AnIntroductiontoModernAstrophysics-南开大学图书馆

MIT 教材An Introduction to Modern Astrophysics评介研究 张立彬（南开大学外国教材中心，天津，300071） 暴鹏程、马志远南开大学物理科学学院，天津，300071 1 1、本书的出版情况和作者简介、本书的出版情况和作者简介 An Introduction to Modern Astrophysics （second edition）（现 代天体物理概论 第二版） 是美国麻省理工学院物理系课程编号为 8.901 的课 程 “Astrophysics I ” 天体物理I所选用的教材。本书于2006 年由 Addison-Wesley 出版社出版，全书共 1278 页含附录共 1400 页，作者是韦伯 州立大学的 Bradley W. Carroll 和 Dale A. Ostlie. Bradley W. Carroll 是美国韦伯州立大学的物理系教授，他从加州大学欧 文分校取得数学学士学位， 之后在科罗拉多博尔德大学取得物理学硕士学位和天 体物理博士学位。 Bradley 对天文学抱有终身的兴趣并且对头顶的星空怀有一种天真的好奇， 这导致他最终投身天文学领域。在 Carl Hansen 和 John Cox 的指导下，他完成 了题为脉冲星自转效应的博士课题。之后，他去罗切斯特大学和 Hugh Van Horn 一起进行博士后研究，主要方向是中子星及其吸积盘的振荡。在这两所大学的熏 陶下，Brad 掌握了构造复杂天体物理系统简化模型的精髓。四年后，结束博士 后研究的 Bradley 幸运地得到韦伯州立大学的教职， 更幸运的是，在那里碰到了 Dale Ostlie，两人在恒星脉冲领域都有专长并且见解相近。Bradley 十分喜欢 和学生共同探索物理世界，这给他写这本书时提供了很大的帮助。 Dale A. Ostlie是美国韦伯州立大学理学院的院长，他于 1977 年在圣奥拉 夫学院取得物理和数学的学士学位， 然后于 1982 年在爱荷华州立大学取得物理/ 天体物理的博士学位。之后先后在爱荷华州立大学物理系、约翰霍普金斯大学的 空间望远科学技术研究所、贝茨学院物理系、洛斯阿拉莫斯国家图书馆理论物理 组进行教学科研工作。从 1984 年起，在韦伯州立大学物理系进行教学科研工作 至今。 在本书的另一个作者 Bradley W.Carroll 来到韦伯州立大学后，由于在许多 领域尤其是恒星脉冲领域的共识和对教学的热爱，两人合著了本书。[1][1] 2 2、本书的创作背景和主要内容、本书的创作背景和主要内容 天体物理是天文学的二级学科， 也是天文学和物理学的交叉学科。天体物理 是研究天体和其他宇宙物质的性质、结构和演化的天文学分支。天体物理学从研 究方法来说， 可分为实测天体物理学和理论天体物理学。 前者研究天体物理学 中 基本观测技术、 各种仪器设备的原理和结构，以及观测资料的分析处理，从而 为理论研究提供资料或者检验理论模型。后者则是对观测资料进行理论分析，建 立理论模型，以解释各种天象。同时，还可预言尚未观测到的天体和天象。用物 理学的技术和方法分析来自天体的电磁辐射，可得到天体的各种物理参数。根据 这些参数运用物理理论来阐明发生在天体上的物理过程及其演变是实测天体物 理学和理论天体物理学的任务。[2][2] 本书是天体物理学的一本经典的教科书， 两位作者都是多年从事教学和研究 一线工作。 本书深入浅出，条理清晰地介绍并阐明了天体物理的相关基础知识和 应用情况，是一本不可多得的天体物理入门级教材。 1 本书旨在仅用基本的物理知识向读者介绍整个现代天体物理的研究内容， 并 且， 与通用的其他的天文学教材不同的是， 本书更侧重天文现象的数学表达而不 是仅仅进行描述性的介绍。同时， 本书给学生很多应用自己所学的物理学知识去 分析天文学现象的机会，对于那些物理基础薄弱的学生，本书也提供了相关章节 介绍相关的物理学基本原理。 本书在第一部分介绍了天体物理学所需要的基础预备知识。 这部分内容涉及 物理和天文学的基础知识，并且作者是按历史的发展顺序进行介绍的。先介绍古 希腊的天球坐标法，作者也同时介绍了古希腊的天文学和物理学，毕竟西方天文 学的起源是在古希腊。这是天文学的基础。之后介绍经典天文学用的分析手段 开普勒定律和牛顿力学天体力学， 这是进一步使用其他模型进行分析的 基础。 之后的一节着重介绍光谱这一天体物理分析的有力工具并引入现代物理的 前沿量子力学。 紧接着的一节介绍了狭义相对论的相关知识，它是在空间尺 度以及极端条件下精确分析物理现象的基本工具。 下一节则又从光与物质作用的 角度进一步讨论光谱与量子力学，众所周知，电磁波探测是天文学主要的探测手 段， 这一节的介绍也相应的涉及了电磁波的理论。最后一节则介绍观测的主要工 具望远镜， 并介绍了天文观测领域的最新进展。与最新的科研进展密切相关 也是本书第二版的特点之一。 介绍完预备知识之后， 本书的下一部分从恒星物理学这一天体物理学的基础 和主要分支开始介绍。本书没有从我们的身边的太阳开始，而是从更简单更易计 算的双星系统开始介绍恒星，并且借助光谱分析。之后的两节从外到内细致介绍 了恒星的结构和物理属性。 之后又用太阳这个熟悉的例子让读者更好的理解之前 的理论。 下一节开始介绍恒星的演化过程恒星的一生。从星际物质凝聚形成 原恒星，讲到前主序阶段、主序星阶段，直到晚期的恒星脉动，最后讨论了不同 质量恒星的不同结局， 包括白矮星， 超新星爆发形成的中子星 （脉冲星） 或黑洞， 并在其中穿插热力学和广义相对论等相应的物理基础知识。 最后以对密近双星系 统这一特殊的双星系统的分析结束了本部分的内容。 接下来的一部分开始介绍与我们密切相关的天体物理学分支太阳系物 理学。与之前一样，第一节首先介绍了太阳系的演化过程，并且介绍了相关的物 理性质。之后开始分别介绍太阳系的八大行星及其卫星，矮行星，彗星和柯依伯 带天体，小行星，以及陨石。这一部分在给出相应数据公式的基础上还介绍了行 星的发现历史和最新的观测进展，如对地外行星系统的研究。 本书的最后一部分介绍了星系天文学和宇宙学， 从更大尺度上研究我们生活 的宇宙。 前两节先以我们居住的银河系为例介绍了星系的结构和物理属性，并在 结构分类的基础上介绍了旋涡星系、不规则星系、椭圆星系等常见的星系。之后 则介绍了星系的演化过程以及宇宙的大尺度结构的形成。 在介绍了星系这一宇宙 的重要组成结构之后， 开始由活动星系引入对整个宇宙的研究。对宇宙学的介绍 也是从历史发展的角度先后介绍了牛顿宇宙观和相对论宇宙观， 并介绍了宇宙微 波背景辐射、 宇宙的结构和宇宙的加速膨胀，最后对宇宙的早期演化做了简单介 绍。 更可贵的是，本书在附录里不仅给出了科学常数，单位换算和天文数据，还 提供了许多模型的 C实现，也体现了计算机模拟在天体物理中的越来越重要的 作用。 3 3、本书的特点、本书的特点 2 本书作为天体物理学介绍性入门课程的教材， 是两位作者多年教学经验的总 结。 本书透彻地反映了近十年来天体物理领域的巨变和革新。本书的第二版中更 新了天体