星有全面而透彻的了解。后来，美国又发射了“麦哲伦号”金星探测器以作进一步探测研究。这艘被誉为“最成功的星际探测飞船”的主要探测目的是：了解金星的地质情况，深入研究金星火山和地壳构造及其形成原因，尽可能多地了解金星的物理学特性，尤其是其密度分布和内部力学特性。
“麦哲伦”金星探测器没有辜负人类对它的期望。在探测期间，它共围绕金星飞行了15018周，运用先进雷达对金星98%的地貌进行了全景测绘。据统计，“麦哲伦号”所发回的探测数据在数量上已经远远超过了此前所有探测器发回数据的总和。1994年10月12日，“麦哲伦号”金星探测器与地面失去了联系。在过去的五年多时间里一直跟踪这艘无人驾驶宇宙飞船运行的美国科学家，甚至为此在手臂上戴上了黑纱，以示默哀。
“麦哲伦号”“沉没”了，但人们对金星的研究绝不会就此止步。总有一天，我们会将金星的所有奥秘全部大白于天下。
木星空间探测——发现行星之王的魅力
在太阳系内，距太阳由近及远顺序排第五的木星一直深受人们关注。这是因为它的体积和质量在太阳系诸行星里都是最大的。因此，人们对木星的探测也从来没有过丝毫的放松。那么，在对这位“行星之王”的探测过程中，我们都遇到了哪些困难，又有什么样的成绩呢？
1973年12月4日，美国发射的“先驱者10号”首次掠过木星上空并传送了木星和木卫的照片，这是人类运用探测器探索木星所取得的第一个成绩。此后，人类又相继发射了大量探测器探索木星。其中最有名的就是“伽利略”号木星探测飞船，这也是人类发射的第一颗专门以木星为目的地的探测器。
1989年，“亚特兰蒂斯”号航天飞机在太空发射了“伽利略”号探测器。经过六年的飞行，它终于在1995年12月进入了环木星轨道。在发射了着陆探测器后，“伽利略”号成为了木星的人造卫星，它与发射到木星表面的探测器一起，为人类发回了各种宝贵的探测数据。这些数据使我们对这个遥远的星球第一次有了更为直观的了解。
“伽利略”号飞船的木星探测计划是由美国和联邦德国共同进行的。作为美国研究制造的迄今为止最精密的星际飞行器，“伽利略”号飞船造价近10亿美元，如果加上其他费用，那么整个发射计划耗资竟达到了15亿美元。
“伽利略”飞船总重2.55吨，其动力为微型核反应堆，共载有22.7公斤的核燃料。为了对木星进行全方位观测，科学家在飞船上搭载了摄像机、磁强仪、近红外勘测分光仪、测云仪、大气结构仪等17种科学仪器。
按原计划，“伽利略”号将在环木星轨道上永久运行下去，但一个偶然的探测结果使专家们改变了想法——木卫二上可能存在海洋。“伽利略”号起初并没有寻找外星生命的使命，所以发射前也就没有经过消毒处理。如果“伽利略”号燃料用尽后，在木星引力的作用下与木卫二相撞，那么探测器上所携带的微生物就很可能污染木卫二——这将会影响未来在这颗卫星上寻找本土生命的工作。
2003年9月21日，已经在太空运行14年之久的“伽利略”号纵身“跳”入木星大气层，用悲壮“自杀”的方式避免了土卫二的污染厄运。在这一难忘时刻，数百名陪伴它十几年的科学家、工程技术人员和他们的家属，聚集在帕萨德纳的美国航天局喷气推进实验室为它送行。
“伽利略”号木星探测器为人类对木星的观测研究做出了难以估量的贡献。除了发回大量探测数据以外，它还直接观测、拍摄到了1994年7月“彗木相撞”的壮观场面。当时，“伽利略”根据地面人员的临时指示，对这一极其罕见的天文现象做了“居高临下”的观测，抢到了许多我们在地球上无法获得的“好镜头”。
在人们还沉浸于失去“伽利略”号的悲痛中时，新的木星探测计划已经孕育而出。美国航天局宣布，2011年8月他们将再次发射一个新的木星探测器“朱诺”号前往遥远的木星，进行下一步的探测活动。
水星空间探测——第一次亲密接触
1974年至1975年，美国航天局首次向水星发射了“水手10号”探测飞船。他们希望这个探测器能够对水星进行详细的科学探测。但是，令人感到失望的是，因为探测环境复杂，“水手10号”探测飞船的探测结果非常差。据当时美国航天局负责太阳系探测工作的部门主任奥兰多·费顾罗奥介绍，“水手10号”探测器并没有绕水星旋转探测，而只是三次近距离经过它。这样一来，它所搜集到的数据尚不足预定的50%。
从“水手10号”的遭遇可以看出，对水星的探测将困难重重，但这并不意味着人类会放弃对它的探索。2004年，美国再次发射“信使”号水星探测飞船升空，这标志着人类迈出了探索水星的关键一步。负责这项探测计划的科学家介绍，“信使”号探测飞船将在宇宙中跋涉7年之久；在这一漫漫征途上，它将先后围绕地球、金星和水星三颗行星运转，以从它们的重力当中获得助推力，从而顺利进入水星轨道。进入水星轨道之后，“信使”号将开始执行为期一年的水星探测任务。在这一年的探测期内，它将勘查水星表面，并尝试在水星阴暗的极地凹处探测是否存在冰水。
从1974年至今，虽然对水星的探测工程困难重重，但总体来说还是比较顺利的。通过探测，人们搜集到了大量资料，为进一步了解水星提供了便利。现在，世界天文界正在酝酿下一轮的水星探测计划。
2008年，日本宇宙航空研究开发机构的宇宙开发委员会在其推进会议上宣布，他们将与欧洲航天局共同开展水星勘测“Bepi Colombo计划”。这项计划中，日本与欧洲将各自研发一台探测器。两台探测器将一同发射升空，然后再“分道扬镳”，以各自的方式环绕水星进行探测。据计算，两台仪器展开探测的时间大约是2019年。就目前透露的情况来说，日本方面的探测器将主要负责对水星的磁场及磁层进行高精度观测，以期探明其成因。除此以外，这台探测器还担负着调查水星大气分布及变动情况的任务。欧洲探测器的主要探测目标是研究水星的地形及矿物、元素构成，此外，它还将通过观测水星引力状况来进一步探明其内部结构，以最终确定它是否有巨大铁核。
神秘的宇宙并不愿意让人类轻易就弄清它的全部秘密，因此人类在研究宇宙的道路上还将面临着难以想象的困难。但无论如何，人类都将征服这个科学进步的必经过程。相信在今后的日子里，人类必然会对未知的一切进行更加深入的探索，这其中自然包括水星的奥秘。
火星空间探测——宇宙中的红色之旅
虽然种种迹象表明，火星上并不太适合人类居住，但人们对是否有火星人存在还是争议颇多，也正是因为这个原因，导致了人们对火星的热情从未有过丝毫的冷却。为了弄清这一历史谜团，迄今为止，人类已经先后派出了20多艘探测飞船执行探测火星的任务。答案，我们正在拭目以待！
1962年，苏联发射了人类第一架火星探测器——“火星1号”。可遗憾的是，这次探测行动最终失败了。紧随其后，美国发射的“水手3号”也以失败告终。
不过，人类在火星探测项目上的厄运局面很快就得到了扭转：1965年7月14日，美国发射的“水手4号”从距离火星地面一万公里的高空成功掠过——这次探索让人类获得了第一批火星黑白照片。1974年，苏联发射的“火星5号”宇宙飞船首次拍到了火星的彩色照片。这两次探测彻底拉开了人类探测火星的帷幕。此后，苏美两国又相继发射了多个火星探测器，以试图取得关于火星的更详细的资料。然而，直到那时，人们还只是“远观”火星，而没有真正让探测器踏上这个红色星球的土地。
1971年，苏联科学家成功地把人类第一艘火星探测飞船“火星3号”送入环火星轨道。此外，他们还把一颗登陆器发射到了火星的表面。这次成功的探测标志着人类在火星探索工程上取得了巨大突破。
“火星3号”飞船在火星轨道上大约进行了8个月的探测活动，发回了大量关于火星地形、大气、天气和地质特征等方面的资料。但遗憾的是，与环轨道飞行器所取得的显著成果相比，虽然登陆器在火星表面也成功着陆了，但它仅仅向地球发回了20秒钟的数据，随后便失去了联系。
1971年5月30日，美国航天局的“水手9号”探测飞船发射升空并飞向火星。同年11月14日它抵达火星，并把观测到的更多有关火星大气的数据发回地球。此外，它还拍摄了大量火星的地表图片，将这颗红色行星的地表特征展现在了人类的面前。在这些照片发回地球之前，人类曾在望远镜时代发现了许多火星之谜，比如人们曾在望远镜里看到“人工运河”……这些照片真正揭开了这些谜团的谜底。所谓“人工运河”其实只是自然形成的沟渠。不过，旧的疑问在被解答的同时，新的疑问还在不断产生：如在遥远的古代，火星上是不是曾经存在过液态水等。
1976年，两艘带有“特殊使命”的飞船——美国发射的“海盗1号”和“海盗2号”登陆器抵达火星。它们除了观测火星外，还肩负着进行火星土壤生物学试验的重要使命，即在火星上寻找生命存在的迹象。虽然这两艘“长寿飞船”直到1982年年底还在向地球传送着数据，但它们的“特殊使命”直到现在也没有任何确切的结果。
这些探测器和探测飞船在长时间工作，向人类提供大量资料以后，已经全部光荣“退休”了。不过，新的“探索者”还在不断出发，飞向那个神秘的红色星球。
美国航天局于1997年发射的“火星全球勘探者”探测卫星现在仍然在天际遨游。它的任务是扫描火星的整个表面，并对其进行研究。这项任务长期而又艰巨，但它却可以让人类更好地了解了火星的季节变化和多变的天气。
在全世界天文学家的眼里，现在最著名的火星探测器就是“火星探测漫游者”——“勇气”号和“机遇”号火星车。这两个于2004年1月分别抵达火星两侧的火星车，将对火星进行更加细致周密的勘测——它们探索的活动范围比以往任何一次都要大。
毫无疑问，这两辆顽强的火星“探索者”通过不断的努力工作彻底赢得了人们的尊重。为了弄清火星的奥秘，它们在火星表面行驶了数公里之远，并且坚持向地球发回了10万多张高清图片。这些图片为科学家研究火星土壤和岩石提供了素材。
现在，很多探索火星的任务正处于研发阶段，它们将为人类登上火星做出不可或缺的贡献。在未来对火星的探索中，寻找生命迹象仍然是工作的重点，人们对这颗星球充满了期待。
天王星、海王星空间探测——“旅行者”号的胜利
作为远日行星，天王星和海王星被人类发现的时间都很短，人们对它们的探测也相对较少，但这并不意味着人们不会加紧在这方面的步伐。随着大量探测计划的制定，探测设备的发射，人类正在一步步揭开这两颗太阳系“远亲”的面纱。
到目前为止，人类对天王星和海王星的探测活动主要是通过“旅行者2号”完成的。1977年8月20日，美国航天局将“旅行者2号”发射升空。这艘无人探测飞船的最终目的地就是天王星和海王星。
1986年，在土星重力帮助下，“旅行者2号”飞行81500公里后，顺利抵达天王星并展开了探测活动。这是人类历史上迄今为止对天王星进行的唯一一次近距离的探测。“旅行者2号”的探测活动取得了显著成果，它所取得的数据对科学家研究天王星大气层的结构和化学组成提供了很大帮助。此外，它还观测发现了天王星的10颗新卫星，研究了天王星因为自转轴倾斜97.77度而形成的独特气候，记录了天王星的环系统情况。
除了上述发现以外，“旅行者2号”还发现了天王星略显特殊的磁场——而在这颗探测器到访之前，人们对此毫不知情。
在“旅行者2号”的帮助下，人类对天王星的卫星也有了新的发现。在天王星五颗最大的天然卫星中，轨迹最靠近天王星的是天卫五。人们发现，它完全称得上是太阳系中最奇怪的星体之一。从“旅行者2号”发回的照片我们可以看到，天卫五的表面有一些深达20公里的峡谷、隆起的断层和新旧年龄混合的地表。这些奇特的地形地貌表明，天卫五很可能是由早期一些遭猛烈撞击后破裂的物质重新组合而成的。
对天王星的观测并没有让科学家感到满足。他们指挥“旅行者2号”继续向海王星进发。
1989年8月25日，“旅行者2号”到达了它旅行的终点——海王星。与在天王星上所取得的成功一样，在海王星上“旅行者2号”也收获颇丰。
自从1846年海王星被人们发现以来，因为遥远的距离，人们只能用高倍率望远镜看着这个不大的光点无奈地叹息，不过“旅行者2号”最终帮助我们实现了“亲眼”看一看海王星的愿望。在它飞临海王星上空一个月之前，它所携带的摄像机镜头就已经开始对准海王星工作了。据统计，它先后向地球发回了关于海王星的6000多张彩色照片。这些来自于地球外约45亿千米处的照片让我们头一次对海王星有了更直观的了解。除了海王星，“旅行者2号”还对海卫一进行了观察。探测数据显示，海卫一这颗太阳系中唯一的沿行星自转方向逆行的大卫星，与我们想象中的还略有区别，它实际上更亮更冷更小。此外，海卫一上到处都有断层、高山、峡谷和冰川，这说明海卫一上可能存在液氮海洋和冰湖，可能发生过类似地震的地质运动。
除“旅行者2号”外，我们对天王星和海王星的探测还略显稀少，但相信随着科技的不断进步，人们必然还会再次向天王星和海王星派出探测飞船，进行更全面的探测。
10.天文观测的历史
天文观测有着悠久的历史，其间经历了三次伟大的变革。第一次是以1609年意大利科学家伽利略把望远镜指向天空为起点，从肉眼观星时代跨进光学望远镜观测时期；第二次是以20世纪30年代初美国无线电工程师央斯基首次接收到来自太空的无线电波为起点，从单一的可见光观测扩展到射电天文观测的飞跃，并由此诞生了射电天文学；第三次是以1957年第一颗人造地球卫星成功发射而拉开序幕，从地面和低空观测跨进了太空全波段立体观测的新时代，并实现了对太阳系天体的实地和近距考察。
中国古代天文学的辉煌
在17世纪以前的漫长岁月中，肉眼是人类观天的唯一工具，一代又一代的探索者，在极其困难的条件下，辛勤地观察日月星辰，研究它们的运动规律，记录了大量的重要天象，积累了宝贵的天文资料，为近现代天文学的发展奠定了必不可少的基础。世界上最早的文明发源地：两河流域、古埃及、古希腊、中国、印度、阿拉伯等，都是天文学最早发展的地区。
我国古代天文学的成就举世瞩目。世界上最早、最丰富的哈雷彗星观测记录见于我国的古籍，从公元前240年到公元1910年哈雷彗星的每次回归，我国都有相应记载，这成为哈雷确定这颗彗星回归周期的重要依据。我国有世界最早的太阳黑子、彗星分裂、流星雨和日食记录，1054年超新星爆发的记载，至今仍为世人所引用。
早在公元200年以前，我国的祖先就通过恒星位置的观测编著了星表，绘制了星图。著名的苏州石刻天文星图就是现存的世界上最古老的星图。我国的历法也长期处于世界最高水平，除了测算日、月、年与天象的对应规律外，还推算日、月食的出现时间，以及水星、金星、火星、木星和土星的出没动态等。
我们的祖先还发明、创造了各种天文观测仪器，从利用日影记时的圭表、日晷，测量天体位置的浑仪和简仪，到演示天体视运动的浑象仪；从单一功能的观测仪器，到宋代苏颂等人创制的集观测、演示、报时于一体的水运仪象台，无不显示出我们祖先非凡的想象力和创造力。我国现存的最早的古观星台，迄今仍巍然屹立在河南登封；明、清两代建立的规模恢宏、仪器众多的北京古观象台，至今风韵尤存。我们的祖先创造了肉眼观星时代的天文学的辉煌。
在漫长的肉眼观星时代，不仅观测条件艰难，还受到迷信和神权的压制。但是勇于追求真理的人们依然通过艰难的跋涉创造了非凡的成就。伟大的波兰天文学家哥白尼在前人观测的基础上，1543年以他的《天体运行论》和太阳中心说打破了统治世界1000多年的地心说，宣告了神学宇宙观的破产，为科学的现代宇宙观奠定了基础。
望远镜的诞生和发展
1609年，意大利天文学家伽利略制作了第一台天文望远镜，首次把望远镜指向天空。他用自己研制并不断改进的望远镜观测到月球表面的环形山和“月海”，还发现银河是由无数恒星组成，并发现木星周围有4颗卫星等。至此，人类结束了肉眼观星的漫漫长夜，开始了用望远镜观测天空的新时代。
天文望远镜的应用极大地扩展了人们的眼界，提高了观测的精度，给天文观测带来伟大的变革，有力地推动了天文学的发展。此后390年间，天文望远镜不断革新、不断发展；随着天文光学望远镜与照相技术、分光技术、红外技术、空间技术等的结合，望远镜的威力越来越大，在人类探索宇宙奥秘的征途上立下了赫赫战功。
为了提高望远镜的贯穿本领（能观测到更暗弱的天体）和分辨本领，一般通过两种途径：一是增加望远镜的口径；二是提高探测器的灵敏度和分辨率。人们一直为此而不懈地努力。1897年，在美国叶凯士天文台建成一架口径1.02米的折射望远镜，此后，由于折射望远镜对玻璃材料要求高，而且透镜会严重吸收紫外光，再没有制作更大的，因而它成为绝代的世界最大的折射望远镜。在反射望远镜中，20世纪50年代鹤立鸡群的是美国制造的口径5.08米的反射望远镜。
目前居世界首位的是美国于1993年、1996年建成的两架10米口径的凯克I号和凯克Ⅱ号望远镜（其主镜面由36块六边形镜面拼接而成），两架望远镜联合做干涉观测，相当于一架口径14米望远镜的威力。一些欧洲国家联合建造的超大望远镜（VLT）由4架口径8米的望远镜组成；由六国联合建造的双子座望远镜由两个8米望远镜组成，于1998年完成一架日本的8米昴星团望远镜及美、意联合制造的哥伦布双筒望远镜（由两个8.4米口径的望远镜组成），近期将落成。
世界上口径大于2米的光学和红外望远镜有40余台。我国最大的2.16米望远镜安装在北京天文台兴隆观测站，它对发展我国的天体物理科学研究起着巨大的作用。目前正在筹建一台大天区面积多目标光纤光谱望远镜（LAMOST），它的有效口径为4米，主要用于天体的光谱巡天观测，其新颖独特的设计思想获得了国际天文界的赞誉，在21世纪它将为我国天文事业也为国际天文学的前沿做出重要贡献。
射电望远镜的崛起和射电天文学的发展
20世纪30年代初，美国年轻的无线电工程师央斯基在研究无线电干扰的噪声源时，首先发现了来自天体的无线电波；其后，美国无线电工程师雷伯架设了一个直径9.6米的金属抛物面天线，终于收到了来自银河系的无线电波，证实了央斯基的发现。雷伯的天线可看做是世界上第一架射电望远镜。
第二次世界大战期间，英国的雷达在监视和侦察德国的飞机时收到突然的干扰信号，当时认为是德国使用了反雷达新式武器，后来查明，是太阳上有大黑子和耀斑活动。此后人们仿照雷达的结构，做成由天线、接收系统和资料记录设备构成的射电望远镜，用以接收天体发射的射电波，由此诞生了射电天文学。
射电望远镜的使用不仅大大扩展了人们接收天体信息的范围，而且它不受天气阴晴、日夜变化的影响，使天文学家在看到“光学宇宙”的同时，又看到一个更为丰富多彩的“射电宇宙”。射电望远镜已发现了太空中数以万计的射电源，因“看”到了130亿光年远的星系。20世纪60年代天文学的四大发现——类星体、射电脉冲星、微波背景辐射和星际分子，以及近几十年来宇宙探测的许多重大成就，几乎无不与射电天文学密切相关。
当代世界上最大的可动射电望远镜是德国的100米天线射电望远镜；建在波多黎各阿雷西博的305米射电望远镜是世界最大的固定式射电望远镜。我国拟在贵州建造一架500米天线的固定式射电望远镜。
利用多台射电望远镜组成射电干涉阵是提高观测分辨率的有效手段。美国的“甚大天线阵”（VLA），是由27面直径为25米的天线排成“Y”字形组成的；另一个是“甚长基线干涉仪”（VLBl），该阵列由10架口径均为25米的射电望远镜组成，它们分别独立地观测某一天体，然后利用计算机对观测数据作相关处理。我国上海天文台、新疆乌鲁木齐天文台的25米射电望远镜也参与了国际的甚长基线干涉仪的联合观测，为天文科学发挥着重要作用。
全波段立体探测
以1957年苏联成功发射世界上第一颗人造地球卫星为标志的人类航天时代到来后，短短的三四十年，人类发射的以天文观测为目的的人造卫星、空间探测器等航天器已达400多个，天文学进入了全波段立体观测的新时代。
哈勃空间望远镜1990年4月25日，以天文学家哈勃的名字命名的空间望远镜由“发现号”航天飞机送入了太空轨道。但它初次发回的天体图像模糊不清，经查问题出在镜面磨制时检测镜位置错了1.3毫米。为此，1993年12月2日有7名宇航员登上宇航船，在太空工作了12天，修复了哈勃空间望远镜。
哈勃空间望远镜由一个筒状的望远镜主体（口径为2.4米的反射望远镜）和装有太阳能电池板的两翼组成，飞行高度614千米。它装有天体照相机、光谱仪、光度计等观测仪器和其他辅助装置，可以工作在从远紫外到近红外的较宽波段。哈勃空间望远镜具有很高的分辨本领（能分辨遥远天体0.1角秒的细节），灵敏度高，传回的图像非常清晰，对深空暗弱天体的探测能力比地面5米口径望远镜高千倍，给人们带来了许多惊喜。例如，它发现了木星赤道周围有巨大的湍流，分辨出仙女星系核心的细致结构等。目前，哈勃空间望远镜还在履行着“千里眼”的职责，它将会继续给人类带来更多的喜讯。
在红外和紫外波段的观测方面，空间探测也取得了令人嘱目的成果。1975年，科伊柏天文台（KAO）探测到大量波长5—1000微米的红外源，即主要辐射红外电磁波的天体。1983年1月20日发射的红外天文卫星（IRAS）在当年11月就获得了丰收，它在900千米高空飞行了10个月就找到了25万个红外点源（其中新发现的有17万个）、2万个红外小面元等。1995年年底发射的红外空间天文台（ISO）工作波段在3—200微米，其探测能力比前者高100倍。
1992年6月发射的极远紫外探索卫星（EUVE）所配备的扫描成像系统，可得到分辨率为6角分的全天远紫外亮源图。1996年，又发射了远紫外光谱探索卫星（FUSE），它是几颗系列探索卫星之一，在探测天体的远紫外辐射方面大显威力。
对X射线和X射线暴的观测，空间探测也大显身手。能够发射X射线的天体，如新星、超新星、超新星爆发的遗迹、类星体等，都称为X射线源。1970年发射的专门探测X射线的“乌呼鲁”卫星，发现了几百个X射线源；1977年发射的“高能天文台1号”（HEAO-1）和1978年发射的“高能天文台2号”（HEAO-2）在银河系发现了3000多个X射线源，在河外星系仙女座大星云中发现了80多个X射线源。1988年6月发射的伦琴X射线卫星（ROSAT），在太空飞行了两年就发现了10万多个X射线源。美国的高能X射线天体物理设备AXAF-I（成像观测）和AXAF-S（光谱观测）分别于1998和1999年由运载火箭送入空间轨道；欧洲研制的多镜面X射线望远镜于1999年送入轨道。我国也正在研制一颗探测硬X射线的卫星。X射线的探测还发现了X射线暴源，这是指有些天体，其X射线辐射在瞬间强度突增20—50倍，持续几秒至几十秒后强度又急速下降。
γ射线和γ射线暴的观测。伽马射线是电磁波的最短波段，早在1960年，人们就利用气球探测到银河系中心方向有很强的γ射线辐射。1972年11月γ射线卫星SAS－2运行了7个月，就记录了8000个γ射线源，并发现天鹅座X-3是个高能γ射线源。1975年8月9日发射的“COSB”，在6年中观测记录到10多万个γ射线源。当γ射线在短时间内突然增强，光子能量达到1年011电子伏特时，称为γ射线暴。1991年4月发射的康普顿γ射线空间天文台（CGRO）记录到来自宇宙的2000多个γ射线暴。1997年5月8日在鹿豹座方向又发现了γ射线暴。
在空间探测领域，最令人振奋的当属近二三十年来人类对太阳系天体的登陆探测和近距离探测，包括人类多次登上月球。
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