Convection in Astrophysics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Kupka, Friedrich (EDT)/ Roxburgh, Ian (EDT)/ Chan, Kwing Lam (EDT)

出品人:

页数:550

译者:

出版时间:2007-6

价格:$ 186.45

装帧:HRD

isbn号码:9780521863490

丛书系列:

图书标签:

Astrophysics
Convection
Fluid Dynamics
Stellar Structure
Plasma Physics
Heat Transfer
Computational Astrophysics
Solar Physics
Stellar Evolution
Hydrodynamics

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具体描述

Convection is ubiquitous throughout the Universe, and during the last three decades it has become the largest factor of uncertainty in theoretical models of stars and in the interpretation of observations on the basis of such models. Recently, numerical simulations of convection have dramatically improved in their potential to take into account both the large scale properties of the flow itself and the microphysical properties of the fluid. Observations have become accurate enough to provide stringent tests for both numerical simulations and models of convection. IAU S239 was held to further understanding of convection, bringing together leading researchers in solar and stellar physics, the physics of planets, and of accretion disks. With reviews, research contributions, and detailed recordings of plenary discussions, this book is a valuable resource for professional astronomers and graduate students interested in the interdisciplinary study of one of the key physical processes in astrophysics.

恒星的呼吸：内部动力学与辐射的壮阔交响一部聚焦于恒星内部复杂物理过程的深度研究专著本书并非探讨天体物理学中某一特定传热机制——对流在天体结构中的具体体现，而是旨在构建一个更为宏大且基础的框架，深入剖析恒星（从主序星到死亡遗迹）生命周期中驱动其演化、决定其光度和寿命的核心动力学机制。我们探究的是支撑恒星“生命”的根本物理定律，那些支配着引力塌缩、核能释放、辐射场构建以及物质输运的底层原理。本书的核心叙事围绕着引力、热力学平衡、核物理反应速率、辐射场演化以及由此衍生的宏观结构稳定性展开。它面向高阶本科生、研究生以及专业天体物理研究人员，力求在理论深度和物理直观性之间取得平衡，引导读者超越现象描述，直达驱动恒星行为的根本方程组。第一部分：结构的基础：引力和热力学的不朽平衡本部分奠定研究恒星结构所必需的数学和物理基础。我们首先从流体静力学平衡方程 (The Equation of Hydrostatic Equilibrium) 入手，详细阐述了恒星如何通过内部压力梯度与自身引力场进行精确的抗衡。这不仅仅是简单的力学平衡，更是引力对物质施加的持续压缩与热运动（由温度决定的压力）进行抗衡的动态体现。我们将深入探讨： 1. 理想气体与真实气体：在不同密度和温度环境下，恒星内部物质的压力方程状态 (Equation of State, EOS) 如何偏离理想气体模型。对简并态物质（白矮星和中子星的前驱物理）的量子力学修正，特别是电子简并压的引入，将作为后续高密度天体物理的基石。 2. 能量守恒与热力学：我们将严谨推导能量传输方程 (The Energy Conservation Equation)，它揭示了恒星内部能量是如何产生（核聚变）、如何传播（辐射、导热或对流，尽管本书侧重非对流机制的分析）以及如何维持整体热力学稳定性的。热力学第二定律在恒星能量流向中的体现，以及局部热力学平衡的假设条件将被深入探讨。 3. 平均场近似与结构方程组：恒星结构的分析必然依赖于质量、半径、光度和有效温度这四个宏观参数。本书将展示如何将流体静力学、能量守恒、质量连续性与物质的传输机制（主要是辐射压）结合起来，构建起四元微分方程组，这是求解任何稳态恒星模型的起点。第二部分：能量的源头：核物理与辐射的耦合恒星的“生命”源于其核心的核反应。本部分将精确量化这些能量的产生过程，并分析这些能量如何构建起驱动恒星发光的辐射场。 1. 核反应网络与速率：我们将详细解析质子-质子链 (p-p Chain) 和碳氮氧 (CNO) 循环。重点不在于核物理实验细节，而在于如何将这些微观的反应截面和半衰期，转化为宏观的、与环境（温度和密度）强相关的能量产生率密度函数 $epsilon(T, ho)$。对不同质量恒星中主导反应机制的切换点的分析至关重要。 2. 辐射输运理论：恒星内部产生的能量必须到达表面才能辐射出去。本书将核心置于辐射传输方程 (The Radiative Transfer Equation) 的推导和应用上。我们将详细研究：不透明度 $(kappa)$：物质对辐射吸收和散射的能力是决定能量流速的关键。我们将考察不同物理机制造成的不透明度，如自由-自由吸收、电子束缚-自由吸收，以及离子化效应。平均自由程与辐射压：如何利用辐射场的强度计算辐射压，并将其纳入到流体静力学方程中，尤其是在大质量恒星的内部结构中，辐射压的相对重要性将得到量化分析。 3. 准稳定态与主序演化：恒星通过不断消耗核心燃料，其结构参数缓慢变化。本书将探讨如何在给定的核反应速率下，求解出主序星的结构模型。这包括对恒星寿命的估算，以及燃料耗尽后，核心区温度和密度如何被热力学驱动向下一个平衡点。第三部分：结构的转变：恒星演化的宏观动力学一旦核心燃料耗尽，恒星的内部结构将经历剧烈的、非稳态的转变。本部分关注这些转变的驱动力，特别是引力势能的释放和辐射场驱动的结构重组。 1. 壳层燃烧的动力学：氦闪（对于低质量星）或壳层氢燃烧（对于大质量星）的启动，标志着结构进入不稳定阶段。我们将分析薄壳层内的能量释放如何打破原有的平衡，在极小的空间尺度内产生极高的能量梯度，从而驱动外部包层的膨胀或收缩。 2. 巨星膨胀与引力塌缩：当核心收缩并加热外层包层时，外层温度和压力迅速升高，导致恒星半径的指数级膨胀（红巨星阶段）。我们将考察包层动力学，即外部物质如何响应核心能量输出的增加，以及这个过程如何影响恒星的有效温度和光谱类型。 3. 致密天体的前奏：对于质量极大的恒星，核心将不可避免地塌缩。本书将分析热电子简并压力失效的临界点（钱德拉塞卡极限的物理背景），以及引力塌缩初期，中微子辐射在能量耗散中的关键作用。虽然不深入研究超新星爆发的流体力学细节，但会详述驱动引力势能向内能和辐射能转换的初始物理条件。结论：超越局部机制的统一视图本书最终的目标是提供一个统一的框架，使读者能够理解：一个恒星的亮度、大小和寿命，是其初始质量、核物理速率、不透明度函数以及引力势能这四大基本因素相互作用的必然结果。它强调的是宏观结构稳定性的维持，以及当这种平衡被燃料耗尽所打破时，内部物理如何引导恒星走向下一阶段的命运。我们探讨的是恒星作为复杂的自洽热力学机器如何运作的内在逻辑。