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出版者:

作者:Sullivan, Michael

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页数:791

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价格:0.00

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isbn号码:9780130914538

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《天体物理学导论：宇宙的结构与演化》 作者：[虚构作者姓名] 出版社：[虚构出版社名称] 定价：[虚构价格] --- 图书简介 一部全面、深入且引人入胜的本科/研究生入门教材，旨在为读者构建坚实的现代天体物理学基础。 《天体物理学导论：宇宙的结构与演化》 并非仅仅是对浩瀚宇宙现象的简单罗列，而是一部精心构建的知识体系，它将物理学的基本定律——从经典力学到量子场论的边缘——应用于解释从最小的恒星到最大的星系团的物理过程。本书的独特之处在于其对理论框架的严谨推导与对前沿观测结果的深度融合，致力于培养读者运用物理思维解决天体物理问题的能力。 第一部分：物理学基础与辐射过程 本书的开篇，我们首先回顾并强化了在研究宇宙时必不可少的基础物理学工具。这不仅仅是简单的公式回顾，而是将这些工具置于极端环境的背景下进行考察。 1. 辐射传输与光谱学： 宇宙中的信息几乎全部通过电磁辐射传递。本章详细阐述了黑体辐射的普朗克定律、辐射传输方程的推导及其在星际介质（ISM）中的应用。我们深入探讨了各种谱线形成机制（如激发、电离和复合），并展示如何利用这些谱线来精确测定恒星和气体云的温度、密度、化学丰度乃至运动速度。对多普勒效应和辐射勒达效应的细致分析，为后续的动力学研究奠定了基础。 2. 粒子物理与高能过程： 恒星的诞生、生命与死亡，本质上是核物理和粒子物理的宏大剧场。本部分详述了核反应截面、贝塔衰变和中微子物理在恒星内部的决定性作用。我们详细分析了氢聚变到碳、氧聚变等各个阶段的能量产生机制，并引入了弱引力透镜效应在探测暗物质方面的应用，为理解宇宙能量的终极来源提供了物理图景。 3. 等离子体物理与磁流体力学（MHD）： 宇宙中绝大多数物质处于等离子体状态。本章系统介绍了朗之万方程、德拜长度、等离子体波动以及磁场的演化。重点分析了阿尔芬波在恒星风和星际介质中的能量传输，以及磁重联在爆发性事件（如太阳耀斑和活动星系核喷流）中的核心地位。 第二部分：恒星的生命周期 本部分是全书的核心内容之一，通过物理模型来描绘恒星从形成到最终归宿的完整旅程。 4. 恒星的形成与初始条件： 恒星诞生于分子云的引力坍缩。本书精确推导了Jeans不稳定性判据，讨论了湍流、磁场和冷却机制如何影响云核的塌缩过程。我们详细考察了原恒星阶段的演化轨迹（如赫罗图上的初始主序前阶段），并对不同质量恒星的形成路径进行了比较。 5. 主序星与内能结构： 恒星的“中年”阶段由核心的核聚变支撑。我们建立了描述恒星内部结构的四大基本方程（质量守恒、力学平衡、能量传输和能量产生），并利用这些方程求解了简化的恒星模型，如放射性核心和对流外壳的结构。对泡利不相容原理在白矮星稳定中的作用也进行了详尽的阐述。 6. 恒星的终结与遗迹： 恒星的死亡取决于其初始质量。本书系统地分析了低质量恒星的渐近巨星分支（AGB）演化、行星状星云的形成。对于大质量恒星，则深入探讨了核合成的最后阶段、铁核的形成以及引发II型超新星的复杂机制。随后，对中子星的结构（包括夸克星的可能性）、脉冲星现象和黑洞的热力学性质（如霍金辐射的半经典处理）进行了深入探讨。 第三部分：银河系与星系演化 从单个恒星转向宏观结构，本部分着眼于星系尺度的动力学和结构形成。 7. 银河系动力学与结构： 本章运用牛顿引力和相对论框架，分析了星系盘、球状星系和核球的动力学平衡。通过对旋转曲线的观测分析，我们提出了暗物质的必要性，并详细探讨了暗物质晕的理论模型（如NFW剖面）。对盘星系中旋臂形成机制的各种理论（密度波理论与自激机制）进行了批判性比较。 8. 星系分类与星系群： 我们采用Hubble序列作为起点，但重点转向了星系的物理属性——颜色-星等图（CMG）、星族合成（SSP）模型以及气体分数。本书详尽分析了星系形态与环境之间的强关联性，包括星系并合、潮汐撕裂以及星系团核心的动态摩擦等过程如何塑造星系的多样性。 9. 活动星系核（AGN）与高能喷流： 报告了从射电星系、类星体到蝎虎座星变体的统一模型。通过对爱丁顿光度、吸积盘模型（如Shakura-Sunyaev薄盘模型）的推导，解释了超大质量黑洞如何驱动宇宙中最亮的天体。MHD喷流的发射机制是本章的难点与重点，结合观测证据，解释了伽马射线暴（GRBs）的起源。 第四部分：宇宙学——宇宙的整体图景 最后一部分将视野拓展至整个宇宙，探讨其起源、演化和最终命运。 10. 广义相对论与弗里德曼方程： 本章是现代宇宙学的数学基石。在简要复习狭义相对论的基础上，引入爱因斯坦场方程的简化形式——弗里德曼方程组。读者将学习如何利用观测到的物质密度、曲率和宇宙学常数来描述宇宙的膨胀历史。 11. 大爆炸模型与标准ΛCDM模型： 我们系统地阐述了大爆炸理论的四大支柱：宇宙膨胀（哈勃定律）、原始核合成（BBN）的元素丰度、宇宙微波背景辐射（CMB）的黑体谱。重点分析了CMB的各项异性，以及它如何约束了暴胀理论的参数。$Lambda$CDM模型（包含冷暗物质和暗能量）的物理图像和对当前观测的拟合能力被置于核心地位。 12. 暗能量与宇宙的未来： 本书的收官部分聚焦于当今宇宙学最大的谜团——暗能量。我们考察了对暗能量的各种候选理论（如宇宙学常数、标量场），并通过对Ia型超新星观测来确定宇宙加速膨胀的证据。最后，讨论了宇宙未来可能的命运，包括大撕裂、热寂或永恒膨胀等情景。 --- 本书特色： 严谨的数学推导： 每章均包含详尽的数学推导过程，确保读者理解物理模型而非仅是接受结论。 观测与理论的耦合： 结合了哈勃空间望远镜、詹姆斯·韦伯空间望远镜、盖亚任务以及LIGO/Virgo的最新观测数据，使理论与前沿研究保持同步。 丰富的习题设计： 章节末尾设计了从概念检验到复杂模型求解的阶梯式习题，极大增强了自学和课堂教学的效果。 《天体物理学导论：宇宙的结构与演化》 是一本面向物理学、天文学及工程学专业高年级本科生和初级研究生的标准参考书，旨在引领读者跨越经典物理的藩篱，深入探索当代天体物理学的核心奥秘。掌握本书内容，即是掌握了理解我们身处的宏大宇宙所需的全部物理语言。

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