天文学与生活（原书第7版） 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

天文学是研究宇宙空间天体、宇宙的结构和发展的学科。本书通过对科学过程、宇宙大小和年龄，以及星系的演化，介绍了天文学的基本知识。内容包括天体和天球及其坐标、时间与历法、星空区划和四季星空、天文观测工具和手段、天体物理性质及其测定、太阳系、地月系、地球及其运动、恒星、星系、宇宙等。全书通过紧密联系星空与地球的关系，说明了天文学对人类生活的影响，以及人类的未来。

第1部分 基础

第0章 天空巡礼：天文学基础/2

0.1 如眼所见/3

0.1.1 我们在空间中的位置/3

0.1.2 天上的星座/3

0.1.3 天球/4

0.1.4 天球坐标系/6

0.2 地球的轨道运动/6

0.2.1 天体的周日视运动/6

0.2.2 季节变化/7

0.2.3 长期变化/9

0.3 月球的运动/10

0.3.1 月相/10

0.3.2 日食和月食/12

0.4 距离的测量/15

0.5 科学和科学方法/16

本章回顾/19

小结/19

复习题/20

概念自测：判断题/多选题/20

计算题/20

活动/21

第1章 哥白尼革命：现代科学的产生/22

1.1 行星的运动/23

1.1.1 天空中的流浪者/23

1.1.2 地心说宇宙模型/23

1.1.3 太阳系的日心说模型/26

1.2 现代天文的产生/27

1.2.1 伽利略的历史性观测/28

1.2.2 哥白尼体系的优势/29

1.3 行星运动定律/29

1.3.1 第谷的复杂数据/30

1.3.2 开普勒定律/30

1.3.3 太阳系的大小/32

1.4 牛顿定律/33

1.4.1 运动定律/33

1.4.2 引力/34

1.4.3 轨道运动/35

1.4.4 重新考虑开普勒定律/36

1.4.5 科学进步的循环/37

本章回顾/38

小结/38

复习题/38

概念自测：判断题/多选题/38

计算题/39

活动/39

第2章 光和物质：宇宙的内部作用/40

2.1 来自空中的信息/41

2.1.1 光和辐射/41

2.1.2 波动/42

2.2 波是什么/43

2.2.1 带电粒子间的相互作用/44

2.2.2 电磁学/44

2.3 电磁波谱/45

2.3.1 可见光成分/45

2.3.2 辐射的整个范围/46

2.4 热辐射/47

2.4.1 黑体光谱/47

2.4.2 辐射定律/48

2.4.3 天文应用/50

2.5 光谱仪/50

2.5.1 发射线/50

2.5.2 吸收线/52

2.5.3 天文应用/53

2.6 谱线的形成/54

2.6.1 原子结构/54

2.6.2 辐射粒子的本质/55

2.6.3 氢的光谱/55

2.6.4 基尔霍夫定律的解释/56

2.6.5 更复杂的光谱/57

2.7 多普勒效应/58

2.8 谱线分析/59

本章回顾/60

小结/60

复习题/60

概念自测：判断题/多选题/61

计算题/61

活动/61

第3章 望远镜：天文学的工具/62

3.1 光学望远镜/63

3.1.1 反射式和折射式望远镜/63

3.1.2 反射式望远镜的分类/65

3.1.3 探测器和图像处理/68

3.2 望远镜大小/69

3.2.1 集光能力/69

3.2.2 分辨能力/71

3.3 高分辨率天文学/72

3.3.1 大气模糊效应/72

3.3.2 新型望远镜设计/72

3.4 射电天文学/74

3.4.1 射电望远镜基础/74

3.4.2 射电天文学的价值/75

3.4.3 干涉测量法/76

3.5 空基天文学/78

3.5.1 红外和紫外天文学/78

3.5.2 高能天文学/80

3.5.3 全波段覆盖/82

本章回顾/83

小结/83

复习题/84

概念自测：判断题/多选题/84

计算题/84

活动/85

第2部分 我们的太阳系

第4章 太阳系：行星际物质和行星的诞生/88

4.1 太阳系简介/89

4.1.1 行星的性质/89

4.1.2 类地行星和类木行星/91

4.1.3 太阳系碎片/92

4.2 行星际物质/92

4.2.1 小行星轨道/92

4.2.2 小行星的性质/94

4.2.3 彗星/96

4.2.4 彗星轨道/99

4.2.5 流星体/100

4.3 太阳系的形成/103

4.3.1 模型要求/104

4.3.2 星云收缩/105

4.3.3 行星形成/106

4.3.4 形成类木行星/108

4.3.5 太阳系的分异/109

4.3.6 小行星和彗星/110

4.3.7 太阳系的规则性和不规则性/111

4.4 系外行星/111

4.4.1 探测系外行星/111

4.4.2 系外行星的性质/113

4.4.3 系外行星的组成/115

4.4.4 太阳系不同寻常吗/115

4.4.5 寻找地球类行星/116

本章回顾/117

小结/117

复习题/118

概念自测：判断题/多选题/118

计算题/119

活动/119

第5章 地球及其卫星：我们的宇宙后院/120

5.1 地球和月球/121

5.1.1 物理性质/121

5.1.2 整体结构/122

5.2 潮汐/122

5.2.1 重力变形/122

5.2.2 潮汐锁定/124

5.3 大气层/125

5.3.1 地球的大气/125

5.3.2 温室效应/127

5.3.3 月球空气/128

5.4 地球和月球的内部结构/130

5.4.1 地震学/130

5.4.2 地球内部建模/130

5.4.3 分异/132

5.4.4 月球内部/132

5.5 地球的表面活动/133

5.5.1 大陆漂移说/133

5.5.2 是什么驱动板块运动/134

5.5.3 月球上的板块构造/136

5.6 月球的表面/136

5.6.1 大尺度特征/136

5.6.2 陨击/137

5.6.3 月球侵蚀作用/139

5.7 磁层/139

5.7.1 地球的磁层/139

5.7.2 月球的磁场/141

5.8 地月系统的历史/141

5.8.1 月球的形成/141

5.8.2 月球的演化/142

本章回顾/143

小结/143

复习题/144

概念自测：判断题/多选题/144

计算题/145

活动/145

第6章 类地行星：对比研究/146

6.1 轨道和物理性质/147

6.2 自转速率/148

6.2.1 水星奇特的自转/148

6.2.2 金星和火星/149

6.3 大气层/150

6.3.1 水星/151

6.3.2 金星/151

6.3.3 火星/152

6.4 水星表面/152

6.5 金星表面/154

6.5.1 大比例尺地形图/154

6.5.2 火山作用和陨击/155

6.6 火星表面/157

6.6.1 大比例尺地形图/158

6.6.2 火星上的火山活动/160

6.6.3 火星上过去有水的证据/160

6.6.4 今天水在火星上的何处/162

6.6.5 火星着陆器的探索/164

6.7 内部结构和地质历史/167

6.7.1 水星/167

6.7.2 金星/168

6.7.3 火星/168

6.8 地球、金星和火星上的大气演化/169

6.8.1 金星上失控的温室效应/169

6.8.2 火星大气层的演化/170

本章回顾/171

小结/171

复习题/171

概念自测：判断题/多选题/172

计算题/172

活动/172

第7章 类木行星：太阳系中的巨型天体/173

7.1 木星和土星的观测/174

7.1.1 地球视角/174

7.1.2 空间探测器探索/175

7.2 天王星和海王星的发现/176

7.3 类木行星的体特性/178

7.3.1 物理性质/179

7.3.2 自转速率/180

7.4 木星的大气/181

7.4.1 整体外观和组成/181

7.4.2 大气结构/182

7.4.3 木星上的天气/183

7.5 外层类木行星的大气/184

7.5.1 土星大气的组成/184

7.5.2 土星上的天气/185

7.5.3 天王星和海王星的大气成分/186

7.5.4 天王星和海王星上的天气/186

7.6 类木行星的内部/187

7.6.1 内部结构/188

7.6.2 磁层/189

7.6.3 内部加热/190

本章回顾/192

小结/192

复习题/192

概念自测：判断题/多选题/192

计算题/193

活动/193

第8章 卫星、环和类冥矮行星：巨人之间的小世界/194

8.1 木星的伽利略卫星/195

8.1.1 “小太阳系”/195

8.1.2 木卫一：活跃的卫星/197

8.1.3 木卫二：锁定在冰中的液态水/198

8.1.4 木卫三和木卫四：异卵双生/199

8.2 土星和海王星的大卫星/200

8.2.1 土卫六：带有大气的卫星/201

8.2.2 海卫一：从柯伊伯带中俘获/204

8.3 中型类木卫星/204

8.4 行星环/207

8.4.1 土星的壮观环系统/207

8.4.2 洛希极限/208

8.4.3 土星环的精细结构/209

8.4.4 木星、天王星和海王星的环/211

8.4.5 行星环的形成/212

8.5 海王星之外/213

8.5.1 冥王星的发现/213

8.5.2 冥王星-冥卫一系统/213

8.5.3 类冥矮行星和柯伊伯带天体/215

本章回顾/216

小结/216

复习题/217

概念自测：判断题/多选题/217

计算题/217

活动/218

第3部分 恒星

第9章太阳：我们的母恒星/222

9.1 太阳/223

9.1.1 整体结构/223

9.1.2 光度/224

9.2 太阳内部/224

9.2.1 太阳结构建模/225

9.2.2 能量输送/226

9.2.3 太阳对流的证据/228

9.3 太阳的大气层/228

9.3.1 色球层/229

9.3.2 过渡区和日冕/230

9.3.3 太阳风/231

9.4 活跃的太阳/231

9.4.1 太阳黑子/231

9.4.2 太阳的磁场/232

9.4.3 太阳的活动周期/233

9.4.4 活跃区域/235

9.4.5 X/射线下的太阳/236

9.4.6 变化的日冕/237

9.5 太阳的中心/237

9.5.1 核聚变/237

9.5.2 质子-质子链/238

9.5.3 太阳中微子的观测/240

本章回顾/241

小结/241

复习题/242

概念自测：判断题/多选题/242

计算题/243

活动/243

第10章 恒星测量：巨星、矮星和主序星/244

10.1 太阳邻域/245

10.1.1 恒星视差/245

10.1.2 离太阳近的恒星/246

10.1.3 恒星的运动/247

10.2 光度和视亮度/248

10.2.1 另一个平方反比定律/248

10.2.2 星等标度/249

10.3 恒星的温度/250

10.3.1 颜色和黑体曲线/250

10.3.2 恒星光谱/252

10.3.3 光谱分类/252

10.4 恒星的大小/253

10.4.1 直接测量和间接测量/253

10.4.2 巨星与矮星/254

10.5 赫罗图/255

10.5.1 主序/255

10.5.2 白矮星和红巨星区域/256

10.6 宇宙距离标度的延伸/257

10.6.1 分光视差/258

10.6.2 光度分类/259

10.7 恒星的质量/260

10.7.1 双星系统/260

10.7.2 质量的测定/261

10.7.3 质量和恒星的其他性质/261

本章回顾/263

小结/263

复习题/264

概念自测：判断题/多选题/264

计算题/265

活动/265

第11章 星际物质：银河系中恒星的形成/266

11.1 星际物质/267

11.1.1 气体和尘埃/267

11.1.2 星际物质的密度和组成/269

11.2 恒星形成区域/270

11.3 暗黑尘埃云/273

11.3.1 可见光的遮挡/274

11.3.2 21厘米辐射/275

11.3.3 分子气体/276

11.4 类日恒星的形成/277

11.4.1 引力和加热/277

11.4.2 阶段1——星云/278

11.4.3 阶段2 和阶段3——持续收缩的星云碎片/278

11.4.4 阶段4——原恒星/279

11.4.5 阶段5——星前演化/280

11.4.6 阶段6 和阶段7——新生恒星/282

11.5 其他质量的恒星/282

11.5.1 零龄主序/282

11.5.2 “失败”的恒1

Eric Chaisson: 哈佛大学天体物理学博士，曾任太空望远镜科学研究所高级科技人员，约翰?霍普金斯大学和塔夫茨大学教授。现任教于哈佛大学，并在哈佛大学史密斯天体物理中心从事研究工作。出版关于天文学的书籍12本，两次获美国文学奖，两次获美国物理研究奖，一次获哈佛大学Smith-Weld奖。发表论文200余篇，其中一些原创性论文为其赢得了哈佛大学天体物理B. J. Bok奖。

孙艳春: 北京师范大学副教授, 长期从事天文学教学与研究工作, 发表论文多篇, 出版专著1部, 译著多部, 曾多次获教学奖, 研究项目10多项.

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编辑推荐

1. 内容包括天体和天球及其坐标、时间与历法、星空区划和四季星空、天文观测工具和手段、天体物理性质及其测定、太阳系、地月系、地球及其运动、恒星、星系、宇宙等。全书通过紧密联系星空与地球的关系，说明了天文学对人类生活的影响，以及人类的未来。

2. 为新入学的学生或高中基础以上的读者提供了一本内容丰富的教材或参考书，从地球、行星到天体物理导论，覆盖了所有的天文学发展阶段，相比国内的天文学教材，更能激发学生学习天文的兴趣和热情。

3. 书中以简单易懂的语言来描述天文学的各个领域，不涉及复杂的数学计算；某个概念相对比较复杂时，会使用读者熟悉的物体或现象进行类比。

前言

天文学是能引起人们广泛兴趣的学科，现代天文学已进入全新的全波段研究阶段，研究成果日新月异，发展迅速。21世纪是天文学发展的黄金时代，国家需求和国际竞争对天文人才在数量和质量上提出了更高的要求。我国天文学人才培养的目标定位是：按天文学一级学科设置课程，培养既重视基础知识又注意培养创新能力，既重视理论又重视观测和数据处理能力的基础研究人才与应用研究人才。因此在基础天文教学中，要从理念、体系、内容、方法和教师队伍等方面进行创新和改革, 使得天文专业的学生、广大的天文科普和爱好者了解天文学，尤其是了解近代天文学的发展过程和当前研究的新成就与新动态。无论是发达国家还是中国，无一例外地都把“天文学导论”列入天文本科生的必修（选修）课。

美国大学的这本天文学导论为新入学的学生提供了一本内容丰富的教材，从地球、行星到天体物理导论，覆盖了所有的天文学发展阶段。相比国内的天文学教材，更能激发学生学习天文的兴趣和热情。

原书（第7版）是广泛在美国使用的天文学导论畅销书。原书前言中详细地介绍了新增和改进的内容，结合近些年天文学的迅猛发展，增加了许多天文学进展的新内容，尤其是有关当代天文学的新认识、新发展和公众对天文学的各种兴趣热点。书中教学手法多样先进，教学目标、内容、网络学习、作业和反馈方式等都做了精心设计，努力做到科学知识的有趣和寓教于乐，是一本不可多得的大学本科生或天文爱好者的入门教材。

译者孙艳春是精品课程“天文学导论”的主讲老师，从事天文学教学十多年，经验丰富，多次获得学校和北京市教学奖，希望本书的出版能为我国的天文书库增加一份光彩。

前言

很荣幸有机会在本书中介绍当今天文学的知识。书中介绍的知识不仅包括那些我们耳熟能详的内容，还包括一些先进的思想方法，以及许多人类不久前才刚刚探索到的领域。

本书的对象是未在大学上过自然科学课程或不主修物理学或天文学的读者。书中以简单易懂的语言来描述天文学的各个领域，不提供复杂的数学计算。尽管略去了复杂的数学过程，但仍保留了对天文学中许多重要概念的讨论。我们选择使用定性的方式进行推理。某个概念相对比较复杂时，我们会使用读者熟悉的物体或现象进行类比。我们在本书中传达了我们对天文学的热爱，希望读者能够对奇妙的宇宙产生浓厚的兴趣。

很高兴本书的前六版在天文学教育界受到了广泛欢迎。前六版的读者为我们提供了许多有益的反馈和建设性批评，让我们更好地了解到了天文学的许多基本原理和趣事，并在第七版中做了改进。

本书的结构与研究方法

类似于此前的版本，我们仍然遵循当前流行且有效的“冲出地球”项目。我们发现，大多数学生，尤其是没有自然科学背景的学生，相较于恒星与星系，更了解太阳系。因此，我们首先以地球和月球作为基本的行星系统模型来讨论太阳系中天体的运动。然后，我们整合太阳系的内容并讨论太阳系的形成。研究太阳的这一认知过程对读者而言是普遍的。

我们把太阳作为标准星，以便将讨论拓展到一般恒星。我们将研究普通恒星的性质，研究它们的演化史和不同命运。当然，大量恒星的研究会促使我们去了解恒星的结合体——星系。我们位于银河系中，因此自然会去了解银河系，继而引导我们去研究那些非常遥远的星系——河外星系。终，我们将触及宇宙层面的内容，包括宇宙学、宇宙大尺度结构和宇宙动力学。自始至终，我们都力求强调宇宙的动态本质。实际上，每个主题（不论是关于行星的还是关于类星体的）都将讨论这些天体的形成与演化。

源于近年来的教学经验，我们在前几章中新增了许多物理学基础知识。此后，不论是在正文中还是在“发现”和“更为准确”模块中，都可能新增其他的物理学原理。对物理学的内容，我们进行了更多的定量讨论，必要时读者可以略过这些内容。若教师希望在研究恒星和宇宙前，只对太阳系的基础部分进行教学，则只需在讲授第4章后，直接跳到第9章。

第7版的新内容

天文学领域发展迅速，第7版中每章的内容都有更新。有些章节因为内容精简的需要，结构上做了重大调整，增加了关于科学进展的内容，以便反映当代天文学的新认识。书中的主要改进如下：

?    在开篇处添加了关于天文发现的图片。

?    提供了更直接、更准确的天体描述。

?    对大量图片添加了注释，并对大多数图片的说明文字进行了精简。

?    在每章末尾增加了复习题和讨论题。

?    简化了数学计算。

?    第1章新增内容：古代天文学的发现。

?    第3章新增内容：费米伽马射线望远镜的介绍及其发现。

?    第4章更新内容：小行星和彗星的探测项目。

?    第4章重写并更新内容：系外行星的讨论。

?    第5章更新内容：月球勘测轨道卫星、月球环形山观测和传感卫星、引力恢复和内部实验室的月球项目。

?    第5章新增内容：月球固态内核中的新发现。

?    第6章重写内容：类地行星大气演化和碳循环的讨论。

?    第7章新增内容：空间探索的新发现。

?    第7章更新内容：彗木碰撞和土星风暴的新图像。

?    第7章和第8章更新内容：卡西尼和朱诺项目介绍。

?    第8章增加并更新内容：卡西尼对土卫二、土卫六、土卫八、土星E环的新发现，冥王星及其卫星的新图像。

?    第9章更新内容：太阳动力学天文台（SDO）项目，包括几幅太阳的新图像。

?    第9章更新内容：太阳内部环流及其对太阳黑子周期的影响。

?    第11章更新内容：银河系和星云图像。

?    第12章更新内容：星团赫罗图和一些图像。

?    第12章更新内容：球状星团中关于星族的讨论。

?    第12章更新内容：SN 1987A的报道。

?    第13章更新内容：中子星的质量和脉冲星的数量。

?    第14章修改内容：伽马射线暴。

?    第14章新增内容：银晕中恒星的潮汐流。

?    第14章更新内容：银河系核球的讨论。

?    第15章修改内容：哈勃常数的当前值。

?    第15章和第16章更新内容：一些已知遥远星系和类星体的数量、红移和图像。

?    第17章修改内容：更清晰地对宇宙学进行了表述。

?    第18章修改内容：行星系统和宜居行星。

呈现方式

可视化教学在天文学教学和实践中有重要的作用，因此本书中将继续强调这一点。为丰富书中的内容，并力求展示各种宇宙天体好和的图像，我们会尽可能地使美学与科学紧密结合；为方便读者的学习，书中的每个演示示例都是精心设计的。

全波段覆盖和光谱图标

天文学家越来越多地使用整个电磁波谱来收集宇宙的信息。本书选择在射电、红外、紫外、X射线或伽马射线波段拍摄的图像，作为可见光波段图像的补充。由于有时很难（即使是专业人员）一眼看出哪些图像是在可见光波段拍摄的，哪些图像是其他波段合成的伪彩色图像，因此我们在每幅照片旁添加了一个图标，用以识别成像时所用电磁辐射的波长。

其他教学功能

类似于其他教材，本书同样为读者提供提高学习效率的方式。

?    学习目标。研究表明，新生往往难以确定教材优先学习的顺序。因此，每章的章首都提供一些明确的学习目标，以帮助学生在阅读本章后了解应掌握哪些知识与能力，然后据此进行调整。我们对这些学习目标进行了编号，并与“本章小结”和“复习题”部分的项目进行了关联。因此，这样做突出了每章的重要内容，可帮助学生掌握重点并安排学习进度。

?    概念链接。天文学中，天体性质和物理学原理间的联系至关重要。学生在第15章学习哈勃定律时，第2章中所学到的关于谱线和多普勒频移的知识很重要。同样，讨论双星系统中每颗恒星的质量时（见第10章）或研究银河系的自转时（见第14章），都需要具备第1章中介绍的关于开普勒定律和牛顿定律的知识。自始至终，天文学中新天体和新概念的讨论很大程度上都取决于之前介绍的概念。

?    概念检查。每章中都给出了概念检查，其具体内容是读者需要通过更多的上下文去重新考虑所提出的一些关键问题。

?    图像类比。为让读者更清楚地掌握知识，我们使用图像类比法，用日常生活中的经验来解释复杂的天文学概念。

?    图像组合。一幅图片，不论是照片还是艺术想象图，都难以概括复杂天体的各个特征。因此，我们尽可能用多种图像尝试以生动的方式来传达数量的信息：可见光图像常和其他波段的图像一起出现。解释性曲线常常叠加或并列在真正的天文图像上，以帮助学生了解图像所表达的内容。采用了局部视场放大的形式，以便深入了解图像的细节。

?    赫罗图和叠加图层：书中的所有赫罗图都是根据真实数据以统一格式绘制的。此外，还提供了不同颜色的图层，以帮助读者了解恒星的演化。

?    【更为准确】图文框。这种图文框提供了许多定量的内容，它是正文中定性讨论的延伸。之所以将这些更有挑战性的主题从正文中删除而放到单独的图文框中，是因为这样做可让教师在教学时更具灵活性。

?    【发现】图文框。这种图文框探讨各种趣闻，让读者了解科学知识的演化。

?    各章小结。再次给出每章中的关键术语。

?    章末习题。我们在章末提供习题，目的是帮助读者自我评估学习成果。习题分为如下几类： “复习题”“概念自测：判断题/多选题”“计算题”“活动”。

教师资源和学生资源

?    MasteringAstronomy：www.masteringastronomy.com。MasteringAstronomy是世界上、使用广泛的天文学教育和评估系统。这个课后作业、辅导和评估系统可以通过具体问题单独指导每名学生。学生也可通过测试练习、动画和视频来进行自学。

?    教师资源手册：www.pearsonhighered.com/educator。因为第7版的更新，教师手册提供了新的教学大纲和课程安排，包括每章的概述、教学重点、有用的类比、课堂演示、习题解答等。

?    题库：www.pearsonhighered.com/educator。第7版的题库提供2500道题，包括多选题、判断题、填空题、简答题和论述题。

致谢

在本书成稿之前，许多同事提出了很多批判性的建议，本书前六版和《今日天文》的很多读者也提出了反馈与建议。在此，对他们致以诚挚的感谢。

书籍介绍

天文学是研究宇宙空间天体、宇宙的结构和发展的学科。本书通过对科学过程、宇宙大小和年龄，以及星系的演化，介绍了天文学的基本知识。内容包括天体和天球及其坐标、时间与历法、星空区划和四季星空、天文观测工具和手段、天体物理性质及其测定、太阳系、地月系、地球及其运动、恒星、星系、宇宙等。全书通过紧密联系星空与地球的关系，说明了天文学对人类生活的影响，以及人类的未来。