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第一部分 天文学概况 2

第1章 我们在宇宙中的位置 2

1.1我们的相邻天体 4

1.2科学是观察世界的一种方法 8

1.3规律让生命和科学成为可能 12

疑难解析1.1单位和科学记数法 14

1.4像天文学家那样思考 15

天文资讯阅读冥王星被降级为“矮行星” 17

小结 18

问题和解答题 19

探索逻辑谬误 21

第2章 天空中的规律——地球的运动 22

2.1地球绕地轴自转 24

2.2地球绕太阳公转产生四季 30

疑难解析2.1运用方程式 32

2.3月球运动和月相 36

2.4日月食：穿过影子 39

2.5天空中行星的运动 41

疑难解析2.2开普勒第三定律 45

天文资讯阅读美国国家航空航天局（NASA）科学家表示，智利地震可能导致地轴移位 46

小结 47

问题和解答题 47

探索开普勒定律 51

第3章 运动定律 52

3.1伽利略：首位现代科学家 54

3.2科学理论的崛起：牛顿定律掌控着所有物体的运动 55

疑难解析3.1计算加速度 57

3.3物体质量导致引力存在于任何两个物体之间 59

3.4轨道是一个物体绕行另一个物体的路径 62

疑难解析3.2牛顿引力定律：玩转比例 63

天文资讯阅读温馨提示：请清理你车上的积雪 67

小结 68

问题和解答题 68

探索牛顿特征 71

第4章 光与望远镜 72

4.1光速 74

4.2什么是光？ 75

疑难解析4.1波长和频率 77

4.3如何收集光？ 79

4.4如何探测光？ 80

4.5分辨率和大气 84

疑难解析4.2衍射极限 85

4.6对不可见光波的观测 87

天文资讯阅读新型太空望远镜采用从未生产过的材料：国家航空航天局表示没问题 90

小结 91

问题和解答题 91

探索光是一种波 93

第二部分 太阳系 94

第5章 恒星和行星的形成 94

5.1分子云是恒星形成的托儿所 96

5.2原恒星变成恒星 98

5.3行星的形成 101

疑难解析5.1角动量 104

5.4内侧圆盘和外侧圆盘的组成物质各不相同 106

5.5八大行星的故事 108

5.6行星系统是普遍存在的 110

疑难解析5.2应用多普勒频移 112

天文资讯阅读轨道望远镜观测到许多潜在行星 117

小结 118

问题和解答题 118

探索多普勒频移 121

第6章 内太阳系中的陆地世界 122

6.1塑造地球表面地形的主要过程 124

6.2陨石撞击促进行星地貌的形成和演变 126

疑难解析6.1如何估算宇宙年龄 130

6.3类地行星的内部特征揭秘了它们的性质 130

6.4行星内部的演变是加热和冷却的过程 134

疑难解析6.2斯特藩-玻尔兹曼定律 136

疑难解析6.3维恩定律 137

6.5构造作用促进行星表面的演变 139

6.6火山活动：地质活跃行星的标志 144

6.7侵蚀作用：磨蚀高山，填补低洼 147

天文资讯阅读美国国家航空航天局称：月球上的水量和化学成分的复杂度高于先前的推测 150

小结 151

问题和解答题 151

探索地球的潮汐 155

第7章 金星、地球和火星的大气层 156

7.1大气层就是空气的海洋 158

7.2三颗行星的故事——次生大气的演变 159

疑难解析7.1我们如何获知行星的温度？ 161

7.3地球的大气——我们最熟知的大气 165

7.4金星的大气层具有高温、高密度特点 172

7.5火星的大气具有温度低和稀薄的特点 173

7.6气候变化：地球正在变暖吗？ 175

天文资讯阅读调查指出：气候变化怀疑论者大多非可靠专家 177

小结 178

问题和解答题 178

探索气候变化 181

第8章 巨行星 182

8.1巨行星的体积和质量都特别大，温度极低 184

疑难解析8.1计算巨行星的直径 185

8.2云顶景象 188

8.3云团之旅 191

8.4风和风暴——巨行星上的恶劣天气 193

疑难解析8.2天文学家是如何测量遥远行星上的风速的？ 194

疑难解析8.3内部热能让巨行星变得炽热 196

8.5巨行星内部炽热致密 196

8.6巨行星具有强大的磁场 198

8.7围绕巨行星的行星环 203

天文资讯阅读在土星环中探测到巨大的螺旋桨结构 208

小结 209

问题和解答题 210

探索估算巨行星的自转周期 212

第9章 太阳系中的小天体 214

9.1矮行星——冥王星和其他行星 216

9.2卫星是体积较小的天体 217

9.3小行星——过去的片段 223

9.4彗星——冰块 226

9.5碰撞在今天依旧存在 232

9.6太阳系碎片 235

天文资讯阅读小型的小行星2010 AL30将飞越地球 239

小结 240

问题和解答题 240

探索小行星的发现 243

第三部分 恒星和恒星的演化 244

第10章 恒星的测量 244

10.1第一步：测量恒星的亮度、距离和光度 246

疑难解析10.1视差与距离 249

10.2根据恒星的辐射推算出恒星的温度、大小和成分 252

10.3测量恒星的质量 261

疑难解析10.2测量食双星的质量 264

10.4赫罗图是认知恒星的关键 265

天文资讯阅读揭开大质量恒星诞生的奥秘：科学家的观察显示所有恒星形成规律均一致，与质量无关 269

小结 270

问题和解答题 270

探索赫罗图 273

第11章 我们的恒星：太阳 274

11.1太阳结构与平衡相关 276

疑难解析11.1太阳还能存活多长时间呢？ 278

11.2太阳内部 282

11.3太阳大气层 284

疑难解析11.2太阳黑子和温度 289

天文资讯阅读太阳喷发或引起卫星瘫痪 294

小结 295

问题和解答题 295

探索质子-质子链反应 299

第12章 小质量恒星的演化 300

12.1主序星的寿命和阶段 302

疑难解析12.1估算主序星寿命 302

12.2恒星将氢元素燃烧殆尽，脱离主序带 304

12.3氦开始在简并核心中燃烧 308

12.4小质量恒星进入演变的最后阶段 310

12.5恒星团是星际演化的镜子 315

12.6双星有时候会相互分享质量 318

天文资讯阅读科学家可能会错过许多次恒星爆炸 321

小结 322

问题和解答题 322

探索小质量恒星的演化 325

第13章 大质量恒星的演化 326

13.1大质量恒星有着不同的演化路径 328

13.2大质量恒星的生命轰然结束 331

13.3超新星奇观和遗骸 334

13.4超出牛顿物理学范围以外 338

疑难解析13.1车厢试验 342

13.5引力是时空扭曲的结果 343

13.6黑洞 348

天文资讯阅读巨型发热体——比太阳更热更重，亮度更是百万倍于太阳 350

小结 351

问题和解答题 352

探索碳氮氧循环 355

第四部分 星系、宇宙和天文学 356

第14章 空间膨胀 356

14.1宇宙学原理是我们认识宇宙的基础 358

14.2宇宙正在膨胀 359

疑难解析14.1红移：计算星系的退行速度和距离 361

14.3宇宙起源于大爆炸 365

疑难解析14.2宇宙膨胀和年龄 366

14.4大爆炸理论的主要预测得到了充分证实 370

天文资讯阅读数十亿年前天空的图片 376

小结 377

问题和解答题 378

探索适用于气球的哈勃定律 380

第15章 星系王国 382

15.1星系有许多类型 384

15.2恒星是在星系盘的旋臂上形成的 388

15.3星系大多是暗物质 390

疑难解析15.1计算星系的质量 390

15.4大部分星系的中心都有一个特大质量的黑洞 394

15.5星系形成星系群、星系团和更大的结构 400

天文资讯阅读最新拍摄到的炫目图片显示出相互碰撞的星系呈漩涡状 403

小结 404

问题和解答题 405

探索星系分类 407

第16章 我们所在的星系——银河系 408

16.1太空并非空无一物 410

疑难解析16.1计算尘埃的温度 412

16.2测量银河系 419

16.3银河系中的恒星 421

16.4银河系中有一个超大质量黑洞 425

16.5银河系为解释星系是怎样形成的提供了线索 426

天文资讯阅读超高速恒星被踢出了银河系 428

小结 429

问题和解答题 430

探索银河系的中心 432

第17章 现代宇宙学和宇宙结构的起源 434

17.1宇宙也有自己的命运和形状 436

17.2暴胀 438

17.3宇宙的最初时刻 441

疑难解析17.1湮灭产生的光子类型是什么？ 443

17.4引力是形成大尺度结构的力量之源 446

17.5大尺度结构通过合并形成 450

17.6从更宽泛的范围思索我们的宇宙 453

天文资讯阅读最新的星系映射图帮助寻找暗能量存在的证据 457

小结 458

问题和解答题 458

探索质子的故事 461

第18章 宇宙中的生命 462

18.1地球上的生命 464

18.2地球之外的生命 469

18.3探索智慧生命存在的迹象 474

18.4地球生命的命运 479

天文资讯阅读科学家：地外文明搜索（SETI）应该切换“频道” 482

小结 482

问题和解答 483

探索费米问题和德雷克公式 485

附录1：元素周期表 487

附录2：行星、矮行星和卫星的性质 488

附录3：最近和最亮的恒星 491

附录4：星图 494

专业术语 499

部分答案 513