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今日天文, 恒星:從誕生到死亡
本書(shū)是《今日天文》第2卷,主要講述了恒星及其他星系相關(guān)內(nèi)容,包括恒星和恒星演化、星系和宇宙學(xué)兩大部分。對(duì)廣大天文愛(ài)好者來(lái)說(shuō),本書(shū)是不可多得的經(jīng)典佳作。同時(shí),本書(shū)可作為高校天文學(xué)專(zhuān)業(yè)的教材或教學(xué)參考書(shū),也可作為天文通識(shí)教育選修課教材。
本書(shū)作者,美國(guó)天體物理學(xué)家埃里克·蔡森和史蒂夫·麥克米倫都是長(zhǎng)期從事天文學(xué)研究和教學(xué)工作的資深學(xué)者。他們的研究著述等身,《今日天文》是其中突出的代表作,是當(dāng)今暢銷(xiāo)的天文學(xué)通識(shí)讀物,全書(shū)氣勢(shì)恢宏,洋洋灑灑,蔚為大觀,以廣闊的時(shí)空視角,深入淺出、圖文并茂地展示了當(dāng)代天文學(xué)的基本概念、觀測(cè)現(xiàn)象和研究發(fā)展的歷程。
本書(shū)科學(xué)知識(shí)不難,但是涉及的知識(shí)面卻非常廣,基本包括了天文學(xué)的方方面面,從業(yè)余愛(ài)好者關(guān)注的星座、望遠(yuǎn)鏡,到比較專(zhuān)業(yè)的星系團(tuán)、宇宙學(xué)等,完全稱(chēng)得上是全景式展現(xiàn)天文學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的一部巨著。 本書(shū)是廣大天文科普愛(ài)好者、天文工作者的必備枕邊書(shū),同時(shí)完全可以作為廣大高校學(xué)生及中學(xué)生的通識(shí)教育課教材。
譯者序
《今日天文》可能是世界上排名第一的、最為暢銷(xiāo)的天文學(xué)通識(shí)課程教材,它的寫(xiě)作流暢、不拘一格,但卻具有嚴(yán)肅的科學(xué)性,書(shū)籍配有令人賞心悅目的藝術(shù)性插圖,并且致力于用新穎的媒體手段來(lái)傳播推陳出新的天文內(nèi)容。中譯本分為三卷:第一卷“太陽(yáng)系和地外生命探索”、第二卷“恒星:從誕生到死亡”及第三卷“星系世界和宇宙的一生”。全書(shū)涵蓋了天文學(xué)的發(fā)展史、天文研究的物理基礎(chǔ)和工具,帶領(lǐng)讀者探索地球、太陽(yáng)系、恒星、星系和宇宙本身,引導(dǎo)讀者超越地球的限制,跨越當(dāng)前的時(shí)間,向外觸及遙遠(yuǎn)的太空和宇宙,甚至是另一個(gè)地球、另一個(gè)文明。不僅如此,作者還通過(guò)引入科學(xué)研究的循環(huán),讓讀者了解科學(xué)研究是如何進(jìn)行的,我們?nèi)绾卫眠@種科學(xué)方法來(lái)知曉宇宙的運(yùn)作及各種天文現(xiàn)象的相互聯(lián)系。 二十多年來(lái),結(jié)合幾乎是全世界使用最廣泛的、最先進(jìn)的在線(xiàn)天文教學(xué)和考核系統(tǒng)“MasteringAstronomy(精通天文學(xué))”,《今日天文》占據(jù)了眾多美國(guó)大學(xué)及部分歐洲大學(xué)天文通識(shí)課程的講臺(tái),同時(shí)也積極推動(dòng)了美國(guó)大學(xué)天文通識(shí)教育的普及!督袢仗煳摹返挠绊懸脖榧拔覈(guó),目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的《天文學(xué)基礎(chǔ)》《天文學(xué)概論》及《天文學(xué)教程》等教材都在一定程度上受到了該書(shū)的影響。如此好書(shū),在之前二十多年里,由于種種原因沒(méi)有得以引進(jìn),而絕大多數(shù)中國(guó)讀者也因語(yǔ)言問(wèn)題而無(wú)緣一讀,實(shí)在是一 大憾事。譯者曾在上世紀(jì)90年代末得到過(guò)該書(shū)的第3版,由此得以窺見(jiàn)許多當(dāng)時(shí)天文學(xué)的新發(fā)現(xiàn)。如今,機(jī)械工業(yè)出版社首次在國(guó)內(nèi)引進(jìn)該書(shū)紙質(zhì)版,期望通過(guò)發(fā)行此書(shū)能促進(jìn)天文科學(xué)在國(guó)內(nèi)中學(xué)和普通高校內(nèi)的普及。我們很高興也很榮幸能夠作為本書(shū)的譯者向大家推薦這部對(duì)天文愛(ài)好者而言堪稱(chēng)鴻篇巨著的《今日天文》。雖然國(guó)內(nèi)各類(lèi)天文科普?qǐng)D書(shū)并不少,但非常系統(tǒng)又非常詳細(xì)地把整個(gè)現(xiàn)代天文學(xué)全貌用圖文并茂的生動(dòng)形式徹底展示出來(lái)的可以說(shuō)是鳳毛麟角。這一點(diǎn)正是《今日天文》在國(guó)外流行多年的原因之一。 《今日天文》的定位主要是面向國(guó)外(美國(guó))大學(xué)以前沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)大學(xué)數(shù)理基礎(chǔ)類(lèi)課程的、非物理或非天文專(zhuān)業(yè)的學(xué)生,它依靠定性推理并通過(guò)與學(xué)生熟悉的物體和現(xiàn)象進(jìn)行類(lèi)比來(lái)展示廣闊的天文學(xué),并在敘述中盡量避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)和物理運(yùn)算。鑒于國(guó)內(nèi)中學(xué)物理和數(shù)學(xué)的教學(xué)已接近甚至超過(guò)美國(guó)普通大學(xué)的本科低年級(jí),本書(shū)其實(shí)也很適合作為國(guó)內(nèi)中學(xué)天文科學(xué)課程的教材使用。實(shí)際上,本書(shū)不只是教材,更是一部天文大全的科普書(shū):有大量第一手的照片和精心繪 制的彩圖,行文生動(dòng)活潑,用很多讀者熟悉的日常事例來(lái)講述天文知識(shí)。本書(shū)同樣非常適合廣大天文愛(ài)好者,尤其是愛(ài)好天文學(xué)的中學(xué)生和大學(xué)生閱讀,不同年齡段和知識(shí)層次的讀者都能從本書(shū)中獲益良多。 本書(shū)的兩位作者都非常專(zhuān)業(yè),都有豐富的科學(xué)論文和科學(xué)普及著作的寫(xiě)作經(jīng)驗(yàn),并曾獲得過(guò)文學(xué)方面的獎(jiǎng)項(xiàng)。他們的這部心血巨作,不僅向我們傳達(dá)了他們對(duì)天文學(xué)的熱情,也喚醒了我們對(duì)自己所處的不可思議的宇宙的關(guān)注。兩位作者都非常勤奮,每隔幾年就會(huì)結(jié)合當(dāng)時(shí)最新的天文發(fā)現(xiàn)和理論,把全書(shū)內(nèi)容更新再版。原書(shū)幾乎每隔三年就會(huì)再版一次,如今已經(jīng)是第8版。這一更新絕非簡(jiǎn)單地修改字詞或者加上一兩句話(huà)那么簡(jiǎn)單,而是內(nèi)容的更新,甚至許多次會(huì)將整個(gè)章節(jié)體系重新編排。這樣的編排再版也為我們的翻譯工作帶來(lái)了“麻煩”。當(dāng)我們剛開(kāi)始著手翻譯時(shí),參照的還是第7版。但當(dāng)翻譯工作進(jìn)行了一大半時(shí),編輯突然告知第8版已經(jīng)出版,版權(quán)剛剛拿到,已經(jīng)完成的翻譯工作幾乎要完全重新校排甚至是重新翻譯……很難述說(shuō)當(dāng)時(shí)內(nèi)心的感受! 撥云見(jiàn)日,經(jīng)過(guò)近兩年的翻譯工作,《今日天文》的最新版(第8版)終于能夠呈現(xiàn)在讀者面前了。在這里我們非常感謝機(jī)械工業(yè)出版社的張金奎編輯,正是他的策劃才使得《今日天文》的中譯本得以付梓面世。 如今,信息傳播已經(jīng)進(jìn)入“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代,我們也期望《今日天文》的電子版、網(wǎng)絡(luò)版在不遠(yuǎn)的將來(lái)也能與讀者會(huì)面。本書(shū)的出版還得到了北京師范大學(xué)天文系及北京天文館領(lǐng)導(dǎo)的大力支持,北京師范大學(xué)的張同杰教授也十分關(guān)心本書(shū)的翻譯工作。 《今日天文》翻譯分工如下:“太陽(yáng)系和地外生命探索”卷第1、2章由高健翻譯,第3~12章由詹想翻譯;“恒星:從誕生到死亡”卷第1~11章由高健翻譯;“星系世界和宇宙的一生”卷第1章由高健翻譯,第2~6章由詹想翻譯;原書(shū)序言由高健、詹想共同翻譯,附錄內(nèi)容由高健翻譯,全書(shū)最后由高健統(tǒng)校。當(dāng)然,《今日天文》幾乎涵蓋了天文學(xué)的方方面面,內(nèi)容博大精深,兩位譯者熟悉的天文領(lǐng)域不可能如此全面,加上自身才疏學(xué)淺,書(shū)中難免有翻譯錯(cuò)漏、表達(dá)不及的地方,甚至謬誤之處也在所難免,懇請(qǐng)各位專(zhuān)家和讀者不吝批評(píng)指正。歡迎給我們發(fā)郵件進(jìn)行交流:jiangao@bnu.edu.cn,universezx@bjp.org.cn,我們非常希望得到您的反饋和建議! 原書(shū)序 天文學(xué)是一門(mén)充盈著新發(fā)現(xiàn)的科學(xué)。在新技術(shù)和新穎理論見(jiàn)解的推動(dòng)下,對(duì)宇宙的研究不斷地改變著我們對(duì)宇宙的理解。我們很高興能有機(jī)會(huì)在這本書(shū)中呈現(xiàn)一些具有代表性的當(dāng)今天文學(xué)中已知的事實(shí)、不斷發(fā)展的思想和前沿發(fā)現(xiàn)的事例。 《今日天文》面向以前沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)大學(xué)科學(xué)課程和不主修物理或天文專(zhuān)業(yè)的學(xué)生,可用于一個(gè)或兩個(gè)學(xué)期的非技術(shù)性的天文學(xué)課程。我們展示天文學(xué)的廣闊視野,直截了當(dāng)?shù)剡M(jìn)行描述,省略了復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。然而,復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算的缺失,卻并不會(huì)妨礙我們討論重要的概念。相反,我們依靠定性推理并用學(xué)生熟悉的物體和現(xiàn)象進(jìn)行類(lèi)比,用于解釋問(wèn)題的復(fù)雜性,以避免過(guò)分簡(jiǎn)化。我們?cè)噲D向?qū)W生傳達(dá)我們對(duì)天文學(xué)的熱情,喚醒學(xué)生關(guān)注我們所處的不可思議的宇宙。 我們非常高興地看到,本書(shū)的前七版深受眾多天文教育團(tuán)體的喜愛(ài)。很多老師和學(xué)生在使用本書(shū)的早期版本后,給了我們有益的反饋和建設(shè)性的批評(píng),我們從中學(xué)會(huì)了如何更好地表達(dá)天文學(xué)的原理和興奮點(diǎn)。許多受這些意見(jiàn)啟發(fā)而得到的改進(jìn)已被納入了這個(gè)新版本中。 機(jī)工授權(quán)書(shū)
埃里克·蔡森,擁有哈佛大學(xué)的天體物理學(xué)博士學(xué)位,在哈佛大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)系工作了10年。在其后二十多年的時(shí)間里,他在空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所擔(dān)任高級(jí)科學(xué)工作人員,并且擁有約翰霍普金斯大學(xué)和塔夫茨大學(xué)的多種教職,F(xiàn)在他又回到哈佛,在哈佛-史密松天體物理中心任教并進(jìn)行研究。埃里克撰寫(xiě)了12本有關(guān)天文學(xué)的書(shū),在專(zhuān)業(yè)期刊上發(fā)表了近200篇科學(xué)論文。
史蒂夫·麥克米倫,擁有劍橋大學(xué)的數(shù)學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位,以及哈佛大學(xué)的天文學(xué)博士學(xué)位。他在伊利諾伊大學(xué)和西北大學(xué)從事博士后科研工作,在那里繼續(xù)有關(guān)理論天體物理、星團(tuán)和高性能計(jì)算的研究。史蒂夫現(xiàn)在是德雷塞爾大學(xué)的杰出教授,并且是普林斯頓高級(jí)研究所和萊頓大學(xué)的長(zhǎng)期訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者。他在專(zhuān)業(yè)期刊上發(fā)表了超過(guò)100篇文章和科學(xué)論文。 高健,理學(xué)博士,畢業(yè)于北京師范大學(xué)天文系,現(xiàn)為北京師范大學(xué)副教授,北京天文學(xué)會(huì)會(huì)員、中國(guó)天文學(xué)會(huì)會(huì)員和國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)會(huì)員。2002年留系任教,教授天文專(zhuān)業(yè)課程《球面天文學(xué)》和《天體力學(xué)基礎(chǔ)》,以及通識(shí)教育《行星科學(xué)初探》和《遨游太陽(yáng)系》等。長(zhǎng)期關(guān)注天文學(xué)的普及工作,多次參與天文奧林匹克競(jìng)賽培訓(xùn)及賽事工作;2005年起在北京師范大學(xué)開(kāi)設(shè)《行星科學(xué)初探》通識(shí)課程(學(xué)院路共同體校際課程),受到廣大同學(xué)的歡迎,并因此獲2008年北京師范大學(xué)“本科生歡迎的十佳教師”殊榮。曾主持和承擔(dān)過(guò)多項(xiàng)國(guó)家和省部級(jí)項(xiàng)目,特別曾參于中國(guó)科學(xué)院高能物理所的天文衛(wèi)星HMXT、中國(guó)科學(xué)院光電研究院有關(guān)神舟飛船定軌的工作,現(xiàn)主要從事星際/星周塵埃領(lǐng)域的科研工作。 詹想,理學(xué)碩士,畢業(yè)于北京師范大學(xué)天文系,現(xiàn)為北京天文館副研究員,北京天文學(xué)會(huì)會(huì)員、中國(guó)博物館協(xié)會(huì)和北京博物館學(xué)會(huì)會(huì)員。主要從事天文科普教育、天文觀測(cè)和攝影、太陽(yáng)系小天體等領(lǐng)域的研究。曾在《天文愛(ài)好者》雜志連載“觀測(cè)攻略”系列文章;是天文科普?qǐng)D書(shū)《跟我一起去追星——星空攝影指南》、《相約星空下》的作者或主要作者;為北京地區(qū)戶(hù)外觀星組織“星緣山風(fēng)隊(duì)”創(chuàng)始人和隊(duì)長(zhǎng),長(zhǎng)期帶領(lǐng)隊(duì)員在京郊各地賞美景和星空。致力于讓所有人知道:在你身邊就有壯美的星空!微博賬號(hào)@北京天文館詹想有4.3萬(wàn)粉絲,在中國(guó)天文科普界有很大的影響力。
天文學(xué)與宇宙
第1章 天圖量繪 天文學(xué)基礎(chǔ) 1.1 我們?cè)谔罩械奈恢?nbsp; 1.2 科學(xué)理論和科學(xué)方法 1.3 “顯而易見(jiàn)”的風(fēng)景 1.4 地球的軌道運(yùn)動(dòng) 詳細(xì)說(shuō)明1-1 角度測(cè)量 1.5 月球的運(yùn)動(dòng) 1.6 距離測(cè)量 詳細(xì)說(shuō)明1-2 利用幾何進(jìn)行距離測(cè)量 章節(jié)回顧 第2章 輻射 來(lái)自宇宙的信息 2.1 來(lái)自天空的信息 2.2 波是什么? 2.3 電磁波譜 探索2-1 輻射的波動(dòng)性 詳細(xì)說(shuō)明2-1 開(kāi)爾文溫標(biāo) 詳細(xì)說(shuō)明2-2 輻射定律的更多說(shuō)明 2.5 多普勒效應(yīng) 詳細(xì)說(shuō)明2-3 利用多普勒效應(yīng)測(cè)量速度 章節(jié)回顧 第3章 光譜學(xué) 原子的內(nèi)在活動(dòng) 3.1 譜線(xiàn) 3.2 原子和輻射 詳細(xì)說(shuō)明3-1 氫原子 3.3 譜線(xiàn)的形成 探索3-1 光電效應(yīng) 3.4 分子 3.5 譜線(xiàn)分析 章節(jié)回顧 第4章 望遠(yuǎn)鏡 天文學(xué)的工具 4.1 光學(xué)望遠(yuǎn)鏡 4.2 望遠(yuǎn)鏡的大小 4.3 圖像和探測(cè)器 4.4 高分辨率天文學(xué) 4.5 射電天文學(xué) 4.6 干涉測(cè)量 4.7 空間天文學(xué) 探索4-1 ALMA陣 4.8 全譜覆蓋 章節(jié)回顧 恒星和恒星演化 第5章 太陽(yáng) 我們的母親恒星 5.1 太陽(yáng)的物理性質(zhì) 5.2 太陽(yáng)內(nèi)部 探索5-1 竊聽(tīng)太陽(yáng) 5.3 太陽(yáng)大氣 5.4 太陽(yáng)磁場(chǎng) 5.5 活動(dòng)的太陽(yáng) 探索5-2 日地關(guān)系 5.6 太陽(yáng)的心臟 詳細(xì)說(shuō)明5-1 基本作用力 5.7 太陽(yáng)中微子的觀測(cè) 詳細(xì)說(shuō)明5-2 質(zhì)子-質(zhì)子鏈中的能量生成 章節(jié)回顧 第6章 恒星 巨星、矮星和主序星 6.1 太陽(yáng)鄰近區(qū)域 6.2 光度和視亮度 6.3 恒星溫度 詳細(xì)說(shuō)明6-1 星等標(biāo)度的更多知識(shí) 6.4 恒星的大小 詳細(xì)說(shuō)明6-2 估計(jì)恒星的半徑 6.5 赫羅圖 6.6 延伸到宇宙距離尺度 6.7 恒星質(zhì)量 6.8 質(zhì)量和其他恒星屬性 詳細(xì)說(shuō)明6-3 測(cè)量雙星系統(tǒng)中的恒星質(zhì)量 章節(jié)回顧 第7章 星際介質(zhì) 彌漫于恒星之間的氣體和塵埃 7.1 星際介質(zhì) 7.2 發(fā)射星云 7.3 暗塵埃云 7.4 21厘米射電輻射 7.5 星際分子 章節(jié)回顧 第8章 恒星的形成 創(chuàng)傷式的誕生 8.1 恒星形成區(qū) 詳細(xì)說(shuō)明8-1 恒星形成中的競(jìng)爭(zhēng) 8.2 類(lèi)太陽(yáng)恒星的形成 8.3 其他質(zhì)量的恒星 8.4 云團(tuán)碎塊和原恒星的觀測(cè) 探索8-1 褐矮星的觀測(cè) 8.5 激波和恒星形成 8.6 星團(tuán) 探索8-2 船底座伊塔星云 章節(jié)回顧 第9章 恒星演化 恒星的生和死 9.1 離開(kāi)主序 9.2 類(lèi)太陽(yáng)恒星的演化 9.3 低質(zhì)量恒星的死亡 探索9-1 從歷史中學(xué)習(xí)天文學(xué) 9.4 質(zhì)量比太陽(yáng)更大的恒星的演化 探索9-2 巨星的質(zhì)量流失 9.5 星團(tuán)內(nèi)的恒星演化 9.6 雙星系統(tǒng)中的恒星演化 章節(jié)回顧 第10章 恒星爆發(fā) 新星、超新星,以及元素的合成 10.1 白矮星的涅槃重生 10.2 大質(zhì)量恒星的終結(jié) 10.3 超新星 10.4 元素的形成 探索10-1 超新星1987A 10.5 恒星演化的循環(huán) 章節(jié)回顧 第11章 中子星和黑洞 物質(zhì)的奇妙狀態(tài) 11.1 中子星 11.2 脈沖星 11.3 中子雙星 11.4 伽馬射線(xiàn)暴 11.5 黑洞 11.6 愛(ài)因斯坦的相對(duì)論 探索11-1 狹義相對(duì)論 11.7 黑洞附近的空間旅行 11.8 黑洞的觀測(cè)證據(jù) 詳細(xì)說(shuō)明11-1 廣義相對(duì)論的檢驗(yàn) 探索11-2 引力波:探索宇宙的新窗口 章節(jié)回顧 附錄 附錄1 科學(xué)計(jì)數(shù)法 附錄2 天文測(cè)量 附錄3 表格 檢查題答案 概念自測(cè)答案 圖片/文字授權(quán) 星圖 教學(xué)支持申請(qǐng)表
如今,恒星的研究領(lǐng)域甚至比塞西莉亞·佩恩·加波施金所知的還要豐富。我們現(xiàn)在所見(jiàn)的恒星更加清晰,得到的光譜更加精細(xì),并且所有所見(jiàn)恒星的距離更加遙遠(yuǎn)。我們不僅知道恒星是由什么構(gòu)成的,而且在大多數(shù)情況下,我們也知道它們的組成成分為何如此,有多少這樣的恒星正在誕生、存在和死去。然而,隨著21世紀(jì)的天文學(xué)不斷發(fā)現(xiàn)新的、擁有激動(dòng)人心特點(diǎn)的恒星和恒星系統(tǒng),對(duì)恒星的研究仍然是非常不完整的。
1976年,剛好在退休之后,塞西莉亞·佩恩·加波施金被選為亨利諾里斯·羅素學(xué)者——美國(guó)天文學(xué)學(xué)會(huì)的最高榮譽(yù)(具有諷刺意味的是,授予她羅素學(xué)者頭銜的原因在于她在半個(gè)世紀(jì)前的工作)。她的演講熱情地總結(jié)了她一生的天文學(xué)研究——一次沒(méi)有任何注解和提示的百科全書(shū)式的演講,有著完美斷句的英語(yǔ)。很顯然,她像了解她最好的朋友那樣清楚那些獨(dú)特的巨星。她的演講用以下對(duì)新老天文學(xué)家的建議結(jié)尾:“作為世界歷史上看到或是理解某些事物的第一人而得到的情感震顫,是對(duì)年輕科學(xué)家的嘉獎(jiǎng),沒(méi)有什么比得上這種體驗(yàn)。而看到一個(gè)模糊梗概成長(zhǎng)為一個(gè)精妙全景的感覺(jué),是對(duì)老科學(xué)家的嘉獎(jiǎng)。當(dāng)然,這還不是一個(gè)完整的圖景或一幅應(yīng)用新技術(shù)和新技能的視野和細(xì)節(jié)仍在增長(zhǎng)的圖景。老科學(xué)家不能夠宣稱(chēng)這幅杰作是自己的作品。他可能曾草擬了部分設(shè)計(jì),加上了幾筆筆墨,但他已學(xué)會(huì)同樣喜悅地接受他人的發(fā)現(xiàn),像他自己年輕時(shí)所經(jīng)歷過(guò)的喜悅那樣。” 本頁(yè)展示了一些最近在恒星研究中的發(fā)現(xiàn)——這些工作毫無(wú)疑問(wèn)地也會(huì)讓塞西莉亞·佩恩·加波施金投入更多的熱情。今天的研究也應(yīng)當(dāng)會(huì)讓她感到驕傲,因?yàn)槠渲性S多研究依賴(lài)于她和她的同事在20世紀(jì)前半葉所得到的真知灼見(jiàn)。 ……
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