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1.1 地球与太阳系 1

1.1.1 地球的参数 1

第一章 概论 1

1.1.2 一道几何题：几何法测距 2

1.1.3 太阳系内天体 3

1.2 恒星与银河系 6

1.2.1 HR图 6

1.2.2 非几何法测距：物理测距法 7

1.2.3 银河系 8

1.3.1 星系距离 11

1.3 星系世界 11

1.3.2 星系空间分布 12

1.3.3 星系的形态分类——Hubble分类 12

1.3.4 正常星系与活动星系 13

1.3.5 星系旋转曲线，暗物质的存在 13

1.4 天体物理中的重大疑难问题 16

1.5 天文观测设备与展望 17

第二章 辐射——认识宇宙的重要窗口 19

2.1 热辐射，黑体谱与线谱 20

2.2 典型的非热辐射——荷电粒子作加速运动时产生的辐射 24

2.3 回旋辐射，同步辐射，曲率辐射 25

2.3.1 回旋辐射（cyclotron radiation）：β？1 25

2.3.2 同步辐射（synchrotron radiation）：γ？1 27

2.3.3 强磁场中荷电粒子的Landau能级 30

2.3.4 曲率辐射（curvature radiation） 34

2.4 Compton散射与逆Compton散射 35

2.4.1 Compton散射，Eddington光度 36

2.4.2 逆Compton散射 38

2.5 轫致辐射 39

2.6 Cherenkov辐射 40

2.7 传能与传能方程简介 42

第三章 磁化等离子体——99％以上宇宙正常物质的状态 47

3.1 天体磁场的普遍性 47

3.2 等离子体中的电磁作用 50

3.2.1 Debye长度 50

3.2.2 等离子体频率 51

3.3 磁流体力学 53

3.3.1 磁流体力学方程组 53

3.3.2 Lorentz力 54

3.3.3 感应方程 57

3.4 天体磁场起源的发电机理论简介 58

3.5 宇宙线及其加速过程 61

第四章 主序恒星——绝大多数肉眼所见的点点繁星 65

4.1 恒星演化概貌 65

4.2 恒星的形成 67

4.2.1 引力不稳定性 67

4.2.2 恒星形成过程 69

4.3 球对称恒星的引力平衡与平衡态附近的振荡 71

4.3.1 恒星的流体静力学平衡 71

4.3.2 周光关系 72

4.3.4 多方球与Lane-Emden方程 75

4.3.3 状态方程 75

4.4 恒星内部的核燃烧过程 78

4.4.1 核燃烧的条件 78

4.4.2 反应率与产能率 82

4.4.3 比铁轻元素的核合成过程 82

4.4.4 比铁重元素的核合成过程 86

4.5 主序恒星的结构方程 88

4.6 旋转恒星的平衡位形：Maclaurin椭球 89

4.7 双星系统中恒星质量的测定 91

5.1 超新星简介及其观测特性 94

第五章 超新星——主序星临终前“回光返照” 94

5.2 超新星爆发机制：不稳定核燃烧 96

5.2.1 简并物质核燃烧是不稳定的 96

5.2.2 燃烧过程 98

5.2.3 超新星宇宙学 102

5.3 超新星爆发机制：引力塌缩 104

5.3.1 导致铁核塌缩的因素 106

5.3.2 铁核塌缩的中微子过程 107

5.3.3 反弹激波与瞬时爆 109

5.3.4 延迟爆 110

5.4 超新星遗迹 112

5.5 超新星SN1987A 113

第六章 吸积——致密天体的有效产能方式 116

6.1 天体物理中的吸积过程 117

6.1.1 双星演化及其中的吸积过程 117

6.1.2 致密天体吸积能够高效地释放能量 121

6.1.3 吸积释放能量产生的光子一般在X射线或γ射线波段 122

6.2 球对称吸积——零角动量情形 123

6.2.1 静止介质的吸积 123

6.3 轴对称吸积——非零角动量情形 124

6.2.2 运动介质的吸积 124

6.3.1 一般分析 126

6.3.2 各类吸积盘模型简介 128

6.3.3 α盘的稳定性 130

6.4 磁化中子星的盘吸积与柱吸积 130

第七章 白矮星——恒星演化残骸之一 136

7.1 Fermi子星的研究历史 137

7.2 白矮星物质的状态方程 141

7.2.1 非相对论（NR）极限情形 142

7.2.3 一般情形 143

7.2.2 极端相对论（ER）极限情形 143

7.2.4 BPS状态方程 145

7.3 Fermi子星的极限质量——Chandrasekhar质量 146

7.3.1 半定量考虑 146

7.3.2 白矮星结构模型与Chandrasekhar极限质量 148

7.4 白矮星的结构与冷却 150

7.4.1 大气模型 150

7.4.2 冷却模型 151

7.5 行星状星云与白矮星的形成 154

第八章 脉冲星、中子星与夸克星——恒星演化残骸之二 157

8.1 脉冲星类致密星及其形成、冷却 159

8.1.1 各类脉冲星类致密星 159

8.1.2 中子星的形成与冷却 161

8.2 中子星与奇异星模型 164

8.2.1 质量-半径关系 164

8.2.2 中子星的结构 167

8.2.3 强磁场中的物质与中子星表层 171

8.2.4 奇异星的结构 173

8.3 转动供能脉冲星（rotation-powered pulsars） 177

8.3.1 磁偶极辐射与相关观测量（μ？主导） 178

8.3.2 单极感应 179

8.3.3 旋转磁偶极导电球产生电四极场（μ？主导） 180

8.3.4 脉冲星辐射轮廓与唯象模型 184

8.3.5 脉冲星辐射模型 186

8.3.6 脉冲星制动指数问题 187

第九章 黑洞——广义相对论预言的天体 190

9.1 相对论简介 191

9.1.1 平直时空——狭义相对论 191

9.1.2 弯曲时空——广义相对论 194

9.2 Schwarzschild黑洞 196

9.1.3 物质分布决定时空结构——Einstein场方程 196

9.2.1 Schwarzschild解 197

9.2.2 Schwarzschild时空结构 198

9.2.3 Schwarzschild时空的主要特性：r？,z,△α 201

9.3 其他类型的黑洞，黑洞转动能的提取 203

9.4 黑洞的量子效应 205

9.5 黑洞的观测证认 207

第十章 宇宙γ射线爆发源——仅次于“大爆炸”的现象 211

10.1 历史和基本观测事实 211

10.2 相对论火球模型 215

10.3 能源机制 218

10.4 研究展望 219

第十一章 星系——组成宇宙的基本单元 221

11.1 星系的宇宙学红移 221

11.2 引力透镜现象 222

11.3 活动星系与活动星系核 225

11.4 AGN的超大质量黑洞吸积图像 227

11.5 星系中心的黑洞 230

第十二章 宇宙——可观测的一切 233

12.1.2 Hubble膨胀 234

12.1.1 大尺度上的均匀性 234

12.1 宇宙学的基本观测事实 234

12.1.3 轻元素的丰度 235

12.1.4 微波背景辐射 235

12.2 宇宙学原理与RW（Robertson-Walker）度规 236

12.3 宇宙膨胀动力学 239

12.4 宇宙的热力学演化 241

12.4.1 真空自发破缺相变 241

12.4.2 暴胀及其后果 245

12.4.3 脱耦与背景辐射 247

12.4.4 早期核合成 249

12.5 暗物质与暗能量 252

12.5.1 宇宙学常数 252

12.5.2 暗物质与暗能量 253

附录一 Landau：“论恒星的理论” 260

附录二 粒子物理标准模型简介 266

附录三 粒子天体物理简介 276

附录四 地外文明与太阳系外行星系统 279

附录五 数、单位制与常数 282

正文索引 286

参考文献 293