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今日天文太陽(yáng)系和地外生命探索
本書是《今日天文》第1卷,主要講述了太陽(yáng)系相關(guān)內(nèi)容,包括天文學(xué)與宇宙、我們的行星系統(tǒng)兩大部分。對(duì)廣大天文愛好者來說,本書是不可多得的經(jīng)典佳作。同時(shí),本書可作為高校天文學(xué)專業(yè)的教材或教學(xué)參考書,也可作為天文通識(shí)教育選修課教材。
適讀人群 :科學(xué)愛好者,高校學(xué)生
本書作者,美國(guó)天體物理學(xué)家埃里克·蔡森和史蒂夫·麥克米倫都是長(zhǎng)期從事天文學(xué)研究和教學(xué)工作的資深學(xué)者。他們的研究著述等身,《今日天文》是其中突出的代表作,是當(dāng)今暢銷的天文學(xué)通識(shí)讀物,全書氣勢(shì)恢宏,洋洋灑灑,蔚為大觀,以廣闊的時(shí)空視角,深入淺出、圖文并茂地展示了當(dāng)代天文學(xué)的基本概念、觀測(cè)現(xiàn)象和研究發(fā)展的歷程。 本書科學(xué)知識(shí)不難,但是涉及的知識(shí)面卻非常廣,基本包括了天文學(xué)的方方面面,從業(yè)余愛好者關(guān)注的星座、望遠(yuǎn)鏡,到比較專業(yè)的星系團(tuán)、宇宙學(xué)等,完全稱得上是全景式展現(xiàn)天文學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的一部巨著。 本書是廣大天文科普愛好者、天文工作者的必備枕邊書,同時(shí)完全可以作為廣大高校學(xué)生及中學(xué)生的通識(shí)教育課教材。
譯者序
《今日天文》可能是世界上排名第一的、最為暢銷的天文學(xué)通識(shí)課程教材,它的寫作流暢、不拘一格,但卻具有嚴(yán)肅的科學(xué)性,書籍配有令人賞心悅目的藝術(shù)性插圖,并且致力于用新穎的媒體手段來傳播推陳出新的天文內(nèi)容。中譯本分為三卷:第一卷“太陽(yáng)系和地外生命探索”、第二卷“恒星:從誕生到死亡”及第三卷“星系世界和宇宙的一生”。全書涵蓋了天文學(xué)的發(fā)展史、天文研究的物理基礎(chǔ)和工具,帶領(lǐng)讀者探索地球、太陽(yáng)系、恒星、星系和宇宙本身,引導(dǎo)讀者超越地球的限制,跨越當(dāng)前的時(shí)間,向外觸及遙遠(yuǎn)的太空和宇宙,甚至是另一個(gè)地球、另一個(gè)文明。不僅如此,作者還通過引入科學(xué)研究的循環(huán),讓讀者了解科學(xué)研究是如何進(jìn)行的,我們?nèi)绾卫眠@種科學(xué)方法來知曉宇宙的運(yùn)作及各種天文現(xiàn)象的相互聯(lián)系。 二十多年來,結(jié)合幾乎是全世界使用最廣泛的、最先進(jìn)的在線天文教學(xué)和考核系統(tǒng)“MasteringAstronomy(精通天文學(xué))”,《今日天文》占據(jù)了眾多美國(guó)大學(xué)及部分歐洲大學(xué)天文通識(shí)課程的講臺(tái),同時(shí)也積極推動(dòng)了美國(guó)大學(xué)天文通識(shí)教育的普及!督袢仗煳摹返挠绊懸脖榧拔覈(guó),目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的《天文學(xué)基礎(chǔ)》《天文學(xué)概論》及《天文學(xué)教程》等教材都在一定程度上受到了該書的影響。如此好書,在之前二十多年里,由于種種原因沒有得以引進(jìn),而絕大多數(shù)中國(guó)讀者也因語(yǔ)言問題而無緣一讀,實(shí)在是一大憾事。譯者曾在上世紀(jì)90年代末得到過該書的第3版,由此得以窺見許多當(dāng)時(shí)天文學(xué)的新發(fā)現(xiàn)。如今,機(jī)械工業(yè)出版社首次在國(guó)內(nèi)引進(jìn)該書紙質(zhì)版,期望通過發(fā)行此書能促進(jìn)天文科學(xué)在國(guó)內(nèi)中學(xué)和普通高校內(nèi)的普及。我們很高興也很榮幸能夠作為本書的譯者向大家推薦這部對(duì)天文愛好者而言堪稱鴻篇巨著的《今日天文》。雖然國(guó)內(nèi)各類天文科普?qǐng)D書并不少,但非常系統(tǒng)又非常詳細(xì)地把整個(gè)現(xiàn)代天文學(xué)全貌用圖文并茂的生動(dòng)形式徹底展示出來的可以說是鳳毛麟角。這一點(diǎn)正是《今日天文》在國(guó)外流行多年的原因之一。 《今日天文》的定位主要是面向國(guó)外(美國(guó))大學(xué)以前沒有學(xué)習(xí)過大學(xué)數(shù)理基礎(chǔ)類課程的、非物理或非天文專業(yè)的學(xué)生,它依靠定性推理并通過與學(xué)生熟悉的物體和現(xiàn)象進(jìn)行類比來展示廣闊的天文學(xué),并在敘述中盡量避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)和物理運(yùn)算。鑒于國(guó)內(nèi)中學(xué)物理和數(shù)學(xué)的教學(xué)已接近甚至超過美國(guó)普通大學(xué)的本科低年級(jí),本書其實(shí)也很適合作為國(guó)內(nèi)中學(xué)天文科學(xué)課程的教材使用。實(shí)際上,本書不只是教材,更是一部天文大全的科普書:有大量第一手的照片和精心繪 制的彩圖,行文生動(dòng)活潑,用很多讀者熟悉的日常事例來講述天文知識(shí)。本書同樣非常適合廣大天文愛好者,尤其是愛好天文學(xué)的中學(xué)生和大學(xué)生閱讀,不同年齡段和知識(shí)層次的讀者都能從本書中獲益良多。 本書的兩位作者都非常專業(yè),都有豐富的科學(xué)論文和科學(xué)普及著作的寫作經(jīng)驗(yàn),并曾獲得過文學(xué)方面的獎(jiǎng)項(xiàng)。他們的這部心血巨作,不僅向我們傳達(dá)了他們對(duì)天文學(xué)的熱情,也喚醒了我們對(duì)自己所處的不可思議的宇宙的關(guān)注。兩位作者都非常勤奮,每隔幾年就會(huì)結(jié)合當(dāng)時(shí)最新的天文發(fā)現(xiàn)和理論,把全書內(nèi)容更新再版。原書幾乎每隔三年就會(huì)再版一次,如今已經(jīng)是第8版。這一更新絕非簡(jiǎn)單地修改字詞或者加上一兩句話那么簡(jiǎn)單,而是內(nèi)容的更新,甚至許多次會(huì)將整個(gè)章節(jié)體系重新編排。這樣的編排再版也為我們的翻譯工作帶來了“麻煩”。當(dāng)我們剛開始著手翻譯時(shí),參照的還是第7版。但當(dāng)翻譯工作進(jìn)行了一大半時(shí),編輯突然告知第8版已經(jīng)出版,版權(quán)剛剛拿到,已經(jīng)完成的翻譯工作幾乎要完全重新校排甚至是重新翻譯……很難述說當(dāng)時(shí)內(nèi)心的感受! 撥云見日,經(jīng)過近兩年的翻譯工作,《今日天文》的最新版(第8版)終于能夠呈現(xiàn)在讀者面前了。在這里我們非常感謝機(jī)械工業(yè)出版社的張金奎編輯,正是他的策劃才使得《今日天文》的中譯本得以付梓面世。 如今,信息傳播已經(jīng)進(jìn)入“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代,我們也期望《今日天文》的電子版、網(wǎng)絡(luò)版在不遠(yuǎn)的將來也能與讀者會(huì)面。本書的出版還得到了北京師范大學(xué)天文系及北京天文館領(lǐng)導(dǎo)的大力支持,北京師范大學(xué)的張同杰教授也十分關(guān)心本書的翻譯工作。 《今日天文》翻譯分工如下:“太陽(yáng)系和地外生命探索”卷第1、2章由高健翻譯,第3~12章由詹想翻譯;“恒星:從誕生到死亡”卷第1~11章由高健翻譯;“星系世界和宇宙的一生”卷第1章由高健翻譯,第2~6章由詹想翻譯;原書序言由高健、詹想共同翻譯,附錄內(nèi)容由高健翻譯,全書最后由高健統(tǒng)校。當(dāng)然,《今日天文》幾乎涵蓋了天文學(xué)的方方面面,內(nèi)容博大精深,兩位譯者熟悉的天文領(lǐng)域不可能如此全面,加上自身才疏學(xué)淺,書中難免有翻譯錯(cuò)漏、表達(dá)不及的地方,甚至謬誤之處也在所難免,懇請(qǐng)各位專家和讀者不吝批評(píng)指正。歡迎給我們發(fā)郵件進(jìn)行交流:jiangao@bnu.edu.cn,universezx@bjp.org.cn,我們非常希望得到您的反饋和建議! 原書序 天文學(xué)是一門充盈著新發(fā)現(xiàn)的科學(xué)。在新技術(shù)和新穎理論見解的推動(dòng)下,對(duì)宇宙的研究不斷地改變著我們對(duì)宇宙的理解。我們很高興能有機(jī)會(huì)在這本書中呈現(xiàn)一些具有代表性的當(dāng)今天文學(xué)中已知的事實(shí)、不斷發(fā)展的思想和前沿發(fā)現(xiàn)的事例。 《今日天文》面向以前沒有學(xué)習(xí)過大學(xué)科學(xué)課程和不主修物理或天文專業(yè)的學(xué)生,可用于一個(gè)或兩個(gè)學(xué)期的非技術(shù)性的天文學(xué)課程。我們展示天文學(xué)的廣闊視野,直截了當(dāng)?shù)剡M(jìn)行描述,省略了復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。然而,復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算的缺失,卻并不會(huì)妨礙我們討論重要的概念。相反,我們依靠定性推理并用學(xué)生熟悉的物體和現(xiàn)象進(jìn)行類比,用于解釋問題的復(fù)雜性,以避免過分簡(jiǎn)化。我們?cè)噲D向?qū)W生傳達(dá)我們對(duì)天文學(xué)的熱情,喚醒學(xué)生關(guān)注我們所處的不可思議的宇宙。 我們非常高興地看到,本書的前七版深受眾多天文教育團(tuán)體的喜愛。很多老師和學(xué)生在使用本書的早期版本后,給了我們有益的反饋和建設(shè)性的批評(píng),我們從中學(xué)會(huì)了如何更好地表達(dá)天文學(xué)的原理和興奮點(diǎn)。許多受這些意見啟發(fā)而得到的改進(jìn)已被納入了這個(gè)新版本中。 機(jī)工授權(quán)書
埃里克·蔡森,擁有哈佛大學(xué)的天體物理學(xué)博士學(xué)位,在哈佛大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)系工作了10年。在其后二十多年的時(shí)間里,他在空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所擔(dān)任高級(jí)科學(xué)工作人員,并且擁有約翰霍普金斯大學(xué)和塔夫茨大學(xué)的多種教職,F(xiàn)在他又回到哈佛,在哈佛-史密松天體物理中心任教并進(jìn)行研究。埃里克撰寫了12本有關(guān)天文學(xué)的書,在專業(yè)期刊上發(fā)表了近200篇科學(xué)論文。
史蒂夫·麥克米倫,擁有劍橋大學(xué)的數(shù)學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位,以及哈佛大學(xué)的天文學(xué)博士學(xué)位。他在伊利諾伊大學(xué)和西北大學(xué)從事博士后科研工作,在那里繼續(xù)有關(guān)理論天體物理、星團(tuán)和高性能計(jì)算的研 究。史蒂夫現(xiàn)在是德雷塞爾大學(xué)的杰出教授,并且是普林斯頓高級(jí)研究所和萊頓大學(xué)的長(zhǎng)期訪問學(xué)者。他在專業(yè)期刊上發(fā)表了超過100篇文章和科學(xué)論文。 高健,理學(xué)博士,畢業(yè)于北京師范大學(xué)天文系,現(xiàn)為北京師范大學(xué)副教授,北京天文學(xué)會(huì)會(huì)員、中國(guó)天文學(xué)會(huì)會(huì)員和國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)會(huì)員。2002年留系任教,教授天文專業(yè)課程《球面天文學(xué)》和《天體力學(xué)基礎(chǔ)》,以及通識(shí)教育《行星科學(xué)初探》和《遨游太陽(yáng)系》等。長(zhǎng)期關(guān)注天文學(xué)的普及工作,多次參與天文奧林匹克競(jìng)賽培訓(xùn)及賽事工作;2005年起在北京師范大學(xué)開設(shè)《行星科學(xué)初探》通識(shí)課程(學(xué)院路共同體校際課程),受到廣大同學(xué)的歡迎,并因此獲2008年北京師范大學(xué)“本科生歡迎的十佳教師”殊榮。曾主持和承擔(dān)過多項(xiàng)國(guó)家和省部級(jí)項(xiàng)目,特別曾參于中國(guó)科學(xué)院高能物理所的天文衛(wèi)星HMXT、中國(guó)科學(xué)院光電研究院有關(guān)神舟飛船定軌的工作,現(xiàn)主要從事星際/星周塵埃領(lǐng)域的科研工作。 詹想,理學(xué)碩士,畢業(yè)于北京師范大學(xué)天文系,現(xiàn)為北京天文館副研究員,北京天文學(xué)會(huì)會(huì)員、中國(guó)博物館協(xié)會(huì)和北京博物館學(xué)會(huì)會(huì)員。主要從事天文科普教育、天文觀測(cè)和攝影、太陽(yáng)系小天體等領(lǐng)域的研究。曾在《天文愛好者》雜志連載“觀測(cè)攻略”系列文章;是天文科普?qǐng)D書《跟我一起去追星——星空攝影指南》、《相約星空下》的作者或主要作者;為北京地區(qū)戶外觀星組織“星緣山風(fēng)隊(duì)”創(chuàng)始人和隊(duì)長(zhǎng),長(zhǎng)期帶領(lǐng)隊(duì)員在京郊各地賞美景和星空。致力于讓所有人知道:在你身邊就有壯美的星空!微博賬號(hào)@北京天文館詹想有4.3萬粉絲,在中國(guó)天文科普界有很大的影響力。
天文學(xué)
第1章 天圖量繪 天文學(xué)基礎(chǔ) 1.1 我們?cè)谔罩械奈恢?nbsp; 1.2 科學(xué)理論和科學(xué)方法 1.3 “顯而易見”的風(fēng)景 1.4 地球的軌道運(yùn)動(dòng) 詳細(xì)說明1-1 角度測(cè)量 1.5 月球的運(yùn)動(dòng) 1.6 距離測(cè)量 詳細(xì)說明1-2 利用幾何進(jìn)行距離測(cè)量 章節(jié)回顧 第2章 哥白尼革命 現(xiàn)代科學(xué)的誕生 2.1 古代天文學(xué) 2.2 地心宇宙學(xué)說 2.3 太陽(yáng)系的日心模型 探索2-1 哥白尼革命的基礎(chǔ) 2.4 現(xiàn)代天文學(xué)的誕生 2.5 行星運(yùn)動(dòng)定律 詳細(xì)說明2-1 行星軌道的一些屬性 2.6 太陽(yáng)系的規(guī)模 2.7 牛頓定律 2.8 牛頓力學(xué) 詳細(xì)說明2-2 給太陽(yáng)稱重我們的行星系統(tǒng) 第3章 太陽(yáng)系 比較行星學(xué)和太陽(yáng)系形成模型 3.1 太陽(yáng)系清單 3.2 測(cè)量行星 3.3 太陽(yáng)系的整體布局 3.4 類地行星和類木行星 探索3-1 引力“彈弓” 3.5 行星際物質(zhì) 3.6 太陽(yáng)系是如何形成的? 探索3-2 太空探測(cè)器對(duì)太陽(yáng)系的探測(cè) 詳細(xì)說明3-1 角動(dòng)量 3.7 類木行星與行星碎片 章節(jié)回顧 第4章 地球 我們?cè)谔罩械募?nbsp; 4.1 地球的整體結(jié)構(gòu) 4.2 地球大氣 詳細(xì)說明4-1 為什么天空是藍(lán)色的? 探索4-1 溫室效應(yīng)和全球變暖 4.3 地球內(nèi)部 詳細(xì)說明4-2 放射性年代測(cè)定 4.4 表面活動(dòng) 4.5 地球的磁層 4.6 潮汐 章節(jié)回顧 第5章 月球和水星 被燒焦和砸碎的世界 5.1 軌道性質(zhì) 5.2 物理性質(zhì) 5.3 月球和水星的表面特征 5.4 自轉(zhuǎn)速率 詳細(xì)說明5-1 為什么會(huì)有大氣環(huán)繞 探索5-1 月球探測(cè) 5.5 月面環(huán)形山和表面成分 5.6 水星表面 5.7 內(nèi)部 5.8 月球起源 5.9 月球和水星的演化 章節(jié) 第6章 金星 地球的姐妹 6.1 軌道性質(zhì) 6.2 物理性質(zhì) 6.3 對(duì)金星的遠(yuǎn)距離觀測(cè) 6.4 金星表面 6.5 金星大氣 6.6 金星的磁場(chǎng)和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 章節(jié)回顧 第7章 火星 險(xiǎn)些有生命的行星? 7.1 軌道性質(zhì) 7.2 物理性質(zhì) 7.3 火星的遠(yuǎn)距離觀測(cè) 7.4 火星表面 7.5 火星上的水 探索7-1 火星上的生命? 7.6 火星大氣 7.7 火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7.8 火星的衛(wèi)星 章節(jié)回顧 第8章 木星 太陽(yáng)系里的巨人 8.1 軌道和物理性質(zhì) 8.2 木星大氣 探索8-1 彗木相撞 8.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 探索8-2 幾乎成為恒星? 8.4 木星的磁層 8.5 木星的衛(wèi)星 8.6 木星光環(huán) 章節(jié)回顧 第9章 土星 壯觀的光環(huán)和神秘的衛(wèi)星 9.1 軌道和物理性質(zhì) 9.2 土星大氣 9.3 土星的內(nèi)部和磁層 9.4 土星壯觀的光環(huán)系統(tǒng) 9.5 土星的衛(wèi)星 探索9-1 在土星的衛(wèi)星中跳舞 章節(jié)回顧 第10章 天王星和海王星 太陽(yáng)系的外圍世界 10.1 天王星和海王星的發(fā)現(xiàn) 10.2 軌道和物理特性 10.3 天王星和海王星的大氣 10.4 磁層及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 10.5 天王星和海王星的衛(wèi)星系統(tǒng) 10.6 最外圍類木行星的光環(huán) 章節(jié)回顧 第11章 太陽(yáng)系的碎片 我們起源的關(guān)鍵 11.1 小行星 11.2 彗星 探索11-1 是什么殺死了恐龍? 11.3 海王星之外 11.4 流星體 章節(jié)回顧 第12章 系外行星 太陽(yáng)系之外的行星系統(tǒng) 12.1 模擬行星的形成 12.2 太陽(yáng)系的規(guī)則性和不規(guī)則性 12.3 搜索太陽(yáng)系外行星 12.4 系外行星的性質(zhì) 探索12-1 最近的系外行星 12.5 我們的太陽(yáng)系是不尋常的嗎? 章節(jié)回顧 星系和宇宙學(xué) 第13章 宇宙中的生命 我們是孤獨(dú)的嗎? 13.1 宇宙演化 探索13-1 病毒 13.2 太陽(yáng)系中的生命 13.3 銀河系中的智慧生命 13.4 尋找外星智慧 附錄 附錄1 科學(xué)計(jì)數(shù)法 附錄2 天文測(cè)量 附錄3 表格 檢查題答案 概念自測(cè)答案 圖片/文字授權(quán) 星圖 教學(xué)支持申請(qǐng)表
常有人說,我們正處在天文學(xué)的黃金時(shí)代。然而,21世紀(jì)初期實(shí)際上是第二個(gè)擁有豐富發(fā)現(xiàn)和飛速探索的黃金時(shí)期。令世人震驚的第一個(gè)科學(xué)進(jìn)步時(shí)代開始于文藝復(fù)興后期。在現(xiàn)代天文學(xué)的早期奠基者中,最為著名的是意大利科學(xué)家伽利略·伽利萊(1564—1642)。隨著他將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向蒼穹,便徹底并永遠(yuǎn)地改
變了我們對(duì)于人類所處的宇宙的看法。 雖然并不是伽利略發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡,但正是他在1610年首次記錄了將一個(gè)小透鏡(125px直徑)指向天空后的所見。正是伽利略的發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了天文學(xué)的一次革命。他第一次觀察到了太陽(yáng)上的黑斑、月球上的崎嶇山脈、圍繞木星轉(zhuǎn)動(dòng)的新世界,撼動(dòng)了亞里士多德學(xué)派的宇宙觀——蒼穹是完美并且不變的觀點(diǎn)。無疑,伽利略給那個(gè)時(shí)代的哲學(xué)家及神學(xué)家?guī)砹寺闊榱藫碜o(hù)科學(xué)方法,伽利略用工具來驗(yàn)證他的觀點(diǎn),而他所發(fā)現(xiàn)的卻與當(dāng)時(shí)的主導(dǎo)思想和信仰背道而馳。 伽利略對(duì)科學(xué)的推進(jìn)簡(jiǎn)單但卻意義深遠(yuǎn):他用望遠(yuǎn)鏡聚焦、放大、并研究了從蒼穹到達(dá)地球的輻射——尤其是從太陽(yáng)、月球和行星來的光。光是地球上的人類最為熟悉的輻射,有了光,我們才能在我們的行星表面四處環(huán)游。光也讓望遠(yuǎn)鏡能看到太空深處的天體,讓我們能探索比用肉眼能見的更遙遠(yuǎn)的地方。利用簡(jiǎn)單的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,伽利略徹底改變了天文學(xué)這門最古老科學(xué)所追尋的道路。 伽利略發(fā)現(xiàn)的其他一些“奇思妙想的事物”還包括沿著銀河系聚集的星團(tuán)、外行星周圍的衛(wèi)星和光環(huán),以及之前從來沒有人發(fā)現(xiàn)過的色彩絢爛的星云。伽利略所作的一些草圖重現(xiàn)在左邊,右邊則是用作比較的現(xiàn)代觀測(cè)所見。 ……
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