天文学与生活PDF电子书下载

第1部分 基础 2

第0章 天空巡礼：天文学基础 2

0.1如眼所见 3

0.1.1我们在空间中的位置 3

0.1.2天上的星座 3

0.1.3天球 4

0.1.4天球坐标系 6

0.2地球的轨道运动 6

0.2.1天体的周日视运动 6

0.2.2季节变化 7

0.2.3长期变化 9

0.3月球的运动 10

0.3.1月相 10

0.3.2日食和月食 12

0.4距离的测量 15

0.5科学和科学方法 16

本章回顾 19

小结 19

复习题 20

概念自测：判断题/多选题 20

计算题 20

活动 21

第1章 哥白尼革命：现代科学的产生 22

1.1行星的运动 23

1.1.1天空中的流浪者 23

1.1.2地心说宇宙模型 23

1.1.3太阳系的日心说模型 26

1.2现代天文的产生 27

1.2.1伽利略的历史性观测 28

1.2.2哥白尼体系的优势 29

1.3行星运动定律 29

1.3.1第谷的复杂数据 30

1.3.2开普勒定律 30

1.3.3太阳系的大小 32

1.4牛顿定律 33

1.4.1运动定律 33

1.4.2引力 34

1.4.3轨道运动 35

1.4.4重新考虑开普勒定律 36

1.4.5科学进步的循环 37

本章回顾 38

小结 38

复习题 38

概念自测：判断题/多选题 38

计算题 39

活动 39

第2章 光和物质：宇宙的内部作用 40

2.1来自空中的信息 41

2.1.1光和辐射 41

2.1.2波动 42

2.2波是什么 43

2.2.1带电粒子间的相互作用 44

2.2.2电磁学 44

2.3电磁波谱 45

2.3.1可见光成分 45

2.3.2辐射的整个范围 46

2.4热辐射 47

2.4.1黑体光谱 47

2.4.2辐射定律 48

2.4.3天文应用 50

2.5光谱仪 50

2.5.1发射线 50

2.5.2吸收线 52

2.5.3天文应用 53

2.6谱线的形成 54

2.6.1原子结构 54

2.6.2辐射粒子的本质 55

2.6.3氢的光谱 55

2.6.4基尔霍夫定律的解释 56

2.6.5更复杂的光谱 57

2.7多普勒效应 58

2.8谱线分析 59

本章回顾 60

小结 60

复习题 60

概念自测：判断题/多选题 61

计算题 61

活动 61

第3章 望远镜：天文学的工具 62

3.1光学望远镜 63

3.1.1反射式和折射式望远镜 63

3.1.2反射式望远镜的分类 65

3.1.3探测器和图像处理 68

3.2望远镜大小 69

3.2.1集光能力 69

3.2.2分辨能力 71

3.3高分辨率天文学 72

3.3.1大气模糊效应 72

3.3.2新型望远镜设计 72

3.4射电天文学 74

3.4.1射电望远镜基础 74

3.4.2射电天文学的价值 75

3.4.3干涉测量法 76

3.5空基天文学 78

3.5.1红外和紫外天文学 78

3.5.2高能天文学 80

3.5.3全波段覆盖 82

本章回顾 83

小结 83

复习题 84

概念自测：判断题/多选题 84

计算题 84

活动 85

第2部分 我们的太阳系 88

第4章 太阳系：行星际物质和行星的诞生 88

4.1太阳系简介 89

4.1.1行星的性质 89

4.1.2类地行星和类木行星 91

4.1.3太阳系碎片 92

4.2行星际物质 92

4.2.1小行星轨道 92

4.2.2小行星的性质 94

4.2.3彗星 96

4.2.4彗星轨道 99

4.2.5流星体 100

4.3太阳系的形成 103

4.3.1模型要求 104

4.3.2星云收缩 105

4.3.3行星形成 106

4.3.4形成类木行星 108

4.3.5太阳系的分异 109

4.3.6小行星和彗星 110

4.3.7太阳系的规则性和不规则性 111

4.4系外行星 111

4.4.1探测系外行星 111

4.4.2系外行星的性质 113

4.4.3系外行星的组成 115

4.4.4太阳系不同寻常吗 115

4.4.5寻找地球类行星 116

本章回顾 117

小结 117

复习题 118

概念自测：判断题/多选题 118

计算题 119

活动 119

第5章 地球及其卫星：我们的宇宙后院 120

5.1地球和月球 121

5.1.1物理性质 121

5.1.2整体结构 122

5.2潮汐 122

5.2.1重力变形 122

5.2.2潮汐锁定 124

5.3大气层 125

5.3.1地球的大气 125

5.3.2温室效应 127

5.3.3月球空气 128

5.4地球和月球的内部结构 130

5.4.1地震学 130

5.4.2地球内部建模 130

5.4.3分异 132

5.4.4月球内部 132

5.5地球的表面活动 133

5.5.1大陆漂移说 133

5.5.2是什么驱动板块运动 134

5.5.3月球上的板块构造 136

5.6月球的表面 136

5.6.1大尺度特征 136

5.6.2陨击 137

5.6.3月球侵蚀作用 139

5.7磁层 139

5.7.1地球的磁层 139

5.7.2月球的磁场 141

5.8地月系统的历史 141

5.8.1月球的形成 141

5.8.2月球的演化 142

本章回顾 143

小结 143

复习题 144

概念自测：判断题/多选题 144

计算题 145

活动 145

第6章 类地行星：对比研究 146

6.1轨道和物理性质 147

6.2自转速率 148

6.2.1水星奇特的自转 148

6.2.2金星和火星 149

6.3大气层 150

6.3.1水星 151

6.3.2金星 151

6.3.3火星 152

6.4水星表面 152

6.5金星表面 154

6.5.1大比例尺地形图 154

6.5.2火山作用和陨击 155

6.6火星表面 157

6.6.1大比例尺地形图 158

6.6.2火星上的火山活动 160

6.6.3火星上过去有水的证据 160

6.6.4今天水在火星上的何处 162

6.6.5火星着陆器的探索 164

6.7内部结构和地质历史 167

6.7.1水星 167

6.7.2金星 168

6.7.3火星 168

6.8地球、金星和火星上的大气演化 169

6.8.1金星上失控的温室效应 169

6.8.2火星大气层的演化 170

本章回顾 171

小结 171

复习题 171

概念自测：判断题/多选题 172

计算题 172

活动 172

第7章 类木行星：太阳系中的巨型天体 173

7.1木星和土星的观测 174

7.1.1地球视角 174

7.1.2空间探测器探索 175

7.2天王星和海王星的发现 176

7.3类木行星的体特性 178

7.3.1物理性质 179

7.3.2自转速率 180

7.4木星的大气 181

7.4.1整体外观和组成 181

7.4.2大气结构 182

7.4.3木星上的天气 183

7.5外层类木行星的大气 184

7.5.1土星大气的组成 184

7.5.2土星上的天气 185

7.5.3天王星和海王星的大气成分 186

7.5.4天王星和海王星上的天气 186

7.6类木行星的内部 187

7.6.1内部结构 188

7.6.2磁层 189

7.6.3内部加热 190

本章回顾 192

小结 192

复习题 192

概念自测：判断题/多选题 192

计算题 193

活动 193

第8章 卫星、环和类冥矮行星：巨人之间的小世界 194

8.1木星的伽利略卫星 195

8.1.1“小太阳系” 195

8.1.2木卫一：最活跃的卫星 197

8.1.3木卫二：锁定在冰中的液态水 198

8.1.4木卫三和木卫四：异卵双生 199

8.2土星和海王星的大卫星 200

8.2.1土卫六：带有大气的卫星 201

8.2.2海卫一：从柯伊伯带中俘获 204

8.3中型类木卫星 204

8.4行星环 207

8.4.1土星的壮观环系统 207

8.4.2洛希极限 208

8.4.3土星环的精细结构 209

8.4.4木星、天王星和海王星的环 211

8.4.5行星环的形成 213

8.5海王星之外 213

8.5.1冥王星的发现 213

8.5.2冥王星-冥卫一系统 214

8.5.3类冥矮行星和柯伊伯带天体 215

本章回顾 217

小结 217

复习题 217

概念自测：判断题/多选题 218

计算题 218

活动 218

第3部分 恒星 222

第9章 太阳：我们的母恒星 222

9.1太阳 223

9.1.1整体结构 223

9.1.2光度 224

9.2太阳内部 224

9.2.1太阳结构建模 225

9.2.2能量输送 226

9.2.3太阳对流的证据 228

9.3太阳的大气层 228

9.3.1色球层 229

9.3.2过渡区和日冕 230

9.3.3太阳风 231

9.4活跃的太阳 231

9.4.1太阳黑子 231

9.4.2太阳的磁场 232

9.4.3太阳的活动周期 233

9.4.4活跃区域 235

9.4.5 X射线下的太阳 236

9.4.6变化的日冕 237

9.5太阳的中心 237

9.5.1核聚变 237

9.5.2质子-质子链 238

9.5.3太阳中微子的观测 240

本章回顾 241

小结 241

复习题 242

概念自测：判断题/多选题 242

计算题 243

活动 243

第10章 恒星测量：巨星、矮星和主序星 244

10.1太阳邻域 245

10.1.1恒星视差 245

10.1.2离太阳最近的恒星 246

10.1.3恒星的运动 247

10.2光度和视亮度 248

10.2.1另一个平方反比定律 248

10.2.2星等标度 249

10.3恒星的温度 250

10.3.1颜色和黑体曲线 250

10.3.2恒星光谱 252

10.3.3光谱分类 252

10.4恒星的大小 253

10.4.1直接测量和间接测量 253

10.4.2巨星与矮星 254

10.5赫罗图 255

10.5.1主序 255

10.5.2白矮星和红巨星区域 256

10.6宇宙距离标度的延伸 257

10.6.1分光视差 258

10.6.2光度分类 259

10.7恒星的质量 260

10.7.1双星系统 260

10.7.2质量的测定 261

10.7.3质量和恒星的其他性质 261

本章回顾 263

小结 263

复习题 264

概念自测：判断题/多选题 264

计算题 265

活动 265

第11章 星际物质：银河系中恒星的形成 266

11.1星际物质 267

11.1.1气体和尘埃 267

11.1.2星际物质的密度和组成 269

11.2恒星形成区域 270

11.3暗黑尘埃云 273

11.3.1可见光的遮挡 274

11.3.2 21厘米辐射 275

11.3.3分子气体 276

11.4类日恒星的形成 277

11.4.1引力和加热 277

11.4.2阶段1——星云 278

11.4.3阶段2和阶段3——持续收缩的星云碎片 278

11.4.4阶段4——原恒星 279

11.4.5阶段5——星前演化 280

11.4.6阶段6和阶段7——新生恒星 282

11.5其他质量的恒星 282

11.5.1零龄主序 282

11.5.2“失败”的恒星 283

11.6星团 284

11.6.1星团和星协 284

11.6.2星团和星云 286

本章回顾 287

小结 287

复习题 288

概念自测：判断题/多选题 288

计算题 288

活动 289

第12章 恒星演化：恒星的诞生与死亡 290

12.1离开主序 291

12.1.1恒星和科学方法 291

12.1.2结构变化 291

12.2类日恒星的演化 292

12.2.1阶段8和阶段9——亚巨星到红巨星 293

12.2.2阶段10——氦燃烧 294

12.2.3阶段11——再次成为红巨星 295

12.3低质量恒星的死亡 296

12.3.1阶段12——行星状星云 297

12.3.2致密物质 298

12.3.3阶段13——白矮星 298

12.3.4新星 300

12.4质量大于太阳的恒星的演化 301

12.4.1重元素的形成 301

12.4.2超巨星的观测 302

12.4.3演化结束 303

12.5超新星爆发 304

12.5.1新星和超新星 304

12.5.2 Ⅰ型和Ⅱ型超新星的解释 305

12.5.3超新星遗迹 306

12.5.4重元素的形成 307

12.6星团中恒星演化的观测 308

12.7恒星演化的周期 312

本章回顾 314

小结 314

复习题 315

概念自测：判断题/多选题 315

计算题 315

活动 316

第13章 中子星和黑洞：物质的奇异状态 317

13.1中子星 318

13.2脉冲星 319

13.2.1脉冲星模型 319

13.2.2中子星和脉冲星 321

13.3中子星双星 322

13.3.1 X射线源 322

13.3.2毫秒脉冲星 323

13.3.3脉冲星行星 324

13.4 γ射线暴 325

13.4.1距离和光度 325

13.4.2爆发的原因 327

13.5黑洞 329

13.5.1恒星演化的最后阶段 329

13.5.2逃逸速度 329

13.5.3视界 330

13.6爱因斯坦的相对论 330

13.6.1狭义相对论 331

13.6.2广义相对论 333

13.6.3空间弯曲和黑洞 334

13.7黑洞附近的太空旅行 336

13.7.1潮汐力 336

13.7.2靠近视界 336

13.7.3黑洞深处 338

13.8 黑洞的观测证据 338

13.8.1双星系统中的黑洞 338

13.8.2星系中的黑洞 339

13.8.3黑洞确实存在吗 340

本章回顾 341

小结 341

复习题 341

概念自测：判断题/多选题 341

计算题 342

活动 342

第4部分 星系与宇宙 346

第14章 银河系：太空中的旋涡星系 346

14.1银河系 347

14.2测量银河系 349

14.2.1.恒星计数 349

14.2.2变星的观测 349

14.2.3一种新标尺 350

14.2.4银河系的大小与形状 351

14.3星系结构 352

14.3.1银河系成图 353

14.3.2星族 354

14.3.3轨道运动 354

14.4银河系的形成 355

14.5银河系旋臂 357

14.6银河系的质量 361

14.6.1暗物质 361

14.6.2恒星暗物质的搜索 362

14.7银河系中心 363

14.7.1银河系中的活动 363

14.7.2中心黑洞 365

本章回顾 367

小结 367

复习题 367

概念自测：判断题/多选题 367

计算题 368

活动 368

第15章 正常星系和活动星系：宇宙的基石 369

15.1哈勃的星系分类 370

15.1.1旋涡星系 371

15.1.2椭圆星系 372

15.1.3不规则星系 373

15.1.4哈勃序列 375

15.2星系在空间中的分布 375

15.2.1扩展距离尺度 376

15.2.2星系团 377

15.3哈勃定律 378

15.3.1宇宙退行 378

15.3.2哈勃常数 380

15.3.3距离阶梯的顶端 380

15.4活动星系核 381

15.4.1星系辐射 381

15.4.2赛弗特星系 382

15.4.3射电星系 383

15.4.4类星体 386

15.5活动星系的中央引擎 388

15.5.1能量产生 388

15.5.2能量发射 390

本章回顾 391

小结 391

复习题 392

概念自测：判断题/多选题 392

计算题 393

活动 393

第16章 星系和暗物质：宇宙的大尺度结构 394

16.1宇宙中的暗物质 395

16.1.1星系质量 395

16.1.2可见物质和暗晕 396

16.1.3星系团内气体 397

16.2星系碰撞 398

16.3星系形成和演化 400

16.3.1并合与兼并 400

16.3.2演化和相互作用 401

16.3.3建立哈勃序列 404

16.4星系中的黑洞 404

16.4.1黑洞质量 404

16.4.2类星体时期 405

16.4.3活动星系和正常星系 407

16.4.4活动星系和科学方法 408

16.5超大尺度上的宇宙 409

16.5.1星系团族 409

16.5.2红移巡天 410

16.5.3类星体吸收线 411

16.5.4类星体“幻影” 413

16.5.5暗物质成图 415

本章回顾 416

小结 416

复习题 417

概念自测：判断题/多选题 417

计算题 418

活动 418

第17章 宇宙学：大爆炸和宇宙的命运 419

17.1最大尺度上的宇宙 420

17.2膨胀宇宙 421

17.2.1奥伯斯佯谬 421

17.2.2宇宙的诞生 422

17.2.3大爆炸的位置 422

17.2.4宇宙学红移 423

17.3宇宙动力学和空间几何 423

17.3.1两种未来 423

17.3.2宇宙的形状 425

17.4宇宙的命运 425

17.4.1宇宙的密度 426

17.4.2宇宙加速 426

17.4.3暗能量 427

17.4.4宇宙的组成 429

17.4.5宇宙的年龄 429

17.5早期的宇宙 430

17.5.1宇宙微波背景 431

17.5.2宇宙中的辐射 432

17.6原子核和原子的形成 432

17.6.1氦的形成 433

17.6.2核合成和宇宙的组成 433

17.6.3原子的形成 434

17.7宇宙膨胀 434

17.7.1视界和平直性问题 434

17.7.2暴胀时期 435

17.7.3暴胀对宇宙的影响 436

17.8宇宙中大尺度结构的形成 437

本章回顾 440

小结 440

复习题 440

概念自测：判断题/多选题 441

计算题 441

活动 442

第18章 宇宙中的生命：我们是否孤单 443

18.1宇宙的演化 444

18.1.1宇宙中的生命 444

18.1.2地球上的生命 445

18.1.3星际起源 446

18.1.4多样性和文化 447

18.2太阳系中的生命 448

18.2.1我们所知的生命 448

18.2.2极端环境中的生命 449

18.3银河系中的智慧生命 450

18.3.1德雷克方程 450

18.3.2银河系寿命期间恒星形成的平均速率 451

18.3.3具有行星系统的恒星的比例 451

18.3.4行星系统中宜居行星的平均数量 451

18.3.5出现生命的宜居行星的比例 453

18.3.6出现智慧生命的宜居行星的比例 453

18.3.7出现开发和利用技术的智慧生命的行星的比例 453

18.3.8技术文明的平均寿命 454

18.4寻找外星人 454

18.4.1认识我们的邻居 454

18.4.2射电搜索 455

18.4.3水洞 456

本章回顾 457

小结 457

复习题 457

概念自测：判断题/多选题 457

计算题 458

活动 458

附录A 科学记数法 460

附录B 天文测量 461

附录C 常用数据表 463

词汇表 465

译后记 473