Accretion Power in Astrophysics (Cambridge Astrophysics) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Juhan Frank

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2002-02-11

价格:USD 70.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521629577

丛书系列:

图书标签:

• 【教材】
• Astro
• Astrophysics
• Accretion Disks
• Black Holes
• Neutron Stars
• X-ray Astronomy
• High-Energy Astrophysics
• Stellar Evolution
• Plasma Physics
• Magnetohydrodynamics
• Relativistic Astrophysics

恒星演化的驱动力：核聚变与物质吸积的壮丽交响 在浩瀚无垠的宇宙剧场中，恒星是永恒的舞者，它们在生与灭的循环中，谱写着宇宙演化的宏伟篇章。而驱动这一切壮丽景象的核心动力，便是潜藏于恒星内部的核聚变反应，以及环绕在它们周围的物质吸积过程。本书并非仅仅聚焦于天体物理学中“吸积”这一特定现象，而是将目光投向了更广阔的领域，深入探讨了从恒星诞生到其演化终结的各个阶段，揭示了驱动这些过程的根本物理机制。我们将穿越星云的朦胧，触摸恒星诞生的炽热，感受恒星衰亡的壮美，并以此理解宇宙物质循环的奥秘。 第一章：宇宙的原材料——星际介质与分子云 我们的故事始于宇宙最基本的组成部分：星际介质。它并非真空，而是充满着稀薄的气体（主要是氢和氦）和微小的尘埃颗粒。这些物质在引力的作用下，会逐渐聚集，形成密度更高的区域。当这些区域的密度进一步增加，温度降低到一定程度，它们就会转变为我们所熟知的分子云。分子云是宇宙中最冷的区域之一，其内部的分子（如H₂、CO）得以稳定存在，也为恒星的诞生提供了必要的“摇篮”。 在分子云内部，微小的引力扰动，例如超新星爆发的冲击波，或者附近恒星系统的引力潮汐，都可能引发物质的进一步收缩。随着物质的聚集，云的中心区域密度不断升高，引力势能转化为动能，温度也随之上升。这个过程是恒星诞生的第一个关键步骤，它决定了未来恒星的质量和性质。我们将详细解析不同尺度下星际介质的分布、成分，以及各种触发分子云收缩的物理过程，探讨它们如何为恒星的形成奠定物质基础。 第二章：胚胎的孕育——原恒星的形成与演化 当分子云的核心区域收缩到一定程度，内部温度和密度足以引发强烈的引力时，一个被称之为“原恒星”的年轻天体便诞生了。原恒星并非一颗真正的恒星，它还没有点燃核心的核聚变之火，而是通过引力收缩释放的能量来发光发热。在这个阶段，大量的物质仍在不断地落向原恒星，形成一个围绕着它的吸积盘。 吸积盘是原恒星演化过程中的一个重要结构。盘中的物质由于角动量守恒，会在中心附近形成高速旋转的区域，并逐渐将物质输送到原恒星表面。吸积盘不仅为原恒星提供了增长质量的“食物”，其剧烈的活动还会产生强大的喷流，将多余的角动量以物质的形式抛射出去，这对于原恒星最终形成稳定的结构至关重要。我们将深入研究原恒星的形成机制，吸积盘的物理过程，以及喷流的产生与演化，描绘出从星云到年轻恒星的生命轨迹。 第三章：生命的黎明——主序星的诞生与核聚变 当原恒星的核心温度和密度达到足够高的阈值时，一个划时代的事件便发生了：氢核聚变反应被点燃。核聚变是指将轻原子核结合成较重原子核的过程，在此过程中会释放出巨大的能量。对于大多数恒星而言，它们生命中最漫长的阶段，也就是“主序星”阶段，就是通过将氢聚变成氦来产生能量。 主序星的质量决定了其核心的温度和压力，从而决定了核聚变反应的速度和持续时间。质量越大的恒星，其核聚变反应越剧烈，生命也就越短暂，但它们的光度也越强。恒星内部的能量通过辐射和对流的方式向外传递，最终在地表形成恒星的光芒。我们将详细阐述质子-质子链反应和CNO循环等主要的核聚变途径，分析恒星内部的能量传输机制，并探讨不同质量的主序星在其演化轨迹上的差异。 第四章：能量的舞蹈——恒星内部的结构与辐射 恒星并非一个均匀的球体，其内部存在着复杂的结构，包括核心、辐射区和对流区。在核心，核聚变反应持续不断地发生，产生能量。这些能量通过光子的形式，在辐射区缓慢地向外传播。而在对流区，物质会形成巨大的对流单元，将热量更有效地输送到恒星表面。 恒星的光度和颜色，也就是我们观测到的“恒星光谱”，正是这些内部能量传输和表面物理条件共同作用的结果。恒星的质量、年龄、化学组成等因素都会影响其光谱特征。通过分析恒星的光谱，天文学家可以推断出恒星的温度、大小、化学成分甚至运动速度。本章将深入剖析恒星内部的结构模型，探讨辐射和对流的物理过程，并介绍如何通过光谱学来揭示恒星的内在奥秘。 第五章：宇宙中的“季节”——恒星演化的后续阶段 当一颗恒星将其核心的氢燃料消耗殆尽时，它便进入了主序星之后的演化阶段。这个阶段的特征取决于恒星的初始质量。 低质量恒星（如太阳）：在耗尽核心氢后，恒星会膨胀成为红巨星。核心收缩，温度升高，开始进行氦聚变，将氦聚变成碳和氧。之后，恒星会外层物质抛射出去，形成行星状星云，而核心则坍缩成为一颗白矮星。 高质量恒星：质量更大的恒星拥有更炽热的核心，能够进行更高级的元素聚变，从碳、氧一直到铁。然而，当核心物质达到铁时，核聚变便不再释放能量，反而需要消耗能量。此时，恒星的核心会发生灾难性的坍缩，引发一场剧烈的超新星爆发。超新星爆发是宇宙中最壮观的事件之一，它不仅能够产生比整个星系还要明亮的光芒，还将恒星内部合成的重元素抛洒到宇宙空间，为下一代恒星和行星的形成提供了宝贵的原材料。 我们将详细探讨红巨星、渐近巨星支星、白矮星、中子星和黑洞等各种恒星演化终末态的形成过程，解析超新星爆发的物理机制，并强调这些过程在宇宙元素富集和演化中的关键作用。 第六章：星系中的生命之泉——物质循环与宇宙演化 恒星的生与灭并非孤立的事件，它们构成了一个宏大的宇宙物质循环系统。通过核聚变，恒星将轻元素转化为重元素，并通过超新星爆发等方式将这些元素播撒到星际空间。这些富含重元素的物质会重新聚集，形成新的分子云，进而孕育出新一代的恒星和行星系统。 我们所处的地球，以及构成我们身体的各种元素，都曾经是某个恒星内部的“组成部分”。因此，恒星的演化直接关系到宇宙的化学演化，也深刻地影响着生命存在的可能性。理解恒星的生命周期，就是理解宇宙物质循环的规律，从而更深刻地认识宇宙的过去、现在和未来。本章将整合前面章节的内容，将恒星的演化置于更宏大的星系和宇宙演化背景下进行考察，强调恒星在宇宙物质循环和化学演化中的不可替代的作用。 本书旨在通过对恒星诞生、成长、衰亡以及其内部物理过程的全面梳理，为读者构建一个关于恒星演化的完整图景。它并非仅仅局限于某个理论模型或某个特定现象，而是试图通过揭示恒星生命周期中的驱动力，来展现宇宙物质在引力、核力等基本规律下的壮丽舞蹈。这其中，虽然物质的聚集与落入（即广义上的吸积）是恒星形成和增长的重要过程，但本书更侧重于阐述在其背后更深层次的物理机制——核聚变所释放的能量，以及它如何与引力共同塑造恒星的命运，最终驱动着整个宇宙的演化。

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翻开这本书时，我原本以为会面对又一本枯燥乏味的教科书，但事实证明我的担忧是多余的。作者的叙述风格充满了活力和一种对未知世界的好奇心，这让原本可能非常晦涩的物理过程变得引人入胜。比如，书中对如何利用观测数据来反推吸积盘的真实物理状态的讨论，简直是侦探小说般的精彩。它没有停留在纯粹的理论构建上，而是紧密地联系着射电、X射线乃至伽马射线望远镜的实际观测结果。我尤其喜欢它对“不稳定性和时变性”的专题处理，那部分内容清晰地展示了吸积系统是如何从稳定状态跃迁到爆发性事件的，那些关于“热不稳定性”和“边缘驱动不稳定性”的描述，配以形象的比喻，让复杂概念变得异常直观。阅读的过程中，我感觉自己仿佛置身于一个高能天体物理实验室，亲眼见证着物质在极端引力作用下的命运。对于那些希望将理论知识与前沿观测成果相结合的学习者来说，这本书的实践指导意义是无可替代的。

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这本关于天体物理学中的“吸积”过程的书籍，对我来说简直是一场学术的盛宴。从头到尾，作者都展现出了对这个复杂主题的深刻洞察力。我尤其欣赏它对理论框架的构建方式，从最基础的流体力学原理出发，逐步深入到等离子体物理和辐射过程的精妙结合。书中对不同尺度上吸积现象的描述，无论是围绕黑洞和中子星的极端环境，还是在恒星形成区域的温和过程，都处理得恰到好处。那些详细的数学推导，虽然一开始让人望而生畏，但一旦跟上作者的思路，就会发现每一步都是通往更深层次理解的阶梯。特别是关于磁场如何影响吸积盘结构和物质输运的章节，简直是教科书级别的阐述。我发现自己经常停下来，反复阅读那些关于垂直磁场限制效应的讨论，那份严谨性令人印象深刻。这本书无疑为那些希望在这一领域打下坚实基础的研究生和资深研究人员提供了无价的资源，它不仅仅是知识的堆砌，更是一种思考方式的引导，让人学会如何系统地剖析宇宙中物质汇聚的宏大叙事。

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这本书的排版和插图设计，在如此严肃的学术著作中，算得上是难得的典范。印刷质量极高，图表的清晰度完全满足了对细节的苛刻要求。更重要的是，作者在组织内容时，似乎有一种强烈的内在逻辑驱动力，使得阅读体验非常流畅。他们巧妙地在不同章节之间设置了“桥梁”，比如在讨论完年轻恒星吸积后，会自然而然地过渡到活跃星系核（AGN）中的超大质量黑洞吸积，从而展示了物理定律在不同尺度上的普适性。这种结构上的连贯性，极大地增强了学习的效率，避免了知识点的零散和碎片化。此外，书中对各个物理过程的假设条件和适用范围的讨论极为审慎，从不轻易给出绝对化的结论，总是提醒读者“在特定物理条件下，此模型最为适用”。这种严谨的学术态度，潜移默化地训练了读者批判性思考的能力，让人在吸收知识的同时，也能学会质疑和验证，是培养未来科学家不可多得的优质教材。

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坦白说，这本书的难度系数相当高，它不是那种可以在咖啡馆里轻松阅读的“科普读物”。它要求读者具备扎实的数学基础和对经典物理学的深刻理解。然而，正是这种对深度的坚持，使得它在同行中脱颖而出。我特别欣赏作者在处理数值模拟结果和解析解之间的权衡艺术。当解析解无法描述真实复杂性时，书中没有回避，而是详细介绍了不同数值方法的优势和局限性，以及它们如何影响我们对物理图像的解读。书中对数值模拟结果的图表展示非常精妙，那些色彩鲜明的流场图和温度分布图，比任何文字描述都更能震撼人心，它们直观地展示了湍流、剪切和磁场缠绕的威力。对于那些打算从事高精度数值模拟工作的研究人员来说，书中对边界条件设置和网格选择的讨论，绝对是宝贵的经验之谈，这部分内容往往在标准教科书中被刻意简化，但在这里却被详尽地剖析了，体现了作者的良苦用心和专业态度。

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这本书的广度令人咋舌，它成功地将原本分散在不同专业领域（如流体力学、核物理、辐射传输）的知识点编织成一张完整的网，专门用于解析“吸积”这一核心现象。我最欣赏的是其对历史发展的尊重与创新精神的结合。书中不仅回顾了早期关于薄盘理论的奠基性工作，同时也投入了大量的篇幅来探讨近年来新兴的、基于高分辨率模拟的复杂磁流体力学（MHD）模型。这种对时间轴的把握，使得读者能够理解当前研究是如何建立在前人智慧之上的。对于初次接触这个领域的人来说，结构清晰的章节划分起到了极好的导航作用；而对于资深学者而言，书中引用的那些晦涩的、来自不同期刊的最新成果的综合梳理，也极大地节省了他们查阅文献的时间。总而言之，它提供了一个既全面又深入的“全景图”，让人对吸积物理学的全貌有一个宏观而精准的把握，是那种可以放在案头随时翻阅的参考巨著。

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