Stellar Structure and Evolution (Astronomy and Astrophysics Library) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Rudolf Kippenhahn

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1994-08

价格:USD 74.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780387580135

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• 天体物理
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恒星的诞生、生命与死亡：宇宙演化中的宏伟篇章 一部深入探索恒星物理学核心的权威著作 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，剖析宇宙中最基本且最引人注目的结构——恒星——的完整生命周期。这不是一本仅仅罗列事实的教科书，而是一场导向理解恒星如何从星际介质中凝聚成型，如何在核心通过核聚变产生能量，并最终以壮丽或宁静的方式终结其存在的旅程的探索。我们将聚焦于驱动这些过程的物理机制、数学模型以及最新的观测证据。 第一部分：星际介质与恒星的起源 (The Cradle of Stars) 恒星的故事始于宇宙中弥漫的物质——星际介质（ISM）。本部分将细致考察星际介质的组成、结构和动力学，这是恒星形成（Star Formation）的原材料。 1.1 星际介质的结构与相态： 我们将区分冷致密分子云、温和的原子气体和炽热的电离气体。重点讨论分子云的物理性质，如密度谱、温度梯度以及磁场的耦合作用。理解这些初始条件的差异，对于解释不同质量恒星的形成路径至关重要。 1.2 引力不稳定性与云塌缩 (Gravitational Instability and Collapse)： 深入探讨了金斯不稳定性（Jeans Instability）作为启动大规模物质塌缩的关键判据。我们将推导金斯质量和金斯长度，并分析外部扰动（如超新星激波或螺旋臂的密度波）如何触发局部密度过高的区域开始向内塌缩。 1.3 原恒星阶段 (Protostellar Phase)： 一旦分子云开始塌缩，引力势能转化为热能，原恒星便诞生了。本章详述了从第一声子核心（First Hydrostatic Core）到真实原恒星的演化路径。重点分析了在中心天体周围形成的吸积盘（Accretion Disk）的作用，吸积过程如何决定了最终恒星的质量，以及双极外流（Bipolar Outflows）和喷流（Jets）在清除角动量和停止吸积中的关键角色。 1.4 迈向主序：对流与辐射的平衡： 随着核心温度和密度的升高，对流机制在能量传输中占据主导地位。我们将引入边界条件，描述星周包层（Circumstellar Envelope）的逃逸，直到恒星表面温度足够高，氢核聚变被点燃，恒星最终“点亮”并进入主序。 第二部分：恒星的“中年”：主序星的结构与能量 (The Main Sequence: Stability and Fusion) 主序星是宇宙中最普遍、最稳定的恒星类型。本部分致力于建立描述主序星内部结构的核心方程组，并探索不同质量恒星内部能量产生的差异。 2.1 结构方程的建立与求解： 详细推导描述恒星内部宏观平衡的四大基本方程：质量守恒（质量分布）、压力梯度（流体静力平衡）、能量传输（辐射与对流的有效性）和能量产生（核反应速率）。我们将讨论这些偏微分方程组的边界条件，并分析求解这些方程在不同区域（核心、辐射区、对流区）的必要性。 2.2 核聚变机制： 详细阐述驱动恒星发光发热的核反应。对于低质量恒星（如太阳），重点是质子-质子链（p-p Chain）；对于大质量恒星，则深入探讨碳氮氧循环（CNO Cycle）。我们将计算不同温度和密度下的反应截面和能量产率，从而精确量化核心的能量输出。 2.3 恒星演化轨迹与赫罗图 (Hertzsprung-Russell Diagram)： 恒星的质量是决定其在主序上位置的唯一参数。通过计算不同初始质量模型的演化轨迹，我们将解释HR图的结构，包括主序的斜率、恒星寿命（$ au propto M/L propto M^{-2.5}$）与质量的关系，以及对流区深度如何随质量变化。 2.4 太阳模型及其不确定性： 专门分析太阳的内部结构——一个对流核心、辐射包层和对流外层的分层结构。讨论太阳中微子实验提供的关键验证，以及太阳模型在金属丰度、对流边界处理等方面存在的当前挑战。 第三部分：离开主序：巨星阶段的剧变 (Leaving the Main Sequence: Giants and Instability) 当核心的氢燃料耗尽后，恒星的内部结构和外部表现将发生剧烈变化。本部分关注红巨星分支（RGB）、氦闪（Helium Flash）以及后续的演化路径。 3.1 氢壳燃烧与红巨星分支 (Red Giant Branch, RGB)： 分析核心的氦缩并如何触发围绕核心的氢壳燃烧。壳层燃烧的巨大能量输出导致恒星外层急剧膨胀和冷却，形成红巨星。讨论对流区向外延伸（“钻取”）如何清除恒星外层富含轻元素的物质。 3.2 氦闪与水平分支 (Helium Flash and Horizontal Branch)： 针对低质量恒星（$M < 2.2 M_{odot}$），详细描述简并核心中氦聚变的失控启动——氦闪。随后，恒星进入水平分支，核心稳定地燃烧氦气，生成碳和氧。讨论在水平分支上，恒星的演化受其质量损失历史的影响。 3.3 渐近巨星分支 (Asymptotic Giant Branch, AGB)： 核心氦耗尽后，恒星再次膨胀，进入AGB阶段，其特征是双壳层燃烧（氦壳和氢壳）。AGB星的脉动、热不稳定性（Thermal Pulses）和剧烈的质量损失（通过强烈的恒星风）是本章的重点。 第四部分：恒星的终结：白矮星、中子星与黑洞 (Stellar Death: Remnants and Collapse) 恒星生命的最后阶段，其命运完全取决于其初始质量。本部分是恒星演化理论中最具戏剧性的部分。 4.1 黯淡的遗迹：白矮星 (White Dwarfs)： 描述低质量恒星如何抛射外层形成行星状星云，留下一个由简并电子气体支撑的致密核心——白矮星。详细阐述钱德拉塞卡极限（Chandrasekhar Limit, $1.4 M_{odot}$）的物理意义，以及白矮星的冷却定律（范·道尔公式）如何用于测量其年龄。 4.2 质量的临界点：重子与超新星 (Core Collapse and Supernovae)： 针对大质量恒星（$M > 8 M_{odot}$），分析其从碳燃烧到铁核形成的过程。重点讨论铁核的形成是不可逆的终点，以及随后引力塌缩如何引发II型超新星爆发。我们将考察核心塌缩模型，包括中微子辐射的逃逸和激波的反弹机制。 4.3 极端致密天体：中子星与黑洞 (Neutron Stars and Black Holes)： 探讨超新星爆发后留下的残骸。对于质量介于白矮星和奥本海默-沃尔科夫极限（Oppenheimer-Volkoff Limit, 约 $2-3 M_{odot}$）之间的核心，分析中子简并压如何支撑中子星，讨论脉冲星的物理机制。最后，介绍引力坍缩完全突破临界点，形成事件视界的黑洞的理论基础，以及史瓦西半径的计算。 4.4 质量损失与化学演化： 本书最后总结恒星如何通过其生命周期，特别是通过超新星爆发和恒星风，将新合成的重元素（从碳到铁，以及通过 $r/s$ 过程形成的更重元素）注入星际介质，从而驱动下一代恒星和行星系统的化学丰度演化。 本书特色： 本书结合了经典理论物理学框架与现代数值模拟的结果，确保了对当前天体物理前沿的精确把握。丰富的数学推导和清晰的图表将帮助读者构建一个坚实的、具有预测能力的恒星结构模型。适合高年级本科生、研究生以及致力于恒星物理学研究的专业人士使用。

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这本书的价值不仅体现在其学术内容的深度，更体现在其激发读者探索未知的好奇心。《Stellar Structure and Evolution》让我对接下来的天文研究充满了期待。我会在阅读过程中不断地产生新的问题，并尝试在书中寻找答案，或者通过其他途径进行更深入的探究。作者在书中不时提及的一些前沿研究领域，例如恒星内部的非球对称性问题，以及极端条件下的核物理过程，都让我对未来的科学探索充满憧憬。这本书的最后一章，关于恒星演化对宇宙学的影响，更是为我打开了新的视野。

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这本书对于我来说，不仅仅是一本学习资料，更像是一扇通往宇宙奥秘的大门。作者以其渊博的学识和精炼的文笔，将那些遥远而抽象的恒星现象，变得触手可及。我常常会因为书中某个精彩的章节而沉浸其中，久久不能自拔。例如，关于不同质量恒星演化路径的对比，让我深刻体会到宇宙的多样性和复杂性。我也对书中关于恒星在行星系统形成中的作用的讨论印象深刻，这让我意识到，我们所处的地球，其存在本身就与一颗恒星的演化息息相关。

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《Stellar Structure and Evolution》的另一个突出优点是其内容的连贯性和逻辑性。作者从最基础的物理定律入手，逐步构建起一个完整的恒星物理学框架。我发现，书中对某个概念的解释，往往会贯穿到后续章节的论述中，形成一个紧密的知识网络。例如，在讨论恒星的核聚变反应时，作者会回顾之前介绍的温度和密度条件，并展望这些反应对恒星演化后期可能产生的影响。这种层层递进、环环相扣的叙述方式，使得我能够更清晰地把握恒星的整体演化过程。

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《Stellar Structure and Evolution》的另一个亮点在于其对各种观测手段和理论模型的结合。作者并没有局限于理论推导，而是花费了大量的篇幅来讨论如何通过天文观测来验证和完善恒星结构与演化的理论。我特别欣赏书中关于恒星大气参数测定方法，以及如何利用光度、温度和光谱等信息来反推恒星内部结构的部分。作者还详细介绍了不同类型的恒星模型，例如 the standard stellar evolution models，以及它们在解释不同观测现象上的优势和局限性。当我看到书中将理论预测与实际观测数据进行对比时，我仿佛能亲身感受到天文学家们在探索宇宙奥秘过程中的严谨与执着。

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这本《Stellar Structure and Evolution》确实是一本让我爱不释手、反复研读的经典之作。初次翻开它，就被其严谨的论证和深刻的洞察力所折服。作者在开篇就为我们勾勒出了恒星世界宏伟的图景，从最基础的物理定律出发，逐步构建起恒星的内部结构和演化历程。我特别喜欢其中对恒星形成机制的详细阐述，从巨大的分子云如何塌缩，到原恒星能量的来源，再到最终点燃核聚变的壮丽过程，每一个环节都描绘得淋漓尽致。书中对等离子体物理学的深入探讨，为理解恒星内部的高温高压环境提供了坚实的基础。我至今仍能清晰地回想起，作者如何巧妙地运用流体力学和热力学原理，推导出描述恒星物质传输和能量辐射的方程组，并详细解释了这些方程的物理意义。

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这本书最让我受益匪浅的一点在于其对数学工具的运用。作者并非生硬地堆砌公式，而是将每一个数学方程的由来和物理意义都解释得清清楚楚。我尤其喜欢书中关于流体静力学平衡和能量传输方程的推导过程，这些过程虽然复杂，但在作者的引导下，我竟然能够理解并掌握。通过对这些基本方程的理解，我能够更深入地剖析恒星内部的各种物理过程，例如对流、辐射和热传导等。这种理论与实践相结合的学习方式，极大地提升了我对恒星物理学的理解能力。

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《Stellar Structure and Evolution》为我提供了理解宇宙深层运作机制的钥匙。通过阅读这本书，我不再仅仅将恒星视为夜空中闪烁的光点，而是能够理解它们是活生生的、不断变化的宇宙实体。作者对于恒星内部能量平衡的深入剖析，以及对恒星磁场等非理想因素的考量，都展现了其思考的全面性。我特别喜欢书中关于恒星大气模型的部分，它为我理解我们如何通过观测恒星光谱来获取其物理信息提供了理论基础。

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读完《Stellar Structure and Evolution》后，我对恒星的生命周期有了全新的认知。书中所描述的恒星演化路径，从年轻的年轻主序星，到中年期的稳定燃烧，再到老年期的壮丽衰亡，每一个阶段都充满了令人惊叹的物理过程。我尤其对书中关于大质量恒星如何经历超新星爆发的章节印象深刻。作者详细解析了铁核的形成、中微子逃逸以及冲击波的传播，将这一宇宙中最具毁灭性的事件还原得触目惊心。同时，书中对红巨星阶段的细致描绘，包括氦闪的发生和元素合成的复杂过程，也让我对宇宙的物质来源有了更深层次的理解。作者并没有简单地罗列事实，而是通过严谨的数学推导和清晰的物理解释，引导读者一步步理解这些复杂现象背后的原理。

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这本书不仅仅是一本关于恒星的教科书，更像是一部宇宙演化的史诗。作者以宏大的视角，将恒星的诞生、生命和死亡融入到整个宇宙的演化进程中。我惊叹于书中关于星系形成和演化与恒星演化之间紧密联系的阐述。作者解释了，恒星的形成是星系演化的驱动力之一，而星系的碰撞和合并则会触发新一轮的恒星形成。更令人着迷的是，书中对宇宙化学演化的讨论，追溯了从宇宙大爆炸初期形成的轻元素，到恒星内部核聚变产生的重元素，再到超新星爆发将这些元素播撒到宇宙空间，最终构成我们所知的万事万物。

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《Stellar Structure and Evolution》的深度和广度令人惊叹。除了对恒星内部结构和演化的核心内容进行详尽解析外，书中还涉及了许多与恒星物理学紧密相关的领域。我至今还清晰地记得，作者是如何在介绍恒星演化晚期时，引入黑洞和中子星等致密天体的形成机制。这些极端的物理环境和奇特的现象，在书中得到了非常细致和科学的解释。作者的叙述风格既有学术的严谨，又不乏科普的趣味性，让我在学习专业知识的同时，也能感受到宇宙的奇妙与神秘。

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讲的还是蛮用心的

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