An Introduction to Astrophysical Fluid Dynamics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Thompson, Michael J.

出品人:

页数:227

译者:

出版时间:

价格:$ 105.09

装帧:HRD

isbn号码:9781860946158

丛书系列:

图书标签:

天体物理学
流体动力学
天体物理流体
数值模拟
等离子体物理
恒星
星系
宇宙学
湍流
磁流体动力学

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具体描述

This book provides an introduction for graduate students and advanced undergraduate students to the field of astrophysical fluid dynamics. Although sometimes ignored, fluid dynamical processes play a central role in virtually all areas of astrophysics. No previous knowledge of fluid dynamics is assumed. After establishing the basic equations of fluid dynamics and the physics relevant to an astrophysical application, a variety of topics in the field are addressed There is also a chapter introducing the reader to numerical methods. Appendices list useful physical constants and astronomical quantities, and provide handy reference material on Cartesian tensors, vector calculus in polar coordinates, self-adjoint eigenvalue problems and JWKB theory.

恒星与星系：宇宙动力学的基本原理作者： [此处可填入虚构的资深天体物理学家姓名] 出版社： [此处可填入虚构的著名学术出版社名称] --- 内容简介《恒星与星系：宇宙动力学的基本原理》是一部面向高年级本科生、研究生以及专业研究人员的权威性教材，旨在深入剖析驱动宇宙中宏大结构演化的核心物理过程。本书并未聚焦于天体流体动力学的特定分支，而是提供了一个更广阔的视角，涵盖了从恒星级现象到星系团尺度的动力学、热力学和磁流体学的基础框架。本书的结构经过精心设计，力求在严谨的数学推导与直观的物理图像之间取得完美的平衡。我们深知，要理解宇宙的演化，必须掌握能量、动量和角动量的守恒定律在不同尺度上的具体表现形式。因此，本书从基础的经典力学和电磁学原理出发，逐步构建起理解天体物理复杂系统的理论基石。第一部分：基础物理框架的重塑本书的第一部分致力于巩固读者对关键物理概念的理解，这些概念是理解任何动力学系统的基础。第一章：多尺度下的守恒定律本章首先回顾了物质在连续介质中的守恒律——质量、动量和能量的麦克斯韦方程组的通用形式。随后，我们将这些方程应用于天体物理环境，重点讨论了等温假设和绝热假设下的简化模型。我们详细阐述了在极低密度、极高温度或强磁场影响下的物质状态方程（Equation of State, EOS）的构建，包括理想气体、相对论性等离子体以及简并物质的EOS。本章强调了角动量在星系形成和恒星坍缩中的核心作用，并引入了描述宏观运动的欧拉方程（Eulerian Equation）和拉格朗日方程（Lagrangian Equation）的适用性边界。第二章：辐射场与能量传输天体物理过程几乎无一例外地受到辐射场的影响。本章深入探讨了辐射传输理论，特别是朗伯-比尔定律（Lambert-Beer Law）在星际介质中的应用。我们详细分析了光子的产生、吸收和散射机制，包括布雷姆斯特拉hlung（轫致辐射）、同步加速辐射和复合辐射。关键部分在于讨论了辐射压力如何影响星际云的平衡，以及在恒星内部，辐射如何成为主要的能量传输载体，从而决定恒星的演化轨迹。本章还介绍了普朗克定律和维恩位移定律在确定观测目标温度时的实用性。第三章：磁场动力学基础磁场是宇宙中无处不在的结构，它在恒星、星系甚至宇宙网的动力学中扮演着至关重要的角色。本章聚焦于理想磁流体力学（Ideal MHD），推导了法拉第感应定律和洛伦兹力在导电介质中的耦合形式。我们清晰地解释了磁流线冻结（Flux Freezing）的概念及其物理意义。随后，本章探讨了磁场的弛豫过程和磁扩散的机制，这对于理解磁场如何随时间演化至关重要。对于非理想效应，本章简要介绍了电阻率和等离子体粘滞性的定性影响。第二部分：恒星级系统的动力学第二部分将理论框架应用于恒星的诞生、生命与死亡，重点关注引力与内部压力之间的动态平衡。第四章：恒星结构与热平衡本章是关于恒星内部结构解析的关键。我们系统地推导了恒星结构方程（Stellar Structure Equations）：质量连续性、压力梯度、能量产生率和能量传输率。在讨论能量传输时，我们细致对比了辐射区和对流区的物理机制。本章的核心在于构建主序星的结构模型，并展示如何利用这些方程来确定恒星的质量-光度关系（Mass-Luminosity Relation）和寿命。最后，我们讨论了简并压力如何终止小质量恒星的坍缩。第五章：恒星大气与外层动力学恒星的外层，即大气层，是其辐射输出的决定性区域。本章分析了光球层的形成，以及如何利用德拜屏蔽的概念来定义等离子体的有效温度。我们详细研究了恒星风的机制，包括如何通过辐射驱动或磁场驱动机制，使物质克服引力束缚逃逸。对于快速旋转的恒星，本章探讨了磁场如何与外层物质相互作用，导致磁场重联和耀斑事件的发生。第六章：恒星演化与末期本章追踪恒星的生命周期。从氢聚变的结束到氦闪，再到红巨星分支的演化，我们阐述了核反应速率如何通过阿累尼乌斯（Arrhenius）或贝塔（Beta）依赖的指数关系来影响时间尺度。对于大质量恒星，我们深入分析了壳层燃烧、不稳定核合成和超新星爆发前的核心收缩。本章侧重于爆炸的动力学触发：引力坍缩如何导致激波的形成和反弹，以及中微子在能量释放中的关键作用。第三部分：星系与更大尺度的结构第三部分将视角提升至星系尺度，关注引力在组织物质、形成旋转结构和驱动星系间相互作用中的作用。第七章：星系的动力学基础本章引入了等温球模型（Isothermal Sphere Model）作为理解星系质量分布的起点。我们详细阐述了维里定理（Virial Theorem）在确定星系团质量和稳定性中的应用，这是推导暗物质（Dark Matter）存在的最基本工具之一。本章的核心内容是旋转曲线（Rotation Curves）的分析，通过观察恒星和气体绕中心运动的速度梯度，我们论证了经典牛顿引力无法解释观测结果，从而确立了对非重子物质的必要性。第八章：星系盘的稳定性与密度波本章专注于螺旋星系的形成和维持。我们研究了盘面动力学，包括自引力在盘面稳定性中的作用。重点讨论了林-香（Lin-Shu）密度波理论，解释了螺旋臂作为密度波如何持续存在，并如何触发星系盘内恒星的形成。此外，我们还探讨了气体动力学在星系盘中的作用，包括气体密度是否足以触发星系尺度的星云坍缩。第九章：星系团与宇宙网的动力学在最大尺度上，物质被组织成星系团和超星系团构成的宇宙网。本章应用流体静力平衡和引力势能的概念来描述星系团的结构。我们考察了充气模型（Hydrostatic Model）在描述星系团中热气体的温度分布时的局限性。本章的末尾部分将目光投向宇宙学背景，简要讨论了引力不稳定性（Jeans Instability）如何从微小的密度涨落演化为我们今天观测到的宇宙大尺度结构。 --- 特点与优势本书的优势在于其物理完备性和跨尺度视野。它避免了过于深入单一领域的专业化，而是为读者提供了一个将恒星、星系、等离子体和磁场动力学统一在一个物理框架内进行思考的能力。所有关键推导都包含了详细的步骤，并辅以大量的例题和讨论，旨在培养读者解决复杂天体物理问题的能力，而非仅仅记忆公式。本书是进入更专业领域如星系形成、活动星系核或高能天体物理的理想跳板。