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出版者:University Science Books

作者:Shu, Frank H.

出品人:

页数:310

译者:

出版时间:1991-6

价格:$ 109.05

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isbn号码:9780935702644

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恒星的奥秘：宇宙演化与极端现象的探索 一部全面深入、聚焦于恒星结构、演化及其宇宙影响的里程碑式著作。 本书旨在为天体物理学、恒星物理学、宇宙学以及高能物理学领域的研究人员、高级本科生和研究生提供一个理解恒星生命周期、内部物理过程以及它们对宇宙结构形成所起作用的权威性参考。我们摒弃了对既有教科书内容的简单重复，而是专注于整合最新的观测数据、前沿的理论模型以及关键的数值模拟结果，构建一个关于恒星如何诞生、如何燃烧、如何终结，以及它们如何塑造我们所见宇宙的连贯叙事。 第一部分：恒星的诞生与结构基础 第一章：星际介质的起源与分子云动力学 本书的起点并非孤立的恒星，而是孕育它们的广袤环境——星际介质（ISM）。本章深入探讨了冷原子与分子气体云的物理性质，包括它们的冷却机制（如辐射转移动力学）、湍流结构及其对引力塌缩的抑制或促进作用。我们将详细分析磁场在分子云初始阶段的动力学响应，以及零阶密度扰动如何被触发，最终形成原恒星团的初始条件。此外，本章还将涉及化学冻结（freeze-out）现象及其对早期恒星形成质量谱的影响。 第二章：原恒星与吸积过程的复杂性 聚焦于恒星形成的“幼年期”，本章详尽剖析了从初始云核塌缩到清晰可见的年轻恒星天体（YSO）阶段的物理过程。重点讨论了中心天体引力势能的转化效率、反作用流（outflows）和喷流（jets）的产生机制（涉及磁场扭曲和角动量输运），以及吸积盘的结构与热演化。我们采用最新的数值流体力学（MHD）模型来解释吸积率的波动性、周期性的吸积爆发事件（如FU Orionis现象），并探讨这些过程如何决定恒星的最终质量。 第三章：恒星内部的结构方程与流体静力学平衡 本章回归至恒星核心的微观物理。在建立经典的结构方程组（质量守恒、动量守恒、能量守恒和能量传输）的基础上，我们将深入探讨物质状态方程（EOS）在不同密度和温度下的变化，包括简并态和相对论效应的引入。重点分析了气体热力学（理想气体与真实气体）、不透明度（如自由电子对自由吸收、复合辐射、有效质量修正）对恒星结构边界条件的影响，并详细推导了泡利不相容原理在白矮星稳定中的关键作用。 第四章：能量传输机制与对流区边界 能量如何从核心传输至表面是决定恒星稳定性的关键。本章对比了辐射输运、对流输运和中微子输运的有效性。我们精确计算了彭贝（Schwarzschild）判据和施瓦茨希尔德判据（Schwarzschild criterion），解释了对流的启动条件，并使用现代的MHD湍流理论描述了对流区的动力学特性及其对内部磁场的混合作用（发电机理论的初步应用）。 第二部分：主序星与核合成的精妙调控 第五章：恒星大气模型与光谱形成 恒星的表面是我们获取信息的主要窗口。本章构建了非对称、非均匀恒星大气的辐射传输模型。我们不再满足于简单的 LTE（局部热力学平衡）假设，而是深入探讨 NLTE（非局部热力学平衡）效应在谱线形成中的重要性，特别是对于氢、氦、钙离子等关键元素的线轮廓解释。本章详细分析了对流层顶部的湍流对谱线展宽的影响，以及利用光球层不同深度信息反演温度、密度和化学丰度的反向问题求解。 第六章：主序星的能量产生与微牛顿物理 本书的核心部分之一是核聚变过程。本章详细考察了质子-质子链（p-p chain）和碳氮氧循环（CNO cycle）的反应截面随温度的精确依赖关系，并解释了它们在不同质量恒星中的主导地位。我们引入了量子隧穿效应的精确描述，并讨论了高能中微子（如太阳中微子问题）的产生和探测，将其与太阳内部的氦丰度剖面联系起来，展示了核物理对恒星稳定性的极端敏感性。 第七章：恒星结构与演化轨迹的参数空间 本章是演化理论的基石。我们利用前述章节建立的物理框架，计算了不同初始质量恒星的赫罗图（H-R Diagram）轨迹。重点分析了金属丰度（Z值）如何改变主序星的有效寿命和亮度，以及内部对流区与辐射区的质量交换如何影响主序后的结构突变。我们还探讨了恒星内部的混合机制（如“深对流”和“大片混合”模型）如何改变核心的燃料分布，进而影响其最终命运。 第三部分：晚期演化与宇宙的终结者 第八章：红巨星分支的剧变与氦闪 恒星脱离主序后，其内部结构发生剧烈重组。本章详细分析了氦核的收缩过程、电子简并的建立，以及低质量恒星中失控的氦闪（Helium Flash）的爆发物理。我们展示了简并物质中对流与辐射的复杂相互作用，以及氦闪如何将恒星推入红巨星分支（RGB）和渐近巨星分支（AGB）的演化通道。 第九章：大质量恒星的内部不稳定性与重元素合成 对于质量远超太阳的恒星，演化路径转向了快速的壳层燃烧和内部层结构的瓦解。本章深入探讨了碳燃烧、氖燃烧直至硅燃烧的核反应链。重点分析了层状燃烧区（shell burning）的界面动力学，以及热不稳定性和脉动不稳定性如何导致质量流失和奇特外逸事件。我们详细阐述了 s-过程和 r-过程的物理环境，解释了超新星爆发前中子俘获反应的竞争。 第十：超新星的触发与冲击波的传播 本书的巅峰章节之一，聚焦于恒星生命的终结。我们分析了 II 型超新星中铁核的引力坍缩过程，包括核物质的逆 $eta$ 衰变和质子捕获，直至中子星的形成。本章详细推导了流体力学奇点附近对流失稳（Convective Instabilities）和磁场驱动（Magneto-Rotational）机制在驱动爆炸激波方面的作用，并利用最新的数值模拟结果，解释了爆发后留下的中子星或黑洞的性质。 第十一章：残骸的物理学：中子星、脉冲星与黑洞 本书以对极端天体残骸的考察收尾。本章讨论了中子星内部物质的超强核密度状态（夸克物质的潜在存在），以及中子星的冷却机制和磁场演化（脉冲星现象的机制）。对于黑洞部分，我们侧重于广义相对论在强引力场中的应用，探讨了事件视界、奇点的拓扑结构，以及吸积盘对黑洞周围时空曲率的观测响应。 --- 本书的价值在于，它超越了仅仅描述恒星“是什么”的层面，而是深入探究了驱动这些复杂现象的底层物理原理，将量子力学、核物理、流体力学和广义相对论无缝地整合在一起，为理解宇宙中质量与能量的终极循环提供了坚实的理论基础。

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初次翻阅《The Physics of Astrophysics》时，我便被其独特的叙事方式所吸引。它没有那种教科书式的生硬，而是更像是一场引人入胜的宇宙探索之旅。作者似乎深谙如何将枯燥的物理概念变得鲜活有趣。我尤其喜欢书中对天体物理学史上那些关键性发现的介绍，例如伽利略如何通过望远镜观测到木星的卫星，这如何挑战了当时的地心说，以及海尔·安德森等人如何通过观测星体的红移来揭示宇宙膨胀的奥秘。这些历史的片段让我觉得，科学的进步并非一蹴而就，而是充满了探索、质疑和突破。在阅读关于黑洞的部分时，作者不仅详细解释了事件视界的几何学意义，还巧妙地引入了霍金辐射的理论，以及对黑洞信息悖论的探讨。这种对前沿和深层问题的触及，让我意识到天体物理学研究的广度和深度。书中对恒星合并和超新星爆发的描述也让我大开眼界。我曾以为这些是纯粹的暴力事件，但书中却详细解释了其中涉及的极端物理条件，例如中子星碰撞时产生的引力波，以及这些事件如何成为宇宙中重元素合成的熔炉。这些信息极大地丰富了我对宇宙物质循环的认知。我特别赞赏书中对观测技术的介绍，例如射电望远镜、X射线卫星等，是如何帮助天文学家们突破可见光视界的限制，从而揭示宇宙更深层次的秘密。当我看到书中将天文观测数据与理论模型进行对比分析时，我深感科学的严谨和力量。这本书的排版设计也非常舒适，字体大小适中，行距合理，使得长时间阅读也不会感到疲劳。而且，书中提供了大量的参考文献，这对于那些希望进一步深入研究某个领域的读者来说，无疑是巨大的福音。

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我一直在寻找一本能够深入浅出解释天体物理学背后物理原理的书籍，而《The Physics of Astrophysics》无疑满足了我的期待。拿到这本书的第一感觉就是它厚重而扎实，封面设计也透露出一种严谨的科学气息。当我翻开它，立刻被其中清晰的逻辑和翔实的讲解所吸引。作者并没有回避那些复杂的数学推导，但却巧妙地将它们融入到对宇宙现象的解释中，使得即便是像我这样并非专业天体物理学家的读者，也能逐步理解。书中对恒星结构与演化的描述尤其令我印象深刻，从原子核的聚变到恒星内部的能量传输，再到最终的白矮星、中子星或黑洞阶段，每一步都伴随着精妙的物理模型和观测证据。我特别喜欢其中关于恒星大气模型的部分，作者详细阐述了辐射传输理论如何解释我们观测到的恒星光谱，以及如何从中推断出恒星的温度、密度和化学组成。这让我对那些遥远星辰的光芒有了更深层次的理解，不再仅仅是闪烁的点，而是承载着复杂物理过程的巨型核反应炉。此外，书中对星系动力学和宇宙学的探讨也极具启发性。从牛顿万有引力到广义相对论在宇宙学中的应用，作者循序渐进地构建了一个宏大的宇宙图景。我对其中关于暗物质和暗能量的章节尤为感兴趣，虽然这些仍是前沿的研究领域，但书中清晰地梳理了现有理论模型以及支持这些模型的观测证据，让我对宇宙的未解之谜有了更清晰的认识。这本书的优点在于它不仅仅是罗列公式和概念，更是通过大量的实例和图表来帮助读者理解。比如，在讲解黑洞时，书中不仅有理论上的描述，还有对事件视界、奇点等概念的直观解释，甚至引用了最近几年的黑洞成像技术作为佐证，这让抽象的概念变得生动起来。总而言之，《The Physics of Astrophysics》是一部值得反复阅读的著作，它为我打开了一扇通往宇宙深处的大门，让我对浩瀚星辰的运行规律有了更深刻的敬畏和理解。

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读完《The Physics of Astrophysics》，我感觉自己仿佛置身于一个巨大的物理实验室，而宇宙就是它的试验场。这本书不仅仅是关于天体物理学，更是关于我们如何运用物理学来理解宇宙的宏大叙事。我非常喜欢书中对黑洞物理学的深入探讨，从史瓦西度规到克尔度规，作者详细解释了不同类型的黑洞的性质，以及视界附近的奇特现象。对黑洞合并产生的引力波的讲解，让我对接下来的引力波天文学研究充满了期待。书中对恒星大气模型和辐射传输理论的阐述也让我印象深刻。通过分析恒星的光谱，我们可以推断出恒星的温度、化学组成，甚至其大气层的运动。这让我意识到，我们所看到的星光，蕴含着如此丰富的信息。我对书中关于星系碰撞和合并的章节也十分着迷。作者详细描述了在这种剧烈的宇宙事件中，恒星的运动、气体云的压缩以及新一轮恒星形成的触发机制。这些过程不仅仅是壮观的景象，更是宇宙演化中重要的组成部分，它们塑造了我们今天看到的星系形态。书中还引入了许多有趣的思想实验，例如“双生子佯谬”在天体物理学中的应用，以及对时间膨胀和长度收缩的直观解释，这使得抽象的相对论概念变得易于理解。这本书的排版设计也非常舒适，字体大小适中，行距合理，使得长时间阅读也不会感到疲劳。而且，书中提供了大量的参考文献，这对于那些希望进一步深入研究某个领域的读者来说，无疑是巨大的福音。

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《The Physics of Astrophysics》不仅仅是一本关于天体物理学的书，它更像是一场关于宇宙的哲学思考之旅。它让我看到了物理学强大的解释力，以及人类探索宇宙的智慧和勇气。《The Physics of Astrophysics》以其深刻的洞察力和清晰的逻辑，将我带入了一个令人着迷的物理世界。我非常喜欢书中关于恒星内部能量产生机制的阐述，从质子-质子链反应到碳氮氧循环，都写得非常细致。我特别关注了恒星演化过程中，不同质量的恒星最终会走向何种归宿，例如富含氦的白矮星，或者发生超新星爆发的中子星。这些过程背后的物理原理，例如电子简并压力和中子简并压力，作者都进行了清晰的讲解。我对书中关于行星形成和演化的部分也格外着迷。从太阳星云的引力坍缩，到行星盘的形成，再到行星的吸积和分化，每一个环节都充满了精妙的物理过程。我尤其欣赏作者对行星磁场形成和演化的解释，以及潮汐力在行星轨道动力学中所扮演的角色。这些内容让我对地球的形成和演化有了更深的理解。书中对宇宙结构的介绍也极具启发性。从原初的密度涨落如何演变成星系，到星系如何聚集形成星系团和超星系团，作者一步步勾勒出宇宙的宏伟图景。我对其中关于暗物质和暗能量的研究进展的概述，以及它们对宇宙大尺度结构形成的影响，都让我对宇宙的未解之谜充满了探索的欲望。这本书的插图和图表质量非常高，它们不仅美观，而且能够非常有效地辅助理解复杂的概念。例如，关于恒星结构的模型图，以及星系碰撞的模拟图，都极大地增强了我的视觉理解。

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《The Physics of Astrophysics》这本书，是我近期阅读过的最能激发我探索欲的书籍之一。它以一种极为清晰和严谨的方式，将天体物理学中最核心的物理原理一一呈现。我尤其赞赏书中对恒星演化晚期阶段的详尽描述，例如对中子星和黑洞形成过程的逐步推演。作者深入浅出地讲解了在极端密度和引力条件下，物质会发生怎样的量子效应和相对论效应。对中子星内部结构的探讨，例如夸克物质存在的可能性，以及黑洞视界附近的曲率，都让我对宇宙的物质本质产生了全新的认识。书中对宇宙微波背景辐射的讲解也令我印象深刻。我一直对它充满好奇，这本书不仅解释了它的起源，还详细阐述了如何通过分析其涨落来推断宇宙的年龄、物质密度和膨胀历史。这种将宏观宇宙现象与微观物理原理紧密联系起来的方式，让我感到非常震撼。我对书中关于星系形成和演化的部分也极具启发性。从早期宇宙的结构形成，到星系合并和黑洞在星系演化中的作用，作者一步步勾勒出星系的宏伟蓝图。我对其中关于暗物质和暗能量的研究进展的概述，以及它们对宇宙大尺度结构形成的影响，都让我对宇宙的未解之谜充满了探索的欲望。这本书的插图和图表质量非常高，它们不仅美观，而且能够非常有效地辅助理解复杂的概念。例如，关于恒星结构的模型图，以及星系碰撞的模拟图，都极大地增强了我的视觉理解。

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这本书让我对“天体物理学”这个词有了全新的理解。它不再是遥不可及的科学，而是可以通过严谨的物理学原理来解释的宇宙规律。《The Physics of Astrophysics》以其深刻的洞察力和清晰的逻辑，将我带入了一个令人着迷的物理世界。我非常喜欢书中关于辐射传输理论在天体光谱分析中的应用。通过分析恒星发出的光，我们可以推断出恒星的温度、密度、化学成分，甚至其大气层的运动状态。这让我意识到，我们所看到的星光，蕴含着如此丰富的信息。我对书中关于行星形成和演化的部分也十分着迷。从太阳星云的引力坍缩，到行星盘的形成，再到行星的吸积和分化，每一个环节都充满了精妙的物理过程。我尤其欣赏作者对行星磁场形成和演化的解释，以及潮汐力在行星轨道动力学中所扮演的角色。这些内容让我对地球的形成和演化有了更深的理解。书中对宇宙结构的介绍也极具启发性。从原初的密度涨落如何演变成星系，到星系如何聚集形成星系团和超星系团，作者一步步勾勒出宇宙的宏伟图景。我对其中关于暗物质和暗能量的研究进展的概述，以及它们对宇宙大尺度结构形成的影响，都让我对宇宙的未解之谜充满了探索的欲望。这本书的排版设计也非常舒适，字体大小适中，行距合理，使得长时间阅读也不会感到疲劳。而且，书中提供了大量的参考文献，这对于那些希望进一步深入研究某个领域的读者来说，无疑是巨大的福音。

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《The Physics of Astrophysics》给我带来的最大感受是，它赋予了我理解宇宙的“语言”。在阅读之前，我对天体物理学的一些概念可能只是模糊的印象，但这本书就像一把钥匙，解锁了这些概念背后的数学和物理逻辑。我非常喜欢书中关于恒星演化晚期阶段的章节，特别是对中子星和黑洞形成过程的详尽解释。作者没有简单地给出结论，而是逐步展示了在极端密度和引力条件下，物质会发生怎样的量子效应和相对论效应。对中子星内部结构的描述，例如夸克物质的可能性，以及黑洞视界附近的曲率，都让我对宇宙的物质本质有了全新的认识。书中对宇宙微波背景辐射的讲解也令我印象深刻。我一直对它充满好奇，这本书不仅解释了它的起源，还详细阐述了如何通过分析其涨落来推断宇宙的年龄、物质密度和膨胀历史。这种将宏观宇宙现象与微观物理原理联系起来的方式，让我觉得非常震撼。我特别关注了书中关于星系形成和演化的部分。从早期宇宙的结构形成，到星系合并和黑洞在星系演化中的作用，作者一步步勾勒出星系的宏伟蓝图。对星系碰撞过程中恒星形成率的改变，以及星系核球中超大质量黑洞的演化，这些内容都让我对我们所在的银河系有了更深的理解。书中还引入了许多有趣的思想实验，例如“双生子佯谬”在天体物理学中的应用，以及对时间膨胀和长度收缩的直观解释，这使得抽象的相对论概念变得易于理解。这本书的目录结构非常清晰，每一章都围绕着一个核心主题展开，并且各章节之间的联系也十分紧密，形成了一个完整的知识体系。

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这本书给我的整体感觉是，它不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的天体物理学家在和你进行一次深入而真诚的交流。它的语言风格没有那种冰冷的学术腔调，而是充满了引导性和启发性。我尤其欣赏作者在讲解过程中所展现出的耐心，对于那些可能需要反复琢磨的概念，他总是会提供不同的角度和比喻来帮助读者理解。举个例子，当我在阅读关于恒星演化中质量损失的部分时，书中用类比的方式解释了恒星风的形成机制，这比单纯的公式推导要容易得多。而且，书中穿插了许多历史性的发展脉络，例如爱因斯坦如何从狭义相对论推导出质量与能量的等价性，以及这对恒星能量来源的理解产生了怎样的革命性影响。这让我觉得，学习天体物理学不仅仅是学习一套物理工具，更是理解人类探索宇宙的智慧和艰辛历程。我对书中关于行星形成的部分也相当着迷。从星云的引力坍缩到原行星盘的形成，再到行星的吸积过程，作者详细解释了其中的物理机制。我特别关注了关于行星轨道动力学的内容，理解了为什么行星会稳定地运行在各自的轨道上，以及潮汐力在行星演化中所扮演的角色。这些内容不仅仅是理论上的探讨，书中还引用了许多系外行星探测的最新发现，并将它们与理论模型相结合，让我对我们太阳系之外的行星世界有了更具体的想象。这本书的结构设计也很人性化，每一章都以一个引人入胜的问题或现象开始，然后逐步深入到背后的物理原理。这种“由表及里”的学习方式，极大地激发了我的学习兴趣，让我能够主动去探索每一个细节。我还会时不时地翻阅书中那些精美的插图和图表，它们不仅仅是装饰，更是对复杂概念的视觉化呈现，极大地帮助了我理解那些抽象的物理过程。

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坦白说，在拿起《The Physics of Astrophysics》之前，我对天体物理学的理解停留在一些基本概念的层面，比如行星运行、恒星发光之类的。但这本书彻底改变了我的看法。它不仅仅是知识的堆砌，更是一种思维方式的启迪。我非常喜欢书中对量子力学在天体物理学中应用的介绍，例如在白矮星和中子星内部，电子的简并压力是如何支撑恒星不进一步坍缩的。这种微观粒子行为对宏观天体结构的影响，让我觉得非常神奇。书中对光子的性质以及它在宇宙传播过程中的行为的描述也让我受益匪浅，从普朗克定律到康普顿散射，这些基本概念如何解释我们观测到的宇宙现象，让我对光的本质有了更深的认识。我对书中关于星系碰撞和合并的章节尤其着迷。作者详细描述了在这种剧烈事件中，恒星的运动、气体云的压缩以及新一轮恒星形成的触发机制。这些过程不仅仅是壮观的景象，更是宇宙演化中重要的组成部分，它们塑造了我们今天看到的星系形态。书中还探讨了宇宙膨胀的测量方法，例如使用造父变星和 Ia 型超新星作为标准烛光，以及哈勃定律的推导过程。这些观测证据是如何一步步确立了宇宙膨胀的理论，让我对科学的严谨和可证伪性有了更深刻的体会。我非常赞赏书中对天体物理学研究的最新进展的提及，例如引力波探测器 LIGO 的发现，以及对系外行星大气成分的分析。这些前沿的讨论让我感受到了天体物理学作为一门充满活力的学科的魅力。这本书的附录部分也很有价值，其中包含了常用的物理常数和单位转换，以及一些重要的数学公式，为读者提供了额外的支持。

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《The Physics of Astrophysics》这本书，可以说是一次关于宇宙的深度对话。我一直以来都对宇宙充满好奇，但往往被那些复杂的科学术语和公式所困扰。《The Physics of Astrophysics》则以一种非常独特的方式，化繁为简，让我能够更深入地理解天体物理学的奥秘。书中对恒星内部能量产生机制的阐述，从质子-质子链反应到碳氮氧循环，都写得非常细致。我特别关注了恒星演化过程中，不同质量的恒星最终会走向何种归宿，例如富含氦的白矮星，或者发生超新星爆发的中子星。这些过程背后的物理原理，例如电子简并压力和中子简并压力，作者都进行了清晰的讲解。我对书中关于行星形成和演化的部分也格外着迷。从太阳星云的引力坍缩，到行星盘的形成，再到行星的吸积和分化，每一个环节都充满了精妙的物理过程。我尤其欣赏作者对行星磁场形成和演化的解释，以及潮汐力在行星轨道动力学中所扮演的角色。这些内容让我对地球的形成和演化有了更深的理解。书中对宇宙结构的介绍也极具启发性。从原初的密度涨落如何演变成星系，到星系如何聚集形成星系团和超星系团，作者一步步勾勒出宇宙的宏伟图景。我对其中关于暗物质和暗能量的研究进展的概述，以及它们对宇宙大尺度结构形成的影响，都让我对宇宙的未解之谜充满了探索的欲望。这本书的插图和图表质量非常高，它们不仅美观，而且能够非常有效地辅助理解复杂的概念。例如，关于恒星结构的模型图，以及星系碰撞的模拟图，都极大地增强了我的视觉理解。

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