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天體物理學家尼爾德格拉斯泰森通過《宇宙探索》記錄了有關人類探索宇宙的前世今生。尼爾揭示，人類區別於動物的本質，即根植于人類基因中的探索精神。為了滿足對自然的好奇，人類能理性或感性地探索我們的和宇宙。
本書以地緣政治的角度，闡明了人類社會的歷史探索活動與政治通常相關。通過回顧人類（主要是美國人）在探索宇宙過程中付出的努力、經受的挫折、獲得的回報，尼爾為我們展現了一幅幅宏大的畫卷。尼爾敘述了各國在探索宇宙這項科學實踐中的現狀，並指出了當下存在的問題。尼爾描繪了自己的願景，展望了人類探索宇宙的未來。
作者希望通過本書的閱讀，將探索意識、創新意識深入人心；希望科學不分國別不分階級；希望全社會重視對科技活動的支持，科技的新。
第一部分
1 虛空之魅
2 系外紅塵
3 外星生命
4 邪惡外星人
5 殺手小行星
6 向星星啟航
7 為什麼探索
8 疑惑的剖析
9 生日快樂，NASA
10 太空的未來50年
11 我們為何需要太空專案
12 通向發現的道路
第二部分 如何做
13 起飛
14 以彈道的方式運行
15 太空競賽
16 2001年——現實對決幻想
17 發射正確的東西
18 探測中的設備
19 以鍾愛哈勃之名
20 40周年慶快樂，阿波羅11號
21 何以觸及蒼穹
22 太空梭的最後一班崗
23 深空中的推進力
24 平衡作用
25 生日快樂，《星際迷航》
26 如何證實你被外星人劫持過
27 美國太空旅行的未來
第三部分 為什麼不
28 太空旅行的麻煩事
29 向著星空彼岸努力
30 美國與新興的太空力量
31 太空熱情的錯覺
32 偶然的夢
33 以數字之名
34 挑戰者號之頌，1986
35 太空船表現糟糕
36 NASA對美國的未來意味著什麼
結語
附錄A
附錄B
附錄C
附錄D
附錄E
附錄F
致謝
