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出版者:

作者:Kronk, Gary W.

出品人:

页数:628

译者:

出版时间:2008-12

价格:$ 368.38

装帧:

isbn号码:9780521585071

丛书系列:

图书标签:

• 彗星
• 天文学
• 观测
• 历史
• 太空
• 科学
• 摄影
• 彗星观测
• 彗星记录
• 天文观测

宇宙之尘的低语：天体物理学前沿探索 书籍简介 《宇宙之尘的低语》并非聚焦于彗星的壮丽轨迹，而是将目光投向了宇宙间更为普遍、却又同样深刻的物质形态——星际尘埃、气体云以及行星形成过程中的微观粒子。本书旨在为读者提供一个全面且深入的视角，探索这些“微小”的构成如何在宇宙的宏大叙事中扮演了至关重要的角色。我们将从粒子物理学的基本原理出发，逐步深入到星云的化学演化、恒星诞生的初始条件，直至系外行星系统的构建机制。 本书结构严谨，内容涵盖了现代天体物理学中关于早期宇宙物质循环、星际介质（ISM）的结构与动力学、以及尘埃在分子云坍缩中的冷却效应等核心议题。我们力求在保持科学严谨性的同时，以清晰易懂的语言，描绘出这些看不见摸不着的物质如何塑造了我们所见的一切星系、恒星和行星。 --- 第一部分：星际介质的微观世界 第一章：宇宙中的基本粒子 本章首先回顾了构成宇宙物质的基本成分，重点阐述了宇宙中硅酸盐、碳质材料（如石墨和非晶碳）以及冰冻挥发物（如水、甲烷和氨）的化学多样性。我们将深入探讨这些尘埃颗粒的形成机制——它们并非凭空出现，而是恒星演化晚期的产物。 恒星风与超新星遗迹中的尘埃合成： 重点分析了红巨星和渐近巨星分支（AGB）恒星外层物质冷却过程中，复杂有机分子和无机硅酸盐晶体的形成速率与形貌演化。超新星爆发产生的冲击波如何重塑和注入新的尘埃到星际介质中，并讨论了不同类型超新星（Ia型与II型）对尘埃元素丰度的差异化贡献。 粒子的尺寸分布与形貌： 介绍皮耶（（Pillai）模型和怀特曼（Witten）模型在描述星际尘埃颗粒尺寸谱（从纳米级的PAHs到微米级的团块）中的应用。通过观测到的紫外消光曲线、红化效应以及米氏散射（Mie Scattering），反推尘埃的平均密度、折射率和几何形状。 第二章：星际介质的结构与热力学 星际介质（ISM）是星系内恒星诞生与死亡的介质。本章聚焦于ISM的相态结构，即热星际介质（热气体、温和气体和冷气体）如何通过能量交换（辐射、冲击波、宇宙射线）维持动态平衡。 加热与冷却机制： 详细分析了宇宙射线轰击、光电加热、X射线辐射以及分子辐射冷却（尤其是CO和H2的谱线发射）对ISM温度分布的控制作用。 消光与散射的物理基础： 深入讲解了尘埃如何吸收、散射恒星光线，导致我们观测到的星际红化。这部分将结合辐射传输理论，解释如何利用观测数据精确剥离出光源本身的性质与星际介质的影响。 --- 第二部分：分子云动力学与恒星的摇篮 第三章：从气体到尘埃的凝聚 恒星和行星的起源始于致密分子云的引力坍缩。尘埃在此过程中扮演了关键的散热角色，有效地降低了气体云的内压，从而允许坍缩的发生。 分子云的形成与稳定性： 讨论了自引力不稳定性（Jeans不稳定性）如何克服湍流和磁场的支撑，启动云核的局部坍缩。 尘埃在冷却中的核心作用： 解释了为什么在低密度、低温（T < 50 K）环境中，气体分子辐射（如H2和CO的谱线）不足以驱动足够的冷却，而尘埃发射的远红外辐射才是主要的冷却通道。本章将展示缺乏有效尘埃冷却机制时，分子云无法形成恒星的理论模型。 第四章：原恒星吸积盘与“冰壳”的构建 当原始核心形成后，残余物质会聚集在中心天体周围形成原行星盘。尘埃在盘结构演化中占据了决定性地位。 尘埃的沉降与漂移： 详细阐述了托马斯尼茨基（Weidenschilling）漂移现象，解释了毫米到米级尘埃如何因气体拖曳作用，快速向恒星轨道迁移。这是理解固态物质如何汇聚成微行星的关键机制。 冰的捕获与冻结线（Snow Line）： 阐述了在原行星盘中，由于温度梯度，水、二氧化碳和一氧化碳等挥发性物质会在特定距离上冻结形成冰壳。这极大地增加了这些区域的固态物质丰度，直接影响了后续巨行星的形成。 --- 第三部分：系外行星与更远的前景 第五章：尘埃在行星形成后期的影响 本章将视角转向已形成的恒星系统，探讨残留的尘埃和碎屑盘如何揭示系统的动态历史。 碎屑盘的观测与解释： 通过对后-金牛座星群（T Tauri星）和主序星周围的红外过量信号（如 $eta$ Pictoris 型星）的分析，展示了碎屑盘作为正在经历碰撞和碎片化的微行星带的证据。 撞击物理学与行星后期演化： 讨论了高速撞击事件中产生的微小尘埃颗粒如何被恒星光度计和光谱仪捕获。这些撞击产生的星际尘埃是系统内部物质循环的直接指标。 第六章：跨越星系的物质循环与未来展望 本书的最后部分将宏观视野拉回到整个银河系乃至更高层级的结构中。 尘埃对星系演化的反馈： 分析了星系规模的恒星形成活动如何通过超新星爆发，将重元素和尘埃回馈到星系晕（Halo）中，进而影响后续世代恒星的化学丰度。讨论了早期宇宙（高红移）星系中尘埃的起源问题，因为那时形成重元素的恒星生命周期尚短。 观测技术的进步与未解之谜： 总结了詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）在观测冷尘埃辐射、穿透星际尘埃云以揭示新生恒星核方面的突破性贡献。同时，探讨了当前研究中的主要挑战，例如：暗物质如何影响尘埃的分布？以及尘埃中是否存在复杂的生命前驱有机分子（Prebiotic Molecules）的证据。 --- 《宇宙之尘的低语》提供了一个独特的、自下而上的视角来理解宇宙的构造。它揭示了那些看似不起眼的微小粒子，是如何在引力的作用下，历经数十亿年的演化，最终成为我们赖以生存的行星系统的基石。本书适合天体物理学、行星科学及相关领域的学生和研究人员，也欢迎所有对宇宙微观结构充满好奇的读者。

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