宇宙佳音——天体物理学(诺贝尔奖百年鉴)

宇宙佳音——天体物理学(诺贝尔奖百年鉴)
ISBN: 
7-5428-2662-X/N.427
出版日期: 
2001-12
开本: 
32开
页码: 
140
定价(元): 
8.00
作者: 
吴鑫基 温学诗著
  

目录

1 一门古老而年轻的科学/1
  天体和宇宙/1
  天文望远镜/6
  天文学与物理学/10
  天文学和诺贝尔物理学奖/13
2 综合孔径射电望远镜/19
  射电天文学的萌生/19
  射电望远镜的崛起/21
  化整为零的战略战术/25
  剑桥大学的骄傲/29
  射电天文学的重大突破/31
3 脉冲星和中子星/37
  中子的发现和中子星的预言/37
  休伊什和行星际闪烁/41
  乔斯林·贝尔和脉冲星的发现/45
  脉冲星的真面目/48
  为贝尔博士说句公道话/51
4 脉冲双星和引力辐射/55
  令人神往的引力波/55
  站在脉冲星研究最前沿/57
  赫尔斯的精心求证/61
  理想的引力实验室/65
  20载心血验证引力波/67
5 宇宙微波背景辐射/71
  大爆炸宇宙论的预言/71
  迪克错失发现良机/75
  射电天文绝对测量/78
  微波背景辐射发现始末/81
  进一步证实/84
6 恒星的结构和演化/89
  恒星的一生/89
  天狼B星之谜/91
  勤奋好学的钱德拉塞卡/95
  白矮星的形成/97
  白矮星质量上限之争/101
7 宇宙磁流体力学/105
  宇宙中的磁场和等离子体/105
  等离子体在磁场中的运动/109
  太阳和宇宙磁流体力学/112
  太阳系和宇宙演化/114
8 宇宙化学元素合成/119
  丰富多彩的物质世界/119
  太阳能源和热核反应/121
  质子—质子反应/124
  碳—氮—氧循环/126
  B2FH理论/128
9 诺贝尔奖离我们有多远/133
  本卷大事记/137

内容提要

        从天文学这门“古老而年轻的科学”讲起,介绍了射电天文学的诞生和由此引发的20世纪60年代的“四大发现”(其中射电脉冲星和射电脉冲双星的发现先后荣获了诺贝尔物理学奖),并讲述了恒星演化理论、宇宙微波背景辐射等对现代物理学、宇宙学均有重大意义的科学成就。

前言

作者简介

精彩片段

        19世纪中叶物理学的发展促进了揭示天体物理本质的新学科天体物理学的产生。天体物理学就是用物理学的基本原理来解释天体的形态、结构、物理性质、化学组成及其起源和演化的科学。最先发展起来的是测量天体的光度和光谱。到19世纪末20世纪初,物理学从经典物理过渡到现代物理,天体物理学也受到巨大的激励,几乎物理学的所有分支学科,如原子物理学、量子力学、原子核物理学、狭义相对论、广义相对论、等离子体物理学、固态物理学、致密态物理学、高能物理学等很快就成为天体物理学新的理论基础,并逐步形成相对论天体物理学、等离子体天体物理学、高能天体物理学、宇宙磁流体力学、核天体物理学等分支学科。这样,天体物理学就成了物理学中的一个重要领域。1984年,国际纯粹及应用物理联合会正式设立天体物理学委员会。
        天文学的研究对象包括太阳、太阳系、恒星、银河系、河外星系等及整个宇宙,不仅要研究它们的现在,还要研究它们的过去和将来,这样逐步形成以太阳系、太阳、恒星、银河系、河外星系、宇宙为研究对象的分支学科。只有一点例外,那就是我们自己居住的这颗行星——地球,通常被归为地学研究的范围。
        太阳系是以太阳为主体的天体系统。太阳质量占太阳系所有天体总质量的99%以上,太阳强大的引力把太阳系内其他天体都牢牢地控制在自己的周围。地球只是太阳系的一个普通行星。它的直径约13000千米,与太阳相距约15亿千米,每年绕太阳公转一周。太阳系内还有其他八颗大行星。这九大行星,按离太阳由近及远依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。它们大致都沿着同一方向自西向东以椭圆轨道绕着太阳转动。水星离太阳最近时两者相距4600万千米。冥王星离太阳最远,轨道直径约120亿千米。
        小行星是太阳系里较小的天体。第一颗小行星“谷神星”是1801年1月发现的,到2001年1月已经发现并获国际统一永久编号的小行星数已突破20000大关。绝大多数小行星就像一块块大小不等、形状不一的“大石块”。它们大部分分布在火星和木星的轨道之间。彗星也是较小的绕太阳运行的天体,它们的公转轨道是非常扁长的椭圆。当彗星运行到太阳附近时被阳光照射得十分明亮,而且生成彗尾,形如倒挂的扫帚。流星体是太阳系内更小的天体,大多数是直径只有10微米到几十厘米的尘粒和固体物质,也绕太阳转动。它们进入地球大气层时,由于运动速度很快,同地球大气的分子碰撞而发热、发光、燃烧,形成明亮的光迹。也有一些比较大的流星体,在大气中没有燃尽,落到地面上成为陨石。
        太阳是一颗很普通的恒星,但它是地球上光和热的泉源,因而占有特殊的地位。我们肉眼看到的是太阳的光球层,温度约6000K。日面上经常出现黑子和耀斑之类的活动现象。在光球层外还有色球层和日冕。日冕以及太阳磁场可以延伸到极其广阔的行星际空间。
        银河系中有数以千亿计的恒星、许许多多的弥漫星云和到处都有的星际物质。恒星的化学组成大同小异,质量的差别也不是很大,但大小和密度却十分悬殊。太阳的半径约为70万千米,红巨星的半径比太阳大数百倍甚至上千倍,是恒星世界中的庞然大物。恒星世界中的侏儒是白矮星和中子星,白矮星的半径仅约太阳的百分之一,和地球相当,中子星更小,半径仅约10千米。红巨星、白矮星和中子星的质量与太阳的质量差别不大,它们之间的密度差别却可达几个到十几个数量级。
        许多恒星的光度会发生引人注目的变化。有些变星的光度变化是周期性的,周期从一小时到几百天不等,也有的可以长达好几年。还有一些恒星的光度发生突然的剧烈变化成为新星或超新星。大多数恒星并不孤单,有的恒星有行星系统相伴,有的则是成双成对的双星系统,还有好几颗星聚在一起的,组成聚星。几十颗、几百颗乃至上百万颗恒星聚在一起则形成星团。银河系中双星约占全部恒星的三分之一。
        银河系中恒星主要集中在一个扁球状的空间范围内,侧面看去像一只中间突起、四周较薄的体育运动用的铁饼。这个大“铁饼”称为银盘,银盘的对称面叫银道面,直径约85万光年,中央突出的部分是核球,厚约1万光年。在大“铁饼”之外,还有一部分恒星稀疏地分布在一个圆球状空间范围内,形成所谓的银晕(图1)。
        图1银河系的结构。(上)俯视图,(下)侧视图银河系如此之大已是令人难以想象,但是在银河系之外还有许许多多同银河系类似、离我们非常遥远的庞大天体系统,称为河外星系。
        河外星系也聚成大大小小的集团,有双重星系、多重星系以至由成百上千个星系组成的星系团。河外星系数以亿计,按它们的形态可以分为椭圆星系、旋涡星系和不规则星系等类型,此外还包括类星体、各种射电星系、赛弗特星系等“活动星系”。最远的河外星系与我们的距离超过百亿光年,对它们的观测使天文学研究的范围扩展到尺度达百亿光年的广阔空间,并可追溯到百亿年以前发生的事件,成为现代宇宙学的重要支柱。

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