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探寻宇宙的奥秘：现代天体物理学导论 书籍简介 《探寻宇宙的奥秘：现代天体物理学导论》 是一部面向对浩瀚宇宙充满好奇心，并希望系统了解现代天体物理学前沿知识的读者而精心撰写的科普与教材性著作。本书旨在以清晰、严谨且引人入胜的方式，构建一个全面的宇宙图像，从我们赖以生存的太阳系，到遥远星系的演化，再到宇宙的起源与终极命运。 本书摒弃了深奥复杂的数学推导（除非在专门的“进阶概念”章节中以辅助形式出现），将重点放在核心物理概念的阐释、关键观测证据的呈现，以及驱动当代天体物理研究的重大理论模型上。我们相信，理解宇宙的壮丽，并不需要成为专业的物理学家，而需要一套清晰的逻辑框架和对自然之美的敬畏之心。 第一部分：宇宙的基石——从地球到恒星 本部分是构建读者宇宙观的基础，它将带领读者从熟悉的尺度，逐步迈向未知的深空。 第一章：天文观测的基础与工具 本章首先介绍了天文学家是如何“看见”宇宙的。我们将详细探讨电磁波谱的各个波段——从无线电波、红外线、可见光，到紫外线、X射线和伽马射线——以及它们分别揭示了宇宙中何种类型的物理过程。随后，我们将深入介绍现代大型望远镜的构造原理，包括地面射电望远镜阵列（如ALMA）和空间望远镜（如哈勃、詹姆斯·韦伯空间望远镜，JWST）的关键技术与观测优势。更重要的是，我们将讨论如何从接收到的光信号中提取信息，例如多普勒效应在测量星体速度中的应用，以及光度测量如何确定恒星的亮度与距离。 第二章：太阳系巡礼——我们的邻居 本章聚焦于我们所处的太阳系。我们将按照行星的形成顺序，详细解析八大行星的内部结构、大气特征和表面地质活动。重点讨论了类地行星（水星、金星、地球、火星）的演化差异，以及气态巨行星（木星、土星）深邃的云层和磁场。此外，本书将拨开“矮行星”和“柯伊伯带天体”的神秘面纱，探讨冥王星及其同伴的研究如何挑战我们对太阳系边界的认知。最后，我们将探讨太阳的活动周期、耀斑爆发及其对地球空间环境的影响，从而引出对恒星物理学的初步认识。 第三章：恒星的诞生、生命与死亡 恒星是宇宙中最主要的“发光体”和“元素工厂”。本章将系统阐述恒星的生命周期： 1. 诞生： 讲解分子云的引力坍缩、原恒星的形成过程，以及核聚变点火的临界条件。 2. 主序星阶段： 介绍恒星内部的能量传输机制（辐射、对流），以及恒星如何通过氢核聚变维持长时间的稳定。赫罗图（H-R图）将被作为核心工具，用于分类和理解不同质量恒星的性质差异。 3. 晚期演化与死亡： 分类讨论低质量恒星（如太阳）最终演化为白矮星和行星状星云的过程；以及大质量恒星走向超新星爆发，形成中子星或黑洞的壮阔结局。对超新星爆发的物理机制及其在重元素合成中的作用将给予详细论述。 第二部分：银河的结构与邻近星系 在掌握了单个恒星的行为后，我们将视角拉远，开始研究更大尺度的结构。 第四章：银河系——我们的家园 本章致力于解析我们所在的宏伟星系——银河系。我们将从地球出发，逐步测量和描绘银河系的结构：薄盘、厚盘、核球和巨大的暗物质晕。重点讨论了如何通过追踪星团和恒星的气体运动来构建银河系的动态模型。特别地，本书将深入探讨银河系中心潜伏的超大质量黑洞——人马座A（Sgr A）的发现过程和观测证据，并讨论围绕它运行的恒星的特殊轨道。 第五章：星系的多样性与演化 本章是现代天体物理学的核心领域之一。我们将分类介绍宇宙中存在的各种星系形态：旋涡星系、椭圆星系和不规则星系，并分析它们的物理特性。随后，本书将转向星系的“成长史”： 星系形成理论： 探讨冷暗物质（CDM）模型如何解释星系如何从早期宇宙中的微小密度涨落中“搭建”起来。 星系间的相互作用： 详细描述星系碰撞与并合对星系形态、恒星形成率以及活动星系核（AGN）爆发的影响。 活动星系核（AGN）与类星体： 揭示超大质量黑洞在吸积物质时所释放出的巨大能量，这种能量如何影响宿主星系的演化（“反作用力”）。 第三部分：宇宙学——时空与起源 本书的最后部分将带领读者进入最宏大、最抽象的领域——宇宙学，探索宇宙的整体结构、历史和未来。 第六章：爱因斯坦的引力与时空弯曲 在正式讨论宇宙学之前，本章需建立必要的理论基础。我们将以概念性的方式介绍爱因斯坦的广义相对论——引力如何被描述为时空的几何属性。我们将通过思想实验（如自由落体和光线弯曲）来阐明时空弯曲的概念，并引入著名的场方程的定性理解。这部分内容是理解黑洞、引力波和宇宙膨胀的先决条件。 第七章：膨胀的宇宙与宇宙微波背景 本章是现代宇宙学最具颠覆性的成就的集中体现。我们将详细介绍哈勃的观测如何揭示宇宙正在膨胀，以及如何利用红移来测量遥远天体的距离和速度。随后，本书将重点介绍宇宙微波背景辐射（CMB）——大爆炸的“余晖”。我们将分析COBE、WMAP和Planck等卫星对CMB的精确测量，以及这些测量如何为宇宙的年龄（约138亿年）、几何形状（平坦的）和成分（普通物质、暗物质、暗能量）提供了无可辩驳的证据。 第八章：暗物质与暗能量——宇宙的隐形主宰 当代宇宙学面临的两大谜团——暗物质和暗能量——将占据本章的核心地位。 暗物质： 我们如何知道它存在？通过星系旋转曲线、星系团的引力透镜效应和CMB的波动模式。我们将审视目前最有希望的候选者（如WIMPs）及其寻找的实验进展。 暗能量： 介绍发现加速膨胀的突破性观测（Ia型超新星）。我们将探讨暗能量的本质（例如，是否是爱因斯坦的宇宙学常数），以及它如何决定宇宙的最终命运——是无限膨胀、还是最终的“大撕裂”。 第九章：宇宙的未来与前沿探索 本书的收官部分将展望未来。我们将探讨基于当前物理模型对宇宙可能终局的预测，包括“热寂”与“大冻结”。最后，我们将简要介绍当前天体物理学和宇宙学的前沿研究方向，例如引力波天文学（LIGO/Virgo的最新发现及其对早期宇宙的潜在影响）、系外行星的生物信号探测，以及对第一代恒星（Population III Stars）和早期黑洞形成的探索。 目标读者与特色 本书适合于物理学、天文学专业的本科生作为入门教材，也完全适合于理工科或文科背景中对宇宙学有强烈兴趣的非专业读者。其特色在于平衡了科学的严谨性与叙述的生动性，力求在介绍复杂概念的同时，保持对宇宙探索的激情与敬畏。通过本书，读者将获得一个坚实、现代且完整的宇宙图景。
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重庆大学出版社，许启东
评分重庆大学出版社，许启东
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