第一推动丛书 宇宙系列:千亿个太阳 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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编辑推荐

作者运用大量观测事实而非数学公式，把恒星的生命过程讲述得十分清晰，令人印象深刻。千亿个太阳在百亿年的时间中不断的出生、成长、爆发和凋零，那是一种远比我们所能理解与想象的极限还要广大无数倍的生命。2018年新版的《第*推动丛书》全新设计了版式和封面，简约个性，提升了阅读体验，让科普给你更多想象。随书附赠价值39.6元由汪洁、吴京平掰开揉碎,带你懂科学好书的《经典科普解读课》6折券。

内容简介

本书介绍了恒星的诞生、结构和演化、最终结局，以及银河系中载有生命的行星以及地外文明的知识。全书撇开了复杂的数学公式，而运用了许多生动比喻，从作者亲身经历叙述了许多的故事，是一本很有特色的科普佳作。

作者简介

鲁道夫·基彭哈恩()，德国天体物理学家，1965-1974年任哥延根大学天文学与天体物理学教授，后任马克斯·普朗克天体物理研究所所长。他的著作还有《等离子体物理基础》与《来自宇宙边缘的光线》等。

译者介绍：沈良照，黄润乾

目录

前言
绪论

第一章 恒星的漫长生命
　太阳的能量是从哪里来的
　太阳和恒星里的核能
　恒星的衰老
　天狼星的伴星
　御夫座的超巨星

第二章 天体物理学家最有用的关系图
　测量恒星的两种特性和恒星的归类
　赫罗图
　邻近太阳的恒星
　星团——恒星的“年级”
　星团的年龄

第三章 恒星——天上的核电站
　原子的组成部分
　阿瑟·爱丁顿与恒星的能源
　乔治·伽莫夫和他的“隧道效应”
　恒星内部的隧道效应
　碳循环
　质子一质子链
　重元素的诞生

第四章 恒星和恒星模型
　重力和气体压强
　能量的产生和能量的转移
　沸腾的恒星物质
　计算机中的恒星
　原始太阳模型
　原始主序的发现
　角宿一的内部
　天鹅座中的红矮星
　原始主序的性质

第五章 太阳的演化史
　从原始太阳演变到今天的太阳
　太阳的重氢在何处
　关于锂的问题
　1955年，进军红巨星
　太阳的未来
　太阳的中微子
　雷蒙德·戴维斯的太阳中微子实验
　镓实验

第六章 较大质量恒星的演化史
　路易斯·亨耶和亨耶方法
　一颗7个太阳质量的恒星的演化史
　演化程与星团的赫罗图
　脉动星
　造父变星的箱式模型
　热瓦金对旧概念的新研究

第七章 演化后期的恒星
　中微子致冷，壳层源的闪跃
　红巨星中的白矮星
　太阳更遥远的将来
　彼得·阿皮阿努斯、路德维希·比尔曼和彗星
　演化后期的恒星丢失物质
　白矮星露面
　仙女座星云中的哈特维希星
　蟹状星云和中国一日本的超新星
　物质脱离恒星后的命运

第八章 脉冲星不是脉动天体
　剑桥启用新型射电望远镜
　乔斯琳·贝尔的回忆
　脉；中星是微小天体
　脉冲星看得见吗
　看见了蟹状星云脉冲星
　什么是脉冲星
　托马斯·戈尔德解释脉冲星
　尚待解决的若干问题

第九章 恒星窃取恒星的物质
　大陵五——魔鬼之首
　双星系统中的复杂作用力
　大陵五和天狼星的佯谬
　计算机得到的双星
　第一对双星的历史——一个半相接双星系统的诞生
　第二对双星的历史——一颗白矮星的诞生
　1975年8月29日出现在天鹅座的新星
　1934年的新星
　双星系统中的核爆炸

第十章 X射线星
　乌呼鲁卫星的故事
　武仙座X射线星
　看见武仙源
　X射线星是小天体
　一个X射线源的演变史
　脉冲从何而来
　测量中子星的磁场
　X射线爆发

第十一章 恒星的结局
　大质量恒星的铁心灾变
　白矮星假想实验
　中子星假想实验
　黑洞

第十二章 恒星是怎样诞生的
　恒星现在还在诞生
　计算机表演恒星的诞生
　自然界中恒星的诞生
　角动量和坍缩云
　探查银河系的演变史
　恒星的形成是什么引起的
　旋臂究竟是什么
　猎犬座星系中恒星的诞生

第十三章 行星和它们的居民
　用计算机求解行星起源问题
　双星的起源
　人类孤独吗
　奥兹玛计划和阿雷西沃信息
　生物进化的漫长岁月
　银河系中散布着百万个栖息生物的行星吗
　一个文明社会能生存多久

附录A 恒星的视向速度
附录B 宇宙中的距离是怎样测量的
附录C 称恒星的质量
后记
译后记

精彩书摘

第1章　恒星的漫长生命（部分）

地球以每秒30千米的速度围绕着太阳运动。它的运行轨道接近于一个直径为3亿千米的圆。地球绕太阳运动时，朝向太阳的面（称为日面）受太阳照射，所接受的能量与它转到背向太阳时（处于夜面时）辐射出去的能量几乎相等。

由于能量的接受和发出交替进行，使地球表面能维持一定的温度，因而使这颗行星变成我们可以居住的。严格地说，并不是所有入射的太阳能量又全部被辐射出去，有一部分以化学能方式储存于植物之中，人类和动物就是依靠储存在植物中的能量来生活的。当我们用煤和石油取暖时，我们就是利用了植物在地球早期阶段所吸收的能量。同样，水电站的涡轮机也是由太阳能所驱动，因为太阳的辐射蒸发了大洋中的水，通过下雨而存储在河流之中。朝向太阳的地球表面每平方米接受太阳能的功率为1.36千瓦，整个地球表面所接受的辐射功率接近于200万亿千瓦，但是，如此巨大的能量与太阳每秒向各个方向辐射出去的能量相比，却仍然是十分微小的。采用千瓦为单位来计算太阳的辐射功率，则需要一个24位的数字。

但在这个能量中只有极微小的一部分被地球所接收。太阳的能量是从哪里来的太阳年复一年地以巨大功率向宇宙中发出光和热，即辐射出能量。它已辐射了多久，并且还能辐射多长时间？它会不会随着时间消逝而不断减小辐射，使地球上的生命被冻僵？或者它会慢慢地增大它的辐射，使地球上的大洋沸腾而生命告终？自从人们对太阳进行有目的的观测以来，即使采用最精密的仪器，至今也没有测出太阳的辐射强度有缓慢变化的迹象。根据在地壳最古老的沉积层中所发现的有机生命痕迹，也可看出太阳自很久以来就以不变的光度进行辐射。太阳长时期以来就这样强烈地辐射着，才使地球上有生命存在。在南非的特兰斯瓦尔，人们在翁弗瓦赫特地层的硅化岩中发现了和今天的蓝藻有相同复杂结构的、相当进化的单细胞组织。这证明了早在35亿年以前地球上就有生命存在，那时的太阳也必定具有和今天大致相同的光度。

太阳内不可能储藏无限多的能量，因为它是一个有限的物体，由有限的质量所组成。我们可以测定它的质量，因为质量可以通过引力来显示。地球和众行星围绕着太阳运动，由于受太阳质量的引力作用而被约束在一定的轨道上。根据每一瞬时离心力和引力相等的原理，可以算出太阳引力的强度，进而计算出太阳的质量（附录C）。若以吨为单位来计算太阳的质量，就需要一个28位的数字。维持我们生命的太阳辐射功率就是来自这些太阳质量，计算表明，每克太阳物质在1年内必须辐射出大约6焦耳的能量。乍看上去它似乎不算太大，因为人体每克物质所发出的热量还比这个数字要大1000倍以上。但不同的是，人们为了补偿这个能量损失，必须每天吃东西，而太阳几十亿年以来却是靠自身来维持辐射。

太阳在长时期内以很大功率辐射出去的能量是从哪里来的？是不是主要来源于化学变化？我们研究一种最简单的释能化学过程 ——燃烧。如果太阳由烟煤组成，它的燃料只能补偿5000年的辐射，然而太阳早在几十亿年以前就在向外辐射了。因此如果碳是太阳的燃料，那么太阳炉早就熄灭了。所有其他化学过程也和燃烧一样产能都太少，不能作为太阳的能源。

19世纪末人们曾经进行过很多尝试，以寻求太阳的能源。由于太阳内部的化学过程所产生的能量都太少，导致人们联想太阳是否可能从外部吸热。在我们太阳系内充满了很多小的固态物体，它们运动于行星之间，被称为流星。流星现象是我们所熟悉的。当一颗流星闯入地球大气层时，它被加热烧毁，在天空中发出亮光。某些流星在大气层中不能完全烧尽，残余部分会落到地球上，这就是现在我们在博物馆中看到的陨石。

太阳巨大的引力也必定能吸引很多在太阳系中运动的流星，它们将以很大的速度撞击太阳，碰撞时它们的动能转变为热能，是否这样产生的热可以补偿太阳的向外辐射？撞击太阳的流星物质，每克可以提供大约1.9亿焦耳的能量。为了补偿太阳的辐射，每年必须有大约为1/100地球质量的流星物质落到太阳上。太阳质量的增加可以通过太阳的引力变强而被觉察到。它能使地球绕太阳的运动发生变化，例如最近2000年地球轨道长轴要明显缩短。但是根据古代关于日食和月食的记载，没有发现太阳系运动状态有能测量到的变化，因此“流星假说”是不成立的。太阳不是由撞击它的流星所加热。

假若太阳可以将自身的引力能释放出来，这也是一种可能的能源。早在19世纪，赫尔曼·冯·黑尔姆霍茨（Hermann Von Helmuholtz）——一位多才多艺的物理学家和医生，就已注意到这个可能性。如果太阳没有某些能量的输入，它将会随着时间的推移收缩，它的半径将会变小。每克太阳物质会缓慢地向太阳中心靠近，即以较大的减速度下落。正如流星物体下落一样，这里也释放出能量。和流星假说不同，在这里是太阳物质自身的“下落”，但保持太阳的质量以及它对地球的引力不变。这个过程只能维持大约1000万年的太阳光度，仅仅是太阳已辐射几十亿年的1/100。因此结论是太阳自身的引力能释放不能补偿太阳的辐射。

太阳和恒星里的核能

今天我们知道，核能是已知产能率最大的能源。我们使用的电有一部分是由核电站所提供。在核电站内，重的铀核被分裂为轻的原子核，原子核分裂时会释放出能量。假如能使轻原子核聚变为重核，并获得有用的能量，那么这样的核电站会产能更多，特别是氢核聚变的产能率最大。

太阳像大多数恒星一样，主要是由氢组成。因此我们要问，太阳的辐射是否可能由氢聚变来补偿？以后我们将会看到，氢的聚变确实是太阳的能源。在第3章里我们将要详细讲述在恒星内进行的核过程。不过在证明核反应维持了太阳的生命，从而也维持了我们的生命以前，我们应假想一下，假如在太阳和恒星内氢原子不断地聚变为氦原子，并释放出核能来维持恒星的辐射，其后果是什么。

当1克氢原子核聚变为氦核时，可以从这1克物质中释放出6300亿焦耳的能量，这相当于燃烧相同质量的烟煤所获取的能量的2000万倍。因此核能可以使太阳的寿命延长2000万倍，达到1000亿年的寿命。这样我们终于找到了一种可以维持太阳辐射达数10亿年的能源，即氢转变为氦时所释放出的核能。据估计，太阳中的氢所能提供的核能可以维持太阳辐射1000亿年，实际上这有点过于乐观了。因为太阳只有70％是由氢组成，所以它的核“燃料”要小于估计值。正如以后我们将会看到的，如果在一颗恒星内有10％～20％的氢被燃烧掉，它就会明显地呈现出核能被耗尽的种种现象。所以我们认为，太阳可以均匀辐射约70亿年，这个时间显然比地球上有生命存在的时间长得多。

正像我们用肉眼所看到的7000颗恒星或是用望远镜所看到的数目更多的恒星一样，太阳也是一颗恒星。除少数例外，它们主要是由氢组成。假若它们的辐射完全是由氢聚变为氦所提供，那么可以计算出它们所储存的核能可以维持多长时间，对于太阳是70亿年。不过还有更早就把氢消耗尽的恒星，例如室女座中最亮的一颗恒星——角宿一。由于有一颗伴星围绕着它运动，所以我们能测定它的质量（附录C），它的质量大约是太阳质量的10倍。我们还知道它的辐射比太阳强10000倍。由于质量大，它所储存的核燃料约为太阳的10倍，因此它的辐射比太阳大得多，使得它把氢耗尽的时间比太阳短1000倍。这样角宿一只能辐射几百万年。相对宇宙历史长河来说，这样的时间间隔确实很短。我们只要想一想，早在100万年以前地球上就已经有像爪哇森林中的猿人那样的高级哺乳动物了。

前言/序言

绪　论

演出舞台是整个银河系，上场角色是它的千亿恒星和地球上的几百名天文学者。导演是自然界的规律，因而宇宙物质具有明显的集聚成球的倾向，在我们的概念中这些球体就是恒星。恒星中的物质处在很高的温度下，以致固态和液态都不能存在。恒星是依靠自身引力保持成形的气体球，我们称其中之一为太阳。在一位外界的观察家眼里，把它和银河系中别的恒星相比，它是一颗既不特大也不过小，个子中等，亮度一般，在千亿繁星中一点也不突出的平凡恒星。太阳只是对我们才显得那么重要，因为我们的生存和它息息相关。

银河系的大多数恒星都处在一个扁平圆盘中，这个圆盘很大，光线从它的一侧对穿到另一侧，几乎需要10万年。恒星受引力和离心力作用而都在沿着复杂的轨道围绕圆盘中心运动，银河系圆盘在自转。此外，在宇宙中我们连同我们所处的恒星系统并不是孤立的，像仙女座大星云就是另一个由群星组成的自转盘状体系；图0-1（见图书前面彩图）是处在这个恒星系统外面的我们去观察它所看到的样子，因为是斜着看，我们把圆盘看成了椭圆形。仙女座大星云就像是我们银河系的一个翻版。我们这个恒星系统里有什么恒星品种、有什么变化过程，仙女座星系 1注里也统统都有，而且情况不仅如此，因为像这样一类的天体系统，称为星系的，还有千千万万，也许多得不计其数。

图0—2（见前面彩图）是我们从上往下垂直地看另一个星系的样子。到1924年，人们才确信无疑地证明，那些遥远的、往往表现为螺旋形的云雾状东西和我们银河系是同一类天体系统。许多年以来，人们就在注意观察天上那些小小而暗淡的、往往呈椭圆状的模糊盘块，即所谓旋涡星云 。早在1755年，当时31岁的伊曼努尔·康德（Immanuel Kant）在他的著作《自然通史和天体论》中就曾经把那些对象和我们自己的恒星系统对比分析：“对于这样一个由恒星组成的世界（康德指我们的银河系），如果有一位处在它外面的观测者从非常遥远的所在去观望它，那么它就会呈现为一个角直径很小的暗淡物体；如果观测者从正面去看它，就会发现它是个正圆形；从侧面去看它，就会发现它是椭圆形。 ”

康德因此得出结论，认为天上那些椭圆状的小星云就是远方别的银河系。他又写道：“把这些椭圆形对象看作我们新近才阐明其状况的、和我们的恒星系统类似的天体系统，也可以说看成是别的银河系，那么这一切就都圆满地解释通了。 ”可是真正证实这种猜想，却又用了差不多200年工夫。

太阳连同我们人类是处在银河系中心平面附近。我们如果沿着垂直于银河系圆盘平面的方向往外空望去，看到的是稀疏星点，但如果沿着盘面向它的边缘望去，那么就会看到许多星星，这也就说明了为什么我们这恒星系统的扁平圆盘表现为一条横贯夜空的亮带：银河。

可是，充满银河系圆盘的不仅是恒星，发光星际云表明恒星之间的空间并不是空无一物。银河系有1/100的质量不是集聚在恒星之中，而是布满于星际空间。它的化学组成虽然和太阳一样，但密度只有太阳十亿分之一的十亿分之一的百万分之一。这种星际气体中埋藏着微小的尘粒。星际尘云像层层厚纱削弱了背后传来的星光，并且像地球大气尘埃使落日变红那样造成远处星光的红化。星际尘粒很微小，直径只有万分之一毫米。

在银河系中，恒星、气体和尘埃物质缓缓地运动，平均每1亿年围绕银河系中心运行一周。然而恒星世界却不是慢条斯理的。大批恒星已经一对对结合成双星，每隔若干年、若干天或几小时相互绕行一周。有的星按确切周期涨了又缩，缩了又涨，像是在做呼吸运动。不定相隔多长时间，便会发生一次爆炸把一颗星崩碎，使它暂时大放光明，和所在星系别的千亿恒星的亮度的总和差不多一样亮。还有的星不是平稳放光，而是每隔1/100秒发一道闪光，一道接一道，明暗相间。

面对这一宏伟自然奇观的是住在地球上的、试图理解宇宙万象的一小批天文学家，而地球则是绕着一颗叫作太阳的平凡恒星公转的一颗小小的行星。这些天文学家利用所住行星的资源建造了各种仪器设备，在各地天文台用它们来细测宇宙动静，又用火箭把望远镜送到妨碍观测的地球大气层外去进行探索。有不少同时代的人把他们误认为占星术家，可是他们丝毫也不愿同那类人物混为一谈。另外一些人则赞赏他们，因为他们的思维超出了由日常生活经验所能有效推理的范畴。研究工作使他们对大自然的了解，至少是对无机世界根源的认识深化了一步。

但是跨出这一步的是客观治学的自然科学家，这样的人不会从自己所取得的专业成果中推导出道德准则来。从事探索天体、理解宇宙的伟业并不等同于使他们变得品质更优良、道德更高尚。他们的动力不单纯是探索未知的渴望。正像人类其他行业一样，追名逐利与同行竞争起着或多或少的作用，而且有的重大发现是来源于这类动机。然而，天文学家之中也照样有求知的热望，他们之间确实存在互助和友好合作，本书不少地方将反映这种实例。具体的研究结果既然是人们劳动的产物，就难免在许多方面不够完善，甚至还有相当程度的缺点与错误。但是天文科学整体，尽管它从巴比伦人的萌芽时期直到现代天体物理学经历了许多迂回曲折，毕竟还是走上了一条前进的大道。

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第一推动是个很大的系列，真想一口气全买下……很棒的科普读物，值得入手。

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