An Introduction To Celestial Mechanics pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

出版者:Johnston Press

作者:Forest Ray Moulton

出品人:

頁數:464

译者:

出版時間:2008-07-08

價格:USD 32.45

裝幀:Paperback

isbn號碼:9781408674185

叢書系列:

圖書標籤:

• 航天專業
• celestial_mechanics
• Celestial Mechanics
• Astrodynamics
• Orbital Mechanics
• Spaceflight
• Physics
• Mathematics
• Astronomy
• Gravitation
• Classical Mechanics
• Applied Mathematics

天體動力學導論 一部深入探索宇宙運動基本原理的經典之作 概述：揭示宇宙的宏偉藍圖 《天體動力學導論》是一部旨在為讀者提供堅實理論基礎和豐富實踐經驗的專著，內容涵蓋瞭從牛頓經典力學到現代天體力學領域的核心概念。本書的核心目標是引導讀者理解和掌握行星、衛星、彗星以及人造天體在引力場中運動的基本規律，並能夠運用這些知識解決實際的天體力學問題。 本書的編寫遵循瞭循序漸進的原則，從最基礎的運動學和動力學概念入手，逐步過渡到復雜的軌道計算、攝動理論以及空間任務規劃等高級主題。我們避免瞭過度簡化，力求在保持數學嚴謹性的同時，確保物理圖像的清晰性與直觀性。通過對曆史上的經典案例和當代前沿研究的梳理，本書不僅是理論教材，更是一部引導讀者進入專業領域研究的入門指南。 第一部分：基礎框架與核心原理 本部分奠定瞭整個天體力學分析的數學和物理基礎，確保讀者對後續章節的深入探討有所準備。 第一章：運動學與參考係的選擇 本章首先迴顧瞭經典力學中的基本概念，如質量、力、能量和動量。隨後，重點討論瞭在天體力學分析中至關重要的參考係的選擇。 慣性係與非慣性係： 詳細分析瞭牛頓第二定律在不同坐標係下的適用性，引入瞭牛頓（慣性）係和地心慣性係（ECI）的概念。 地球固連係（ECEF）的局限性： 探討瞭地球自轉帶來的科裏奧利力和離心力，並闡述瞭在處理近地衛星軌道時，如何將這些效應納入考慮。 坐標變換： 詳盡介紹瞭鏇轉矩陣、歐拉角和四元數在不同坐標係（如赤道坐標係、黃道坐標係）之間進行精確轉換的方法，這是軌道傳播和姿態控製的基礎。 第二章：二體問題（Two-Body Problem）的精確解 二體問題——兩個質量體在萬有引力作用下的相對運動——是天體力學的基石。本章提供瞭這一問題的完整解析。 拉格朗日點與中心體引力： 基於牛頓萬有引力定律，推導瞭二體係統的中心運動方程，並證明瞭其守恒量，如角動量和總能量。 開普勒定律的嚴謹推導： 從微分方程齣發，嚴格推導齣開普勒三大定律，並闡明瞭這些定律在太陽係動力學中的普適性。 軌道要素的定義與解釋： 詳細定義瞭六個開普勒軌道要素（半長軸、偏心率、軌道傾角、升交點赤經、近地點幅角、真近點角），這些要素構成瞭描述任何一個橢圓或雙麯綫軌道的“指紋”。 軌道分類： 討論瞭封閉軌道（橢圓）、拋物軌道和雙麯綫軌道在能量和角動量平麵上的幾何錶示。 第三章：軌道傳播與數值方法 在實際應用中，精確的軌道傳播往往需要數值方法。本章側重於如何使用計算機高效且準確地預測物體未來的位置和速度。 高斯/拉格朗日方法： 介紹瞭基於解析解的初始條件確定方法。 數值積分技術： 探討瞭常微分方程求解器在軌道動力學中的應用。詳細介紹瞭龍格-庫塔法（Runge-Kutta methods）以及更高效的辛積分器（Symplectic Integrators）在長期軌道模擬中的優勢，特彆是它們如何更好地保持哈密頓係統的結構。 常數變異法（Variation of Parameters）： 引入拉格朗日和龐加萊形式的常數變異方程，為後續的攝動分析打下基礎。 第二部分：多體係統的復雜性與攝動理論 現實中的天體運動很少是孤立的二體係統。本部分深入探討瞭引力場中其他天體、非球形引力、大氣阻力和輻射壓等對軌道的影響。 第四章：N體問題與限製性三體問題 N體係統的定性分析： 討論瞭N體問題的不可積性，並介紹瞭龐加萊的不穩定性和混沌現象的初步概念。 限製性三體問題（Restricted Three-Body Problem, RTBP）： 這是處理地球-月球或太陽-行星係統動力學的關鍵模型。詳細分析瞭歐拉點（Lagrange Points）的平衡解，包括它們的穩定性分析。 同步軌道與拉格朗日點應用： 探討瞭L1到L5點的物理意義及其在空間探測器部署中的戰略價值。 第五章：攝動效應的量化分析 本章將攝動項視為對理想二體運動的微小修正，並係統地分析瞭這些修正對軌道要素的長期影響。 地球的非球形引力場： 詳細分析瞭地球扁率（$J_2$項）對近地衛星軌道的影響。推導瞭$J_2$項導緻的軌道進動（Precession）速率，這是設計和維持太陽同步軌道和近地點保持軌道的關鍵。 日月引力攝動： 討論瞭太陽和月球對地球軌道衛星的影響，特彆是在高軌道和地球軌道邊緣時的重要性。 非引力攝動： 引入大氣阻力模型（如布格-拉姆齊模型）和太陽輻射壓力（SRP）模型，分析它們在軌道衰減和長期維持中的作用。 第六章：解析攝動理論進階 本章介紹瞭更深入、更精細的攝動分析方法，這些方法在行星際任務的精確導航中不可或缺。 漢密爾頓-雅可比理論基礎： 以哈密頓力學為框架，概述瞭正則變換和生成函數在簡化多體運動方程中的作用。 龐加萊-林德斯泰德（Poincaré-Lindstedt）方法： 用於處理周期性攝動，尋找平均軌道要素的長期演化。 星曆錶的構建： 結閤攝動理論，解釋瞭現代高精度星曆錶（如JPL Development Ephemerides）是如何通過高階解析或半解析方法計算行星和航天器的位置。 第三部分：軌道機動與空間任務設計 本書的最後一部分將理論知識應用於實際操作，探討航天器如何在軌道間轉移、進行機動，以及如何設計任務的軌道。 第七章：軌道轉移與速度增量（Delta-V）分析 霍曼轉移（Hohmann Transfer）： 詳細分析瞭最節能的橢圓轉移軌道，計算所需的速度增量和轉移時間。 平麵內與平麵外機動： 討論瞭不同傾角改變所需的能量消耗，以及如何利用重力助推（Gravity Assist）進行行星際轉移。 低推力機動： 引入阿列剋謝耶夫-布爾科夫最優控製理論（Primer Vector Theory）的基本思想，探討瞭在長時間任務中如何通過連續、低強度的推力實現最優軌道控製。 第八章：相對運動與航天器編隊 隨著對近距離操作需求的增加，相對運動學成為關鍵。 兩體相對運動方程： 導齣物體相對於目標航天器的運動方程。 近體動力學（Clohessy-Wiltshire/Hill's Equations）： 詳細推導和分析瞭希爾方程，這是描述近地軌道（如ISS附近）相對運動的標準綫性模型。利用該模型分析瞭航天器捕獲、交會和編隊飛行的基本策略。 第九章：軌道確定與觀測數據處理 任何軌道任務都依賴於對初始狀態的精確測量。 軌道測定基礎： 介紹主要的觀測類型，如方位角/高度角（Azimuth/Elevation）、視綫距離（Range）和多普勒頻移。 卡爾曼濾波（Kalman Filtering）： 詳細講解卡爾曼濾波在融閤多源、有噪聲的觀測數據以實時估計和修正航天器狀態嚮量方麵的核心作用，這是現代導航和控製係統的核心算法。 最小二乘法與軌道擬閤： 闡述如何使用觀測數據對軌道要素進行最佳估計。 總結與展望 《天體動力學導論》旨在提供一個既具有深厚理論底蘊，又緊密聯係實際工程應用的知識體係。通過對引力、運動、攝動和控製的係統性研究，讀者將能夠掌握理解和預測宇宙中任何受引力支配的物體運動的工具。本書不僅為有誌於從事航天科學、軌道工程或天文學研究的專業人士打下堅實基礎，也為所有對宇宙運行奧秘抱有好奇心的學習者開啓瞭一扇通往精確科學的大門。未來的研究方嚮將集中在更精細的引力場模型、復雜多體係統的長期穩定性分析，以及AI和機器學習在軌道預測與控製優化中的集成應用。

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得非常引人注目，深邃的藍色背景上點綴著閃爍的星辰，仿佛真的能透過它一窺宇宙的浩瀚。我是在一個雨天的下午偶然在書店裏翻到它的，一開始隻是被它的名字吸引，但當我翻開第一頁，閱讀瞭前幾章的介紹後，我立刻意識到這是一本不同尋常的科普讀物。作者顯然對如何將復雜的理論以生動有趣的方式呈現給非專業讀者有著深刻的理解。書中對於開普勒定律的闡述，不再是枯燥的公式堆砌，而是穿插瞭大量關於曆史背景和科學傢們探索過程的逸聞趣事，讓我仿佛能感受到那些偉大的頭腦在麵對未知時所經曆的掙紮與頓悟。特彆是關於行星運動軌道的幾何描述部分，作者巧妙地運用瞭大量的圖示和類比，即便是像我這樣對純數學感到畏懼的讀者，也能大緻掌握其核心思想。這種敘事上的匠心獨運，使得原本高冷的“天體力學”瞬間變得觸手可及，它不再是象牙塔裏的學問，而成瞭我們頭頂那片星空背後隱藏的優雅法則。我特彆欣賞作者在引導我們思考“為什麼”而不是僅僅停留在“是什麼”的層麵，這讓閱讀過程充滿瞭智力上的探索樂趣。

评分☆☆☆☆☆

這本書的排版和插圖質量值得稱贊。那些描繪不同軌道類型——橢圓、拋物綫、雙麯綫——的示意圖，綫條清晰，色彩運用得當，使得區分這些本質上相似但物理意義迥異的軌道形態變得輕而易舉。更難得的是，作者在討論軌道攝動和非保守力對長期穩定的影響時，選用的例子都非常貼近現代航天事業的需求，例如如何計算人造衛星的進動和漂移。這使得這本書的內容不僅具有古典的學術價值，更展現瞭極強的現實意義。我尤其喜歡其中關於“穩定性和混沌”的討論，作者用非常簡潔的語言描述瞭如何通過龐加萊截麵來識彆一個看似隨機的軌道運動中可能存在的確定性結構。這部分內容拓展瞭我的思維邊界，讓我意識到即使在看似無序的宇宙運行中，也存在著深層的秩序和規律，隻是這種秩序的錶達方式比我們想象的要復雜得多。總而言之，這本書是一次令人身心愉悅的智力旅行，它成功地在保持科學嚴謹性的前提下，激發瞭讀者對宇宙最原始的好奇心和敬畏感。

评分☆☆☆☆☆

對於那些期望一闆一眼學習偏微分方程和拉格朗日點的讀者來說，這本書可能需要作為補充閱讀材料，因為它更多地側重於構建宏觀的、直觀的物理理解，而不是深入到高等數學的細節推導中。然而，正是這種“取捨”，使得它成為瞭一個絕佳的入門讀物。作者對“潮汐力”的解釋尤其精彩，他沒有直接扔齣潮汐力的梯度公式，而是通過生動地比較地球對月球近側和遠側的引力差，形象地展示瞭為什麼潮汐會産生，以及為什麼它會導緻地月距離的緩慢變化。這種基於物理直覺的引導，遠比純粹的數學推導更具說服力。閱讀過程中，我時常停下來，抬頭望嚮窗外，試圖在自己熟悉的日常景象中尋找那些隱藏在書中的規律——比如計算自己跳躍時身體受到的微小行星引力影響。這種將抽象理論與日常體驗連接起來的嘗試，是這本書最令人稱道的地方，它成功地將天體力學從遙遠的太空拉迴到瞭我們身邊，讓讀者感覺自己也是這個宏大物理係統中的一部分。

评分☆☆☆☆☆

這本書的敘事節奏把握得極佳，像一部精心編排的交響樂，從相對簡單的二體問題開始，逐步引入更復雜的攝動力學概念。我最喜歡它處理引力理論演變的方式，它沒有直接拋齣牛頓的萬有引力公式，而是先迴顧瞭前人（如笛卡爾和開普勒）的努力和局限性，這為牛頓的突破做瞭極好的鋪墊，讓讀者充分體會到那種“站在巨人肩膀上”的成就感。在講解月球運動的微小偏差時，作者使用瞭極其精妙的語言，將那些微小的、難以察覺的擾動描繪得如同宇宙中的低語，這極大地激發瞭我對細節的關注。不同於某些教科書直接給齣復雜積分方程，這本書似乎更側重於概念的物理圖像構建。它引導我們思考角動量守恒在軌道幾何中的體現，以及能量如何決定瞭軌道的形狀——這種自上而下的講解思路，極大地降低瞭初學者的心理門檻。我甚至覺得，如果我在高中物理課上讀到的是這樣的材料，我對宇宙的興趣可能會提早十年爆發。整本書讀下來，沒有感到任何冗餘或拖遝，每一頁似乎都在為構建一個完整的、邏輯自洽的宇宙模型添磚加瓦。

评分☆☆☆☆☆

這本書的獨特之處在於它對觀測數據的尊重和整閤。它不僅僅是理論的演繹，更是一部關於人類如何從有限的觀測中推導齣無限規律的史詩。作者在闡述如何通過三角視差測量恒星距離時，詳細描述瞭望遠鏡的精度限製和大氣擾動帶來的挑戰，這種對“不完美觀測”的坦誠，反而增強瞭科學的真實感。特彆是書中提到利用傅裏葉分析處理長期天文觀測數據，以分離齣周期性信號的章節，講解得深入淺齣，讓我領悟到數學工具在實際天文研究中的強大威力。它並未迴避這些技術細節，但卻用一種近乎講故事的方式將其包裹起來，使得讀者在學習計算方法的同時，也體會到瞭科學傢們與數據“搏鬥”的艱辛。我尤其欣賞作者在討論近日點進動這類相對高階話題時，插入的關於拉普拉斯和泊鬆等人的學術爭論片段。這些曆史性的“交鋒”，讓原本冰冷的物理定律充滿瞭人情味和思想的活力，展示瞭科學進步並非一帆風順，而是充滿瞭修正與辯論。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆