An Introduction to Distance Measurement in Astronomy pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:de Grijs, Richard

出品人:

页数:326

译者:

出版时间:2011-11

价格:398.00元

装帧:

isbn号码:9780470511800

丛书系列:

图书标签:

• 天体物理
• 天文学
• 距离测量
• 观测天文学
• 天体物理
• 宇宙学
• 天文仪器
• 数据分析
• 误差分析
• 标准烛光
• 视差法

《星际测距的奥秘：从三角视差到标准烛光》 书籍简介 本书旨在为天文观测者、天体物理学生以及对宇宙尺度探索抱有浓厚兴趣的读者，提供一套全面而深入的星际距离测量方法论。不同于侧重于特定观测技术的专业手册，本书致力于构建一个宏大而系统的宇宙尺度框架，阐述我们如何从近邻的恒星跨越到遥远星系团，逐步揭示宇宙的广袤结构。我们关注的重点在于方法论的演进、不同尺度的测量工具之间的校准链条，以及每种方法所固有的系统误差和限制。 第一部分：基石——太阳系内与近邻恒星的直接测量 宇宙测量的起点，是建立起可靠的、可直接验证的基准。本部分将深入探讨构成宇宙距离阶梯“第一级台阶”的技术。 第一章：几何学的胜利——三角视差法（Parallax） 三角视差法是所有绝对距离测量的基石，其精确性直接决定了后续所有尺度测量的可靠性。我们首先回顾经典地心坐标系下的基本三角函数关系，然后聚焦于如何利用地球绕太阳公转产生的基线进行恒星位置的周期性观测。 从地面到空间：视差测量的精度演进。 本章详细对比了地面望远镜受大气扰动限制的早期视差测量（如耶尼天文台的贡献），与现代空间任务（如Hipparcos和Gaia任务）带来的革命性飞跃。我们将剖析Gaia数据产品中视差误差的分布特性，探讨如何利用先进的恒星运动学模型来修正系统误差和残余的仪器效应。 误差源的精细分析。 视差测量的挑战不仅在于观测精度，更在于背景恒星的运动、恒星的引力微透镜效应（在特定情况下）以及数据归约过程中的系统偏差。本章将对这些误差源进行量化分析，并讨论如何通过统计手段对大量恒星进行稳健的拟合。 第二章：近邻恒星的物理探针——运动学与光谱视差 当目标距离超过Gaia等任务的直接测量极限时（约数千秒差距），我们必须转向依赖于恒星物理性质的“相对”测量技术。 主序拟合与光谱视差。 本章详细阐述了赫罗图（H-R Diagram）在距离估计中的核心作用。我们讨论了如何利用已知的、通过三角视差法校准的近邻恒星样本，建立起不同光谱类型和光度类的绝对星等（$M$）与光谱特征之间的精确关系。 恒星演化时间尺度的影响。 光谱视差法的局限性在于其对恒星演化状态的依赖。我们将探讨年轻星团和古老球状星团中，恒星演化轨迹的微小差异如何系统性地影响距离估计的准确性，特别是在处理不同金属丰度（[Fe/H]）的恒星群体时。 第二部分：标准烛光——宇宙尺度的校准器 要跨越银河系，进入星系尺度，我们需要找到那些亮度变化可预测、绝对光度已知的“标准烛光”。本部分专注于这些关键校准工具的物理基础及其在不同宇宙环境下的适用性。 第三章：宇宙的明灯——造父变星（Cepheid Variables） 造父变星是连接近邻宇宙与遥远星系的最重要桥梁。 周光关系（Period-Luminosity Relation）的建立与校准。 本章追溯了造父变星周光关系（Leavitt's Law）的发现历程，并着重探讨了如何利用三角视差法精确测定银河系内造父变星的绝对星等，从而确定普适的周光关系斜率和截距。 不同类型造父变星的区分与应用。 我们将区分I型（金牛座$zeta$型）和II型造父变星，分析它们在不同金属度环境下表现出的差异，并讨论如何利用空间望远镜（如哈勃）穿透星系尘埃，识别这些脉动星。 第四章：超新星的爆发——Ia型超新星（Type Ia Supernovae） 对于更广阔的宇宙尺度，Ia型超新星是迄今为止最强大的标准探针之一，因为它极高的峰值光度和相对一致的爆炸物理机制。 爆炸机制与光变曲线的塑形。 本章深入探讨了白矮星在钱德拉塞卡极限附近热核失控的物理模型。核心在于解释为什么Ia型超新星的峰值光度具有高度的内在一致性。 亮度校正与“标准化”。 关键在于阐述“拉伸因子”（Stretch Factor）的引入如何极大地改善了Ia型超新星的标准化过程。我们将分析利用其光变曲线衰减率来修正峰值亮度的技术细节，并讨论不同参数化模型（如Phillips关系）的有效性范围。 对星系环境的敏感性。 尽管强大，Ia型超新星的亮度仍可能受其宿主星系中前身星的年龄和化学成分的影响。本节将评估这种环境依赖性对宇宙膨胀率（哈勃常数 $H_0$）测量的潜在影响。 第三部分：尺度扩张——高红移宇宙的探量 当目标红移（$z$）变得显著时，光速的限制和时空几何的扭曲要求我们从欧几里得几何转向广义相对论的度规。 第五章：尺度尺度的建立——塔利-费舍尔关系与Faber-Jackson关系 在星系团尺度，我们转向利用星系整体性质来估计其内在亮度。 螺旋星系的旋转速度：塔利-费舍尔关系（Tully-Fisher Relation）。 解释如何通过测量21厘米线的多普勒展宽来确定螺旋星系的旋转速度（$v_{max}$），并将其与星系的绝对光度相关联。讨论此关系在不同星系形态和观测几何（如倾角）下的校准挑战。 椭圆星系的离散速度：Faber-Jackson关系。 聚焦于椭圆星系内部恒星的平均离散速度（$sigma$）与光度之间的幂律关系。分析为什么这种关系在演化过程中会发生变化，以及如何利用红移空间中的星系团观测来约束这些变化。 第六章：宇宙膨胀的直接量度——重力透镜与时序延迟 本书探讨了少数不完全依赖于“标准烛光”链条的独立距离测量方法。 引力透镜延迟时间测量。 详细介绍在观测到被前景大质量物体（如星系团）扭曲的类星体图像时，不同光路长度造成的观测时间延迟（Time Delay）。这一延迟时间直接与透镜物体的质量分布和背景源的距离相关。分析如何利用先进的质量建模技术来解耦透镜系统的几何结构，从而得到绝对距离。 第七章：红移的意义——宇宙学距离的解析 在极高的红移下，距离的概念不再是简单的物理距离，而是依赖于所采用的宇宙学模型。 从红移到宇宙学距离。 本章将详细推导和应用弗里德曼方程（Friedmann Equations）导出的各种距离概念：光度距离（Luminosity Distance, $D_L$）、角直径距离（Angular Diameter Distance, $D_A$）以及共动距离（Comoving Distance）。 哈勃常数与宇宙学参数的耦合。 阐述如何利用Ia型超新星观测到的光度距离（$D_L(z)$）与红移$z$的关系，对$Lambda$CDM模型中的哈勃常数$H_0$和物质密度参数$Omega_M$进行联合拟合。讨论不同距离定义对解释实验数据的影响，例如，角直径距离在早期宇宙学背景下对探测早期结构形成的重要性。 总结与展望 全书的结论部分将总结距离阶梯的整体结构，强调不同台阶之间的相互依赖性与交叉验证的重要性。我们将评估当前系统误差的主要来源，并展望下一代观测设施（如詹姆斯·韦伯空间望远镜、新的引力波探测器）将如何通过测量新的标准汽笛（如合并黑洞或中子星的引力波信号）或更精确地校准现有标准烛光，从而精炼我们对宇宙尺度的认知。本书致力于为读者提供一个清晰的地图，理解人类如何通过精妙的物理学和工程技术，将目光投射到百亿光年之外的深空。

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《天文学中的距离测量导论》是一本让我受益匪浅的书籍。作者的语言风格非常具有感染力，他能够将那些枯燥的科学知识变得生动有趣。我尤其欣赏他对不同测量方法的“优劣势”进行的详细对比分析。 他清晰地阐述了每一种测量方法适用的距离范围，以及它们的局限性。例如，视差法对于测量近距离恒星非常有效，但对于遥远的星系则无能为力。而利用标准烛光的方法，则可以在更远的距离上进行测量，但其精度会受到校准的影响。他还探讨了新一代望远镜和探测器将如何进一步提升我们测量宇宙距离的精度，这让我对未来天文学的发展充满了希望。

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《天文学中的距离测量导论》是一本让我重新审视宇宙观的书籍。作者的写作风格非常独特，他不仅仅是在讲解科学知识，更是在引导读者进行一次心灵的探索。他用非常形象的比喻来解释那些抽象的物理概念，例如他将视差法比作我们用两只眼睛观察物体，从而判断其远近的原理。 我还非常欣赏作者在书中对测量误差的讨论。他强调了科学的局限性，以及天文学家们如何通过不断地改进观测技术和理论模型，来减小测量误差，从而更准确地认识宇宙。他对不同天文观测设备（如空间望远镜和地面大型望远镜）在距离测量中的作用和特点的对比分析，也让我对现代天文学观测的复杂性有了更深的了解。

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《天文学中的距离测量导论》是一本充满智慧与挑战的书籍。作者并没有回避那些复杂的科学细节，而是以一种严谨而又引人入胜的方式将其呈现出来。我不得不承认，在阅读过程中，我曾多次需要停下来思考和回顾，尤其是在理解那些涉及天体物理学和相对论的概念时。 然而，正是这种挑战，让我对天文学的认识更加深刻。作者在书中详细探讨了利用射电干涉技术来测量遥远天体距离的可能性，以及其在高精度测量中的优势。他还介绍了引力波天文学如何为我们提供一种全新的、独立的距离测量手段，这让我看到了天文学前沿研究的无限可能。他对未来天文学测量技术的展望，也让我对人类探索宇宙的未来充满了期待。

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对于一个非专业背景的读者来说，《天文学中的距离测量导论》是一本极具启发性的读物。作者的语言风格非常平易近人，他能够用非常生动形象的比喻来解释那些抽象的天文概念。我特别喜欢他对“标准烛光”这一概念的解读。他将造父变星比作宇宙中的“宇宙灯塔”，通过它们的闪烁频率，我们可以判断它们的光度，进而推算出它们离我们的距离。 而Ia型超新星则被描绘成宇宙中的“标准爆竹”，它们爆发时具有相似的峰值亮度，因此也成为测量遥远星系距离的有力工具。作者在书中不仅仅是罗列这些概念，更是详细解释了为什么这些天体能够成为“标准烛光”，它们的光度是如何被确定和校准的，以及在实际应用中可能遇到的挑战。这种深入的讲解，让我对宇宙的测量学有了更清晰的认识，也对天文学家们的智慧感到由衷的钦佩。

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这本《天文学中的距离测量导论》无疑是一次令人振奋的智力之旅，它带领读者穿越宇宙的浩瀚，从地球上的小型望远镜观测，一步步揭示遥远星系的奥秘。作者以一种近乎诗意的笔触，将抽象的科学概念编织成引人入胜的故事。我尤其欣赏作者在解释那些复杂的物理原理时所采用的类比手法。例如，在讲解视差法测量恒星距离时，作者并没有简单地罗列公式，而是巧妙地将我们置于地球轨道上，想象着我们如何通过左右两只眼睛观察同一物体，从而判断其远近。这种身临其境般的描述，让原本枯燥的数学和几何原理变得生动有趣，仿佛我们自己也成为了宇宙的测量者。 更让我印象深刻的是，作者并没有止步于基础的视差法，而是循序渐进地引导我们进入更广阔的测量领域。从造父变星的周期-光度关系，到Ia型超新星作为标准烛光的应用，每一个新的概念都被清晰地阐述，并且与前文的知识点紧密相连，形成了一个逻辑严密的知识体系。我能够感受到作者在梳理这些天文测量工具时付出的巨大努力，他不仅展示了这些方法的原理，更深入地探讨了它们各自的优势、局限性以及在实际观测中的应用场景。书中对历史的梳理也十分精彩，让我们看到了天文学家们是如何一代代地挑战极限，不断提升我们对宇宙的认知精度，这种传承的力量令人肃然起敬。

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我一直认为天文学是一门非常“宏大”的学科，而《天文学中的距离测量导论》这本书，则将这份“宏大”与“精细”完美结合。作者以一种非常清晰的逻辑，介绍了从恒星距离的测量到星系团距离的测量，再到宇宙大尺度结构的测量。 我特别喜欢他对“退行速度”与距离关系的阐述。他详细地解释了哈勃定律是如何建立起来的，以及它在宇宙学研究中的重要意义。他还深入探讨了宇宙膨胀的非均匀性，以及它对我们测量距离可能带来的影响。这本书让我深刻地认识到，宇宙的测量学是一个不断发展和完善的领域，充满了挑战和机遇。

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我曾经认为天文学只是关于遥远星系和黑洞的理论研究，但《天文学中的距离测量导论》彻底改变了我的看法。这本书深刻地揭示了“测量”在天文学研究中的核心地位，它是我们认识宇宙的基石。作者以一种非常系统的视角，介绍了从近距离的恒星测量到远距离的宇宙尺度测量，每一个环节都环环相扣。 我尤其被作者对于“宇宙尺度楼梯”的比喻所吸引。他形象地描绘了如何一步步地利用已知的测量方法，去校准下一个尺度的测量方法，最终将我们的测量范围扩展到宇宙的边缘。这种层层递进的逻辑，让我对整个宇宙的测量体系有了宏观的认识。书中对不同测量方法之间的相互验证和交叉比对的讨论，也体现了科学的严谨性，让我更加信服书中所介绍的测量结果。

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我必须承认，起初我对《天文学中的距离测量导论》的期望值并不高。毕竟，“距离测量”这个主题听起来就有些技术化，我担心书中充斥着晦涩难懂的公式和理论。然而，这本书却以一种意想不到的魅力征服了我。作者的叙事风格非常独特，他似乎是一位经验丰富的旅行家，正带着我们一同探索宇宙的每一个角落。他对于不同测量方法的描述，不仅仅是冷冰冰的科学讲解，更像是娓娓道来的故事。 当他谈及利用星系红移来估算宇宙尺度时，我仿佛看到了一个宏大的宇宙画布在我眼前展开，每一个发光的点都代表着一个遥远的星系，而红移的现象则如同宇宙伸出的手指，为我们指引着它们前进的方向。作者在书中反复强调了“测量”在天文学研究中的基石地位，没有精确的距离测量，我们所构建的宇宙模型都将是空中楼阁。这一点让我对天文学家们所付出的严谨和耐心有了更深的理解。书中对测量误差的讨论也十分到位，让我认识到科学的进步并非一蹴而就，而是在不断地克服困难和修正错误中前进。

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我一直对宇宙的浩瀚与神秘充满好奇，而《天文学中的距离测量导论》恰好满足了我对这份好奇的探索欲望。这本书的结构安排非常合理，从最直观的视差法开始，逐步深入到更复杂的间接测量方法，例如主序星拟合法和哈勃定律。我最喜欢的部分是作者对于每一个测量方法的历史渊源和发展演变进行的详细阐述。 他描述了恩斯特·奥皮克如何巧妙地利用不同观测点的视角差异来估算行星的距离，以及亨利·诺里斯·罗素如何通过对恒星演化的理解，提出了利用恒星光谱来推断其光度和大小的方法。这些历史性的叙述不仅仅是为了增加篇幅，更是为了让我们看到，每一个伟大的科学发现背后，都凝聚着无数科学家的智慧与汗水，以及他们对未知世界不懈的追求。书中的图示和插画也恰到好处，帮助我更好地理解那些复杂的几何关系和物理模型，大大降低了阅读的门槛。

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我一直对宇宙的规模感到惊叹，而《天文学中的距离测量导论》这本书，则将这份惊叹转化为一种更深刻的理解。作者以一种非常流畅的语言，将那些复杂的测量原理娓娓道来。我尤其喜欢他对“标准模型”在宇宙距离测量中的应用和重要性的阐述。 他详细地介绍了如何利用标准模型来校准不同尺度的距离测量，以及它在宇宙学研究中的关键作用。他还探讨了暗能量和暗物质对宇宙膨胀速率的影响，以及这些因素如何进一步影响我们对宇宙距离的测量。这本书让我意识到，宇宙的测量并非一成不变，它受到宇宙自身演化的影响，这本身就是一项极其复杂和精妙的研究。

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