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出版者:科学出版社

作者:张辉

出品人:

页数:295

译者:

出版时间:2005-1

价格:45.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787030144423

丛书系列:

图书标签:

• 环境教育
• 物理教育
• STEM教育
• 科学教育
• 户外教学
• 实验教学
• 环境科学
• 教育教学
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• 教学方法

探秘宇宙深处：天体物理前沿与观测技术 图书简介 《探秘宇宙深处：天体物理前沿与观测技术》 是一部深度聚焦于现代天体物理学最前沿领域、全面介绍尖端观测技术及其在理解宇宙演化中所扮演角色的权威著作。本书旨在为天体物理学、空间科学、高能物理以及相关工程领域的学生、研究人员和资深爱好者提供一个系统而详尽的知识框架，帮助读者理解宇宙中极端现象的物理本质，并掌握探索这些奥秘所需的工具和方法。 本书的结构严谨，内容涵盖了从宏观宇宙学到微观粒子物理的广阔图景，其核心优势在于对多波段协同观测和下一代望远镜技术的深入剖析。 第一部分：宇宙的宏大叙事——极端天体与宇宙学前沿 本部分构建了我们对现代宇宙学的理解基础，并深入探讨了宇宙中最具挑战性的物理过程。 第一章：暗物质与暗能量的踪迹 本章详细阐述了当前主流的暗物质（WIMPs、轴子等）候选模型及其间接/直接探测的实验设计思路。重点讨论了宇宙微波背景（CMB）辐射中B模极化的搜索，以及星系旋转曲线、引力透镜效应在暗物质分布研究中的应用。随后，深入解析了哈勃常数张力（Hubble Tension）的最新进展，探讨了早期宇宙物理学对暗能量状态方程（Equation of State）的约束能力，并介绍了JDEM（詹姆斯·韦伯深空巡天）在测量红移-距离关系中的核心作用。 第二章：超大质量黑洞与活动星系核（AGN）的生命周期 超越爱丁顿光度限制的极端天体是本章的焦点。我们详细分析了AGN的吸积盘结构、喷流的产生机制（磁场重联理论）以及相对论性喷流在不同频段的表现。书中特别引入了对“最亮天体”（如类星体）的形成和演化模拟结果，并结合X射线天文台（如Chandra和Athena）的数据，探讨了星系团中心黑洞对周围环境的反馈作用（Feedback Loop）。此外，对中等质量黑洞（IMBHs）的搜寻策略也进行了详尽的梳理。 第三章：引力波天文学的黄金时代 引力波的发现开启了多信使天源天文学的新纪元。本章全面回顾了LIGO/Virgo/KAGRA的探测原理，重点分析了双中子星并合（GW170817）所带来的电磁对应体（Kilonova）观测成果，这极大地修正了我们对重元素（如金、铂）起源的理解。章节深入探讨了未来第三代引力波探测器（如LISA）的设计目标，特别是对超大质量黑洞并合事件的灵敏度提升，以及其在宇宙学参数测量上的潜力。 第四章：高能宇宙射线与中微子天体物理 探索宇宙加速机制是高能物理的终极目标之一。本章详细描述了超高能宇宙射线（UHECRs）的可能来源（如活跃星系核、快速射电暴GRBs），并讨论了“GZK截止”现象的观测限制。中微子探测方面，本书着重介绍了IceCube、ANTARES和未来KM3NeT等大型地下/水下望远镜的构建原理，以及如何利用它们来定位潜在的中微子源。 第二部分：尖端观测技术与数据处理方法 本部分致力于介绍支撑上述前沿研究的硬件技术、数据获取、校准以及先进的数据分析工具。 第五章：下一代地面光学/红外望远镜系统 大型地面望远镜的口径正在逼近极限，本章详述了如欧洲极大望远镜（ELT）、巨型麦哲伦望远镜（GMT）等“30米级”望远镜的光学设计挑战，特别是自适应光学（AO）系统的最新进展，如何克服大气湍流，实现衍射极限分辨率。重点探讨了多目标光谱仪（MOS）的设计哲学，以及它们如何提高对遥远星系样本的普查效率。 第六章：空间X射线与伽马射线探测的工程学 空间平台是观测高能波段的唯一途径。本章细致剖析了聚焦式望远镜（如XMM-Newton、IXO的预研）的掠射角反射镜制造工艺，其对表面粗糙度和精度的苛刻要求。对于伽马射线，书中对比了费米（Fermi）的电磁式探测器与切伦科夫望远镜阵列（CTA）的成像大气切伦科夫望远镜（IACT）原理，分析了两者在时间分辨率和能量测量上的优势互补。 第七章：射电天文的合成孔径与VLBI技术 射电天文学的精髓在于合成孔径技术。本章详细解释了傅里叶合成的数学基础，以及如何通过甚长基线干涉测量（VLBI）技术实现极高的角分辨率，例如在事件视界望远镜（EHT）项目中对M87和人马座A的成像应用。书中也涵盖了SKA（平方公里阵列）的分布式网络设计和数据传输挑战。 第八章：天文数据科学与机器学习在分析中的应用 面对海量观测数据，传统的数据处理方法已显不足。本章探讨了现代天体物理数据科学的工具箱，包括贝叶斯推断在参数空间探索中的应用。重点介绍了深度学习（如卷积神经网络CNNs）在瞬态事件（如超新星分类、快速射电暴的实时识别）识别中的应用案例，以及如何利用迁移学习来解决小样本问题。 结论：展望未来十年的观测范式 本书最后总结了未来十年观测领域的主要趋势：多信使天文学的成熟、超高精度引力波测量、以及利用地面和空间平台对宇宙早期结构形成的全面成像。本书不仅是知识的汇集，更是一份激发下一代天体物理学家进行创新性研究的路线图。

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当我翻开这本关于环境物理教育的书籍时，我原本以为会遇到的是一本偏重于政策导向或纯粹的生态学介绍，但事实证明我错了。它采取了一种非常坚实的、自下而上的教学方法，从最基本的力学原理入手，逐步构建起对复杂环境系统的理解。例如，书中关于流体力学在水文循环中的作用的讲解，简直是一次对牛顿定律在宏大尺度上应用的精彩演示。作者细致地剖析了湍流和层流对污染物扩散的影响，配图的精确度和清晰度令人赞叹，这些图表并非简单的示意图，而是包含了关键的雷诺数（Reynolds number）等无量纲参数的讨论，这使得即便是初次接触流体力学的人，也能抓住问题的核心所在。更难能可贵的是，它没有回避环境科学中常常出现的非线性问题，比如混沌理论在天气预测中的应用，作者用生动而又不失严谨的语言描述了蝴蝶效应的物理基础，这极大地提升了读者的科学素养，让我们明白环境系统的预测并非易事，也需要深厚的物理基础支撑。

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这本书的叙事风格带着一种强烈的、近乎哲学思辨的色彩，它似乎在引导我们重新思考“物质”和“相互作用”在构成我们环境中的终极意义。它不像教科书那样冰冷，反而充满了一种对自然界运行规律的敬畏。书中有一段关于材料科学与环境污染的章节，着重探讨了纳米材料在环境修复中的潜力与风险，这部分内容展现了作者紧跟前沿科技的敏锐度。它深入讨论了材料的表面积与反应活性之间的关系，这些都是量子力学和表面物理的范畴，但作者却能将其巧妙地转化为易于理解的教育内容。这种由微观深入宏观的叙事路径，给予读者一种系统性的、层层递进的知识建构感。读完后，我对日常接触的各种塑料和合成物的“寿命”以及它们在环境中分解过程中的物理化学阻力，有了全新的认识，感觉自己像是掌握了一把解读物质世界本质的钥匙。

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我对本书中对电磁场理论在环境监测中的应用给予高度评价。这部分内容的处理方式非常高明，它没有把雷达、卫星测绘等技术包装成高不可攀的“黑箱”，而是彻底解构了麦克斯韦方程组如何被用来测量地表温度、追踪云层移动甚至监测冰川融化的速度。书中对信号的衰减、反射和折射在不同介质中的表现进行了细致的对比分析，配以实际的环境数据图表，使得抽象的电磁学理论瞬间拥有了具体的应用价值。特别是关于地球磁场异常如何指示地壳活动的内容，作者将其与感应电流和地球深层电流的物理原理联系起来，这种对宏观地质现象的微观物理机制的挖掘，是许多同类书籍所欠缺的深度。它真正做到了理论指导实践，让读者相信，我们身边的环境变化，无一不是遵循着坚实的物理法则。

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这本书最让我感到震撼的是其在“不确定性”和“建模”方面的坦诚讨论。在环境科学这个充满了测量误差和系统复杂性的领域，作者没有试图提供一套完美的、一劳永逸的解决方案，而是花费大量篇幅去探讨物理模型构建的局限性。他们详尽地介绍了蒙特卡洛模拟方法在评估环境风险时的应用，并解释了概率分布在预测未来情景中的核心作用。这种对科学方法论的审视，远超出了基础物理知识的范畴，它教会我们如何批判性地看待任何环境预测数据。书中对模型简化带来的物理意义的丢失进行了深入的反思，提醒读者，任何模型都是对现实的一种抽象，理解其背后的物理假设至关重要。这种教育理念，培养的不是只会套用公式的学生，而是能够构建、评估和改进复杂系统模型的未来科学家。

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这本《环境物理教育》的作者显然对物理学的核心概念有着深刻的理解，并将它们巧妙地融入了环境科学的广阔背景之中。我特别欣赏书中对能量转换和热力学原理在气候变化中的应用的阐述。它没有停留在枯燥的公式推导上，而是通过大量的、贴近生活的案例，比如可再生能源系统的效率分析，或者城市热岛效应的物理机制，将抽象的物理定律“活化”了。阅读过程中，我发现自己对于能量守恒定律不再仅仅是记忆一个定义，而是能够立刻联想到全球碳循环中能量的流动路径。书中对波的传播，特别是电磁波在地球大气层中的行为分析，更是令人耳目一新，它解释了臭氧层破坏的紫外线辐射机制，以及遥感技术背后的多普勒效应和瑞利散射，这种跨学科的整合能力，极大地拓宽了我对环境问题的物理认知深度。它不仅仅是关于环境的，它更是关于如何用最严谨的科学工具去审视我们生存的世界。

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