Physics, Formation and Evolution of Rotating Stars pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Maeder, Andre

出品人:

页数:853

译者:

出版时间:

价格:$ 179.67

装帧:

isbn号码:9783540769484

丛书系列:

图书标签:

• 恒星物理
• 旋转星
• 恒星形成
• 恒星演化
• 天体物理
• 流体力学
• 磁流体力学
• 数值模拟
• 恒星结构
• 脉动星

《天体旋转的奥秘：动力学、形成与演化》 本书深入探讨了宇宙中普遍存在的旋转现象，聚焦于恒星的形成与演化过程中扮演关键角色的旋转动力学。我们将揭示天体旋转并非简单的匀速转动，而是一个复杂多维的物理过程，深刻影响着恒星的结构、生命周期乃至整个星系的演化。从星云的引力坍缩到恒星内部的能量传输，再到超新星爆发的壮丽终结，旋转无处不在，塑造着天体世界的宏伟图景。 第一部分：旋转天体的动力学基础 在宇宙的 vastness 中，旋转是恒星、行星、星系乃至于黑洞的普遍特征。理解旋转天体的形成与演化，离不开对其动力学基础的深刻认识。本部分将从最基本的物理原理出发，层层剖析天体旋转的本质。 1. 角动量守恒：旋转的根源 宇宙中的一切天体，无论大小，都遵循着角动量守恒定律。这是一个至关重要的物理学原理，它意味着在一个孤立系统中，总角动量保持不变。那么，什么是角动量？简单来说，角动量是描述物体绕轴旋转的运动状态的物理量，它取决于物体的质量、形状、大小以及其绕轴旋转的速度。 想象一下，最初的宇宙是一个由气体和尘埃组成的巨大、缓慢旋转的云团。当这个云团在自身引力的作用下开始收缩时，会发生什么？根据角动量守恒定律，当云团的半径减小时，为了保持总角动量不变，其旋转速度必须增加。就像滑冰运动员收拢手臂时会旋转得更快一样，星云收缩也会导致其旋转速度急剧加快。这种加速的旋转是恒星形成过程中最重要的驱动力之一，它不仅帮助星云克服自身的引力，还能在一定程度上抵消引力坍缩，并最终塑造出恒星和行星系统的结构。 我们还将详细探讨角动量是如何在不同的天体结构中传递和分布的。例如，在恒星形成过程中，角动量会从中心向外围的吸积盘传递，这解释了为什么行星系统往往具有与主星相似的旋转方向。理解角动量守恒的细微之处，是理解恒星生命史中诸多现象的基石。 2. 离心力与引力：动态平衡的舞蹈 当一个天体旋转时，其物质会受到一股向外的力，这便是离心力。离心力的大小与天体的旋转速度和质量分布有关。它与天体自身的引力相互抗衡，共同决定了天体的形状和稳定性。 对于缓慢旋转的天体，如早期形成的巨大气体云，引力占据主导地位，使其趋于坍缩成球形。然而，随着旋转速度的增加，离心力逐渐增强。在旋转速度足够快的情况下，离心力可以抵消一部分引力，导致天体不再是完美的球形，而是呈现出扁平的形状，例如恒星的赤道区域会比极地区域稍微隆起。这种形状的变化对恒星的能量传输和磁场产生有着深远的影响。 特别是在快速旋转的恒星，如一些年轻的、质量较大的恒星，离心力的影响尤为显著。赤道处的物质可能接近于被甩出，这不仅影响恒星的结构，还会导致物质的流失，形成恒星风。本书将深入分析离心力和引力之间的动态平衡如何影响恒星的结构、大气性质以及演化路径。我们还将审视一些极端情况，例如毫秒脉冲星，它们的旋转速度极快，离心力的作用不容忽视。 3. 磁场与旋转：缠绕的宇宙之力 许多恒星都拥有强大的磁场，而这些磁场往往与恒星的旋转密切相关。旋转过程中的导电流体（例如恒星内部的等离子体）会产生动理发电机效应，从而产生并维持磁场。这个过程就像一个天然的宇宙发电机。 恒星的磁场并非静止不变，它会随着恒星的旋转而被“扭曲”和“拉伸”，形成复杂的磁力线结构。这些磁力线可以延伸到恒星大气层之外，甚至影响周围的空间环境。恒星的磁场对恒星风的形成、星际物质的传播以及恒星耀斑等剧烈活动起着至关重要的作用。 本书将详细阐述动理发电机效应的物理机制，以及旋转如何驱动和塑造恒星的磁场。我们将探讨磁场如何影响恒星的表面活动，例如黑子、耀斑和日冕物质抛射。此外，我们还将研究磁场在恒星形成初期，如何影响星云的坍缩和原行星盘的演化，甚至可能抑制或增强恒星的形成。理解磁场与旋转的协同作用，是理解恒星活动和空间天气的重要一环。 第二部分：恒星的形成与旋转的足迹 恒星并非凭空出现，它们孕育于寒冷、巨大的分子云中，经历着漫长而复杂的形成过程。在这一过程中，旋转扮演着至关重要的角色，它不仅决定了恒星的初始状态，也为行星系统的形成埋下了伏笔。 1. 分子云的坍缩与原恒星的诞生 宇宙中的恒星诞生于被称为分子云的巨大、低温的气体和尘埃云中。这些云团在自身引力作用下，会经历缓慢的收缩过程。然而，如果仅仅是引力，这些云团可能会直接坍缩成一个巨大的、均匀密度的球体。是旋转，赋予了这一过程复杂的动力学。 即使是看似静止的分子云，也往往具有微弱的整体旋转。当云团开始坍缩时，正如前面所讨论的，角动量守恒定律使得旋转速度逐渐加快。这种加速的旋转导致物质向赤道方向聚集，形成一个扁平的、旋转的盘状结构，称为原行星盘。而坍缩的中心区域则会变得越来越密集，温度也越来越高，最终形成一颗年轻的恒星，即原恒星。 本书将详细描述分子云坍缩的各个阶段，以及旋转如何在这种大规模的引力坍缩中起主导作用。我们将探讨不同初始角动量如何导致不同质量和旋转速度的原恒星形成。此外，我们还将研究旋转对原恒星周围吸积盘的形成、演化以及其内部结构的影响。 2. 原行星盘的动力学与行星的孕育 原行星盘是恒星形成过程中一个至关重要的副产品。它不仅是供给恒星物质的来源，更是行星形成的温床。原行星盘的动力学特征，很大程度上由其母恒星的旋转以及盘自身的角动量分布决定。 在原行星盘中，物质沿着盘的平面运动，并受到恒星引力、盘内物质的引力以及旋转引起的离心力的共同影响。盘的内侧区域，由于靠近恒星，受到的引力作用更强，旋转速度也更快。盘的外侧区域则相反。这种速度差异以及盘内的湍流，使得尘埃颗粒能够碰撞、聚集，并最终形成更大的团块，为行星的形成奠定基础。 本书将深入剖析原行星盘的动力学演化。我们将研究角动量如何在盘的不同区域分布，以及湍流在盘内物质传输中的作用。我们将探讨磁场在原行星盘中的作用，例如它如何帮助角动量从内盘向外盘传递，并促进盘的结构形成。此外，我们还将讨论盘的冷却和物质迁移如何影响行星的成分和轨道分布。 3. 形成过程中的物质流失与恒星风 在恒星形成的早期阶段，原恒星会向外喷射出强大的物质流，形成所谓的“原恒星喷流”。这些喷流通常沿着原恒星的旋转轴方向，并且具有很高的速度。它们的形成与原恒星的磁场和原行星盘的动力学密切相关。 原恒星喷流在清除原行星盘中的气体和尘埃方面起着关键作用，这有助于加速行星的形成过程，并决定了行星系统的最终规模。同时，恒星的早期活动，包括强烈的恒星风，也会将大量的物质吹散到星际空间。 本书将详细阐述原恒星喷流的形成机制，以及它们与原恒星磁场和原行星盘的相互作用。我们将研究这些喷流如何影响周围的分子云，并可能触发新的恒星形成。此外，我们还将探讨早期恒星风对行星系统的演化，例如剥离行星大气层的影响。 第三部分：恒星的演化与旋转的深远影响 恒星并非永恒不变，它们在漫长的生命周期中经历着剧烈的变化，而旋转则深刻地影响着这些演化过程的方方面面。从能量的产生到恒星内部的结构，再到最终的死亡方式，旋转都留下了不可磨灭的印记。 1. 恒星内部的能量产生与输运 恒星的核心是其能量的源泉，核聚变反应在这里持续进行，释放出巨大的能量。恒星的旋转会影响其内部的对流和辐射过程，从而影响能量的产生和输运效率。 在慢速旋转的恒星中，能量主要通过辐射和对流的方式从核心输送到表面。然而，在快速旋转的恒星中，旋转会产生额外的湍流和混合效应，这会加速能量的输运。例如，在某些质量较大的恒星中，旋转引起的混合作用可以使得一部分在核心深处产生的氦元素被带到表面，从而延迟了恒星的演化过程。 本书将深入分析旋转如何影响恒星内部的结构和物理过程。我们将探讨旋转如何改变恒星的温度梯度、密度分布以及核聚变反应的速率。我们还将研究旋转如何影响恒星的振荡模式，从而为我们提供探测恒星内部结构的信息。 2. 恒星结构与表面活动的改变 如前所述，旋转会导致恒星的赤道区域比极地区域稍微隆起，形成所谓的“扁球体”。这种形状的改变会影响恒星表面的温度和亮度分布。 此外，旋转也是恒星磁场产生和维持的关键因素。如前所述，动理发电机效应使得旋转的导电流体能够产生并放大磁场。这些磁场在恒星表面表现为我们熟悉的黑子、耀斑等活动现象。旋转速度越快，产生的磁场往往也越强，恒星的表面活动也越剧烈。 本书将详细描述旋转对恒星结构的影响，包括其形状、自转周期以及内部结构的变化。我们将深入研究恒星磁场的产生机制，以及旋转如何驱动和塑造恒星的表面活动，例如恒星风、耀斑和日冕物质抛射。我们将探讨这些活动如何影响行星环境，甚至宇宙空间的天气。 3. 恒星演化的晚期与旋转的遗产 恒星的生命终将走到尽头，而它们的最终命运，也与它们的旋转息息相关。例如，大质量恒星的超新星爆发，以及致密天体（中子星和黑洞）的形成，都与旋转有着千丝万缕的联系。 在恒星演化的晚期，当核心的核燃料耗尽时，恒星会经历巨大的结构变化。对于质量足够大的恒星，它们会以超新星爆发的形式结束生命。在爆炸过程中，恒星的角动量会被保留下来，并集中到爆炸产生的致密核心上。这解释了为什么许多中子星都具有极高的旋转速度。 而对于质量更大的恒星，它们可能会坍缩成黑洞。黑洞也具有角动量，并且旋转的黑洞会扭曲周围的时空，形成一个称为“视界”的边界。 本书将探讨旋转如何影响恒星演化的晚期阶段。我们将研究大质量恒星在超新星爆发过程中的动力学，以及旋转如何影响中子星和黑洞的形成。我们将深入探讨旋转的致密天体，例如脉冲星，以及它们是如何成为我们研究宇宙的实验室。最后，我们将展望旋转在宇宙演化中扮演的更宏观的角色，例如对星系形成和演化的影响。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解天体旋转在宇宙中的重要性。从微观的物理原理到宏观的天体结构，从恒星的诞生到死亡，旋转的足迹无处不在，它塑造着宇宙的形态，驱动着天体的演化，是理解我们所处宇宙不可或缺的关键要素。

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