本書是《今日天文》第2卷,主要講述了恒星及其他星系相關(guān)內(nèi)容,包括恒星和恒星演化、星系和宇宙學(xué)兩大部分。對廣大天文愛好者來說,本書是不可多得的經(jīng)典佳作。同時,本書可作為高校天文學(xué)專業(yè)的教材或教學(xué)參考書,也可作為天文通識教育選修課教材。
本書作者,美國天體物理學(xué)家埃里克·蔡森和史蒂夫·麥克米倫都是長期從事天文學(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)通識讀物,全書氣勢恢宏,洋洋灑灑,蔚為大觀,以廣闊的時空視角,深入淺出、圖文并茂地展示了當(dāng)代天文學(xué)的基本概念、觀測現(xiàn)象和研究發(fā)展的歷程。
本書科學(xué)知識不難,但是涉及的知識面卻非常廣,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,同時完全可以作為廣大高校學(xué)生及中學(xué)生的通識教育課教材。
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)前的時間,向外觸及遙遠(yuǎn)的太空和宇宙,甚至是另一個地球、另一個文明。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)了眾多美國大學(xué)及部分歐洲大學(xué)天文通識課程的講臺,同時也積極推動了美國大學(xué)天文通識教育的普及。《今日天文》的影響也遍及我國,目前國內(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)中國讀者也因語言問題而無緣一讀,實在是一
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天文愛好者而言堪稱鴻篇巨著的《今日天文》。雖然國內(nèi)各類天文科普圖書并不少,但非常系統(tǒng)又非常詳細(xì)地把整個現(xiàn)代天文學(xué)全貌用圖文并茂的生動形式徹底展示出來的可以說是鳳毛麟角。這一點正是《今日天文》在國外流行多年的原因之一。
《今日天文》的定位主要是面向國外(美國)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)和物理運算。鑒于國內(nèi)中學(xué)物理和數(shù)學(xué)的教學(xué)已接近甚至超過美國普通大學(xué)的本科低年級,本書其實也很適合作為國內(nèi)中學(xué)天文科學(xué)課程的教材使用。實際上,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,行文生動活潑,用很多讀者熟悉的日常事例來講述天文知識。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,并曾獲得過文學(xué)方面的獎項。他們的這部心血巨作,不僅向我們傳達(dá)了他們對天文學(xué)的熱情,也喚醒了我們對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,每隔幾年就會結(jié)合當(dāng)時最新的天文發(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再版一次,如今已經(jīng)是第8版。這一更新絕非簡單地修改字詞或者加上一兩句話那么簡單,而是內(nèi)容的更新,甚至許多次會將整個章節(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,參照的還是第7版。但當(dāng)翻譯工作進(jìn)行了一大半時,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,書中難免有翻譯錯漏、表達(dá)不及的地方,甚至謬誤之處也在所難免,懇請各位專家和讀者不吝批評指正。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下,對宇宙的研究不斷地改變著我們對宇宙的理解。我們很高興能有機(jī)會在這本書中呈現(xiàn)一些具有代表性的當(dāng)今天文學(xué)中已知的事實、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,可用于一個或兩個學(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)運算。然而,復(fù)雜數(shù)學(xué)運算的缺失,卻并不會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,以避免過分簡化。我們試圖向?qū)W生傳達(dá)我們對天文學(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,我們從中學(xué)會了如何更好地表達(dá)天文學(xué)的原理和興奮點。許多受這些意見啟發(fā)而得到的改進(jìn)已被納入了這個新版本中。
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間里,他在空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所擔(dān)任高級科學(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研究所和萊頓大學(xué)的長期訪問學(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)會會員、中國天文學(xué)會會員和國際天文聯(lián)合會會員。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)》,以及通識教育《行星科學(xué)初探》和《遨游太陽系》等。長期關(guān)注天文學(xué)的普及工作,多次參與天文奧林匹克競賽培訓(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)過多項國家和省部級項目,特別曾參于中國科學(xué)院高能物理所的天文衛(wèi)星HMXT、中國科學(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)會會員、中國博物館協(xié)會和北京博物館學(xué)會會員。主要從事天文科普教育、天文觀測和攝影、太陽系小天體等領(lǐng)域的研究。曾在《天文愛好者》雜志連載“觀測攻略”系列文章;是天文科普圖書《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”創(chuàng)始人和隊長,長期帶領(lǐng)隊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@北京天文館詹想有4.3萬粉絲,在中國天文科普界有很大的影響力。
天文學(xué)與宇宙
第1章 天圖量繪 天文學(xué)基礎(chǔ)
1.1 我們在太空中的位置
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 地球的軌道運動
詳細(xì)說明1-1 角度測量
1.5 月球的運動
1.6 距離測量
詳細(xì)說明1-2 利用幾何進(jìn)行距離測量
章節(jié)回顧
第2章 輻射 來自宇宙的信息
2.1 來自天空的信息
2.2 波是什么?
2.3 電磁波譜
探索2-1 輻射的波動性
詳細(xì)說明2-1 開爾文溫標(biāo)
詳細(xì)說明2-2 輻射定律的更多說明
2.5 多普勒效應(yīng)
詳細(xì)說明2-3 利用多普勒效應(yīng)測量速度
章節(jié)回顧
第3章 光譜學(xué) 原子的內(nèi)在活動
3.1 譜線
3.2 原子和輻射
詳細(xì)說明3-1 氫原子
3.3 譜線的形成
探索3-1 光電效應(yīng)
3.4 分子
3.5 譜線分析
章節(jié)回顧
第4章 望遠(yuǎn)鏡 天文學(xué)的工具
4.1 光學(xué)望遠(yuǎn)鏡
4.2 望遠(yuǎn)鏡的大小
4.3 圖像和探測器
4.4 高分辨率天文學(xué)
4.5 射電天文學(xué)
4.6 干涉測量
4.7 空間天文學(xué)
探索4-1 ALMA陣
4.8 全譜覆蓋
章節(jié)回顧
恒星和恒星演化
第5章 太陽 我們的母親恒星
5.1 太陽的物理性質(zhì)
5.2 太陽內(nèi)部
探索5-1 竊聽太陽
5.3 太陽大氣
5.4 太陽磁場
5.5 活動的太陽
探索5-2 日地關(guān)系
5.6 太陽的心臟
詳細(xì)說明5-1 基本作用力
5.7 太陽中微子的觀測
詳細(xì)說明5-2 質(zhì)子-質(zhì)子鏈中的能量生成
章節(jié)回顧
第6章 恒星 巨星、矮星和主序星
6.1 太陽鄰近區(qū)域
6.2 光度和視亮度
6.3 恒星溫度
詳細(xì)說明6-1 星等標(biāo)度的更多知識
6.4 恒星的大小
詳細(xì)說明6-2 估計恒星的半徑
6.5 赫羅圖
6.6 延伸到宇宙距離尺度
6.7 恒星質(zhì)量
6.8 質(zhì)量和其他恒星屬性
詳細(xì)說明6-3 測量雙星系統(tǒng)中的恒星質(zhì)量
章節(jié)回顧
第7章 星際介質(zhì) 彌漫于恒星之間的氣體和塵埃
7.1 星際介質(zhì)
7.2 發(fā)射星云
7.3 暗塵埃云
7.4 21厘米射電輻射
7.5 星際分子
章節(jié)回顧
第8章 恒星的形成 創(chuàng)傷式的誕生
8.1 恒星形成區(qū)
詳細(xì)說明8-1 恒星形成中的競爭
8.2 類太陽恒星的形成
8.3 其他質(zhì)量的恒星
8.4 云團(tuán)碎塊和原恒星的觀測
探索8-1 褐矮星的觀測
8.5 激波和恒星形成
8.6 星團(tuán)
探索8-2 船底座伊塔星云
章節(jié)回顧
第9章 恒星演化 恒星的生和死
9.1 離開主序
9.2 類太陽恒星的演化
9.3 低質(zhì)量恒星的死亡
探索9-1 從歷史中學(xué)習(xí)天文學(xué)
9.4 質(zhì)量比太陽更大的恒星的演化
探索9-2 巨星的質(zhì)量流失
9.5 星團(tuán)內(nèi)的恒星演化
9.6 雙星系統(tǒng)中的恒星演化
章節(jié)回顧
第10章 恒星爆發(fā) 新星、超新星,以及元素的合成
10.1 白矮星的涅槃重生
10.2 大質(zhì)量恒星的終結(jié)
10.3 超新星
10.4 元素的形成
探索10-1 超新星1987A
10.5 恒星演化的循環(huán)
章節(jié)回顧
第11章 中子星和黑洞 物質(zhì)的奇妙狀態(tài)
11.1 中子星
11.2 脈沖星
11.3 中子雙星
11.4 伽馬射線暴
11.5 黑洞
11.6 愛因斯坦的相對論
探索11-1 狹義相對論
11.7 黑洞附近的空間旅行
11.8 黑洞的觀測證據(jù)
詳細(xì)說明11-1 廣義相對論的檢驗
探索11-2 引力波:探索宇宙的新窗口
章節(jié)回顧
附錄
附錄1 科學(xué)計數(shù)法
附錄2 天文測量
附錄3 表格
檢查題答案
概念自測答案
圖片/文字授權(quán)
星圖
教學(xué)支持申請表
如今,恒星的研究領(lǐng)域甚至比塞西莉亞·佩恩·加波施金所知的還要豐富。我們現(xiàn)在所見的恒星更加清晰,得到的光譜更加精細(xì),并且所有所見恒星的距離更加遙遠(yuǎn)。我們不僅知道恒星是由什么構(gòu)成的,而且在大多數(shù)情況下,我們也知道它們的組成成分為何如此,有多少這樣的恒星正在誕生、存在和死去。然而,隨著21世紀(jì)的天文學(xué)不斷發(fā)現(xiàn)新的、擁有激動人心特點的恒星和恒星系統(tǒng),對恒星的研究仍然是非常不完整的。
1976年,剛好在退休之后,塞西莉亞·佩恩·加波施金被選為亨利諾里斯·羅素學(xué)者——美國天文學(xué)學(xué)會的最高榮譽(yù)(具有諷刺意味的是,授予她羅素學(xué)者頭銜的原因在于她在半個世紀(jì)前的工作)。她的演講熱情地總結(jié)了她一生的天文學(xué)研究——一次沒有任何注解和提示的百科全書式的演講,有著完美斷句的英語。很顯然,她像了解她最好的朋友那樣清楚那些獨特的巨星。她的演講用以下對新老天文學(xué)家的建議結(jié)尾:“作為世界歷史上看到或是理解某些事物的第一人而得到的情感震顫,是對年輕科學(xué)家的嘉獎,沒有什么比得上這種體驗。而看到一個模糊梗概成長為一個精妙全景的感覺,是對老科學(xué)家的嘉獎。當(dāng)然,這還不是一個完整的圖景或一幅應(yīng)用新技術(shù)和新技能的視野和細(xì)節(jié)仍在增長的圖景。老科學(xué)家不能夠宣稱這幅杰作是自己的作品。他可能曾草擬了部分設(shè)計,加上了幾筆筆墨,但他已學(xué)會同樣喜悅地接受他人的發(fā)現(xiàn),像他自己年輕時所經(jīng)歷過的喜悅那樣!
本頁展示了一些最近在恒星研究中的發(fā)現(xiàn)——這些工作毫無疑問地也會讓塞西莉亞·佩恩·加波施金投入更多的熱情。今天的研究也應(yīng)當(dāng)會讓她感到驕傲,因為其中許多研究依賴于她和她的同事在20世紀(jì)前半葉所得到的真知灼見。
……