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| 內容簡介： |
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在当今的天文学和物理学中，天体物理占有极其重要的地位。随着多信使（包括电磁波、中微子和引力波等）天文学的发展，人类对浩瀚宇宙的认识进入一个新的阶段。为适应这一历史潮流，在物理类学生中普及天体物理知识，对天体物理的综合性介绍是其第一步，也是《天体物理导论》的目的。本教材旨在向天文、物理专业本科生或研究生概括性地介绍天体物理学科，培养他们基本的天体物理素质，是进一步学习其他相关课程的基础。第二版与第一版相比，增加了天体物理最新的发展内容的介绍。
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| 關於作者： |
徐仁新--------------------------- 徐仁新，1967年出生，北京大学物理学院教授；1997年获北京大学理学博士学位。从事天体物理学的教学和科研工作，关注致密物质及其若干天体物理表现。研究工作围绕若干大科学工程展开，课题涉及脉冲星、伽玛暴、快速射电暴、引力波、超新星、宇宙线等方面。
来小禹---------------------------- 来小禹，1983年出生，湖北第二师范学院教授；2010年获得北京大学理学博士学位。在从事物理学和天文学教学的同时，结合丰富的天文观测研究致密星内部的物质状态。此外，通过研究早期宇宙QCD相变的可能天体物理后果来探讨强相互作用物质的性质。
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| 目錄：
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目录
导论 …………………………………………………………………………………… 1
第一章 概论 ………………………………………………………………………… 1
1.1 地球与太阳系 ……………………………………………………………… 1
1.1.1 地球的参数 …………………………………………………………… 1
1.1.2 一道几何题：几何法测距 …………………………………………… 2
1.1.3 太阳系内天体 ………………………………………………………… 3
1.2 恒星与银河系 ……………………………………………………………… 6
1.2.1 HR图 …………………………………………………………………… 6
1.2.2 非几何法测距：物理测距法 ………………………………………… 6
1.2.3 银河系 ………………………………………………………………… 7
1.3 星系世界 …………………………………………………………………… 9
1.3.1 星系距离 ……………………………………………………………… 9
1.3.2 星系空间分布 ………………………………………………………… 10
1.3.3 星系的形态分类——Hubble分类 ………………………………… 10
1.3.4 正常星系与活动星系 ………………………………………………… 10
1.3.5 星系旋转曲线，暗物质的存在 ……………………………………… 11
1.4 天体物理中的重大疑难问题 …………………………………………… 14
1.5 天文观测设备与展望 …………………………………………………… 16
第二章 辐射——认识宇宙的重要窗口 ………………………………………… 17
2.1 热辐射，黑体谱与线谱 ………………………………………………… 18
2.2 典型的非热辐射——荷电粒子作加速运动时产生的辐射 ………… 20
2.3 回旋辐射，同步辐射，曲率辐射 ……………………………………… 21
2.3.1 回旋辐射（cyclotron radiation）：β 1 …………………………… 21
2.3.2 同步辐射（synchrotron radiation）：γ 1 ……………………… 23
2.3.3 强磁场中荷电粒子的Landau能级 ………………………………… 25
2.3.4 曲率辐射（curvature radiation） …………………………………… 28
2.4 Compton散射与逆Compton散射 ……………………………………… 30
2.4.1 Compton散射，Eddington光度 …………………………………… 30
2.4.2 逆Compton散射 …………………………………………………… 31
2.5 轫致辐射 …………………………………………………………………… 33
2.6 Cherenkov辐射 …………………………………………………………… 33
2.7 传能与传能方程简介 …………………………………………………… 35
第三章 磁化等离子体——99%以上宇宙正常物质的状态 ………………… 38
3.1 天体磁场的普遍性 ……………………………………………………… 38
3.2 等离子体中的电磁作用 ………………………………………………… 40
3.2.1 Debye长度 …………………………………………………………… 41
3.2.2 等离子体频率 ………………………………………………………… 42
3.3 磁流体力学 ……………………………………………………………… 43
3.3.1 磁流体力学方程组 …………………………………………………… 43
3.3.2 Lorentz力 ……………………………………………………………… 44
3.3.3 感应方程 ……………………………………………………………… 46
3.4 天体磁场起源的发电机理论简介 ……………………………………… 47
3.5 宇宙线及其加速过程 …………………………………………………… 49
第四章 主序恒星——绝大多数肉眼所见的点点繁星 ……………………… 53
4.1 恒星演化概貌 …………………………………………………………… 53
4.2 恒星的形成 ……………………………………………………………… 54
4.2.1 引力不稳定性 ………………………………………………………… 54
4.2.2 恒星形成过程 ………………………………………………………… 56
4.3 球对称恒星的引力平衡与平衡态附近的振荡 ………………………… 57
4.3.1 恒星的流体静力学平衡 ……………………………………………… 57
4.3.2 周光关系 ……………………………………………………………… 58
4.3.3 状态方程 ……………………………………………………………… 60
4.3.4 多方球与Lane-Emden方程 ………………………………………… 61
4.4 恒星内部的核燃烧过程 ………………………………………………… 63
4.4.1 核燃烧的条件 ………………………………………………………… 63
4.4.2 反应率与产能率 ……………………………………………………… 66
4.4.3 比铁轻元素的核合成过程 …………………………………………… 67
4.4.4 比铁重元素的核合成过程 …………………………………………… 69
4.5 主序恒星的结构方程 …………………………………………………… 72
4.6 旋转恒星的平衡位形：Maclaurin椭球 ……………………………… 72
4.7 双星系统中恒星质量的测定 …………………………………………… 74
第五章 白矮星——恒星演化残骸之一 ……………………………………… 78
5.1 Fermi子星的研究历史 ………………………………………………… 78
5.2 白矮星物质的状态方程 ………………………………………………… 81
5.2.1 非相对论（NR）极限情形 ………………………………………… 82
5.2.2 极端相对论（ER）极限情形 ……………………………………… 83
5.2.3 一般情形 ……………………………………………………………… 83
5.2.4 BPS状态方程 ………………………………………………………… 85
5.3 Fermi子星的极限质量——Chandrasekhar质量 …………………… 85
5.3.1 半定量考虑 …………………………………………………………… 85
5.3.2 白矮星结构模型与Chandrasekhar极限质量 …………………… 88
5.4 白矮星的结构与冷却 …………………………………………………… 90
5.4.1 大气模型 ……………………………………………………………… 90
5.4.2 冷却模型 ……………………………………………………………… 91
5.5 行星状星云与白矮星的形成 …………………………………………… 93
第六章 超新星——主序星临终前“回光返照” ……………………………… 96
6.1 超新星简介及其观测特性 ……………………………………………… 96
6.2 超新星爆发机制：不稳定核燃烧 ……………………………………… 98
6.2.1 简并物质核燃烧是不稳定的 ……………………………………… 98
6.2.2 燃烧过程 ……………………………………………………………… 99
6.2.3 超新星宇宙学 ………………………………………………………… 102
6.3 超新星爆发机制：引力坍缩 ………………………………………… 104
6.3.1 导致铁核坍缩的因素 ……………………………………………… 105
6.3.2 铁核坍缩的中微子过程 …………………………………………… 106
6.3.3 反弹激波与瞬时爆 ………………………………………………… 108
6.3.4 延迟爆 ………………………………………………………………… 109
6.4 超新星遗迹 ……………………………………………………………… 110
6.5 超新星SN1987A ………………………………………………………… 111
第七章 脉冲星、中子星与奇异星——恒星演化残骸之二 ……………… 113
7.1 脉冲星类致密星及其形成、冷却 …………………………………… 115
7.1.1 各类脉冲星类致密星 ……………………………………………… 115
7.1.2 中子星的形成与冷却 ……………………………………………… 116
7.2 中子星与奇异星模型 …………………………………………………… 118
7.2.1 质量-半径关系 ……………………………………………………… 118
7.2.2 中子星的结构 ………………………………………………………… 121
7.2.3 强磁场中的物质与中子星表层 …………………………………… 123
7.2.4 奇异星的结构 ………………………………………………………… 125
7.3 转动供能脉冲星（rotation-powered pulsar） ……………………… 128
7.3.1 磁偶极辐射与相关观测量（μ⊥主导） …………………………… 129
7.3.2 单极感应 ……………………………………………………………… 130
7.3.3 旋转磁偶极导电球产生电四极场（μ∥主导） ………………… 131
7.3.4 脉冲星辐射轮廓与唯象模型 ……………………………………… 135
7.3.5 脉冲星辐射模型 ……………………………………………………… 136
7.3.6 脉冲星制动指数问题 ………………………………………………… 137
第八章 黑洞——广义相对论预言的天体 …………………………………… 139
8.1 相对论简介 ……………………………………………………………… 140
8.1.1 平直时空——狭义相对论 ………………………………………… 140
8.1.2 弯曲时空——广义相对论 ………………………………………… 142
8.1.3 物质分布决定时空结构——Einstein场方程 …………………… 144
8.2 Schwarzschild黑洞 …………………………………………………… 145
8.2.1 Schwarzschild解 …………………………………………………… 145
8.2.2 Schwarzschild时空结构 ………………………………………… 146
8.2.3 Schwarzschild时空的主要特性：rms、z、Δτ ………………… 148
8.3 其他类型的黑洞，黑洞转动能的提取 ……………………………… 151
8.4 黑洞的量子效应 ………………………………………………………… 153
8.5 黑洞的观测证认 ………………………………………………………… 155
第九章 吸积——致密天体的有效产能方式 ………………………………… 158
9.1 天体物理中的吸积过程 ……………………………………………… 158
9.1.1 双星演化及其中的吸积过程 ……………………………………… 158
9.1.2 致密天体吸积能够高效地释放能量 ……………………………… 162
9.1.3 吸积释放能量产生的光子一般在X射线或γ射线波段 ………… 163
9.2 球对称吸积——零角动量情形 ……………………………………… 163
9.2.1 静止介质的吸积 …………………………………………………… 164
9.2.2 运动介质的吸积 …………………………………………………… 164
9.3 轴对称吸积——非零角动量情形 …………………………………… 164
9.3.1 一般分析 ……………………………………………………………… 166
9.4 各类吸积盘模型简介 …………………………………………………… 167
9.4.1 α盘的稳定性 ………………………………………………………… 169
9.5 磁化中子星的盘吸积与柱吸积 ……………………………………… 169
第十章 γ射线暴和快速射电暴——宇宙中的极端爆发现象 ……………… 174
10.1 GRB的研究历史和基本观测事实 …………………………………… 175
10.2 GRB的相对论火球模型和能源机制 ………………………………… 178
10.2.1 相对论火球模型 …………………………………………………… 178
10.2.2 能源机制 ……………………………………………………………… 180
10.3 FRB的基本观测事实和理论基础 …………………………………… 181
10.4 研究展望 …………………………………………………………………… 183
第十一章 星系——组成宇宙的基本单元 ……………………………………… 185
11.1 星系的宇宙学红移 ……………………………………………………… 185
11.2 引力透镜现象 …………………………………………………………… 186
11.3 活动星系与活动星系核 ………………………………………………… 188
11.4 AGN的超大质量黑洞吸积图像 ……………………………………… 190
11.5 星系中心的黑洞 ………………………………………………………… 192
第十二章 宇宙——可观测的一切 ……………………………………………… 195
12.1 宇宙学的基本观测事实 ………………………………………………… 195
12.1.1 大尺度上的均匀性 ………………………………………………… 195
12.1.2 Hubble膨胀 ………………………………………………………… 196
12.1.3 轻元素的丰度 ……………………………………………………… 196
12.1.4 微波背景辐射 ……………………………………………………… 196
12.2 宇宙学原理与RW（Robertson-Walker）度规 ……………………… 197
12.3 宇宙膨胀动力学 ………………………………………………………… 199
12.4 宇宙的热力学演化 ……………………………………………………… 201
12.4.1 真空自发破缺相变 ………………………………………………… 201
12.4.2 暴胀及其后果 ………………………………………………………… 204
12.4.3 脱耦与背景辐射 …………………………………………………… 206
12.4.4 早期核合成 …………………………………………………………… 207
12.4.5 宇宙早期的“再电离”期 ………………………………………… 209
12.5 暗物质与暗能量 ………………………………………………………… 210
12.5.1 宇宙学常数 …………………………………………………………… 210
12.5.2 暗物质与暗能量 …………………………………………………… 211
附录一 天球坐标和时间标准 …………………………………………………… 217
附录二 认识星空 ………………………………………………………………… 222
附录三 Landau：“论恒星的理论” …………………………………………… 225
附录四 粒子物理标准模型简介 ………………………………………………… 230
附录五 中微子振荡 ……………………………………………………………… 237
附录六 粒子天体物理简介 ……………………………………………………… 240
附录七 地外文明与太阳系外行星系统 ………………………………………… 242
附录八 数、单位制与常数 ……………………………………………………… 244
正文索引 ……………………………………………………………………………… 247
参考文献 ……………………………………………………………………………… 247
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