The complete idiots guide to astronomy

Khám phá vũ trụ bao la! Hướng dẫn thiên văn học cho người mới bắt đầu. Tìm hiểu về các hành tinh, ngôi sao, và những điều kỳ diệu của vũ trụ một cách dễ dàng.

• Tác giả: Christopher De Pree
• Trường học: University of North Carolina, Chapel Hill
• Chuyên ngành: Astronomy
• Đề tài: Astronomy
• Loại tài liệu: guide
• Năm xuất bản: 2001
• Địa điểm: Indianapolis

Tóm tắt

I. Hướng dẫn thiên văn học cơ bản cho người mới bắt đầu

Thiên văn học, ngành khoa học nghiên cứu vật chất ngoài không gian, là một trong những lĩnh vực lâu đời nhất của nhân loại. Các ghi chép khoa học sơ khai nhất từ Babylon, Ai Cập và Trung Quốc đều liên quan đến thiên văn học. Tuy nhiên, đây cũng là một ngành khoa học hiện đại, với hầu hết kiến thức về vũ trụ được khám phá trong thế kỷ qua. Hành trình khám phá bầu trời không đòi hỏi thiết bị đắt tiền; nó bắt đầu bằng chính đôi mắt và sự tò mò. Hoạt động stargazing (ngắm sao) là bước đầu tiên để tiếp cận với những kiến thức thiên văn học cơ bản. Bầu trời đêm, khi không bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm ánh sáng, có thể hiển thị khoảng ba nghìn ngôi sao cho mắt thường. Các nền văn minh cổ đại đã sử dụng bầu trời như một công cụ thiết yếu. Họ quan sát chuyển động của Mặt Trời để xác định thời gian trong ngày và theo dõi các tuần của Mặt Trăng để tạo ra lịch. Những vật thể thiên thể (celestial objects) như Mặt Trời, Mặt Trăng, và các hành tinh (planets) không chỉ là nguồn cảm hứng mà còn là công cụ định hướng và điều phối hoạt động của con người. Việc quan sát bầu trời đêm (night sky viewing) là một kết nối trực tiếp với di sản tri thức hàng nghìn năm của nhân loại, một hành trình khám phá bắt đầu chỉ bằng việc ngước nhìn lên. Hiểu biết về các khái niệm nền tảng là chìa khóa để giải mã những bí ẩn của vũ trụ, từ việc xác định các chòm sao đến việc tìm hiểu về nguồn gốc của vạn vật.

1.1. Tìm hiểu về thiên cầu và các vật thể thiên thể

Để lập bản đồ các ngôi sao (stars) một cách hiệu quả, các nhà thiên văn học sử dụng một khái niệm gọi là thiên cầu. Đây là một hình cầu tưởng tượng bao quanh Trái Đất, trên đó các ngôi sao dường như được gắn cố định. Mặc dù các nền văn hóa cổ đại tin rằng một quả cầu như vậy thực sự tồn tại, ngày nay nó được dùng như một công cụ để xác định vị trí tương đối của các vật thể thiên thể. Giống như Trái Đất có cực Bắc và cực Nam, thiên cầu cũng có cực thiên bắc và cực thiên nam, tương ứng là các điểm ngay phía trên các cực của Trái Đất. Giữa hai cực này là xích đạo thiên cầu. Các vật thể thiên thể có thể quan sát bằng mắt thường bao gồm Mặt Trời, Mặt Trăng, năm hành tinh (Kim, Hỏa, Mộc, Thổ, Thủy), các ngôi sao, sao chổi và đôi khi là các thiên thạch. Việc quan sát sự thay đổi hình dạng của Mặt Trăng, từ trăng non đến trăng tròn, là một trong những hoạt động thiên văn nghiệp dư (amateur astronomy) cơ bản nhất. Chu kỳ này, kéo dài khoảng 29,5 ngày, là cơ sở cho khái niệm 'tháng' trong nhiều nền văn hóa.

1.2. Kỹ thuật quan sát bầu trời đêm không cần kính thiên văn

Việc quan sát bầu trời đêm có thể bắt đầu mà không cần đến kính thiên văn cho người mới bắt đầu (telescope for beginners). Yếu tố quan trọng nhất là tìm một địa điểm tối, tránh xa ô nhiễm ánh sáng từ các thành phố. Để mắt thích nghi với bóng tối cần khoảng 20-30 phút. Trong thời gian này, nên tránh nhìn vào các nguồn sáng mạnh như màn hình điện thoại. Một kỹ thuật hữu ích là 'nhìn lệch'. Thay vì nhìn thẳng vào một vật thể mờ, hãy nhìn sang bên cạnh một chút. Điều này cho phép phần nhạy cảm hơn của võng mạc phát hiện ánh sáng yếu tốt hơn. Các công cụ hỗ trợ đơn giản bao gồm một chiếc đèn pin có bọc giấy bóng kính màu đỏ để bảo vệ tầm nhìn ban đêm và một bản đồ sao (star chart). Việc học cách nhận biết các chòm sao (constellations) sáng và các cụm sao (asterism) đặc trưng như Bắc Đẩu là kỹ năng nền tảng. Những hình dạng này đóng vai trò như các cột mốc trên bầu trời, giúp định hướng và tìm kiếm các vật thể khác.

II. Cách định vị các vì sao Thử thách trong thiên văn học

Một trong những thách thức lớn nhất đối với người mới bắt đầu thiên văn nghiệp dư là định vị chính xác các vật thể trên bầu trời. Bầu trời đêm rộng lớn và các ngôi sao trông có vẻ giống hệt nhau. Để giải quyết vấn đề này, các nhà thiên văn học đã phát triển các hệ thống tọa độ để lập bản đồ bầu trời, tương tự như cách kinh độ và vĩ độ được sử dụng trên Trái Đất. Việc nắm vững các hệ thống này là một phần quan trọng của kiến thức thiên văn học cơ bản. Hệ tọa độ phổ biến nhất là hệ tọa độ xích đạo, sử dụng xích kinh (tương đương kinh độ) và xích vĩ (tương đương vĩ độ). Hệ thống này cung cấp tọa độ tuyệt đối cho một vật thể, cho phép các nhà quan sát ở bất kỳ đâu trên thế giới tìm thấy cùng một ngôi sao. Một hệ thống khác, đơn giản hơn cho việc quan sát tại chỗ, là hệ tọa độ chân trời-phương vị (altazimuth). Hệ thống này sử dụng độ cao (góc so với đường chân trời) và phương vị (hướng la bàn) để xác định vị trí của một vật thể tại một thời điểm và địa điểm cụ thể. Hiểu biết về cách đo lường khoảng cách góc trên bầu trời cũng rất quan trọng, vì nó cho phép ước tính kích thước và sự tách biệt giữa các vật thể thiên thể, một kỹ năng thiết yếu cho việc định vị thiên thể (celestial navigation).

2.1. Sử dụng hệ tọa độ thiên thể để xác định vị trí

Hệ tọa độ xích đạo thiên cầu là công cụ tiêu chuẩn trong thiên văn học chuyên nghiệp. Xích vĩ (declination) đo khoảng cách góc của một vật thể ở phía bắc hoặc phía nam của xích đạo thiên cầu, tính bằng độ. Cực thiên bắc có xích vĩ +90 độ, trong khi cực thiên nam là -90 độ. Xích kinh (right ascension) đo vị trí đông-tây của một vật thể, tương tự như kinh độ. Tuy nhiên, nó được đo bằng giờ, phút và giây, tăng dần từ tây sang đông. Điểm 0 của xích kinh được xác định tại vị trí của Mặt Trời vào thời điểm xuân phân. Hệ thống này có giá trị vì tọa độ của các ngôi sao không thay đổi theo vị trí của người quan sát trên Trái Đất hoặc thời gian trong ngày. Điều này cho phép các nhà thiên văn học tạo ra một bản đồ sao (star chart) phổ quát và chính xác, là một công cụ không thể thiếu trong mọi sổ tay thiên văn học (astronomy handbook).

2.2. Đo lường góc và khoảng cách trên bầu trời

Kích thước và khoảng cách biểu kiến giữa các vật thể trên bầu trời được đo bằng đơn vị góc. Một vòng tròn hoàn chỉnh có 360 độ. Một độ được chia thành 60 phút cung (arcminutes), và một phút cung được chia thành 60 giây cung (arcseconds). Ví dụ, Mặt Trăng tròn có kích thước góc khoảng nửa độ. Mắt người có thể phân giải các chi tiết nhỏ đến khoảng một phút cung. Một phương pháp đơn giản để ước tính góc là sử dụng bàn tay. Khi duỗi thẳng cánh tay, chiều rộng của ngón tay út tương đương khoảng 1 độ, nắm tay khoảng 10 độ, và khoảng cách giữa đầu ngón tay cái và ngón út đang dang rộng là khoảng 20-25 độ. Kỹ thuật này rất hữu ích để xác định khoảng cách giữa các ngôi sao trong một chòm sao hoặc để tìm một vật thể dựa trên vị trí của một vật thể khác đã biết. Đây là một kỹ năng thực hành quan trọng cho việc quan sát bầu trời đêm.

III. Bí quyết nhận dạng chòm sao Sổ tay thiên văn học

Các chòm sao (constellations) là những hình mẫu tưởng tượng được tạo ra bằng cách nối các ngôi sao sáng trên bầu trời. Chúng là sản phẩm của trí tưởng tượng con người, không phản ánh mối quan hệ vật lý thực sự giữa các ngôi sao. Các ngôi sao trong cùng một chòm sao có thể cách xa nhau hàng nghìn năm ánh sáng (light-year). Tuy nhiên, đối với các nhà thiên văn học hiện đại và những người yêu thích thiên văn nghiệp dư, các chòm sao đóng vai trò cực kỳ hữu ích như những cột mốc trên trời. Ngày nay, có tổng cộng 88 chòm sao chính thức được công nhận, phân chia toàn bộ bầu trời đêm. Việc học cách nhận biết chúng là một phần cơ bản của kiến thức thiên văn học cơ bản. Bằng cách xác định một chòm sao quen thuộc, người quan sát có thể dễ dàng định vị các chòm sao và vật thể khác gần đó. Ví dụ, nhóm sao Bắc Đẩu không chỉ dễ nhận biết mà còn chỉ đường đến sao Bắc Cực (Polaris), một ngôi sao định hướng quan trọng. Sổ tay thiên văn học và các bản đồ sao hiện đại thường sử dụng ranh giới của các chòm sao để lập danh mục các thiên thể như thiên hà (galaxies) và tinh vân (nebulae), giúp việc tìm kiếm trở nên có hệ thống và hiệu quả hơn.

3.1. Phân biệt chòm sao và cụm sao asterism phổ biến

Điều quan trọng là phải phân biệt giữa một chòm sao và một cụm sao (asterism). Chòm sao là một trong 88 khu vực chính thức phân chia bầu trời. Trong khi đó, cụm sao là một nhóm các ngôi sao dễ nhận biết, có thể là một phần của một chòm sao hoặc được tạo thành từ các ngôi sao thuộc nhiều chòm sao khác nhau. Ví dụ nổi tiếng nhất là Bắc Đẩu (Big Dipper), thực chất là một cụm sao thuộc chòm sao Đại Hùng (Ursa Major). Một ví dụ khác là Tam Giác Mùa Hè, một cụm sao lớn được tạo thành từ ba ngôi sao sáng là Vega, Deneb và Altair, thuộc ba chòm sao khác nhau. Các cụm sao thường sáng hơn và có hình dạng đơn giản hơn, khiến chúng trở thành điểm khởi đầu tuyệt vời cho người mới bắt đầu stargazing. Việc nhận biết các cụm sao này giúp việc định hướng trên bầu trời trở nên trực quan và dễ dàng hơn rất nhiều.

3.2. Hướng dẫn sử dụng bản đồ sao star chart hiệu quả

Một bản đồ sao là một công cụ thiết yếu cho bất kỳ ai muốn khám phá bầu trời đêm. Để sử dụng hiệu quả, người quan sát cần xác định đúng bản đồ cho mùa và thời gian quan sát. Hầu hết các sổ tay thiên văn học đều cung cấp các bản đồ theo mùa. Khi sử dụng, hãy cầm bản đồ lên trên đầu và xoay nó sao cho hướng được chỉ định trên bản đồ (ví dụ: hướng bắc) khớp với hướng thực tế. Các ngôi sao ở trung tâm bản đồ là những ngôi sao ở ngay trên đỉnh đầu (thiên đỉnh), trong khi các ngôi sao ở rìa bản đồ là những ngôi sao gần đường chân trời. Sử dụng đèn pin màu đỏ sẽ giúp đọc bản đồ mà không làm mất khả năng nhìn trong bóng tối. Bắt đầu bằng cách tìm các chòm sao hoặc cụm sao sáng nhất, sau đó sử dụng chúng làm điểm tham chiếu để tìm các vật thể mờ hơn, chẳng hạn như các cụm sao cầu hoặc thiên hà.

IV. Khám phá lịch sử thiên văn học Di sản của người xưa

Thiên văn học là một cây cầu nối liền quá khứ và hiện tại. Từ hơn 5.000 năm trước, các nền văn minh cổ đại đã quan sát bầu trời một cách có hệ thống. Người Babylon, sống ở vùng Lưỡng Hà, là một trong những dân tộc đầu tiên ghi chép lại các quan sát thiên văn. Họ đã xác định các chòm sao từ rất sớm, phát triển lịch dựa trên các sự kiện thiên văn, và đặc biệt quan tâm đến chuyển động của các hành tinh. Người Trung Quốc cổ đại cũng không hề kém cạnh, với những ghi chép về sự hội tụ của các hành tinh vào khoảng năm 2500 TCN và khái niệm về một năm có 365 ngày. Đối với họ, các hiện tượng như nhật thực mang ý nghĩa tâm linh và chính trị sâu sắc. Câu chuyện về hai nhà thiên văn học Hsi và Ho bị xử tử vì không dự đoán được nhật thực cho thấy tầm quan trọng của thiên văn học đối với triều đình. Tại Ai Cập, thiên văn học phục vụ cả người sống và người chết. Họ tạo ra một bộ lịch chính xác dựa trên sự mọc của sao Thiên Lang (Sirius) để dự đoán lũ lụt hàng năm của sông Nile và xây dựng các kim tự tháp với sự liên kết thiên văn phức tạp, hướng đến các ngôi sao bất tử. Di sản này không chỉ là nền tảng cho vũ trụ học (cosmology) hiện đại mà còn cho thấy sự khao khát hiểu biết vũ trụ đã ăn sâu vào văn hóa nhân loại.

4.1. Thiên văn học cổ đại Trung Quốc và Babylon

Người Babylon đã để lại những di sản quan trọng, bao gồm việc ghi lại các vị trí của hành tinh và diễn giải chúng như những điềm báo. Tấm bảng Venus, có niên đại từ thời vua Hammurabi, là một trong những tài liệu thiên văn sớm nhất, ghi lại các quan sát về hành tinh Kim. Họ cũng được cho là đã phát triển hệ thống 12 cung hoàng đạo dọc theo đường đi của Mặt Trời. Trong khi đó, người Trung Quốc cổ đại đã phát hiện ra chu kỳ Saros, một chu kỳ khoảng 18 năm giúp dự đoán nhật thực và nguyệt thực. Họ cũng quan sát chu kỳ gần 12 năm của sao Mộc, điều này có liên quan trực tiếp đến 12 con giáp trong hoàng đạo Trung Quốc. Cả hai nền văn minh đều cho thấy sự quan sát tỉ mỉ và khả năng ghi chép có hệ thống, đặt nền móng cho việc nghiên cứu các vật thể thiên thể một cách khoa học.

4.2. Vai trò của thiên văn học trong văn minh Ai Cập

Đối với người Ai Cập cổ đại, thiên văn học có mối liên hệ mật thiết với tôn giáo và nông nghiệp. Việc quan sát sao Thiên Lang (Sirius) giúp họ dự đoán chính xác thời điểm sông Nile bắt đầu泛滥, một sự kiện sống còn đối với nền kinh tế của họ. Kết quả là họ đã tạo ra một lịch mặt trời với 365,25 ngày, một thành tựu đáng kinh ngạc vào thời điểm đó. Ngoài ra, các kim tự tháp vĩ đại, đặc biệt là Đại kim tự tháp Giza, thể hiện kiến thức thiên văn sâu sắc. Các trục bên trong được cho là hướng thẳng đến các ngôi sao quan trọng như Thuban (sao Bắc Cực thời đó) và các ngôi sao trong chòm sao Lạp Hộ (Orion), được đồng nhất với thần Osiris. Những liên kết này không chỉ mang tính biểu tượng, mà còn phản ánh niềm tin của người Ai Cập về cuộc hành trình của pharaoh đến thế giới các vì sao sau khi chết.

V. Top phát kiến vĩ đại của các nhà triết học Hy Lạp cổ

Nếu các nền văn minh trước đó tập trung vào quan sát và ghi chép, thì người Hy Lạp cổ đại đã tạo ra một bước ngoặt bằng cách cố gắng giải thích các hiện tượng thiên văn thông qua lý luận và toán học. Họ đã chuyển đổi thiên văn học từ một hoạt động tiên tri thành một ngành khoa học tự nhiên. Anaximander (khoảng 610-546 TCN) được coi là người sáng lập vũ trụ học (cosmology), khi ông đề xuất rằng Trái Đất trôi nổi tự do trong không gian thay vì được nâng đỡ bởi một thứ gì đó. Pythagoras (khoảng 570-495 TCN) đã dạy rằng Trái Đất là một hình cầu. Anaxagoras (khoảng 500-428 TCN) đưa ra lời giải thích khoa học đầu tiên cho hiện tượng nhật thực, cho rằng nó xảy ra khi Mặt Trăng đi qua giữa Trái Đất và Mặt Trời. Đáng chú ý nhất là Aristarchus của Samos (khoảng 310-230 TCN), người đã đề xuất mô hình nhật tâm (heliocentric) của hệ mặt trời (solar system), cho rằng Trái Đất quay quanh Mặt Trời. Mặc dù ý tưởng này không được chấp nhận rộng rãi vào thời đó, nó đã đi trước thời đại hàng nghìn năm. Những nỗ lực này đã đặt nền móng cho cuộc cách mạng khoa học sau này và hình thành nên các nguyên tắc cơ bản của vật lý thiên văn (astrophysics) và khoa học hiện đại.

5.1. Những lý thuyết sơ khai về vũ trụ học cosmology

Các nhà triết học Hy Lạp đã đưa ra những mô hình đầu tiên về cấu trúc của vũ trụ. Anaximander đã hình dung Trái Đất là một hình trụ lơ lửng ở trung tâm vũ trụ, một khái niệm mang tính cách mạng. Pythagoras và những người theo ông không chỉ tin vào một Trái Đất hình cầu mà còn cho rằng các hành tinh và ngôi sao chuyển động theo những quỹ đạo tròn hoàn hảo, tạo ra một 'sự hòa hợp của các thiên thể'. Mặc dù những mô hình này không hoàn toàn chính xác, chúng đại diện cho nỗ lực đầu tiên để giải thích vũ trụ bằng các quy luật tự nhiên thay vì thần thoại. Những câu hỏi cơ bản về cấu trúc và nguồn gốc của vũ trụ, lĩnh vực của vũ trụ học hiện đại, đã được đặt ra từ chính những tư duy đột phá này.

5.2. Eratosthenes và phương pháp đo chu vi Trái Đất

Eratosthenes của Cyrene (khoảng 276-194 TCN) đã thực hiện một trong những phép đo khoa học vĩ đại nhất của thế giới cổ đại. Ông quan sát thấy rằng vào buổi trưa ngày hạ chí, tại thành phố Syene (Aswan ngày nay), Mặt Trời ở ngay trên đỉnh đầu và không tạo ra bóng. Cùng lúc đó, tại Alexandria, cách Syene về phía bắc, ánh nắng Mặt Trời tạo ra một góc khoảng 7,2 độ so với phương thẳng đứng. Eratosthenes lập luận rằng góc này tương ứng với sự khác biệt về vĩ độ giữa hai thành phố. Vì 7,2 độ bằng khoảng 1/50 của một vòng tròn (360 độ), ông suy ra rằng chu vi Trái Đất phải gấp 50 lần khoảng cách giữa hai thành phố. Kết quả tính toán của ông gần như chính xác một cách đáng kinh ngạc so với các giá trị hiện đại. Phương pháp của ông là một minh chứng xuất sắc cho sức mạnh của quan sát, hình học và tư duy logic trong việc khám phá các đặc tính của hệ mặt trời và Trái Đất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

00 1981 FM 6/11/01 9:55 AM Page i Astronomy Second Edition by Christopher De Pree and Alan Axelrod A Pearson Education Company www.com 00 1981 FM 6/11/01 9:55 AM Page ii To my girls, Julia, Claire, and Madeleine (CGD) For my stars, Anita and Ian (AA) Copyright © 2001 by The Ian Samuel Group, Inc. All rights reserved. No part of this book shall be reproduced, stored in a retrieval sys- tem, or transmitted by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or otherwise, without written permission from the publisher. No patent liability is as- sumed with respect to the use of the information contained herein.

Although every precaution has been taken in the preparation of this book, the publisher and authors assume no responsibility for errors or omissions. Neither is any liability assumed for damages resulting from the use of information contained herein. For information, ad- dress Alpha Books, 201 West 103rd Street, Indianapolis, IN 46290. THE COMPLETE IDIOT’S GUIDE TO and Design are registered trademarks of Pearson Education, Inc.

International Standard Book Number:1-5925-7003-8 Library of Congress Catalog Card Number: 2001091092 03 02 01 8 7 6 5 4 3 2 1 Interpretation of the printing code: The rightmost number of the first series of num- bers is the year of the book’s printing; the rightmost number of the second series of numbers is the number of the book’s printing. For example, a printing code of 01-1 shows that the first printing occurred in 2001. Printed in the United States of America Note: This publication contains the opinions and ideas of its authors. It is intended to provide helpful and informative material on the subject matter covered.

It is sold with the understanding that the authors and publisher are not engaged in rendering profes- sional services in the book. If the reader requires personal assistance or advice, a com- petent professional should be consulted. The authors and publisher specifically disclaim any responsibility for any liability, loss, or risk, personal or otherwise, which is incurred as a consequence, directly or in- directly, of the use and application of any of the contents of this book. Making or distributing electronic copies of this book constitutes copyright infringement and could subject the infringer to criminal and civil liability www.com 00 1981 FM 6/11/01 9:55 AM Page iii Publisher Marie Butler-Knight Product Manager Phil Kitchel Managing Editor Jennifer Chisholm Acquisitions Editor Mike Sanders Development Editor Amy Gordon Production Editor Billy Fields Copy Editor Amy Lepore Illustrator Brian Moyer Cover Designers Mike Freeland Kevin Spear Book Designers Scott Cook and Amy Adams of DesignLab Indexer Lisa Wilson Layout/Proofreading Angela Calvert Svetlana Dominguez Mary Hunt Gloria Schurick www.com 00 1981 FM 6/11/01 9:55 AM Page iv Contents at a Glance Part 1: Finding Our Place in Space 1 1 Naked Sky, Naked Eye: Finding Your Way in the Dark 3 Finding your way around the night sky.

No telescope necessary. 2 Ancient Evenings: The First Watchers 17 What the ancient astronomers saw, thought, and said. 3 The Unexplained Motions of the Heavens 31 Puzzles of planetary motion: early thoughts on the subject. 4 Astronomy Reborn: 1543–1687 47 Everything (well, not really) you need to know about Copernicus, Tycho Brahe, Kepler, Galileo, and Newton.

Part 2: Now You See It (Now You Don’t) 63 5 The Art of Collecting Light (with a Telescope) 65 Telescopes: what they see and how they work. 6 You and Your Telescope 81 A guide to choosing and using binoculars and telescopes. 7 Over the Rainbow 101 Electromagnetic radiation: what it is, how it travels, and what it does. 8 Seeing in the Dark 117 Alternatives to visible-light astronomy: radio, infrared, ultraviolet, and high energy.

9 Space Race: From Sputnik to the International Space Station 131 A brief history of space exploration. Part 3: A Walk Around the Block 147 10 The Moon: Our Closest Neighbor 149 All about Earth’s moon. 11 Solar System Home Movie 161 How our solar system was born and developed. 12 Solar System Family Snapshot 173 A tour through our solar system.

13 So Close and Yet So Far: The Inner Planets 189 The lowdown on Mercury, Venus, and Mars.com 00 1981 FM 6/11/01 9:55 AM Page v 14 Great Balls of Gas! The Outer Planets 205 All about Uranus, Neptune, Jupiter, and Saturn. 15 The Far End of the Block 221 The moons and rings of the jovian planets, and the story of Pluto. Part 4: To the Stars 235 16 Our Star 237 We explore the sun. 17 Of Giants and Dwarfs: Stepping Out into the Stars 251 Observing, measuring, and classifying stars.

18 Stellar Careers 267 How stars evolve—and how they end their lives. 19 Black Holes: One-Way Tickets to Eternity 279 Stellar endgames: neutron stars, black holes, and the strange effects they produce. 20 Stellar Nurseries 289 How stars are created. Part 5: Way Out of This World 301 21 The Milky Way: Much More Than a Candy Bar 303 A tour of our home Galaxy.

22 A Galaxy of Galaxies 317 Observing, measuring, and classifying galaxies. 23 Moving Out of Town 331 Active versus normal galaxies: Seyfert and radio galaxies, plus quasars. Part 6: The Big Questions 341 24 Table for One? 343 The odds on life beyond Earth and on other civilizations in the Milky Way. 25 What About the Big Bang? 359 How it all began (we think).

26 (How) Will It End? 369 Is the universe infinite or finite? Eternal or mortal? Will it end—and if so, how? www.com 00 1981 FM 6/11/01 9:55 AM Page vi Appendixes A Star Words Glossary 379 A glossary of astronomy. B Upcoming Eclipses 395 A list of lunar and solar eclipses to watch for. C The Constellations 397 A complete list of the constellations with their approxi- mate positions. D The Messier Catalog 401 The classic list of deep-sky objects—available to amateur astronomers.

E Sources for Astronomers 407 Key sources of information, including books, guides, charts, astronomical event calendars, and Internet resources.com 00 1981 FM 6/11/01 9:55 AM Page vii Contents Part 1: Finding Our Place in Space 1 1 Naked Sky, Naked Eye: Finding Your Way in the Dark 3 Sun Days .3 Flat Earth, Big Bowl .4 Man in the Moon.5 Lights and Wanderers .7 Measuring the Sky .9 The Size of Things, or “I Am Crushing Your Head!” .11 The Dippers First .12 The Stars of Spring .16 2 Ancient Evenings: The First Watchers 17 A Dragon Eats the Sun: Ancient Chinese Astronomy .18 Why the Emperor Executed Hsi and Ho .18 Time, Space, Harmony.20 The Venus Tablet.20 Draftsmen of the Constellations? .22 The Universe-in-a-Box .23 Stonehenge and the New World .24 Anaximander Puts Earth in Space .24 Anaximenes Says Stars Burn .25 Pythagoras Calls Earth a Globe .25 Anaxagoras Explains Eclipses .26 Aristarchus Sets the Sun in the Middle and Us in Motion .26 Eratosthenes Sizes Up the Earth .com 00 1981 FM 6/11/01 9:55 AM Page viii The Complete Idiot’s Guide to Astronomy, Second Edition 3 The Unexplained Motions of the Heavens 31 Time on Our Hands.32 What Really Happens in a Day? .32 A Month of Moons .34 Another Wrinkle in Time .37 To Everything a Season .38 The Sun Goes Dark, the Moon Becomes Blood .41 Aristotle Lays Down the Law .44 4 Astronomy Reborn: 1543–1687 47 Arabian Nights.48 Heresy of a Polish Priest .49 “More Pleasing to the Mind” .50 A Revolution of Revolutions .52 The Man with the Golden Nose .53 Kepler Makes Sense of It .57 Holding It All Together .58 Newton’s Three Laws of Motion .60 It’s Not Just a Good Idea … .60 Part 2: Now You See It (Now You Don’t) 63 5 The Art of Collecting Light (with a Telescope) 65 Slice of Light .66 The Whole Spectrum .67 Buckets of Light.69 The Telescope Is Born .71 Variations on an Optical Theme .74 The Power to Gather Light .75 The Power to Resolve an Image .76 Fun House Mirrors .77 Observatory in Space: The Hubble Space Telescope .com 00 1981 FM 6/11/01 9:55 AM Page ix Contents 6 You and Your Telescope 81 Do I Really Need a Telescope?.82 Science Aside, What Will It Cost?.89 Refractors: Virtues and Vices .89 Reflectors: Newton’s Favorite .90 Rich-Field Telescopes: Increasing in Popularity .90 Schmidt-Cassegrain: High-Performance Hybrid.90 Maksutov-Cassegrain: New Market Leader .91 Dobsonians: More for Your Money? .92 The Go-To Revolution .93 I’ve Bought My Telescope, Now What? .94 Grab a Piece of Sky .94 Become an Astrophotographer .95 Light Pollution and What to Do About It.96 Finding What You’re Looking For.97 Learning to See .98 Low-Light Adjustment .98 Don’t Look Too Hard .99 7 Over the Rainbow 101 Making Waves .102 Anatomy of a Wave.104 Big News from Little Places .105 The Long and the Short of It .106 What Makes Color?.108 Atmospheric Ceilings and Skylights .109 The Black-Body Spectrum.110 Watch Your Head, Here Comes an Equation.111 Read Any Good Spectral Lines Lately? .112 8 Seeing in the Dark 117 Dark Doesn’t Mean You Can’t See .118 A Telephone Man Tunes In .118 Anatomy of a Radio Telescope .121 Bigger Is Better: The Green Bank Telescope .121 Interference Can Be a Good Thing .123 What Radio Astronomers “See” .com 00 1981 FM 6/11/01 9:55 AM Page x The Complete Idiot’s Guide to Astronomy, Second Edition You Can Do This, Too! .125 Amateur Radio Astronomy: No-Cost and Low-Cost Approaches .126 Solar Flares and Meteor Events.127 ET Phone Home.128 The Rest of the Spectrum .128 New Infrared and Ultraviolet Observations .129 Chandrasekhar and the X-Ray Revolution .129 Capturing the Full Spectrum .130 9 Space Race: From Sputnik to the International Space Station 131 This Really Is Rocket Science.132 From Scientific Tool to Weapon and Back Again .133 Playing with Balloons .134 The Battle Cry of Sputnik .134 Early Human Missions .135 Satellites and Probes .136 Observatories in Space .137 The Apollo Missions .140 Mariners and Vikings.140 Pioneers and Voyagers .141 Magellan, Galileo, and Ulysses .141 Mars Observer, Surveyor, and Pathfinder .142 A More Distant Voyager.143 Space Shuttles and Space Stations.145 The Demise of Mir .145 International Space Station: The Latest .145 Part 3: A Walk Around the Block 147 10 The Moon: Our Closest Neighbor 149 What If We Had No Moon? .150 What Galileo Saw .151 What You Can See .com 00 1981 FM 6/11/01 9:55 AM Page xi Contents A Captive? .155 Give and Take .158 And What’s Inside? .159 11 Solar System Home Movie 161 Solar System History .162 The Biggest Problem: We Weren’t There .162 What Do We Really Know About the Solar System? .163 From Contraction to Condensation .165 Angular Momentum Explained.165 Pearls the Size of Worlds .166 Birth of the Planets .166 Accretion and Fragmentation .168 Whipping Up the Recipe.168 Out of the Frying Pan .169 Into the Fire.169 Do the Pieces Fit? .170 Ashes to Ashes, Dust to Dust .171 12 Solar System Family Snapshot 173 A Beautiful Day in the Neighborhood: Let’s Take a Stroll .174 Some Points of Interest.175 More or Less at the Center of It All .176 Planetary Report Card .176 The Inner and Outer Circles .177 Snapshot of the Terrestrial Planets .177 Snapshot of the Jovian Planets .177 Serving Up the Leftovers .178 The Asteroid Belt .178 Landing on Eros—The Love Boat .178 Rocks and Hard Places.179 Impact? The Earth-Crossing Asteroids .180 Anatomy of a Comet.181 A Tale of Two Tails .182 “Mommy, Where Do Comets Come From?” .182 A-Hunting We Will Go .184 Catch a Falling Star .185 Meteors, Meteoroids, and Meteorites .186 News from NEAT.com 00 1981 FM 6/11/01 9:55 AM Page xii The Complete Idiot’s Guide to Astronomy, Second Edition 13 So Close and Yet So Far: The Inner Planets 189 The Terrestrial Roster.190 Mercury: The Moon’s Twin .192 Lashed to the Sun .194 Forecast for Venus: “Hot, Overcast, and Dense” .194 The Sun Sets on Venus (in the East) .196 The Earth: Just Right .197 Mars: “That Looks Like New Mexico!” .