5 起點與終點

自從約45億年前太陽系形成以來，年輕的恒星（也許有其他行星系統）也在不斷地誕生。同樣，當地球誕生時，其他恒星及其行星可能已走到了生命的盡頭。那么，太陽系將何去何從？

當越來越多的氫逃離太陽核，核內所剩的大部分物質是氦的時候，太陽核將因重力作用收縮，溫度則升高。氫聚變只會發生在隋性氦核的表層上。在該階段，太陽開始膨脹。當恒星外層遠離內部時，它們就會冷卻并變紅。太陽的溫度將低至原來的一半——約3000K，并變成紅巨星。

在太陽膨脹的過程中，它的外環將會吞噬水星、金星、地球甚至火星，終結這個世界的一切生命，但太陽自己仍將存在。

之后，太陽中的氦將會聚變成更重的元素，太陽會再次縮小，隨后又第二次膨脹成為一個紅巨星。最后，當它的外層被驅散后，太陽就會變成一顆白矮星。

地球上的生命

地球上之所以有生命存在，最重要的一個因素就是水。因為生命的最初出現是由化學反應推動的，而這一反應在液體中發生的速率要比在固體中（原子被固定在特定的區域）以及在氣體中（原子間的距離太遠）快得多。地球大氣成分的結合以及它與太陽間的距離使得地球的溫度維持在水可以在其表面流動的合適范圍內。

天文學家已經在宇宙氣體云中發現了大量化學排列，這些排列可以進一步制造出對于生命具有重要意義的碳及其他元素的長分子。當恒星和行星在這些星云外形成時，一種叫做彗星的冰體會將含碳分子帶到行星上。

許多科學家目前都相信生命很可能起源于大洋底的地熱噴口附近，因為從這里涌出的來自地球內部的熱水攜帶了各種各樣的溶解物質。在這些噴口周圍有我們所知的地球上最簡單的生命形式，它們中的許多是依靠代謝熱水中的化學溶解物質生存的。

澳大利亞的巖石——頂燧石證實了古老細菌的存在，它含有35億年前的細菌化石。另一些石頭中含有的化學證據表明生命是在38億年前產生的——當然這樣的證據是很難找到的。

有20億年歷史的最古老結構化石——疊層巖證明了藍綠藻是最早進化的生命類型之一。在澳大利亞以及其他地方的前寒武紀巖石中發現的這類藻化石也有著與現代藍綠藻相似的結構。

大約在25億年以前，原核生物（由單一細胞核組成的簡單海洋有機物）進化出了利用太陽光制造食物的本領：光合作用開始了。之后，原核生物細胞逐漸變得復雜起來，在大約12億年前的時候，真核生物（每一個細胞都有細胞核）出現了，而真核生物最終進化成了目前存在于地球上的不同生命體。

在光合作用中，一個活細胞（通常在植物中）吸收水和二氧化碳，并釋放氧氣。光合作用一旦開始，自由氧氣就會顯著增加，環境就會變得更有利于生命發展。早期無脊椎動物是在寒武紀時期出現的，但陸生生物的繁榮直到3.6億年前的泥盆紀（這個時期的早期，魚開始出現）末期才出現。到了二疊紀時期（2.86億年前），兩棲動物進化到能夠產下硬皮羊膜卵；最早的爬行動物也誕生了，其中的一些進化成了恐龍，其他的則進化成了哺乳動物。

人的直接祖先是類人猿。發現于東非的最早人類祖先骨頭距今有450萬年。約150萬年前，直立行走的人學會了使用石制工具；約145萬年前，人類學會了取火；50萬年前，直立人散布到了歐洲以及遠東地區，這時他們已經能夠制造工具，并是非常優秀的獵手。人類歷史從此開始了。

蓋亞假說

蓋亞假說最初被認為是毫無根據的奇思異想，但經過仔細的分析證明，它雖沒被廣泛接受，至少也是一個值得深入研究的理論。蓋亞是希臘神話中的大地女神，蓋亞假說將地球視為一個整體，認為地球是一個有機生命體。英國科學家詹姆斯·洛夫洛克于20世紀60年代首次提出了這一觀點。他震驚于地球大氣層事實上背叛了地球是被人居住的事實：地球生物的新陳代謝使得地球大氣的成分失去了化學平衡。換句話說，諸如沼氣和氧氣等本不允許混合的化學物質卻被有機體制造出來并大量存在于地球大氣中。太陽系其他任何行星的大氣都不包含這種化學物質的混合。

如果生命正像這樣改變地球大氣的組成，它也許也在幫著塑造世界的其他部分。世界上各種各樣的生命形式與我們體內的個體活細胞可能是類似的。每一個都是有生命的，每一個都以這樣一種方式相互作用，在不知不覺中便創造出更大的生物體。

洛夫洛克把地球比作一顆巨大的紅杉。樹是確定無疑的生命體，但它的組成物質99%是無生命的。樹的內部是由木質素和纖維素組成，唯一的活細胞包含在樹皮——樹薄薄的外層中。地球也是如此，它主要是由巖石和其他無生命的物質組成，只有地表生活著微量百分比的生命體。所以，地球也可以被看成單個的生命體。

當然，地球上的生物有能力改變全球的環境，例如，大氣中的二氧化碳可以被海藻的新陳代謝清除。而且，不僅僅是大氣才受到生命體的影響，其他物質也一樣。洛夫洛克舉了地球巖石和水的幾個特定屬性作為例子，如溫度、氧化度、酸度，這些屬性都為生命體的日常活動所限制。因此，環境是能夠使自己永久存在的。

很難說明人類在哪一點上適應了這個系統——蓋亞的活動似乎依賴于行星的生命形式的無意識相互作用。然而人類是有意識的，隨著科學、技術和工業的發展，我們已經擁有了蓋亞以前從未擁有過的影響環境的能力——除了極端狀況的冰期及小行星的撞擊。工業污染、大量化石燃料的使用以及礦藏的開采都使得我們的世界難堪重負。不穩定的天氣模式和氣候變化是蓋亞對這些破壞因素的初步回應。

許多科學家以及很多人都認為工業化國家的政府部門必須將保護生態環境放到一個優先位置。如果人類想要繼續生存繁衍，就必須找到適應環境（而不是對抗）的新方法。盡管利用太陽能、風能以及潮汐能這些自然能源很不容易，但是它們在我們生活中的比例必須逐漸提高。

自然災害

1984年11月，南美哥倫比亞的亞美若發生了一系列的地震，一個月之后蒸汽噴發開始增加，到了1985年9月11日，一場小型爆炸將魯伊斯火山的火山灰和巖石拋向天空。對此，沒有人表現出特別在意——盡管地方政府早就被警告過，亞美若是建造在1845年覆蓋于此地區的泥流之上，那場泥流造成了1000人死亡。危險是顯而易見的，但人們沒有采取任何措施。

截止到1985年11月13日，該地區共有2.2萬人喪生。一次相對較小的噴發噴出了一堆熾熱的浮石和火山灰，并融化了火山頂上的積雪。融化的水以每小時超過35千米的速度往下奔流，沿途匯聚了大量的泥土、巖石以及樹木，最終演變成了具有高度破壞力的泥流——它有30米高，并很快流經了這個小鎮。帶著10米高巖石塊的一系列熾熱流體擴散到低地上。當泥流最大時，每秒估計有4.7萬立方米（約是亞馬孫河的1/5）的碎片奔騰而下。

自然災害在這個地方是罕見的，然而它們的確發生了——諷刺性的是，哥倫比亞泥流造成的破壞本應該是可以被降低的。20世紀80年代早期圣海倫火山和埃爾奇瓊火山的爆發強烈地提醒人們，預報火山噴發是一項嚴肅的事情。1991年，從這些事件中得到的教訓使菲律賓皮納圖博火山的大噴發得以預知，因此附近居民的大規模疏散工作在火山灰傾瀉下來之前完成了，這些火山灰最終形成了0.15米厚的火山巖層。

地震也會造成大量死亡和財產損失，以及交通破壞。加利福尼亞圣安地列斯斷層沿線的舊金山以及周邊地區是地震易發地帶。1989年，這一斷層裂開并激活了形成于1906年前的舊斷層，它所引發的里氏7.1級地震奪去了62個人的生命并毀壞了近1000幢房屋。1994年1月，在相關斷層上發生的地震在洛杉磯造成了類似的破壞。這是地球上監控最嚴密的地震區之一。盡管州政府與地方政府對轉移地震無能為力，災難性影響卻可以經由強制實施的建筑結構標準來減輕。

證據表明：一場自然災害可能有著全球性的影響。近年來，人們認為6500萬年前恐龍的滅絕是由一顆直徑1萬米的隕星撞擊地球引起的——撞擊提升了地球的溫度并造成了數周的黑暗。這就是被白堊紀/第三紀邊界的巖層證明的所謂的K/T邊界事件。這一巖層中的銥含量要遠高于平均水平，這些銥被認為是來自隕星。這一時期廣泛分布的撞擊石英、長石、超石英（由非常高的壓力下形成）、煤煙殘余（可能來自撞擊后的森林火災）、鍶同位素的異常增多和溫度升高的速度都是由于撞擊及撞擊期間大氣氦形成的硝酸酸雨引起的。

這些事件（或者其他自然災難）促使哺乳動物繼續進化，最終使智人快速增長，要知道這些成功的先輩（如恐龍等）一度統治了世界達數百萬年之久。

來自小行星的威脅

1908年，西伯利亞的通古斯地區發生了巨大的爆炸；1930年，巴西一無人居住的地區上空發生了類似強度的爆炸；1947年，一系列隕星在俄羅斯制造了數百個直徑為0.5～14米的隕石坑；另外在中國還有一個未經證實的歷史事件——1490年，一個宇宙不明物體造成了1萬人死亡。美國軍事解密檔案顯示：在1972年8月～2000年3月間，美國空軍預警衛星探測到了518次撞擊事件，其中大多數物體在地球外層大氣中安全爆炸——盡管它們釋放的能量相當于落在廣島的原子彈，地面上的人卻不會察覺。早在1694年，埃德蒙·哈雷就指出：過去彗星的撞擊可能造成過全球性的災難。確實，現在地質現實已經證明了我們的星球遭受過一些非常巨大的星體的撞擊。

不是只有彗星才會威脅地球。盡管小行星通常位于火星和木星之間的小行星帶中，但仍有1%的小行星處在非常怪的軌道之上并可能接近地球，它們因此被叫做近地小行星，但具體數量目前還不得而知。據估計，直徑超過1000米的近地小行星有500～1500個，超過100米的則有3萬～30萬個。

近地小行星按位置可分為三類，前兩類可以在夜空中被觀測到：叫做阿冥爾的那一群主要在小行星帶活動，越過火星軌道并在回歸時擺動接近地球；叫做阿波羅的那一群跟阿冥爾差不多，但實際上是越過了地球的軌道；叫做阿騰的那一群最危險，它們大部分時間處在地球的軌道以內，并隱藏在耀眼的陽光下。它們在遠日點時越過地球軌道，并在夜空中若隱若現，它們隨后會再次越過地球軌道并向內落下，因為它們離太陽很近，所以阿騰能夠隱藏在白天的陽光下并可能偷襲地球。

一系列望遠鏡一直在掃描這些危險的小行星。亞利桑那大學“太空監視計劃”試圖定位更小的行星，但只能局限在很小的范圍內。

一旦被發現，這些小行星就必須被連續追蹤并確定其軌道。如果一顆近地天體被發現處于撞擊路線上，它就必須被推離。當然，這個天體不會被擊成碎片——這在影片里常見。擊碎不能改變它的運行軌道，大量的小碎塊仍然會朝我們飛來。核彈能在小行星附近爆炸并融化它的一面，從而制造出大量的膨脹氣體，這些氣體就會像火箭推進器一樣將小行星推離到不同的軌道上。盡管科學團體都在關心小行星撞擊的危險，全世界國家的政府卻很少投入資金來保護地球免受此類自然災難的襲擊。不過美國已經走在了前列，其投入的資金比全世界其他國家加起來還要多。

人類離開地球

1960年，蘇聯用5噸重的“東方1號”宇宙飛船將尤里·加加林送入了地球軌道，他由此成為進入太空的第一人。不到一個月之后，美國指揮官阿倫·謝波德在170千米高的外層大氣中飛行并安全返回地面。

無人宇宙飛船于1958年第一次嘗試飛往月球，但最終失敗了。1959年，蘇聯飛船“盧尼克1號”飛越月球并傳回了月球磁場的信息。10年后，美國“土星5號”火箭向月球發射了“阿波羅11號”飛船，宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林登上了月球表面的靜海。從那以后，數艘載人或無人飛船又登上月球并傳回了大量關于月球地質歷史的數據。漫游車幫助宇航員采集一系列巖石樣本并帶回地球。測量儀器被留在月球的表面用于測量月震、宇宙射線強度以及磁場。

科學家也從太空中對地球做了全面地研究。20世紀70年代早期，一系列地球資源衛星開始從軌道上拍攝地球表面，這項工作到現在還在繼續。使用一系列不同的波長，地球資源衛星和它的后繼者們已提供了全球性的地質資料、熱流、植被、土地利用、洋流、天氣模式以及重力狀況等數據。

將宇宙飛船送到其他行星去難度要大得多，但人類已經成功完成了數次。水星壯觀的表面圖片于1974年由“水手10號”傳送回來，同年，蘇聯“維尼拉號”探測器獲得了金星的雷達照片——它穿透云層覆蓋的金星并分析了其地表巖石。更多的探測器已經到達了金星，在最近的一次探險中，高精度雷達測繪器“麥哲倫號”于1990～1994年間繪制了金星地圖，它傳回的數據使得金星地質學得到了改寫。

自1962年開始，到達火星的探測器也越來越多。我們所知的大部分關于火星的信息都是由“水手9號”實施的兩次海盜計劃于20世紀70年代中期傳回來的。它們同時攜帶有軌道探測器和登陸探測器，并傳回了大量信息，補充了熱、大氣、地質化學以及地質物理的數據。如今，美國、歐洲和日本都在向火星發送空間探測器。

也許迄今為止最成功的太空任務要數旅行者任務了，該任務有兩個探測器，于1979年到1989年間訪問了木星、土星、天王星和海王星以及它們的許多衛星。令人印象深刻的木星云層、土星環、木衛一上的火山、海衛一上的間歇泉以及天王星衛星米蘭達上的巨大峭壁都給了我們關于宇宙的新視野。另一個探測器“伽利略號”被發射后經過了金星、地球、月亮（1990年）以及小行星加斯普拉（1991年），最終到達了木星。一個小型探測器按計劃進入木星大氣層，并傳回了一系列關于閃電、磁場和帶電粒子的信息。該軌道探測器的任務已經收尾，一個類似的探測器“卡西尼-惠更斯號”已于2004年到達土星。

盡管這些無人探測器取得了巨大的成功，但將載人探測器送到火星仍然是空間科學家長期的目標。同時，長期的資金支持對于這樣浩大的工程來說仍然是一個難題。