Theory of Rotating Stars (Princeton Series in Astrophysics) pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Princeton Univ Pr

作者:Jean-Louis Tassoul

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1978-11

价格:USD 62.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9780691082110

丛书系列:

图书标签:

天体物理学
恒星
旋转星
恒星结构
恒星动力学
天体物理
天文学
理论物理
普林斯顿大学出版社
天体物理学系列

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具体描述

恒星动力学与结构演化：从观测到理论的综合探索本书导言天文学的核心任务之一在于理解宇宙中最壮观的结构——恒星——的起源、生命周期及其终结。本书旨在提供一个全面且深入的视角，探讨恒星的内部物理机制、结构演化路径，以及在不同物理环境下恒星所表现出的复杂动力学行为。我们将超越对恒星模型的简单陈述，深入挖掘驱动这些现象的基本物理原理，从宏观的流体力学到微观的核物理过程，构建一个统一的理论框架。本书的结构设计旨在引导读者逐步建立对恒星物理学的系统认知。我们从恒星形成和初始条件的讨论开始，随后聚焦于恒星内部的结构稳定性和能量传输机制，最后探讨恒星演化路径中可能出现的剧烈事件和最终归宿。 --- 第一部分：恒星的基石——流体静力学与能量平衡第一章：引力坍缩与预主序星恒星的诞生始于分子云的引力不稳定性。本章将详细分析马斯（Jeans）不稳定性判据，阐明气体云在何种条件下会开始收缩。我们将研究分子云核心的坍缩过程，包括球对称坍缩的动力学，以及角动量在坍缩过程中如何影响最终结构的形成。重点讨论核心物质达到足够温度和密度后，如何形成原恒星。随后，我们将深入探讨预主序星（Pre-Main Sequence Stars）的演化路径，特别是对金牛座T星（T Tauri stars）现象的分析。赫罗图（Hertzsprung-Russell Diagram）上的初始位置和收缩速度，如何由恒星的初始质量和化学成分决定，是本章的核心议题。我们还将涉及边界条件对对流区和辐射区发展的影响。第二章：流体静力学平衡与结构方程恒星的稳定存在依赖于精密的流体静力学平衡（Hydrostatic Equilibrium）。本章将推导并求解描述恒星内部压强、密度和引力势之间关系的微分方程组。我们将讨论宏观上支配恒星内部结构的四大基本方程：质量守恒、动量守恒（即流体静力学方程）、能量守恒（能量产生与传输）以及状态方程。对于理想气体模型，我们将探讨等温、绝热和多方等温过程对结构的影响。特别地，我们将分析理想气体与简并气体（电子简并和中子简并）状态方程的差异，以及这种差异如何决定了不同质量恒星的内部结构（如白矮星和中子星的初步概念）。第三章：能量产生与核合成恒星的能量来源是其持续发光的根本原因。本章将集中于恒星内部的核聚变反应。我们将详细分析质子-质子链（p-p chain）和碳氮氧循环（CNO cycle）的反应截面、能量释放率及其温度敏感性。在主序星阶段，能量产生主要集中在核心区域。本章将讨论如何将局部的能量产生率耦合到能量传输方程中，从而确定恒星的内部结构是否处于对流或辐射主导。对于大质量恒星，我们将探讨CNO循环在更高温度下的统治地位，以及它如何影响核心的混合与演化速度。第四章：能量传输机制恒星内部产生的能量必须向外传输，以维持热平衡。本章将系统考察三种主要的能量传输方式：辐射、对流和热传导。 1. 辐射传输：详细阐述朗伯-玻尔兹曼定律、光子平均自由程和不透明度（Opacity）对辐射通量的影响。我们将分析标准不透明度模型（如Kramer's opacity law）在不同温度和密度区域的应用。 2. 对流传输：当温度梯度超过绝热梯度时，对流成为主要的传输机制。本章将引入勃兰登堡理论（BCS theory）或更现代的混合长度理论（Mixing Length Theory, MLT）来描述对流区的效率和边界条件的匹配。 3. 结构区划分：基于能量传输的相对重要性，我们将划分出辐射核、对流核、辐射包层和对流包层，并解释它们在不同质量恒星演化过程中如何变化。 --- 第二部分：主序与演化——稳定性的边界第五章：主序星的结构与建模主序星是恒星生命中最长的阶段，其特征在于核心的氢燃烧维持着流体静力学和热力学平衡。本章将介绍标准的单参数模型（如质量-光度关系 $L propto M^a$）的建立基础，并探讨更精确的数值解法。我们将讨论不同初始质量的主序星（从红矮星到O型星）的结构差异，特别是它们内部对流区的分布——低质量星（如太阳）具有对流核心和辐射包层，而大质量星则具有对流核心和辐射包层。本章的重点是将理论计算的光谱特性（温度、光度）与观测数据进行比对，验证模型的一致性。第六章：恒星大气与有效温度恒星的外部边界条件对于精确求解内部结构至关重要。本章专注于恒星大气的物理学。我们将定义有效温度（Effective Temperature）和表面重力。重点讨论光深度的概念 $ au = 1$ 处的物理条件。分析从观测到的连续谱和谱线信息中提取大气参数的方法。我们将考察大气中的不透明度来源，包括自由-自由吸收、自由-束缚吸收以及分子吸收，以及这些因素如何塑造恒星的吸收光谱。第七章：内部混合与化学演化恒星的化学结构并非一成不变。本章讨论物质在恒星内部的混合过程，这直接影响核心燃料的消耗速率和恒星的演化速度。除了对流引起的混合外，本章将探讨其他非对流性的混合机制，例如高阶混合（如毛细混合）和与对流区边界相关的对流超射（Overshooting）。我们将分析这些混合过程如何改变主序星核心的初始化学丰度，进而影响其在赫罗图上的轨迹。 --- 第三部分：红巨星分支与氦闪——后主序阶段第八章：氦的聚变与红巨星物理当核心氢燃料耗尽后，恒星进入后主序阶段，核心收缩并加热，最终点燃氦的聚变。本章首先分析三阿尔法过程（Triple-Alpha Process）的反应率，以及它在电子简并压力下的特殊性。我们将深入探讨电子简并压力在低质量恒星核心中的作用，解释为什么氦聚变会在氦闪（Helium Flash）中爆发性启动。随后，我们将分析恒星演化至红巨星分支（RGB）阶段的结构变化：氢燃烧壳层、惰性氦灰核、以及巨大的外层包层的对流。第九章：水平分支与渐近巨星分支在氦闪平息后，恒星进入水平分支（Horizontal Branch），此时核心稳定地进行氦聚变。本章将对比水平分支星（核心氦聚变）与红巨星分支星（壳层氢聚变）的结构差异，并讨论金属丰度对水平分支位置的影响。随后，核心氦耗尽，恒星再次膨胀，进入渐近巨星分支（Asymptotic Giant Branch, AGB）。AGB 星的特点是存在两个燃烧层（氢壳层和氦壳层）和惰性的碳氧核心。本章将着重分析热脉冲（Thermal Pulses）现象，以及它们如何驱动第3次（或更多次）的元素合成（如 s-过程），并将新合成的重元素输送到星周包层。 --- 第四部分：大质量星的终结——超新星前奏第十章：大质量恒星的快速演化与低质量恒星的缓慢演化不同，大质量恒星（通常指初始质量大于 8 倍太阳质量）的演化速度极快。本章将描述这些恒星如何依次点燃更重的元素：碳、氖、氧、硅，形成一个洋葱式结构。我们将分析每次核燃料转换过程中，恒星结构和动力学发生的剧烈变化，特别是核心坍缩的临界点。重点讨论核心的电子简并压力在更高质量下何时会被克服，以及引力坍缩的开始。第十一章：中子星与黑洞的物理边界核心坍缩的最终结果决定了恒星的遗迹：中子星或黑洞。本章从广义相对论和核物理的交叉点出发。 1. 中子星结构：探讨在极高密度下夸克-胶子等离子体和超流体的可能状态。我们将引入核物质的状态方程（EoS），并讨论如何利用观测到的脉冲星质量和半径限制这些方程。 2. 黑洞形成：分析恒星质量超过奥本海默-沃尔科夫（TOV）极限后的引力坍缩，探讨史瓦西半径和事件视界的形成。第十二章：超新星爆发的机制本章专注于Ⅱ型超新星（核心坍缩超新星）的爆发机制。我们将详细描述核心坍缩到达核密度后，如何产生强大的反弹激波（Rebound Shock）。讨论激波传播过程中能量的损失（如光致解离）以及中微子驱动机制如何重新激活激波，最终导致恒星外层物质的剧烈抛射。本章将对比不同机制对超新星光谱和光度曲线的影响。 --- 结论：恒星演化的统一视域本书最后将回顾从分子云到致密天体这一完整的生命周期，强调初始质量是决定恒星命运的单一最重要参数。通过将内部结构模型与外部观测数据相结合，我们得以在理论和实践层面构建出对恒星物理的深刻理解。本书为深入研究恒星大气、星团动力学或高能天体物理的进阶读者，提供了坚实的理论基础。