Molecular Gas Dynamics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Sone, Yoshio

出品人:

页数:672

译者:

出版时间:2006-7

价格:$ 236.17

装帧:HRD

isbn号码:9780817643454

丛书系列:

图书标签:

分子动力学
气体动力学
物理学
流体力学
计算物理
稀疏气体动力学
Boltzmann方程
气体输运
数值模拟
微观尺度

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具体描述

This self-contained book is an up-to-date description of the basic theory of molecular gas dynamics and its various applications. The book, unique in the literature, presents working knowledge, theory, techniques, and typical phenomena in rarefied gases for theoretical development and application. Basic theory is developed in a systematic way and presented in a form easily applied for practical use. In this work, the ghost effect and non-Navier-Stokes effects are demonstrated for typical examples-Benard and Taylor-Couette problems-in the context of a new framework. A new type of ghost effect is also discussed.

宇宙的低语：恒星诞生与星际介质的动力学作者：[此处留空，或用一个虚构的、符合主题的学者名称] 出版社：[此处留空，或用一个虚构的、符合学术氛围的出版社名称] --- 导言：超越宏观的尺度本书深入探索了宇宙中最为基础且至关重要的领域之一：星际介质（Interstellar Medium, ISM）的物理学与动力学。我们不再将恒星视为孤立的光点，而是将其置于由气体、尘埃和磁场构成的宏大、复杂且不断演化的背景之中。本书的基石在于理解，从分子云的坍缩到超新星爆发的冲击波，所有这些过程都由微观尺度的物理效应——粒子间的相互作用、辐射场的影响以及量子力学效应——在宏观尺度上展现出来。我们关注的焦点是那些决定恒星形成效率、星系盘结构稳定性的驱动力。星际介质并非均匀的真空，而是一个充满湍流、温度梯度极大且化学成分异常复杂的“等离子海洋”。理解这一海洋的运动规律，是揭示宇宙演化史的关键。 --- 第一部分：星际介质的成分与结构第一章：从原子到分子——低能级物理学的基础本章从气体动力学的微观基础出发，但立即转向星际环境的特殊性。我们详细分析了氢和氦等主要元素在不同温度和密度下的能级激发与电离过程。重点讨论了巴尔末（Balmer）系列、莱曼（Lyman）系列的谱线形成机制，并解释了如何利用这些观测数据来反推星际云的温度和密度剖面。更进一步，我们剖析了星际空间中复杂化学反应的启动机制。这包括对低温下离子-分子反应（Ion-Molecule Reactions）的深入研究，这些反应是形成复杂有机分子（COMs）的起点。我们特别关注了H2分子的形成，它在低温黑暗的分子云核心是主要的冷却剂和主要的物质载体，其表面催化反应速率的精确模型构建是本章的核心挑战。第二章：尘埃的贡献与消光效应星际尘埃，尽管质量占比极小，却是影响可见光传播和能量平衡的关键因素。本章详细考察了尘埃粒子的物理特性：它们的尺寸分布、化学成分（硅酸盐、碳质、冰壳）以及吸收和散射光子的效率。我们建立了系统的星际消光曲线（Extinction Curve）模型，解释了为什么短波长的光被更强烈地吸收和散射（“蓝化效应”）。此外，尘埃作为低温环境中的关键散热器，其热辐射（特别是远红外波段）的能量平衡计算被置于重要地位。章节末尾，我们探讨了尘埃在星际磁场中排列的意义，这与后续的偏振观测紧密相关。第三章：温度的多相结构：从炽热到冰冷星际介质不是一个均匀的实体，而是由数个温度和密度截然不同的相态构成的复杂系统：冷致密分子云（T < 20 K）、温和的原子云（T ≈ 100 K）、电离氢区（HII区，T ≈ 10,000 K）以及极热的中性或电离气体（T > 10^6 K）。本章致力于构建一个自洽的热力学模型，描述这些相态如何通过辐射、冲击波加热和冷却机制实现动态平衡。特别关注了冷却机制的效率比较，例如$ ext{C}^+$和$ ext{CO}$的辐射冷却在分子云中的主导地位，以及X射线辐射在弥散热介质中的作用。 --- 第二部分：驱动力：磁场、湍流与冲击波第四章：星际磁场的拓扑与演化磁场是塑造星际气体运动的最核心非热力学要素。本章探讨了星际磁场的起源（发电机理论的初步应用）以及它在不同密度区域的渗透与固结过程。我们引入了阿弗雷德-鲍文（Alfvén Wave）理论来描述磁场如何向气体传递动量和能量。重点分析了磁场对气体坍缩的抑制作用（磁压力），以及在分子云核心形成过程中，磁场如何通过磁漂移（Magnetic Braking）机制被有效地移除，从而允许引力占优。对观测到的星际磁场偏振数据（来源于尘埃21cm辐射）的解释是本章的实践部分。第五章：星际湍流的动力学与能量级串湍流是星际气体中最普遍的运动形式，它不仅影响物质的混合，更是恒星形成效率的直接参数。本章将湍流视为一个耗散系统。我们采用Kolmogorov理论的修正版本来描述湍流速度场在不同尺度上的衰减规律。核心分析集中于湍流能量的注入（如由超新星驱动）和在小尺度上的耗散（通过粘滞或磁重联）。我们阐述了磁化湍流（Magnetized Turbulence）模型，以及湍流如何通过产生密度涨落来促进或抑制局部物质的引力不稳定。第六章：冲击波的产生、传播与介质的重塑星系中能量最大的事件——超新星爆发——以高速冲击波的形式释放能量，驱动着星际介质的剧烈相变。本章详细研究了单侧（Sedov-Taylor）和双侧激波结构。我们运用欧拉方程和磁流体力学（MHD）方程来模拟冲击波前沿的物理状态，包括激波的绝热压缩、加热和激波后低熵流体的形成。冲击波的后续影响至关重要：它们是宇宙射线的加速器，也是驱动ISM中原子向分子转变的重要触发机制。 --- 第三部分：动态过程：坍缩、喷流与反馈第七章：分子云的引力坍缩与初始条件恒星诞生的起点是分子云核心的局部失稳。本章集中于Jeans不稳定性和Jeans质量的概念，但很快过渡到更现实的考虑。我们探讨了非均匀介质中的坍缩（如Bonnor-Ebert球模型）。重点分析了坍缩过程中角动量和磁场的再分布。为了解释观察到的快速坍缩速率，必须引入机制来有效移除角动量，这通常涉及与磁场耦合的外围盘的形成。第八章：原恒星喷流与双极流出物当物质落向新生原恒星核心时，由于磁场的作用，大量的角动量和能量通过双极喷流（Bipolar Outflows）被定向释放。本章分析了Magnetorotational Instability (MRI) 驱动的吸积盘模型，以及这些模型如何预测喷流的初始速度和角度。我们详细考察了喷流与周围冷分子云的相互作用，这导致了赫伯特天体（Herbig-Haro Objects）的形成。喷流的动量输入是分子云演化中的一个关键反馈环节，它阻止了过于快速和大规模的恒星形成。第九章：星系尺度上的气体输运与循环本书的最后一部分将视角扩展到整个星系盘。我们讨论了星系尺度上的“恒星形成-反馈”循环：恒星产生能量，通过超新星和喷流将物质和能量注入星系际空间（星系风），这些物质最终冷却并沉降回星系盘中。我们考察了星系风的形成机制和逃逸速度，并讨论了如何通过观测吸收线森林来重建气体在星系晕中的分布和运动状态。理解这一宏大的气体循环，是把握星系演化历史和物质富集度的基础。 --- 结论本书旨在提供一个统一的框架，用以理解星际介质从微观粒子相互作用到星系整体动力学演化的全景。它强调了辐射场、磁场和湍流这三大非热力学驱动力如何共同塑造了我们所见的宇宙结构。本书的深度分析和丰富的理论模型，将为从事恒星物理学、星系演化和高能天体物理学的研究人员提供坚实的理论基础。