恒星物理PDF电子书下载

第一章　引言 1

§1.1　恒星物理学的内容和方法 1

1.1.1　恒星的结构和演化理论 1

1.1.2　恒星振动理论 1

1.1.3　恒星大气理论 2

§1.2　由天文观测得到的一些重要规律 2

1.2.1　赫罗图 2

1.2.2　主序星的质光关系，质量半径关系 5

1.2.3　恒星的光谱 6

第二章　辐射理论 13

§2.1　辐射场性质的宏观描述 13

2.1.1　辐射强度 13

2.1.2　辐射通量 15

2.1.3　辐射场的能量密度 17

2.1.4　辐射压 18

2.1.5　半无穷平行平面层中的辐射场 19

2.2.1　辐射与恒星物质相互作用的微观过程 21

§2.2 吸收系数，发射系数与散射系数 21

2.2.2　吸收系数与光学深度 22

2.2.3　发射系数，源函数 24

2.2.4　散射系数的一般讨论 25

§2.3　黑体及其辐射 27

§2.4　辐射转移方程 30

2.4.1　平面直角坐标系中的辐射转移方程 30

2.4.2　平面坐标系中的辐射转移方程 31

2.4.3　平面柱坐标系中的辐射转移方程 31

2.4.4　辐射转移方程的通解 32

2.4.5　平均辐射强度Jv（τv），辐射通量Fv（τv）以及K积分的表达式 35

2.4.6　在τ≥1时，辐射转移方程的渐近式 37

第三章　对流 40

§3.1　产生对流非稳定性的条件 40

3.1.1　史瓦西（Schwarzschild）判据 41

3.1.2　勒都（Ledoux）判据 43

§3.2　温度梯度，罗斯兰（Rosseland）平均不透明度 44

§3.3　混合程理论 48

3.3.1　基本方程组 49

3.3.2　基本方程组的解 53

§3.4　对流超射 55

§3.5　半对流 58

§3.6　流体动力学对流理论 59

第四章　物态方程 64

§4.1　热动平衡状态下的统计规律 64

4.1.1　麦克斯韦速度公式 65

4.1.2　玻耳兹曼公式 65

4.1.3　萨哈公式 66

§4.2　萨哈公式的适用范围 68

§4.3　恒星内部的物态方程 69

4.3.1　完全电离理想气体的物态方程 69

4.3.2　部分电离理想气体的物态方程 74

4.3.3　电子简并情况下的物态方程 79

4.3.4　非理想气体的物态方程 88

§4.4　恒星大气的物态方程 91

4.4.1　 LTE物态方程 92

4.4.2　Non-LTE物态方程 93

第五章　不透明度 99

§5.1　束缚—束缚跃迁过程的κij和aij 99

§5.2　束缚—自由跃迁过程的κik与aik 106

§5.3 自由—自由跃迁过程的κkk与akk 109

§5.4　散射过程的σe与ae 110

5.4.1　汤姆孙散射 110

5.4.2　康普顿散射 111

5.4.3　在中性原子上的瑞利散射 111

5.4.4　在氢分子上的瑞利散射 112

§5.5　几种原子的吸收截面和吸收系数 112

5.5.1　氢的束缚－自由跃迁吸收系数 112

5.5.2　氢的自由－自由跃迁吸收系数 113

5.5.3　负氢离子（H） 114

5.5.4　氦的束缚－自由跃迁吸收系数 115

5.5.5　负氦离子 116

§5.6　几种主要吸收过程的不透明度近似公式 117

5.6.1　束缚－自由过程 117

5.6.2　自由－自由跃迁过程 118

5.6.3　电子散射过程 118

第六章　热核反应 119

§6.1　原子聚合反应与能量产生 119

§6.2　热核反应 121

§6.3　反应速率 122

§6.4　核反应释放的能量Q 124

§6.5　化学组成的变化与核产能率 130

§6.6　关于〈σv〉 132

6.6.1　非共振反应 132

6.6.2　共振反应 136

6.6.3　恒星物理中的〈σv〉 137

§6.7　电子屏蔽 137

§6.8　产能率ε与温度T的关系 143

§6.9　氢燃烧 145

§6.10　氦燃烧 152

§6.11　碳燃烧 154

§6.12　氖燃烧 155

§6.13　氧燃烧 156

§6.14　硅燃烧 157

§6.15　中微子能量损失 159

6.15.1　电子对湮灭中微子过程 160

6.15.2　光子中微子过程 161

6.15.3　等离子体中微子过程 161

6.15.4　轫致辐射中微子过程 162

第七章　恒星结构与演化模型 164

§7.1　恒星结构与演化模型计算的任务和基本假设 164

§7.2　基本方程组 165

7.2.1　质量分布方程 165

7.2.2　流体静力学平衡方程 165

7.2.3　能量平衡方程 166

7.2.4　能量传递方程 168

7.2.5　化学组成变化方程 168

§7.3　物质函数与边界条件 170

§7.4　恒星结构模型的数值积分方法 172

7.4.1　积分网点的选取与差分方程的建立 173

7.4.2　拟合点及拟合点处的边界条件 174

7.4.3　内部积分 176

7.4.4　表面积分 180

7.4.5　表面量与拟合点量间的关系，拟合程度的判别 182

§7.5　解的唯一性问题 184

§7.6　位力定理 184

7.6.1　表面压强为零的情况 184

7.6.2　表面压强不为零的情况 186

§7.7　时标 187

7.7.1　动力学时标 187

7.7.2　热时标（开尔文－亥姆霍茨时标） 189

§7.8　一种最简单的恒星结构模型——多方模型 190

7.7.3　核时标 190

7.8.1　Emden微分方程 192

7.8.2　解的特性 194

7.8.3　由Emden微分方程的解确定恒星的结构 196

第八章　恒星的早期演化 198

§8.1　恒星的形成 198

8.1.1　星际云的引力非稳定性 199

8.1.2　星际云中－气体球的引力非稳定性 203

8.1.3　碎裂过程 205

§8.2　主序前的演化 207

8.2.1　赫罗图中的Hayashi线 208

8.2.2　由Hayashi线到主序的演化 215

8.2.3　主序前恒星内部物理量变化特性 219

§8.3　主序 221

8.3.1　零龄主序 221

8.3.2　主序星的特性 222

8.3.3　主序带 226

8.3.4　其他主序 229

第九章　从主序开始的演化进程 232

§9.1　中等质量星的演化 233

9.1.1　主序阶段 233

9.1.2　跨越赫罗图中的空隙区 235

9.1.3　氦燃烧阶段 235

9.1.4　氦燃烧以后的演化 236

9.1.5　AGB阶段 237

9.1.6　几种可能的演化结局 238

§9.2　小质量星的演化 239

9.2.1　主序阶段 239

9.2.2　向巨星分支过渡 242

9.2.3　红巨星分支阶段 242

9.2.4　氦闪耀到零龄水平分支 243

9.2.5　AGB阶段 245

§9.3　演化过程中的一些物理问题 246

9.2.6　演化结局 246

9.3.1 Sch？nberg-Chandraseknhar极限 247

9.3.2　等温核收缩的特性 249

9.3.3　电子简并核收缩升温的临界质量 252

9.3.4　热核反应的非稳定性 255

9.3.5　对流超射对恒星演化的影响 261

§9.4　大质量星的演化 263

9.4.1　大质量星的赫罗图 264

9.4.2　星风物质损失对大质量星演化的影响 265

9.4.3　对流、金属丰度及物质混合等效应对大质量星演化的影响 268

9.4.4　不同质量范围的大质量星的演化 271

§9.5　转动恒星的演化 273

9.5.1　离心力效应 274

9.5.2　子午环流与剪切湍流效应 276

第十章　恒星演化的最后阶段 279

§10.1　不同质量恒星的最后阶段 279

10.1.1　初始质量 279

§10.2 白矮星 280

10.1.2　物质损失或物质吸积 280

10.2.1　白矮星的结构理论——Chandrasekhar理论 281

10.2.2　外壳的结构 288

10.2.3　白矮星的冷却过程 290

§10.3　弱相互作用过程 293

10.3.1　中微子能量损失 294

10.3.2　光致蜕变过程 294

10.3.3　电子捕获过程 297

10.4.1　超新星的分类 298

§10.4　超新星 298

10.4.2 Ⅱ型超新星 301

10.4.3 Ⅰ型超新星 305

§10.5 中子星 310

第十一章　相互作用双星系统的演化 313

§11.1　洛希模型 313

11.1.1　洛希等势面 313

11.1.2　洛希瓣的临界半径 315

11.1.3　相互作用双星系统的分类 318

§11.2　双星系统的守恒演化 319

11.2.1　物质交换 319

11.2.2　角动量转换 321

11.2.3　轨道周期变化 321

11.2.4　几种不同情况的双星演化 323

11.2.5　演化结局 330

§11.3　大质量双星系统的非守恒演化 331

11.3.1　引言 331

11.3.2　潮汐效应和自转效应对星风物质损失率的影响 332

11.3.3　互相辐射效应对星风物质损失率的影响 334

11.3.4　星风造成的角动量损失 335

11.3.5　轨道周期的变化 335

11.3.6　辐射对洛希瓣及物质交换的影响 336

11.3.7　碰撞星风冲激波与X射线源 338

11.3.8　双星系统不因超新星爆炸而破坏的条件 341

11.3.9　形成有公共外壳系统的条件及外壳丢失后的周期 343

11.3.10　双星中的吸积与X射线辐射 345

11.3.11　演化成为WR+O型双星系统 348

11.3.12　演化成为小质量X射线双星系统 351

11.3.13　演化成为大质量X射线双星系统 351

11.3.14　大质量X射线双星的演化结局 352

11.4　小质量双星系统的非守恒演化 354

11.4.1　小质量双星系统 354

11.4.2　小质量双星系统是非守恒的 356

11.4.3　推动小质量双星系统非守恒演化的几种可能机制 356

11.4.4　小质量双星系统的演化结局 357

§11.5　转动双星的演化 358

11.5.1　等势面，等价球 358

11.5.2　结构方程组 360

11.5.3　化学元素的变化 361

11.5.4　物质交换条件 362

11.5.5　系统转动角速度变化和两子星间的轨道距离变化 362

12.2.1　引言 364

§12.2　辐射流体力学方程组 364

§12.1　脉动变星与恒星振动理论 364

第十二章　恒星振动 364

12.2.2　连续性方程 366

12.2.3　运动方程 366

12.2.4　气体能量方程 367

12.2.5　泊松方程 368

12.2.6　气体热力学方程 368

12.2.9　辐射热力学方程 372

12.2.8　辐射能量方程 372

12.2.7　辐射动量方程 372

12.2.10　辐射流体力学方程组 373

§12.3　线性化振动方程组 374

12.3.1　线性振动理论 374

12.3.2　欧拉扰动与拉格朗日扰动 375

12.3.3　线性振动方程组 377

12.3.4　扰动变量与时间和角度的关系 378

12.3.5　径向振动基本方程组 382

12.3.6　无量纲化非径向振动方程组 383

12.4.1　绝热近似 385

§12.4　恒星振动的性质 385

12.4.2　恒星振动的恢复力 386

12.4.3　非绝热效应的作用 390

12.4.4　振动波的传播性质 391

§12.5　边界条件与数值方法 397

12.5.1　边界条件 397

12.5.2　数值方法 403

§12.6　恒星振动的激发机制 405

12.6.1　振动非稳定性的判别条件 406

12.6.2　恒星振动的几种激发机制 411

§12.7　造父变星 416

§12.8　盾牌座δ变星 420

§12.9 白矮变星 423

§13.1　恒星大气模型 427

13.1.1　基本假设，基本方程组及各种大气模型概述 427

第十三章　恒星大气 427

13.1.2　灰大气的温度分布 434

13.1.3　LTE大气模型 438

13.1.4　Non-LTE大气模型 453

13.1.5 Non-LTE大气模型与LTE大气模型计算结果的比较 480

§13.2　谱线理论 493

13.2.1　谱线轮廓与等值宽度 494

13.2.2　线吸收轮廓 496

13.2.3　Non-LTE多能级谱线计算 509

§13.3　运动大气中的辐射转移问题 512

13.3.1　引言 512

13.3.2　跟随运动参考系中的辐射转移方程 513

13.3.3　跟随运动参考系中辐射转移问题的求解方法 515

13.3.4　推广的Sobolev方法 528

§13.4　恒星大气理论的应用 532

13.4.1　获得有效温度、表面重力加速度和元素丰度的方法 532

13.4.2　恒星角直径、半径、光度、质量及自转速度的测定 539

参考文献 542