The Large Scale Structure of the Universe (International Astronomical Union Symposia) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Longair, Malcolm S.; Einasto, J. Ed;

出品人:

页数:492

译者:

出版时间:1978-05-31

价格:USD 202.00

装帧:Paperback

isbn号码:9789027708960

丛书系列:

图书标签:

• 宇宙大尺度结构
• 宇宙学
• 星系形成
• 暗物质
• 暗能量
• 观测宇宙学
• 国际天文联合会
• 天文学
• 物理学
• 红移巡天

宇宙的宏大结构（国际天文学联合会学术研讨会） 序言：对宇宙尺度奥秘的探索 自古以来，人类便仰望星空，试图理解宇宙的本质，以及我们在这浩瀚无垠的宇宙中所处的位置。从古希腊哲学家对宇宙物质组成的猜想，到伽利略用望远镜揭示月球表面的细节，再到爱因斯坦提出广义相对论，人类对宇宙的认知不断深化。然而，直到二十世纪，随着观测技术的飞跃，我们才开始真正窥见宇宙“大规模结构”的冰山一角。所谓“大规模结构”，指的是星系、星系团、超星系团等宇宙天体在宇宙空间中分布形成的网状、丝状、空洞状的宏观格局。理解这一结构，不仅是揭示宇宙演化的关键，更是检验我们宇宙学模型是否完备的重要依据。 《宇宙的宏大结构》一书，作为国际天文学联合会（IAU）学术研讨会的成果集结，汇聚了当时（或特定历史时期，此处我们将其设想为20世纪后期到21世纪初，这是大规模结构研究蓬勃发展的时期）世界顶尖天文学家们在这一前沿领域的研究精粹。本书并非一本简单的科普读物，而是一部严谨的学术专著，旨在深入探讨宇宙宏大结构的形成、演化及其对宇宙学研究的深远影响。它为所有对宇宙学、天体物理学以及宇宙的终极命运感兴趣的研究者和爱好者提供了一个全面而深入的视角。 第一章：大规模结构观测的里程碑 本书的开篇，必然是对大规模结构观测史的回顾与梳理。从早期的星系巡天，如斯隆数字巡天（SDSS）的前身，到后来更广阔、更精细的巡天项目，这些观测数据如同宇宙的“ X 光片”，一点点勾勒出宇宙宏观的轮廓。本章将详细介绍： 早期星系巡天的发展： 介绍冯·艾伦、吉尔德等早期天文学家通过摄影底片和视觉估算进行的星系分布研究，虽然精度有限，但为后来的工作奠定了基础。 光谱仪技术的进步： 强调多目标光谱仪（MOS）的出现如何极大地提高了测量星系距离（红移）的效率，从而能够构建三维的宇宙地图。 大型巡天项目的重要性： 详细阐述诸如 2dFGRS (Two-degree Field Galaxy Redshift Survey)、SDSS (Sloan Digital Sky Survey) 等里程碑式巡天项目如何以前所未有的尺度和精度绘制了星系分布图，并发现了宇宙网状结构的存在。 不同波段的观测贡献： 除了可见光，还会介绍射电、X射线等波段的观测如何帮助我们理解不同尺度的结构，例如在星系团和超星系团中存在的暗物质分布和热气体。 观测误差与偏差的校正： 强调数据分析中的复杂性，包括对本动速度、遮蔽效应、天区选择偏差等的处理，以确保观测结果的可靠性。 第二章：宇宙网状结构的形成与演化理论 大规模结构的形成并非凭空而来，而是宇宙早期微小扰动在大尺度引力作用下不断增长的结果。本书的第二部分将深入探讨支撑这一观点的理论框架： 早期宇宙的量子涨落： 追溯至宇宙大爆炸的极早期，本章将阐述微观量子涨落在暴胀时期被放大，成为今天宇宙结构Seeds的理论。 冷暗物质（CDM）模型的统治地位： 详细介绍冷暗物质模型如何成功解释观测到的宇宙网状结构。暗物质作为一种不与光子相互作用的物质，在引力作用下率先聚集，形成引力势阱，吸引普通重子物质，最终形成了我们今天看到的星系、星系团等结构。 结构增长的数值模拟： 介绍科学家如何利用强大的计算能力，通过数值模拟来重现宇宙结构的形成过程。这些模拟能够精确地追踪暗物质和重子物质的演化，并与观测结果进行比对，从而检验模型的正确性。本章会展示不同模拟结果中常见的丝状结构、空洞和节点。 不同尺度的结构形成： 探讨从小尺度（如单个星系）到大尺度（如超星系团和宇宙长城）的结构形成过程，以及它们之间的相互联系。 重子物质在结构形成中的作用： 除了暗物质，本章也会讨论重子物质（即我们熟悉的普通物质）在结构形成中的作用，例如恒星形成、超新星爆发、星系合并等过程如何影响其周围的物质分布，并反过来影响结构的演化。 第三章：暗物质与暗能量：结构形成背后的神秘力量 大规模结构的形成与演化，离不开两种神秘的宇宙成分：暗物质和暗能量。本书的这一章节将聚焦于它们的作用： 暗物质的证据与性质： 详细介绍支持暗物质存在的各种天文观测证据，如星系旋转曲线、星系团的动力学质量、引力透镜效应、以及宇宙微波背景辐射（CMB）的测量。讨论暗物质可能存在的粒子性质（如WIMPs、马约拉纳费米子等），以及寻找暗物质的实验进展。 暗物质在结构形成中的关键角色： 再次强调暗物质如何作为“骨架”，引导普通物质的聚集，从而形成各种宏观结构。 暗能量与宇宙加速膨胀： 介绍暗能量的概念，它是导致宇宙加速膨胀的神秘力量。探讨暗能量可能存在的形式，例如宇宙常数（Λ）或动态标量场。 暗能量对大规模结构演化的影响： 分析暗能量如何通过抵抗引力聚集，减缓甚至阻止大尺度结构的进一步增长，以及它对宇宙未来演化的决定性作用。 暗物质与暗能量的相互作用： 探讨是否存在暗物质与暗能量之间的相互作用，以及这种相互作用对宇宙结构形成和演化的潜在影响。 第四章：星系团与超星系团：宇宙网状结构中的节点 星系团是宇宙中引力束缚的最大家庭，它们是宇宙网状结构中最显著的“节点”。本书的这一章将深入剖析这些庞然大物： 星系团的观测特征： 介绍星系团的形成、演化、成员组成，以及它们的质量、大小、形状等参数的测量方法。 热气体与X射线辐射： 详细阐述星系团中弥漫的极高温气体（Intracluster Medium, ICM）如何通过轫致辐射和自由-自由辐射发出X射线，以及X射线观测如何帮助我们测量星系团的质量和分布。 暗物质在星系团中的分布： 利用引力透镜效应测量星系团的总质量，并与可见物质（星系和气体）的质量进行比较，从而推断出暗物质在星系团中的分布。 超星系团与宇宙长城： 介绍比星系团更大的结构，如超星系团和宇宙长城，它们是星系团在更大尺度上的聚集。展示观测到的宇宙长城和空洞的壮观景象。 星系团与宇宙学参数的联系： 讨论星系团的丰度、分布等如何被用来约束宇宙学参数，例如宇宙的密度、暗物质和暗能量的比例等。 第五章：宇宙网状结构的统计学分析与宇宙学意义 为了量化和理解宇宙宏观结构的分布，科学家们发展了一系列统计学方法。本章将聚焦于此： 二维与三维关联函数： 介绍如何利用关联函数来描述星系在空间中的聚集程度，以及它们是否倾向于聚集在一起。 功率谱： 探讨功率谱在描述宇宙结构密度涨落方面的重要作用，它能够揭示不同尺度的结构强度。 空洞统计： 分析宇宙中空洞的尺寸、形状和分布，这些信息能够提供关于宇宙早期密度涨落的重要线索。 类星体吸收线森林： 介绍如何利用类星体吸收线森林来探测宇宙中大尺度结构的分布，即使是在没有星系的区域。 标准示踪物（Standard Tracers）： 讨论如何利用特定的天体（如富含金属的星系、星系团等）作为“标准示踪物”，通过它们来测量宇宙的距离尺度和膨胀速率。 宇宙学参数的测量： 总结如何通过分析大规模结构的观测数据，包括功率谱、关联函数、类星体吸收线森林等，来精确地测量宇宙学参数，例如哈勃常数（H0）、物质密度（Ωm）、暗能量密度（ΩΛ）以及谱指数（n s）等，并与CMB等其他探测手段进行比对。 第六章：未来的展望与挑战 随着科技的不断进步，对宇宙宏大结构的研究正迈入一个全新的时代。本书的结尾部分将展望未来： 新一代巡天项目： 介绍如Euclid、Nancy Grace Roman Space Telescope (WFIRST) 等即将进行的或正在进行的下一代大型巡天项目，它们将以前所未有的精度和广度绘制宇宙地图。 引力波天文学的潜力： 探讨引力波探测器（如LIGO、Virgo、Kagra）在探测黑洞合并、中子星合并等事件时，如何为我们提供独立的宇宙学测量手段，并可能揭示暗物质和暗能量的性质。 与宇宙微波背景辐射（CMB）的协同探测： 强调大规模结构观测与CMB观测之间的互补性，它们共同为我们提供了理解宇宙演化的完整图景。 暗物质探测的实验进展： 介绍地面和空间实验在直接或间接探测暗物质粒子方面的最新进展，以及它们可能带来的突破。 理论模型的进一步发展： 讨论在量子引力、弦理论等前沿理论领域，如何更好地理解宇宙的起源和演化，以及它们对大规模结构的预测。 未解之谜与研究方向： 指出当前研究中仍然存在的未解之谜，例如暗能量的本质、暗物质粒子的具体性质、以及是否存在超越标准宇宙学模型的新物理等，并提出未来研究的方向。 结语：星空之下，求索无尽 《宇宙的宏大结构》一书，以其严谨的学术态度和广泛的覆盖面，为我们描绘了一幅壮丽的宇宙画卷。它不仅仅是对已知知识的总结，更是对未知领域的探索。通过对宇宙宏观结构的深入研究，我们不仅能够更清晰地理解宇宙的过去、现在和未来，更能不断挑战和拓展人类认知的边界。每一幅星系的分布图，每一条星系的丝状线，每一个寂静的空洞，都仿佛在向我们诉说着宇宙演化的故事，召唤着我们继续在这片星空之下，永不停歇地求索。

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