想象其他地球
这门课学什么
一位天体物理学家结合天文学、生物学和行星科学，追问地球之外是否有生命。内容包括宜居带、金星和火星的大气、系外行星探测、极端微生物和费米悖论。
内容摘要
这门课围绕一个问题展开：宇宙中只有我们吗？斯珀格尔（David Spergel）把天文学、物理学、行星科学和生物学的基本概念串起来，让学生能用科学方法推测其他星球上有没有生命，以及那种生命可能是什么样子。课程不要求理科背景，需要的物理知识都在课内讲。
全课 25 讲，分 4 个阶段。第 1 阶段是第 1–6 讲，打基础：宇宙的尺度、生命的定义、行星温度的能量平衡、雪球地球和行星大气。第 2 阶段是第 7–10 讲，巡视太阳系：水星、金星、火星、月球、彗星、小行星和土星。第 3 阶段是第 11–18 讲，讲怎样找系外行星：开普勒定律、凌星法、引力微透镜、恒星的性质与演化、光谱和直接成像，最后讲行星系统怎样形成。第 4 阶段是第 19–25 讲，回到生命本身：生命的化学基础、起源与演化、极端微生物、大灭绝、宜居带，以及费米悖论和地外文明搜寻（SETI）。
课程有 3 次同伴互评作业，主题包括构想其他行星和行星系统、设计科学目标与探测任务，以及评估天文探测任务或未来的大型望远镜。课程还穿插 7 段访谈，嘉宾包括 Sean Solomon、Debra Fischer、Freeman Dyson、John Johnson、Emily Rauscher、Tullis Onstott 和 Lisa Kaltenegger。
学完以后，学生能用简单的物理估算解释行星为什么冷或热，能说明主要的系外行星探测方法各自能测出什么，并能对“某颗行星可能宜居”这类新闻做出有根据的判断。
斯珀格尔讲课常从一个直观问题出发，例如“水星为什么热”，再用一两个公式给出数量级估算。每讲视频较短，适合零散时间学习。
为什么值得学
斯珀格尔是知名宇宙学家，以 WMAP 卫星的工作闻名。课程不要求理科背景，评分 4.8。
课程信息
- 学校
- 普林斯顿（Princeton）
- 讲师
- 戴维·斯珀格尔（David Spergel）
- 学期
- self-paced
- 平台
- Coursera
- 费用
- 免费
- 难度
- 入门
- 学时
- 25 个单元，Coursera 估计约 3 周 × 每周 10 小时
- 先修
- 无。
- 材料
- 视频、作业
- 许可证
- 未注明
课程大纲 · 共 25 节
大纲依据：Coursera 模块列表（25 讲，每讲一个模块；结构取自 api.coursera.org onDemandCourseMaterials.v2 与课程页）（查看原始页面 ↗）
- 1导论Introduction
介绍讲师、课程结构和学习目标。
- 2宇宙很大The Universe is Big!
从太阳系、矮行星和最近的恒星讲到银河系、星系和大爆炸，建立宇宙尺度的直观印象。
- 3什么是生命What is Life?
比较几种定义生命的方法，介绍生物化学的基本成分，并讨论怎样识别生命。
- 4水星为什么热Why is Mercury Hot?
补充物理基础，用能量守恒计算行星温度，并引出宜居带和“金发姑娘”条件。
- 5雪球地球Snowball Earth
讲反照率、早期太阳偏暗问题、反馈与稳定性，以及地球曾经全面冰封的证据。
- 6行星大气Planetary Atmospheres
讲物质的宏观性质、气体分子运动论和流体静力平衡，用它们解释大气结构。
- 7水星与金星Mercury and Venus
讲水星极地的冰、行星磁场和金星的大气，并有对 Sean Solomon 的访谈。
- 8火星Mars
讲火星的基本性质、水的证据，以及火星对理解地球过去和未来的意义。
- 9月球The Moon
讲月球的基本性质、陨石坑的物理和地月潮汐作用。本讲有第 1 次同伴互评。
- 10太阳系小天体Small Bodies of the Solar System
讲彗星和小行星、太阳系的卫星，以及土星。
- 11开普勒定律与系外行星搜寻Kepler’s Law and Search for Extrasolar Planets
用引力解释开普勒定律，讲怎样通过观测恒星的运动发现行星并测出它的基本性质，并有对 Debra Fischer 和 Freeman Dyson 的访谈。
- 12开普勒任务与凌星Kepler and Transits
讲金星凌日怎样帮助测量太阳系尺度，再讲系外行星凌星观测和已知系外行星的多样性。
- 13爱因斯坦与行星搜寻Einstein and the Search for Planets
讲广义相对论、引力微透镜找行星的原理和行星系统的稳定性，并有对 John Johnson 的访谈。
- 14恒星的性质Properties of Stars
讲怎样测量恒星的距离和光度，以及光的性质和恒星的物理参数。
- 15恒星演化Stellar Evolution
讲恒星结构、核聚变和恒星的演化过程。本讲有第 2 次同伴互评。
- 16量子力学与行星指纹Quantum Mechanics and Fingerprinting Planets
用泡利不相容原理解释山的高度和原子谱线，再讲木星和褐矮星。
- 17光学与行星成像Optics and Imaging Planets
讲透镜和望远镜的原理，以及在明亮恒星旁直接拍到行星的难点，并有对 Emily Rauscher 的访谈。
- 18地球的形成与水的来源Formation of the Earth and the Origin of Water
讲角动量守恒怎样让坍缩气云形成原行星盘，以及行星系统为什么千差万别。
- 19生命的生物化学Biochemistry of Life
讲水作为生命介质的作用，以及从氨基酸到蛋白质、再到细胞的构建过程。
- 20地球特殊吗：生命的起源Is Earth Special? Origin of Life
讲合成生命分子的实验、细胞的起源，以及生命来自地外的假说。
- 21生命的演化Evolution of Life
讲演化为什么不可避免、有性生殖及其替代方式，以及生命之树。
- 22极端微生物Extremophiles
以黄石公园等环境为例讲极端微生物，并讨论它们对天体生物学的意义。本讲有第 3 次同伴互评。
- 23大灭绝Extinctions
讲恐龙灭绝和其他 4 次大灭绝，并讨论人类的命运。
- 24什么样的行星宜居What makes a Habitable Planet?
讲早期太阳偏暗问题、“金发姑娘”问题和宜居带的范围。
- 25宜居带、费米悖论与 SETIHabitable Zone, Fermi Paradox & SETI
讲地外文明搜寻、星际旅行和费米悖论，并有对 Tullis Onstott 和 Lisa Kaltenegger 的访谈。
普林斯顿的其他经典课
- 算法（上） · Algorithms, Part I
- 算法（下） · Algorithms, Part II
- 计算机科学：有目的的编程 · Computer Science: Programming with a Purpose
- 计算机科学：算法、理论与机器 · Computer Science: Algorithms, Theory, and Machines
- 解析组合学 · Analytic Combinatorics
- 算法分析 · Analysis of Algorithms