天體物理概論

前言

2008年是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)建校五十周年。為了反映五十年來辦學(xué)理念和特色，集中展示教材建設(shè)的成果，學(xué)校決定組織編寫出版代表中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教學(xué)水平的精品教材系列。在各方的共同努力下，共組織選題281種，經(jīng)過多輪、嚴格的評審，最后確定50種入選精品教材系列。1958年學(xué)校成立之時，教員大部分都來自中國科學(xué)院的各個研究所。作為各個研究所的科研人員，他們到學(xué)校后保持了教學(xué)的同時又作研究的傳統(tǒng)。同時，根據(jù)“全院辦校，所系結(jié)合”的原則，科學(xué)院各個研究所在科研第一線工作的杰出科學(xué)家也參與學(xué)校的教學(xué)，為本科生授課，將最新的科研成果融入到教學(xué)中。五十年來，外界環(huán)境和內(nèi)在條件都發(fā)生了很大變化，但學(xué)校以教學(xué)為主、教學(xué)與科研相結(jié)合的方針沒有變。正因為堅持了科學(xué)與技術(shù)相結(jié)合、理論與實踐相結(jié)合、教學(xué)與科研相結(jié)合的方針，并形成了優(yōu)良的傳統(tǒng)，才培養(yǎng)出了一批又一批高質(zhì)量的人才。學(xué)校非常重視基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)的傳統(tǒng)，也是她特別成功的原因之一。當今社會，科技發(fā)展突飛猛進、科技成果日新月異，沒有扎實的基礎(chǔ)知識，很難在科學(xué)技術(shù)研究中作出重大貢獻。建校之初，華羅庚、吳有訓(xùn)、嚴濟慈等老一輩科學(xué)家、教育家就身體力行，親自為本科生講授基礎(chǔ)課。他們以淵博的學(xué)識、精湛的講課藝術(shù)、高尚的師德，帶出一批又一批杰出的年輕教員，培養(yǎng)了一屆又一屆優(yōu)秀學(xué)生。這次入選校慶精品教材的絕大部分是本科生基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課的教材，其作者大多直接或間接受到過這些老一輩科學(xué)家、教育家的教誨和影響，因此在教材中也貫穿著這些先輩的教育教學(xué)理念與科學(xué)探索精神。

內(nèi)容概要

　　《普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材·中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精品教材：天體物理概論（彩色修訂版）》的內(nèi)容定位為介紹天文學(xué)和天體物理的基本概念和基本研究方法。對本專業(yè)的同學(xué)來說，這些基本概念、方法是進一步學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程（如恒星物理、星系天文學(xué)、相對論天體物理及宇宙學(xué)等）的基礎(chǔ)，并有助于他們在今后的學(xué)習(xí)時有一個全局的視野。對于非專業(yè)的同學(xué)，也可以達到擴展跨學(xué)科的視野、提高自身科學(xué)素質(zhì)的目的，有助于建立科學(xué)正確的宇宙觀，了解人類認識宇宙的歷史和探索精神，并從人類研究遙遠宇宙天體的科學(xué)方法中得到啟發(fā)和借鑒，對自己在其他專業(yè)的學(xué)習(xí)和研究有所幫助?！　　镀胀ǜ叩冉逃笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材·中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精品教材：天體物理概論（彩色修訂版）》所用到的物理知識主要是大學(xué)普通物理，極少數(shù)必須涉及理論物理（四大力學(xué)）和廣義相對論的地方也只簡單地引用結(jié)論，不做詳細推導(dǎo)，故具有普通物理基礎(chǔ)的讀者學(xué)習(xí)起來不會感到困難?！镀胀ǜ叩冉逃笆晃濉眹壹壱?guī)劃教材·中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)精品教材：天體物理概論（彩色修訂版）》注意把天文學(xué)和天體物理學(xué)發(fā)展史上的主要事件結(jié)合到課程內(nèi)容之中介紹，使讀者能夠比較生動、具體地了解人類對宇宙奧秘的艱苦探索過程。在側(cè)重基礎(chǔ)的同時，對一些前沿熱門問題也進行了適當?shù)慕榻B和討論，讀者可以根據(jù)自己感興趣的程度對這些內(nèi)容進行取舍。

作者簡介

向守平，男，教授，博士生導(dǎo)師，1945年1月出生于湖南省吉首市，現(xiàn)為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)天體物理中心教授、博士生導(dǎo)師。曾任中國科大教務(wù)處處長，天文與應(yīng)用物理系主任。兼任國家教委第二屆高等學(xué)校理科物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指委員會天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)組成員。1968年畢業(yè)于北京大學(xué)技術(shù)物理系。1981年研究生畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)天體物理中心，獲碩士學(xué)位。1993年獲瑞士巴塞爾大學(xué)博士學(xué)位。1995年晉升教授，博士生導(dǎo)師。于2007年獲安徽省“第三屆高等學(xué)校省級教學(xué)名師”榮譽稱號?？蒲蓄I(lǐng)域為宇宙學(xué)與相對論天體物理，至09年已在國際國內(nèi)重要學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文數(shù)十余篇。主要研究方向為宇宙暗物質(zhì)與宇宙大尺度結(jié)構(gòu)。80年代早期與合作者一起提出的“冷熱暗物質(zhì)混合模型”，得到國際同行的廣泛引用，是國際上該模型的最早提出者。長期從事基礎(chǔ)課教學(xué)工作，主講過力學(xué)，熱學(xué)，原子物理等本科生課程和天體物理概論，核天體物理學(xué)等研究生課程，教學(xué)效果得到廣泛好評。編寫過《理論力學(xué)》、《力學(xué)與理論力學(xué)》、《天體物理概論》等書籍。并翻譯過一定科學(xué)書籍，其中與愛爾蘭籍江濤教授合譯的《第一推動叢書.時間之箭》一書，先后在臺灣和內(nèi)地出版并暢銷，該書被評為1994年度湖南省“五個一工程”優(yōu)秀作品，以及《引力與時空》等書。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 天體物理學(xué)的研究對象1.1.1 太陽系1.1.2 恒星世界1.1.3 星系和星系團1.2 天體物理學(xué)的觀測方法簡介1.2.1 地面觀測1.2.2 空間望遠鏡1.2.3 空間飛船考察第2章 基本天體物理量及其測量2.1 星等2.1.1 視星等2.1.2 絕對星等2.1.3 光度2.2 溫度2.2.1 色指數(shù)與色溫度2.2.2 有效溫度2.3 光譜型2.3.1 天體光譜研究的開始與發(fā)展2.3.2 恒星光譜的分類2.3.3 不同光譜型譜線特征的成因2.4 赫羅圖2.5 變星2.5.1 脈動變星2.5.2 爆發(fā)變星2.6 天體距離的測定2.7 恒星質(zhì)量的測定2.7.1 雙星系統(tǒng)2.7.2 質(zhì)光關(guān)系2.7.3 位力定理2.8 恒星的年齡第3章 恒星的形成與演化3.1 恒星的形成階段3.1.1 星云坍縮的條件與金斯判據(jù)3.1.2 星云的快速收縮過程3.1.3 星云的慢收縮過程——原恒星階段3.2 主序星階段3.3 恒星結(jié)構(gòu)的基本方程3.4 積分定理（位力定理）3.5 主序后的演化3.5.1 小質(zhì)量恒星的演化1M8M3.6 超新星3.6.1Ⅰa型超新星3.6.2 Ⅱ型超新星3.6.3 中微子及其探測3.6.4 中微子的未解之謎3.6.5 超新星遺跡3.7 密近雙星的演化3.7.1 洛希等勢面3.7.2 密近雙星的演化3.7.3 幾種典型的最終演化結(jié)果3.8 引力波輻射第4章 致密星4.1 白矮星4.1.1 白矮星的質(zhì)量上限——錢德拉塞卡極限4.1.2 白矮星的結(jié)構(gòu)與冷卻4.2 中子星4.2.1 中子星的結(jié)構(gòu)4.2.2 中子星的自轉(zhuǎn)與磁場4.3 脈沖星4.3.1 脈沖星的發(fā)現(xiàn)——一個期待了30多年的結(jié)果4.3.2 脈沖星的觀測特征與理論模型4.3.3 脈沖星的距離測量4.3.4 有待進一步研究的問題4.4 黑洞4.4.1 引力半徑與視界4.4.2 引力紅移與時鐘變慢4.4.3 宇宙飛船向黑洞下落的過程4.4.4 克爾黑洞，彭羅斯過程和宇宙監(jiān)察猜想4.4.5 黑洞熱力學(xué)簡介4.4.6 黑洞量子力學(xué)簡介4.4.7 搜尋黑洞4.5 宇宙7射線暴第5章 星際物質(zhì)5.1 星際物質(zhì)的概況5.2 中性氫區(qū)(HI區(qū))與射電21cm譜線5.3 電離氫區(qū)(HⅡ區(qū))與斯特龍根球5.4 星際分子5.4.1 星際分子的發(fā)現(xiàn)5.4.2 星際分子的天體物理學(xué)意義5.4.3 天體分子脈澤第6章 星系6.1 星系的主要特征6.1.1 形態(tài)與分類6.1.2 星系質(zhì)量的測定6.1.3 旋渦星系和橢圓星系的“標準燭光6.1.4 銀河系的主要特征6.1.5 旋臂生成一一密度波理論6.2 活動星系與活動星系核6.2.1 活動星系的主要觀測特點6.2.2 活動星系核(AGN)的統(tǒng)一模型6.3 星系團和超星系團6.3.1 星系的大尺度成團結(jié)構(gòu)6.3.2 星系的大尺度本動速度6.3.3 星系團的X射線輻射6.4 星系的形成與演化6.4.1 單個星系的形成與演化概況6.4.2 星系的相互作用與并合第7章 宇宙學(xué)簡介

章節(jié)摘錄

第1章 緒論1.1 天體物理學(xué)的研究對象每當我們仰望群星璀璨、銀漢低垂的夜空，總會由衷地發(fā)出“感天地之遼闊、覺宇宙之無窮”的贊嘆，心中也會同時涌起對宇宙奧秘求知的渴望。偉大詩人屈原在他的不朽名篇《天問》中，就曾對天問道：遂古之初，誰傳道之？上下未形，何由考之？……斡維焉系？天極焉加？……九天之際，安放安屬？隅隈多有，誰知其數(shù)？天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？……這一連串的發(fā)問，集中反映了亙古以來我們祖先對宇宙之謎不倦的求索。我國古代寓言中“杞人憂天”的故事（“杞國有人，憂天地崩墜、身亡無寄，廢寢食者”），如果撇去其“庸人自擾”的貶義，從積極方面來說，也可以說是古代有識之士對宇宙演化結(jié)果的一種思考。當然，因為“杞人”只考慮了重力的垂直下落作用并認為宇宙以地球為中心，所以得出了我們今天看來十分荒謬可笑的結(jié)論。此外，眾所周知，無論在我國還是在西方，眾多神話（以及宗教）的產(chǎn)生，都來源于古代先民對壯麗的、既有規(guī)律也變幻多端的天象的贊美、恐懼、信服和崇拜。而人類自遠古時期就積累起來的對日月運行、晝夜交替、寒來暑往等現(xiàn)象的觀察和經(jīng)驗，促使了自然科學(xué)中天文學(xué)的首先誕生。按照我國目前的學(xué)科分類，天體物理學(xué)是天文學(xué)下屬的一個二級學(xué)科，此外的二級學(xué)科還有天體測量學(xué)和天體力學(xué)。天體測量學(xué)是天文學(xué)最古老的分支，它的主要任務(wù)是精確測定天體的位置和運動，建立基本坐標參考系，確定地面點的坐標以及提供精確的標準時間服務(wù)。天體力學(xué)主要研究天體運動的動力學(xué)問題，其理論基礎(chǔ)是牛頓力學(xué)（在高精度情況下需要應(yīng)用廣義相對論給出修正）。

編輯推薦

《天體物理概論(彩色版)》由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社出版。

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