文档介绍：序言
我写这本书的主要目的,在于以足够的深度对广泛的天体物理学课
题向读者提供一般的介绍,从而使读者能对这门学科的全貌有一个定量
的了解。本书概要地论述各种宇宙事件,但未加以详细的介绍,旨在提
供一系列天体物理学的轮廓。鉴于天体物理学中的许多问题目前还不太
明确,不少观点尚在不断变化之中,我认为采取这样一条途径是比较恰
当的。
本书内容取自我在科内尔大学为物理学和天文学毕业班学生及初级
研究生讲课的讲稿,这门教程决定了本书的写作深度。
为了方便那些精通物理学但对天文学名词却不熟悉的读者,书中添
加了一个附录,它扼要地介绍了一些最基本的天文学概念。应该先阅读
这个附录,然后再接触正文。
前面几章概括地叙述了现代天体物理学所涉及的范围,同时论述了
有关天体的大小和质量的一些基本问题。然而读者马上就会发现,再深
入下去需要有广泛的物理学基础。第四章至第七章就是以天文学所特有
的现象为例,对有关这方面的知识由浅入深地作了介绍。第八章至第十
章则对第一章中已初步提到过的那些内容作了进一步的阐述,指出我们
怎样才能对有关恒星的结构和演化、宇宙气体动力学以及宇宙的大尺度
特性等问题取得定量的深入的了解。最后一章讨论了宇宙中的生命。
通贯全书,我特别强调的是天体物理学的概念,这意味着象小行星、
恒星、超新星或者类星体这样一些天体没有列出专门章节一一介绍,而
是在讨论有关的物理原理时把它们穿插于全书之中。这样就突出了许多
天文现象的共同特征,但也提供了某些特殊天体的部分资料。例如,第
五章、第六章、第八章、附录以及其他一些地方,就从各个不同的侧
面对中子星和类星体进行了讨论。
我们所述及的仅仅是几个传统天文学课题的大致轮廓,比如辐射转
移理论、恒星大气以及多层气体球等,这是因为完整的介绍必然要用到
大量的纯粹的数学推导。尽管如此,这些课题的主要物理概念都已穿插
在正文之中了;它们通常只是一些一般性的叙述,不再作专门的说明。
另外,在适当的地方我还援引了对这些课题有更详细说明的其他一些资
料来源。
参考书目是为那些愿意在某一个方面进行更深入研究的读者提供
的。我仅仅举出了这样一些作者,他们对某一领域卓有贡献,因而他们
的观点可以使读者对有关课题取得更深入的了解,尽管其中所引用的某
些文章只是普及性的,然而文笔却相当严谨。
涉及到天体物理学主要内容的一部书,必然要以现有的许多优秀的
专题论文和评述性文章作为前导。要恰当地感谢原作者和那些对我的写
作观点有强烈影响的天体物理学家是不可能的。我同样要向科内尔大学
的同事以及看过这本书(它从一系列非正式的教学讲稿演变而来)的几
届学生表示感谢,他们为本书提供了许多改进的意见。最后,我还要对
为本书提供了插图的..贝特彻表示谢意。
马丁·哈威特
第一章研究天体物理学的一条途径
从某种意义上说,我们每一个人都曾处于恒星之内;从某种意义上
说,我们每一个人又都曾处于恒星际广袤的虚无空间之中;而且,如果
宇宙确曾有开端的话,那么我们每一个人也都在那儿停留过。
我们体内的每一个分子所含的物质都曾一度经受过恒星中心巨大的
温度和压力的剧烈作用,我们红血细胞中的铁就是在那儿起源的。我们
所吸入的氧,人体组织中的碳和氮,以及骨胳中的钙,它们也是在恒星
中心通过较小原子的聚变而形成的。
地球上的矿物中包含了铀、钚、铅以及许多别的重原子,它们必然
是在一次超新星爆发中生成的,这种爆炸就是一颗恒星的自行毁灭,它
把一个太阳那么大的质量以极其巨大的速度抛入宇宙空间之中。实际
上,地球上以及人体内的大多数物质都必定经历过这样一种灾变式的事
件。
我们发现元素锂、铍和硼在地球上的含量甚少,它们看来是通过星
际空间的宇宙线轰击而生成的。在那个时代,我们今天所生活的地球曾
经分布得极度稀薄,以致一克土壤所占有的体积就有我们整个行星那么
大。
为了说明地球上所发现的重氢同位素——氘,我们也许不得不回溯
到意味着整个宇宙诞生的那一次爆炸。孩子玩的气球内的氦,有一部分
也就是在那个时候形成的。
所有这一切我们是怎么知道的呢?而对这种知识,我们又能相信到
什么程度呢?
写这本书的目的就是要回答诸如此类的问题,并为作出天体物理学
的判断提供一种方法。
我们现正开始在宇宙间作一次漫长而又有趣的旅行。许多东西要学
习,许多东西要丢弃,又有许多东西要加以修正。我们有卓绝的理论,
但理论只是掌握真理的向导,它们并不是真理本身。因此,我们就必须
不断地对理论加以修正,才能保证引导我们在正确的方向上前进。
在通览本书的过程中,我们会发现要在实质和表象之间作出选择是
十分困难的,就象去