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出版者:

作者:McLean, Ian S.

出品人:

页数:592

译者:

出版时间:2008-6

价格:$ 111.87

装帧:

isbn号码:9783540765820

丛书系列:

图书标签:

• 天文学
• 电子成像
• 图像处理
• 观测技术
• 天文仪器
• 数据分析
• 光学
• 传感器
• 望远镜
• 天体物理学

凝聚前沿：行星科学与任务设计 本书深入探讨了当代行星科学研究的核心挑战、尖端探测技术以及复杂空间任务的设计与执行，为读者构建了一幅从理论到实践的宏大图景。 --- 第一部分：行星系统的起源、演化与结构（The Genesis and Architecture of Planetary Systems） 本部分聚焦于理解太阳系及系外行星系统的形成机制、内部结构和大气动力学，强调观测数据与理论模型的紧密结合。 第一章：星际介质与原行星盘的物理化学（Interstellar Medium and Protoplanetary Disk Physics） 本章首先梳理了星际分子云的密度波动、湍流运动以及磁场对初始物质聚集的约束作用。重点分析了化学冷凝序列在不同温度梯度下的变化，尤其关注水冰线的迁移及其对后续行星形成区域的决定性影响。随后，深入探讨了毫米波和亚毫米波射电观测如何揭示原行星盘中的化学成分梯度和尘埃的聚集过程，为后续章节中关于小行星带和柯伊伯带天体的物质来源提供了基础。 第二章：岩石行星的增生与分异（Accretion and Differentiation of Terrestrial Planets） 本章详细阐述了微重力环境下的尘埃颗粒如何通过粘附、碰撞形成“碎屑盘”（Planetesimals），并最终通过巨引力不稳定性或渐进式吸积形成固态内核。着重分析了地球、火星和金星的早期热演化模型，包括铁镍核的分异过程、地幔对流的启动机制，以及早期撞击事件（如月球形成事件）对行星表面结构和角动量的深远影响。书中引入了高压矿物物理学的最新成果，用以解释行星内部深处的物态变化。 第三章：巨行星的大气环流与内部结构（Atmospheric Dynamics and Internal Structure of Gas and Ice Giants） 本部分是关于气态巨行星（木星、土星）和冰巨星（天王星、海王星）研究的基石。我们不仅回顾了朱诺号（Juno）和卡西尼号（Cassini）任务的关键发现，还深入剖析了其复杂的气象学现象，例如木星的带状结构、臭氧层的形成机制以及土星环的微观动力学。在内部结构方面，本章采用高精度重力场测量数据，建立了关于液态金属氢层厚度、氦沉降现象和可能存在的“熔融冰层”的理论模型，并讨论了这些结构如何影响行星的磁场生成机制。 第四章：系外行星的发现、表征与宜居性评估（Exoplanet Detection, Characterization, and Habitability Metrics） 本章侧重于系外行星研究的最新进展，涵盖了凌日法（Transit Method）与视向速度法（Radial Velocity Method）的最新数据处理技术。特别关注了詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）在获取系外行星大气光谱方面的突破，分析了如何通过水蒸气、甲烷和二氧化碳的吸收特征来推断行星的形成历史和气候状态。宜居性评估部分引入了“恒星活动对宜居性的影响因子”，讨论了耀斑爆发对近地系外行星的潜在剥离效应，并提出了超越“液态水带”的新型生命支持环境模型。 --- 第二部分：先进空间任务设计与探测技术（Advanced Space Mission Design and Enabling Technologies） 本部分将焦点转向如何将理论知识转化为实际的太空探测能力，详细阐述了当前和未来深空任务在导航、推进、科学仪器集成和数据回传方面面临的工程挑战。 第五章：深空导航、制导与控制（Deep Space Navigation, Guidance, and Control Systems） 执行行星际任务对导航精度要求极高。本章详细描述了行星际轨道修正（TCM）策略，包括如何利用行星引力辅助（Gravity Assist）进行高效的燃料优化。对深空网络（DSN）的延迟容忍通信协议和自主导航系统（Autonomous Navigation）进行了深入分析，特别是光线导航（Optical Navigation）技术在接近未知天体时的应用，以及如何利用星敏感器和激光雷达（LiDAR）实现对轨道器和着陆器的实时姿态控制。 第六章：未来推进系统：从化学燃料到电动力（Propulsion Systems: From Chemical Rockets to Electrodynamics） 本章对比分析了高推重比的化学火箭与高比冲的先进推进技术。详细介绍了霍尔效应推进器（Hall Thrusters）和离子推进器的工作原理、效率曲线及其在延长任务寿命方面的优势。此外，书中还探讨了极具潜力的核热推进（NTP）和太阳帆（Solar Sails）技术，并对其在快速抵达外太阳系目标（如天王星或柯伊伯带天体）时的可行性进行了量化评估。 第七章：原位资源利用（ISRU）与长期驻留技术（In-Situ Resource Utilization and Long-Term Habitation） ISRU是实现人类重返月球和登陆火星的关键技术。本章详细研究了月壤风化层（Regolith）中氧气和水冰的提取工艺，包括微波加热法和还原焙烧法。针对火星任务，重点分析了利用萨巴蒂埃反应（Sabatier Reaction）从火星大气中生产甲烷燃料和氧气的过程。此外，本章还涉及了辐射防护材料的开发，以及闭环生命支持系统（CELSS）的构建，以保障宇航员在目标天体上进行数年的科学考察活动。 第八章：行星保护与样本返回任务的伦理与工程（Planetary Protection and Sample Return Mission Ethics and Engineering） 样本返回任务（如OSIRIS-REx和未来火星样本返回）对地球生物圈构成了潜在风险。本章详细阐述了COSPAR制定的行星保护准则，并区分了V级（高风险）和IV级（中等风险）任务的生物净化要求。在工程方面，重点剖析了样本采集容器的气密性设计、无菌封装技术，以及返回舱在大气再入过程中的热防护和着陆精度控制，确保样本的科学完整性不受环境污染。 --- 结语：跨学科融合的未来图景 本书的最终目标是强调，现代行星科学已不再是孤立的学科，而是依赖于材料科学、先进计算建模、精密工程学和天体化学的深度融合。成功的任务设计需要对天体目标具备深刻的理解，并能以前瞻性的技术预见并克服深空环境的极端挑战。本书旨在为从事航天工程、行星地质学以及天体物理学研究的学者和学生提供一个综合性的知识框架。

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