天体测量和天体力学基础

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出版者:科学出版社 作者:李广宇 出品人: 页数:372 译者: 出版时间:2015-4-7 价格:59.00元 装帧:平装 isbn号码:9787030434098 丛书系列:
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具体描述

《天体测量和天体力学基础》分上、下两篇及附录.上篇阐明《IERS 2010规范》时空基准变换的原理和方法;下篇讲述天体力学二体问题、三体问题、普遍摄动和特殊摄动的原理和方法,同时扼要讲述人造卫星轨道、航天动力学和地球动力学的基础理论;最后以附录形式给出常用天文物理数据、必要的向量矩阵数学工具、有关的程序设计知识,以及练习题的提示或解答.《天体测量和天体力学基础》既相对独立,又密切联系,相互呼应;内容全面而又突出重点,论证严谨,行文流畅。天体测量部分以国际上最新最权威的《IERS规范2010》为标准讲授,结合当今学科前沿,所给公式、算法及程序都能直接用于研究工作,十分符合当前学术界和工程界的需求.

《天体测量和天体力学基础》的基本素材来自作者在中国科学院紫金山天文台从事自然科学基金重点课题和国家高技术研究发展计划(863计划)重点课题时的积累,大部分内容在紫金山天文台、澳门科技大学太空科学研究所、中国科学技术大学王绶琯天文英才班讲授过,天体测量部分被南京大学天文系用作“参考系变换”课程的教材.

好的,这是一份围绕“天体测量和天体力学基础”这一主题,但内容完全不涉及该书具体内容的图书简介。 --- 星际航行与宇宙结构:观测与理论的前沿探索 导言:跨越界限的宇宙学叙事 在人类探索宇宙的宏大叙事中,我们始终面临两大核心挑战:一是精确感知我们所处的环境,二是理解驱动这些环境演化的基本规律。本书并非聚焦于传统的定位与运动学计算,而是深入探讨当代天文学与宇宙学研究中,那些关于极端物理现象、结构形成与宇宙演化的前沿课题。我们旨在提供一个跨越经典框架,直抵现代物理学核心的视角,探寻那些塑造我们可见与不可见宇宙的根本力量。 本书的基石在于对高能天体物理过程的细致剖析,并辅以下一代观测技术对宇宙结构形成的深刻洞察。我们将从宏观的宇宙结构——从星系团到超星系团的编织网络——出发,逐步深入到微观尺度的极端环境,例如黑洞的吸积盘、中子星的内部物理,以及引力波事件的信号解读。 第一篇章:极端天体的物理学与高能辐射 本篇聚焦于宇宙中能量密度最高、物理过程最为剧烈的区域。我们不再关注恒星的轨道周期,而是转向那些突破常规物理学边界的现象。 1. 黑洞的动态学与信息悖论 黑洞作为时空几何的终极体现,其性质的研究已从理论推演走向了直接的观测验证。本书详细考察了事件视界的量子效应,特别是霍金辐射的理论框架及其在未来观测中的潜在信号。我们深入探讨了超大质量黑洞(SMBH)在星系中心的影响,它们如何通过反馈机制调控宿主星系的恒星形成率。 此外,本书对引力波天文学的最新进展进行了梳理,重点分析了由双黑洞并合、黑洞与中子星并合产生的时空涟漪所揭示的极端物质状态方程。我们探讨了如何从这些瞬态事件中提取关于高能密度物理的约束信息,以及“信息悖论”在现代量子引力理论中的新进展。 2. 中子星与致密天体内部结构 中子星是已知宇宙中最致密的宏观物体之一,其内部状态是检验核物理学在极端压力下有效性的天然实验室。本书描述了中子星的结构模型,从薄薄的表层大气到富含超核的内核。我们评估了不同状态方程(EoS)对中子星质量-半径关系的影响,并考察了与快速射电暴(FRB)或慢磁星脉冲相关的潜在机制,这些现象可能源于致密天体内部的磁场重联或壳层运动。 3. 伽马射线暴(GRBs)与超新星遗迹 本书探讨了伽马射线暴作为宇宙中最强烈的瞬时辐射源的起源。通过对长暴与短暴的区分,我们阐释了它们分别与大质量恒星坍缩(超新星/黑洞形成)和双中子星并合的关联。对于Ia型超新星,我们侧重于其作为标准烛光的局限性,以及如何利用其光谱演化来校准更远的宇宙尺度。遗迹的动力学和对星际介质(ISM)的加热作用也是本章的重要内容。 第二篇篇章:宇宙学结构与大尺度演化 本篇将视角拉升至数十亿光年的尺度,关注物质在宇宙演化历史中如何聚集、演化,并形成我们今天观测到的复杂网络。 1. 暗物质的分布与性质 暗物质仍然是理解宇宙结构形成的核心未解之谜。本书不讨论如何计算天体的位置,而是聚焦于暗物质的动力学效应。我们详细介绍了弱引力透镜效应在绘制宇宙暗物质密度场中的应用,以及不同暗物质候选模型(如WIMPs、轴子)对星系和星系团内物质分布的影响。通过对星系旋转曲线和星系团弥散气体动力学的分析,我们重申了暗物质在维持结构完整性中的不可或缺性。 2. 星系形成与演化:从原星系到星系团 星系的形成是一个涉及气体冷却、恒星形成、反馈过程和并合事件的复杂多尺度问题。本书探讨了“星系寒冷气体流”如何有效地将原始宇宙的物质输送到星系盘中,维持恒星形成活动。我们考察了星系团的形成历史,从最初的暗物质晕的聚并,到热星系晕(ICM)的建立,以及星系在团簇环境中的快速演化(如“星系失态”)。 3. 宇宙网的拓扑结构与重子物质的命运 宇宙学模拟揭示了物质分布并非随机,而是形成了一个巨大的“宇宙网”结构,由空洞、纤维和壁面组成。本书分析了如何利用拓扑数据分析方法来量化这种结构的特性。此外,我们追踪了重子物质的演化轨迹,从宇宙再电离时期散布在温热-温和星际介质(WHIM)中的残留,直到最终沉降到可见的星系和星系团中。 结论:迈向下一代观测的理论准备 本书的最终目标是为读者提供理解未来天文观测数据的理论基础。无论是通过詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)捕捉到早期宇宙的微弱信号,还是通过LISA等空间引力波探测器捕捉到宇宙早期阶段的背景噪声,都要求我们超越对已知运动学的依赖,转而关注能量、物质状态和时空结构的根本变化。 本书是为那些渴望深入理解宇宙“为什么”以这种方式运行,而非仅仅“如何”计算其当前状态的研究者和爱好者所准备的。它强调了理论模型与前沿观测的紧密结合,是探究宇宙本质性规律的必读指南。

作者简介

目录信息

序
上篇天体测量入门
第1章引言3
1.1视运动真运动3
1.2天体测量观测的精度10
1.3国际地球自转和参考系服务机构12
第2章时标14
2.1时空度规与坐标时14
2.2质心力学时、地球时和原子时15
2.3世界时17
2.4天球中间赤道18
2.5儒略日期20
第3章行星月球历表24
3.1Chebyshev多项式逼近25
3.2历表文件的结构27
第4章天球参考系和CIO变换30
4.1国际天球参考系30
4.2中间极和中间赤道在GCRS中的运动31
4.3CIO变换33
4.4用直角坐标表示变换矩阵34
第5章地球参考系地球-天球参考系变换38
5.1国际地球参考系和参考框架38
5.2地球的轴和极极移39
5.3ITRS-TIRS变换、极移矩阵和ITRS-GCRS变换44
5.4地球自转角和地球指向参数45
5.5地球时与世界时之差48
5.6观测站的坐标49
第6章经典岁差章动变换54
6.1历元偏置变换54
6.2岁差变换55
6.3章动变换57
6.4零点差Greenwich恒星时58
第7章天体视位置的计算62
7.1视差62
7.2光行差64
7.3天体测量变换链65
7.4精密星历表67
上篇索引69
下篇天体力学基础
下篇天体力学基础75
第8章天体力学发展简述77
第9章匀速圆周运动83
9.1向心加速度和向心力83
9.2Kepler第三定律84
9.3卫星周期对高度的依赖关系86
9.4能量引力势88
9.5球对称天体的引力势91
第10章二体问题的积分93
10.1运动方程动量积分93
10.2二体相对运动质心参考系和约化质量94
10.3动量矩积分95
10.4能量积分97
第11章二体问题的轨道98
11.1Laplace向量98
11.2极坐标系内的轨道方程98
11.3直角坐标系内的轨道方程99
11.4椭 圆 轨 道100
11.5抛物线轨道102
11.6双曲线轨道103
11.7活力公式104
第12章Kepler方程108
12.1偏近点角108
12.2Kepler方程110
12.3Kepler方程的数值解法112
12.4双曲线和抛物线轨道的Kepler方程114
12.5Lambert定理121
12.6正规化变换123
第13章轨道根数和状态向量126
13.1轨道的空间方位126
13.2由状态向量计算轨道根数128
13.3状态传递130
第14章航天器轨道机动和行星际探测132
14.1轨道机动132
14.2转移至圆轨道134
14.3由地球轨道逃逸135
14.4近圆轨道间转移137
14.5行星际探测141
第15章级数展开及其应用149
15.1Lagrange系数展开为幂级数149
15.2偏近点角展开为平近点角的正弦级数151
15.3真近点角展开为平近点角的正弦级数中心差152
15.4太阳沿黄道的视运动153
15.5太阳沿赤道方向的视运动155
15.6低精度行星历表157
第16章普遍摄动理论160
16.1摄动理论的基本原理160
16.2摄动问题的解法163
16.3水星近日点的进动166
16.4广义相对论效应169
16.5常数变易法171
第17章地球引力势和潮汐势176
17.1地球引力势176
17.2引力势展开为球谐函数177
17.3重力和大地水准面179
17.4地球引力势模型180
17.5潮汐势182
第18章人造地球卫星的运动185
18.1摄动方程及其解185
18.2影响卫星轨道的摄动因素189
第19章地球动力学初步191
19.1角速度角动量和惯性矩191
19.2摄动力矩193
19.3Euler动力学方程和Poinsot定理194
19.4极移和极移方程196
第20章岁差和章动199
20.1月球和太阳的摄动力矩199
20.2中间极运动方程201
20.3平极的进动202
20.4章动204
第21章三体问题初步209
21.1三体问题209
21.2平面圆型限制性三体问题210
21.3可积性与混沌220
21.4太阳系的稳定性223
第22章特殊摄动方法226
22.1运动方程的数值积分226
22.2历表的生成229
第23章初轨计算与微分改进234
23.1几何约束234
23.2动力学约束235
23.3经典定轨方法236
23.4张家祥方法240
23.5轨道的微分改进241
第24章太阳系天体碰撞的概率244
24.1碰撞概率和碰撞频率244
24.2交会轨道的性质246
24.3轨道交会的概率248
24.4天体碰撞的频率251
主要参考文献255
下篇索引256
附录
附录1物理和天文常数263
附录2矩阵、向量和坐标变换摘要264
2.1矩阵264
2.2向量265
2.3极坐标和球坐标269
2.4三重积和并矢270
2.5向量的微分272
2.6相对导数和绝对导数273
2.7势函数274
2.8平面直角坐标系的旋转275
2.9空间直角坐标系的旋转276
2.10线性矛盾方程组的最小二乘解280
附录3程序设计概要286
3.1儒略日换算286
3.2矩阵向量运算290
3.3行星月球历表的读出299
3.4时空参考系变换305
3.5轨道计算310
3.6特殊摄动方法318
3.7初轨计算和微分改进323
附录4练习提示或解答327
天体测量篇327
天体力学篇333
主要参考文献360
跋362
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我最近有幸拜读了《天体测量和天体力学基础》,这本书虽然名为基础,但其深度和广度却远超我的想象。作为一名对宇宙充满好奇但缺乏专业背景的爱好者,我原本以为这会是一本晦涩难懂的教科书。然而,作者以一种非常清晰且引人入胜的方式,将天体测量学和天体力学这两个庞大而复杂的领域展现在我面前。开篇对天体测量学的历史渊源和基本原理的梳理,就如同拨开迷雾,让我得以窥见人类是如何一步步丈量宇宙、认识星辰的。从古代的浑天仪到现代的甚大干涉阵列,作者巧妙地将技术革新与科学发现相结合,让我在惊叹于人类智慧的同时,也对那些为之付出的科学家们充满了敬意。更让我惊喜的是,书中对星体运动规律的阐释,并非枯燥的公式堆砌,而是通过生动的类比和详实的案例,将牛顿万有引力定律、开普勒行星运动定律等核心概念一一剖析。当我读到书中关于月球轨道计算的章节时,那种精密到小数点后数位的精确计算,让我深刻体会到天体力学在预测天文现象(如日食、月食)方面的重要作用。它不仅仅是关于星辰的运动,更是关于宇宙秩序和规律的探索,这种宏大叙事让我对我们所处宇宙的理解上升到了一个新的高度。这本书不仅满足了我对宇宙的好奇心,更激发了我深入学习的动力。

☆☆☆☆☆

《天体测量和天体力学基础》是一本让我“眼界大开”的书。在天体测量部分,作者详细阐述了如何通过测量天体的亮度、颜色以及光谱特征来推断其物理性质,比如温度、质量和化学成分。我从未想过,仅仅通过分析来自遥远天体的光,我们就能获得如此丰富的信息。书中关于恒星演化的章节,更是将天体测量学与物理学紧密结合,解释了恒星从诞生到死亡的整个生命周期是如何通过观测数据来验证理论模型的。在天体力学方面,书中对潮汐力的解释,以及它如何影响行星的自转和轨道,都让我对宇宙中那些看似微弱的相互作用有了新的认识。我印象深刻的是,书中通过对地球和月球之间潮汐作用的分析,解释了月球为什么会逐渐远离地球,以及地球的自转速度为什么会变慢。这种将宏观宇宙现象与微观物理原理相结合的讲解方式,让我对天体力学这门学科的理解更加深刻。这本书让我意识到,天文学不仅仅是关于“看”和“数”,更是关于“理解”和“预测”。

☆☆☆☆☆

这本书的魅力在于其将严谨的科学理论与生动的宇宙图景相结合。《天体测量和天体力学基础》在天体测量学部分,详细介绍了各种测量天体位置和运动的工具和方法,从早期的象限仪、六分仪,到现代的干涉测量技术。作者对这些技术的演进过程的描述,让我看到了科学研究是如何不断突破自身的局限,以获得更精确的测量结果。我印象深刻的是,书中关于如何建立天球参考系,以及如何利用地球的自转和公转来修正天体位置的章节,这些细节的讲解让我体会到了天体测量学的精细之处。在天体力学方面,书中对行星运动规律的深入剖析,以及如何利用数学模型来预测天体的轨道,都让我对宇宙的运行机制有了更清晰的认识。我尤其喜欢书中关于“轨道的摄动”的讨论,它解释了为什么天体的实际轨道会偏离理想的椭圆轨道,以及这些偏离是如何被精确计算和预测的。这种对复杂动力学过程的深入解读,让我对宇宙的精确性感到惊叹。

☆☆☆☆☆

这本书给我最大的触动,在于它让我理解了“测量”和“预测”在天文学中的核心地位。《天体测量和天体力学基础》在开篇就强调了精确测量是理解宇宙的基础,并详细介绍了不同波段、不同精度下的测量技术。从三角视差到光行差,再到恒星视运动的测量,作者以一种“庖丁解牛”的方式,将复杂的技术细节拆解开来,让我得以窥探其精妙之处。我特别欣赏书中关于天体参考系建立的章节,它解释了如何将零散的天体位置信息整合到一个统一的坐标系统中,这对于后续的天体力学计算至关重要。在天体力学方面,书中对轨道力学的深入探讨,让我理解了天体在引力作用下如何运动,以及这些运动如何被数学模型所描述。例如,对轨道根数(如半长轴、偏心率、倾角等)的讲解,让我明白了我一直以来看到的行星轨道图,其实是高度抽象和简化的模型,而背后是复杂的计算和预测。书中还涉及了对彗星轨道周期性的分析,以及如何预测它们在未来何时会再次出现,这种预知未来的能力,真的让我感到无比震撼。

☆☆☆☆☆

《天体测量和天体力学基础》不仅仅是一本介绍天文学知识的书,更是一本关于科学探索精神的启迪之作。在天体测量方面,书中对恒星距离测量的各种方法的介绍,从三角视差到标准烛光,作者都进行了详尽的梳理,让我理解了人类是如何一步步丈量宇宙的。我尤其对书中关于“标准烛光”的解释印象深刻,它揭示了天文学家们如何利用某些具有已知亮度的天体(如造父变星、Ia型超新星)来测量更遥远天体的距离。这是一种非常巧妙的“尺子”。在天体力学方面,书中对轨道力学基本原理的阐述,以及如何应用这些原理来预测天体的运动,都让我受益匪浅。我第一次真正理解了开普勒定律背后的物理意义,以及牛顿万有引力定律是如何统一了天上和地上的运动规律。书中关于彗星轨道的研究,也让我了解了天体力学如何在预测周期性天文现象方面发挥作用。整本书充满了科学的严谨性,同时也洋溢着探索未知的激情。

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《天体测量和天体力学基础》为我打开了一扇通往宇宙奥秘的大门。在天体测量学方面,书中对天体亮度和颜色的测量,以及如何从这些测量中推断天体的物理性质,如温度、半径和化学成分,都进行了详实的阐述。我从未意识到,仅仅通过分析来自遥远天体的光,我们就能如此深入地了解它们。作者在介绍恒星光谱时,详细解释了吸收线和发射线是如何反映恒星大气层的化学成分,这让我对恒星的“组成”有了更具体的认识。在天体力学部分,书中对天体引力相互作用的描述,以及这些相互作用如何影响天体的运动,都让我对宇宙的动力学有了更深刻的理解。我印象深刻的是,书中关于“引力透镜”的讨论,它解释了 massive objects bending spacetime, and thus the light passing through it. 这种奇特的现象,让我对引力有了全新的认识。这本书不仅提供了丰富的知识,更激发了我继续探索宇宙的强烈愿望。

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《天体测量和天体力学基础》带给我的体验,是一种循序渐进的知识构建过程。我一直对恒星的距离、质量和亮度这些基本属性感到好奇,这本书在这方面提供了非常详实且易于理解的解释。作者首先介绍了天体测量学的几个核心概念,比如视差,并且详细阐述了如何通过测量视差来确定恒星的距离。我印象特别深刻的是,书中用了很多篇幅去讲解不同测量方法的演进,从地面望远镜的限制,到空间望远镜(如依巴谷卫星、盖亚卫星)带来的革命性突破,让我真切地感受到了科学技术的进步是如何不断拓展我们认知的边界。不仅仅是距离,书中还深入探讨了恒星的分类,比如光谱分类,以及如何通过光谱分析来推断恒星的温度、化学成分甚至年龄。这部分内容让我对恒星有了更立体、更深刻的认识,不再仅仅是夜空中闪烁的光点,而是具有各自独特“身份”的天体。此外,天体力学部分关于多体问题的讨论,虽然涉及复杂的数学模型,但作者通过对太阳系内行星、卫星和彗星运动的分析,展示了如何运用这些理论来预测天体的运行轨迹,甚至发现新的天体。书中对轨道力学和摄动理论的讲解,让我开始理解为什么行星的轨道并非完美的椭圆,以及这些微小的偏差是如何被精确计算和预测的。这种理论与实践的结合,让整本书充满了学术的严谨性和科学的魅力。

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在我阅读《天体测量和天体力学基础》的过程中,我被作者对细节的关注以及其将复杂概念清晰化的能力所深深折服。书中关于天体位置测量精度的讨论,让我意识到科学研究的每一个进步都建立在对误差的精细控制和理解之上。从早期的误差来源分析,到现代高精度测量技术在减少和消除系统误差、随机误差方面的应用,都进行了详尽的阐述。我尤其对恒星自行(proper motion)的测量部分印象深刻,它揭示了恒星并非静止不动,而是在银河系中以各自的速度运动。这本书不仅仅是介绍理论,还融入了大量实际观测数据和案例,例如如何利用恒星自行来绘制银河系的结构和运动规律。在天体力学方面,作者对轨道摄动理论的讲解,通过解释其他天体的引力对目标天体轨道的影响,让我对行星、卫星甚至人造卫星的轨道变化有了更深入的理解。书中关于如何计算和预测这些摄动,以及如何应用到轨道设计和空间任务规划中的例子,都极大地拓展了我的视野。此外,对岁差和章动等现象的详细解释,也让我明白了地球自转轴的变化是如何影响我们观测天体坐标的,以及天文学家们如何对此进行精确的修正。

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这本书的价值在于其将看似遥不可及的天文概念,转化为我能够理解的知识体系。《天体测量和天体力学基础》在介绍天体测量学时,重点突出了其在天文学研究中的基础性作用,比如如何建立精确的天球坐标系,如何测量天体的位置和运动。作者通过对天体测量误差的来源和处理方法的介绍,让我深刻体会到科学研究的严谨性。书中关于恒星视差测量精度的讨论,以及如何利用空间望远镜来克服大气干扰,从而获得更高精度的测量结果,都让我对科学技术的进步有了更直观的认识。在天体力学部分,书中对轨道摄动理论的讲解,以及如何应用这些理论来计算人造卫星的轨道,甚至预测行星的长期运动,都让我对天体力学的应用价值有了更深刻的理解。我特别喜欢书中关于“轨道共振”的讨论,它解释了为什么某些行星或卫星的轨道会表现出周期性的相互影响,以及这种共振现象在太阳系中是如何普遍存在的。这种对复杂宇宙现象的深入剖析,让我对宇宙的秩序和规律有了更深的敬畏。

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《天体测量和天体力学基础》是一本能真正点燃你对宇宙探索热情的书。作者在介绍天体测量方法时,并没有止步于描述如何测量,而是深入探讨了这些测量成果如何被用于构建我们对宇宙的认知模型。例如,通过对遥远星系的红移测量,结合天体测量学提供的星系距离信息,作者清晰地阐述了哈勃定律是如何揭示宇宙膨胀的。这一部分的论述,让我对宇宙的演化和尺度有了前所未有的宏观认识。在天体力学部分,书中关于日月食的预测原理的讲解,简直是科学魅力的极致体现。作者不仅解释了天体运行的几何关系,还深入到计算这些精确时间点的物理过程,让我惊叹于古代先哲们如何在有限的条件下做出如此精准的预测,同时也看到了现代天体力学在预测能力上的飞跃。书中对于天体引力相互作用在塑造行星系统、星团以及整个星系结构中的作用的描述,也让我对宇宙的宏观动力学有了初步的了解。我特别喜欢书中对于那些经典天体力学问题的介绍,比如三体问题,虽然是未解之谜,但作者以一种引人入胜的方式,展示了科学家们在尝试解决这些复杂问题时所付出的努力和智慧。

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做计算物理期末论文借来看的,加油啊!

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航天专业工科生,看不太懂。这本书是给理科生写的吧?

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成书前得李广宇先生惠赠电子书稿,打印后阅读一过。

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航天专业工科生,看不太懂。这本书是给理科生写的吧?

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航天专业工科生,看不太懂。这本书是给理科生写的吧?