Molecular collisions in the interstellar medium星际物质的分子碰撞 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Flower, David

出品人:

页数:187

译者:

出版时间:2007-3

价格:1157.00元

装帧:

isbn号码:9780521844833

丛书系列:

图书标签:

• 星际介质
• 分子碰撞
• 天体化学
• 碰撞过程
• 气体动力学
• 化学反应动力学
• 天文学
• 物理学
• 分子物理
• 稀薄气体动力学

《星际尘埃的化学演化》 本书深入探讨了宇宙最冷、最稀疏区域——星际介质（ISM）中，微小尘埃颗粒如何经历复杂的化学变化。从气体原子和分子附着到尘埃表面，到在这些微小“反应器”中形成更复杂的有机分子，本书为我们揭示了星际物质化学演化的一个关键侧面。 一、星际尘埃的起源与性质 在深入研究化学演化之前，首先需要理解星际尘埃本身。本书将追溯尘埃颗粒的起源，包括它们在恒星演化晚期（如红巨星和超新星爆发）的形成过程，以及在星际介质中它们如何增长和受到影响。我们将审视尘埃颗粒的物理和化学性质，包括： 组成： 讨论硅酸盐、碳质（如石墨、无定形碳）以及混合型尘埃颗粒的相对丰度，以及它们的光谱特征。 大小分布： 分析尘埃颗粒的大小分布如何影响其表面积、气体吸附能力以及对光的散射和吸收。 形状和结构： 探讨尘埃颗粒的形状和表面结构（如多孔性）对化学反应活性的潜在影响。 热学性质： 解释尘埃颗粒如何在星际介质的极低温度（10-20 K）下达到热平衡，以及它们如何被周围辐射场加热。 二、气体分子在尘埃表面的吸附与脱附 星际介质中的气体分子，如H, H₂, H₂O, CO, NH₃等，是化学反应的原始材料。本书将详细阐述这些分子如何在寒冷、低压的尘埃表面上聚集和反应。 吸附机制： 深入分析范德华力、静电力等弱相互作用如何将气体分子束缚在尘埃表面。研究吸附能的大小，以及不同分子对不同尘埃成分的亲和力。 表面扩散： 探讨吸附在表面的分子如何通过表面扩散在尘埃颗粒上移动，寻找反应伙伴。分析扩散速率与温度、表面覆盖度和表面粗糙度的关系。 脱附机制： 解释在何种条件下，已经吸附在尘埃表面的分子能够脱离表面返回气相。重点讨论： 热脱附： 由尘埃颗粒吸收辐射加热引起的脱附。 化学键合脱附（Chemical Bond Desorption）： 分子在表面形成化学键时释放的能量导致脱附。 光子诱导脱附（Photodesorption）： 紫外光子直接撞击吸附分子或尘埃表面，将分子踢出。 溅射脱附（Sputtering）： 高能粒子（如宇宙射线）撞击尘埃表面，导致吸附分子或表面原子被移除。 三、星际尘埃表面的化学反应 尘埃表面为气体分子提供了一个独特的反应环境，其温度低、密度高、表面积大，极大地促进了许多在气相中难以发生的反应。 非对称氢化（Non-Thermal Hydrogenation）： 这是星际化学中最基础也是最重要的过程之一。本书将详细介绍氢原子如何通过“碰撞-注入”或“扩散-捕获”机制吸附到尘埃表面，并在表面扩散找到其他氢原子形成H₂。H₂的形成是星际介质冷却和形成分子云的关键步骤，同时H₂的形成热也可能有助于其他吸附分子的脱附。 冰层化学（Ice Chemistry）： 随着吸附分子的不断积累，会在尘埃表面形成一层“冰”。本书将分析不同分子（如H₂O, CO, CO₂, NH₃, CH₃OH等）如何在冰层中结合，形成更复杂的分子。 原子与分子的反应： 例如，O原子在冰层中与H₂O反应生成HO₂，再进一步反应。N原子与CO反应生成H₂NCO，这是形成氨基甲酸的初步步骤。 自由基的形成与反应： 在紫外光照射下，冰层中的分子可能发生解离，产生自由基。这些自由基具有高反应活性，能够在低温下与其他粒子反应，形成新的分子。 非对称合成（Non-Symmetric Synthesis）： 探讨在冰层中，通过自由基反应，合成更复杂的有机分子，如甲醇(CH₃OH)、乙醇(C₂H₅OH)以及潜在的糖和氨基酸的前体。 表面催化： 尘埃表面本身可以作为催化剂，降低反应的活化能，促进某些反应的进行。本书将讨论不同类型的尘埃成分（硅酸盐 vs. 碳质）对不同反应的催化效率差异。 四、复杂有机分子的形成与演化 本书将重点关注尘埃表面化学在复杂有机分子（COMs）形成中的作用。COMs被认为是生命起源的关键前体。 COMs的定义与重要性： 解释COMs的定义（通常指具有至少六个原子的分子，且碳原子数大于或等于1），以及它们在星际分子光谱和行星形成中的意义。 可能的形成途径： 详细分析通过自由基重组、原子加成等途径，在低温冰层中逐步构建碳链和官能团，最终形成如乙醛(CH₃CHO)、乙酸(CH₃COOH)、甘油醛(C₃H₆O₃)等分子的可能路径。 脱附与输运： 讨论这些新形成的COMs如何脱离尘埃表面，并被输送到星际空间，或者被吸积到原行星盘中，为年轻恒星周围行星的形成提供原材料。 五、观测证据与理论模型 本书将结合最新的天文观测数据和理论模型，验证上述化学过程。 红外和亚毫米观测： 分析来自星际尘埃、分子云和原行星盘的红外和亚毫米光谱，识别出冰层成分和气相中复杂分子的存在。 射电观测： 利用射电望远镜检测星际分子，特别是CO及其同位素，以及其他具有代表性的有机分子，从而推断化学反应的速率和过程。 实验室模拟： 介绍科学家在实验室中模拟星际尘埃表面化学反应的实验方法，例如在低温真空中模拟尘埃表面，并用气体分子轰击，以研究吸附、扩散和反应动力学。 理论化学模型： 讨论用于模拟星际化学演化的计算模型，包括气相化学模型和表面化学模型，以及它们如何结合起来解释观测到的分子丰度。 六、星际化学在宇宙生命起源中的角色 最后，本书将探讨星际尘埃表面的化学演化对于理解宇宙中生命起源的可能性有何意义。 生命前体分子的形成： 讨论在星际介质中，通过尘埃表面的化学反应，是否能够形成构成生命所必需的基本分子，如氨基酸、核苷酸的构件。 行星形成与化学： 分析这些有机分子如何被输送到年轻行星及其卫星上，以及它们在早期行星形成过程中扮演的角色。 “种子”传播的可能性： 探讨星际尘埃作为有机分子载体的作用，以及它们是否能够将构成生命的“种子”播撒到不同的星系和行星系统中。 《星际尘埃的化学演化》旨在为天文学家、化学家、物理学家以及对宇宙奥秘感兴趣的读者提供一个全面而深入的视角，揭示在冰冷黑暗的宇宙深处，微小的尘埃颗粒如何成为复杂分子合成的温床，并可能在宇宙生命起源的宏大叙事中扮演着至关重要的角色。

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从叙事风格上讲，这本书的作者似乎有一种近乎诗意的笔触，特别是在描述那些极端物理条件下的分子行为时。他没有将星际空间仅仅视为一个空旷的容器，而是将其描绘成一个充满微妙动态平衡的反应室。阅读时，我能感受到他对宇宙中**“秩序”与“混沌”**之间微妙博弈的迷恋。例如，他用了一段很长的篇幅来探讨在冲击波（Shock Waves）边缘，由剧烈碰撞引发的局部热点如何瞬间改变一个区域的分子丰度，这种描写充满了画面感。他仿佛是一位技艺精湛的指挥家，引导我们观察数百万年来在引力、辐射和粒子流共同作用下，分子云如何从简单的H2和CO，逐步演化成具有复杂结构的气体。这种文学性的表达，极大地降低了对高深物理的畏惧感，让原本冰冷的物理定律充满了生命力。它更像是一部优美的科普散文集，而非冷冰冰的学术专著。

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说实话，我对这本书的期望值本来是相当高的，毕竟这个领域的研究成果往往决定了我们对宇宙化学的理解深度。但坦白地说，我发现书中关于**星际介质（ISM）中复杂有机分子（COMs）形成机制**的讨论，显得有些过于保守和传统。例如，在处理硅酸盐和碳尘粒表面催化反应的章节，作者似乎更倾向于引用几十年前建立的模型，对于近十年新兴的冰层扩散模型和非热反应路径的最新进展，着墨不多。这使得书中关于“生命前体”的讨论，在最新的学术前沿上略显滞后。当然，基础原理的阐述依然扎实，尤其是在描述不同激发的碰撞导致的激发态寿命和弛豫过程时，逻辑链条是无懈可击的。但是，如果读者，比如我这样一直关注该领域动态的研究者，期望从中找到对当前争议性热点问题（比如氢分子在冷尘核中的精确生成效率）的突破性见解，可能会感到一丝意犹未尽。这本书更像是一本高质量的教科书的增补版，而非一次颠覆性的综述。

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这部书的封面设计相当引人注目，那种深邃的宇宙背景和精确的分子结构图的结合，立刻抓住了我的眼球。我原本以为这会是一本专注于纯理论物理的艰深著作，毕竟“分子碰撞”这个主题本身就带着一种冷峻的科学色彩。然而，当我翻开第一章时，我发现作者的叙事方式远比我想象的要生动和富有洞察力。他巧妙地将复杂的量子力学原理，通过一系列生动的类比和历史性的回顾，娓娓道来。比如，他描述了早期射电天文学家如何首次捕捉到遥远星云发出的特定谱线信号，那种发现的兴奋感几乎要穿透纸面。我特别欣赏作者对不同温度和密度环境下，碰撞截面变化细节的深入剖析，这不仅仅是数据的堆砌，更像是对宇宙尺度下化学反应驱动力的哲学思考。阅读过程中，我时常会停下来，想象那些在绝对零度附近发生的、决定恒星和行星形成命运的微小量子事件，这种沉浸式的体验是很多同类书籍难以提供的。整体而言，这本书成功地架设了一座桥梁，连接了实验室里的精确计算与星际空间中宏大的演化过程，让一个非专业人士也能领略到天体物理之美。

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我对本书的结构组织给予高度评价，它遵循了一种非常清晰的“由简入繁，由近及远”的逻辑线索。开篇从最基础的双原子分子碰撞动力学入手，逐步过渡到三体碰撞的复杂性，再将这些基础知识应用于实际的天体物理场景——比如原恒星盘和致密分子云核心。这种层层递进的结构，确保了读者在没有扎实先验知识的情况下，也能稳步跟上作者的思路。更值得称道的是，作者在章节末尾精心设置的“未解之谜与未来方向”小节，这部分内容为我后续的研究指明了几个非常具体的方向。他没有仅仅停留在介绍已知现象，而是毫不避讳地指出了当前理论模型在解释某些观测数据（例如，特定CH+谱线的异常丰度）时的局限性。这种坦诚和对科学前沿的指引，让这本书的实用价值远超一般的综述文献。它不仅仅是知识的传递者，更是思维的激发者。

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这本书的排版和图表质量堪称一流，这一点必须点赞。在涉及光谱数据和碰撞能级图示的章节，清晰度和分辨率都达到了专业出版物的最高标准。尤其是那些用彩色等高线图展示的势能面（Potential Energy Surfaces），它们不仅直观地揭示了反应活化能的分布，还通过精妙的色彩运用，暗示了能量的分布和转化效率，这对于理解宏观化学结果背后的微观机制至关重要。我记得有一张图，对比了氦原子和氢分子对水分子转动能级碰撞激发效率的差异，那种细微但关键的不同，通过图表的对比，一目了然，比纯文字描述要有效得多。唯一美中不足的是，书中对**数值模拟方法**的介绍相对简略。虽然作者详述了物理过程，但对于如何将这些理论转化为可运行的计算机程序（例如，如何高效地在有限元网格中求解薛定谔方程的演化），缺乏深入的技术讨论，这对于希望从事计算天体化学研究的读者来说，可能是一个遗憾。

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