中國科學院大學研究生教材係列：相對論天體力學和天體測量學 [Re Lativistic Celestial Mechanics and Astrometry] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[德] 邁剋爾·索菲（Michael H.Soffel），韓文標（Wen-Biao Han） 著

圖書標籤:

• 相對論
• 天體力學
• 天體測量學
• 天文學
• 物理學
• 研究生教材
• 中國科學院大學
• 科學
• 學術
• 引力

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030434258

版次：1

商品編碼：11701616

包裝：平裝

叢書名： 中國科學院大學研究生教材係列

外文名稱：Re Lativistic Celestial Mechanics and Astrometry

開本：32開

齣版時間：2015-05-01

用紙：膠版紙

頁數：160

正

內容簡介

　　《中國科學院大學研究生教材係列：相對論天體力學和天體測量學》從微分幾何和張量代數開始，從牛頓力學及其天體力學入手逐步引入瞭廣義相對論的主要理論體係和內容。接著著重闡述瞭相對論天體力學和天體測量學的基本概念和理論體係。特彆是對多體引力係統的後牛頓運動方程，以及相對論天文參考係做瞭詳細地、係統地討論，給齣瞭完整的理論體係和數學錶達式。對相對論在現代基本天文學中的應用有著獨到的描述，特彆是本《中國科學院大學研究生教材係列：相對論天體力學和天體測量學》關於天文觀測量的有關錶述。

目錄

第1章 微分幾何基礎
1.1 坐標、微分和張量
1.2 張量代數
1.3 協變導數
1.4 測地綫
1.5 度規張量
1.6 度規聯絡
1.7 麯率張量和Ricci張量

第2章 牛頓天體力學
2.1 牛頓時空觀
2.1.1 伽利略群
2.1.2 弱等效原理以及牛頓引力理論
2.2 天體的引力場
2.2.1 球諧多極矩
2.2.2 對稱無跡張量
2.2.3 笛卡兒多極矩
2.3 潮汐勢：牛頓潮汐多極矩
2.4 平移運動方程

第3章 相對論
3.1 狹義相對論
3.2 愛因斯坦引力理論
3.2.1 愛因斯坦等效原理 引力紅移
3.2.2 試驗粒子的運動
3.2.3 能量一動量張量
3.2.4 愛因斯坦引力理論
3.3 觀測量問題
3.3.1 測距觀測量
3.3.2 光譜觀測量
3.3.3 天體測量觀測量

第4章 後牛頓形式
4.1 度規的一般形式
4.2 場方程和規範問題

第5章 天體的引力場
5.1 史瓦西度規
5.2 剋爾度規
5.3 天體的後牛頓引力場
5.3.1 後牛頓多極矩.
5.3.2 參數化後牛頓（PPN）度規

第6章 一些初步應用
6.1 鏇轉天體的等位麵
6.2 地球附近的時間問題
6.3 引力場中的光綫
6.3.1 天體測量觀測量
6.3.2 引力時延
6.4 後牛頓史瓦西場中的測地綫運動
6.5 狽0量PPN參數猓��
6.6 Lense-Thirring效應*
6.7 測地進動*
6.7.1 試驗粒子的自鏇
6.7.2 測地進動

第7章 天文參考係
7.1 全局係和局部係之間的轉換
7.2 局部勢的分解 多極矩
7.3 局部的諧和一固有坐標
7.4 時空坐標：x臁鷛岜浠?
7.4 x→X變換
7.4.2 近似到c-2階的t→T變換
7.4.3 近似到c-4階的t→T變換
7.5天文時間係統
7.6 潮汐力的描述：後牛頓潮汐矩

第8章 引力N體問題
8.1 局部演化方程
8.2 平移運動方程
參考文獻
索引

精彩書摘

　　《中國科學院大學研究生教材係列：相對論天體力學和天體測量學》：
　　第1章 微分幾何基礎
　　微分幾何是廣義相對論的數學語言，本章介紹一些微分幾何的基礎知識，簡單
　　來說，微分幾何是用來描述所謂的“流形”：局部可以看成歐幾裏得空間，全局則可能是比較復雜的形狀（如球麵、環麵等，見圖1.1）．Ⅳ維歐幾裏得空間皿”本身是最簡單的一種N維流形．
　　數學上一個N維流形可以寫成（M，{Ua}），其中M是一組點的集閤，{U）是M中的開集的集閤，@a是將（U/）映射到Ⅳ維歐氏空間IR的可微函數：U一皿“．對於M上的每一個點p，至少存在一個（Ua）使得p∈Ua．這樣，我們就說定義瞭點p的鄰域U上的一個局部坐標係．
　　1.1坐標、微分和張量
　　Ⅳ維流形M中的某一區域冗，其上的點由坐標xu描述：R一IR，xl一（XI，X2， x）．
　　例I.I二維歐氏空間可以用大傢熟知的笛卡兒直角坐標係描述（XI，z2）一（x，y），或者也可以用極坐標（X'I=r，x=）來描述，這兩種坐標係之間的變換關係如下x=rcos，r=x2y2（1.1）y-rsin，arctany/x.
　　例1.2下麵來看三維歐氏空間．它可以由直角坐標來描述X=（x，y，z）
　　同樣，也可以用球坐標（圖1.2）來描述x=（r，0，）
　　坐標的微分dxu稱為坐標微分．坐標微分的坐標變換遵循鏈式規則．例如，對三維歐氏空間中的直角坐標和球坐標
　　注意在式（1.4）中的第一行，我們用瞭愛因斯坦求和約定：成對齣現的指標自動求和．因此這種情況下，不需要在錶達式中保留求和符號．這種成對齣現的指標又稱為啞指標．
　　因此，坐標變換的一般形式就是矩陣aXU/aXL稱為（逆）雅可比矩陣．
　　和坐標微分遵循同樣坐標變換規則的量稱為逆變矢量：
　　更一般地，量TU/Lil．被稱為n階逆變、m階協變張量，如果它遵循如下的坐標變換規則我們又稱上述張量是m+n（指標的總數量）階張量，從這個定義來看，式（1.6）中的逆變矢量A是一階逆變張量．同樣地，也可以定義協變矢量Au，即一階協變張量．按照式f17）中的變換規則
　　後麵會看到，任何張量雖然都可以寫成逆變或者協變形式，但是有些量，如速度等更自然地錶現為逆變量，而有些量如梯度等則更自然地錶現為協變量．
　　我們熟知的標量正是張量的特例——0階張量．之所以引入張量TtLi:．韶，是因為很多復雜的物理量不能簡單地用標量或者矢量來描述．一個張量如果滿足死。x=Tu，我們稱之為對稱張量；一個張量如果滿足Tu=-TV/L，我們稱之為反對稱張量．式中，指標上所加的（）和[]分彆錶示對稱和反對稱，假如一組張量的每一個逆變指標都有一個相同的協變指標，根據愛因斯坦求和約定，所有的這些指標自動求和．例如從張量的變換規則可以清晰地看齣是一個標量，即一個坐標無關的量．標量場是一種特殊的張量場，它既無逆變也無協變指標．在一點p∈M上定義的標量場個確定的實數（也可以是復數），這個數值在坐標變換下保持不變．在後麵我們處理一些物理問題時，會清楚地看到，觀測量，即可以測量的量，必須用標量來描述，其值和用於對它們進行計算的坐標係無關．
　　……

前言/序言

現代天文學前沿進展：從引力波到係外行星探測 作者： 若乾領域內享有盛譽的資深學者與新銳研究人員 編著： 著名天體物理研究機構 齣版信息： 權威學術齣版社，麵嚮全球高等院校與科研機構 圖書性質： 研究生及高年級本科生參考書，科研人員進階讀物 字數： 約1500字 內容概述 本書匯集瞭當代天文學與天體物理學領域最激動人心和最具挑戰性的前沿研究課題。它旨在為讀者提供一個廣闊的視角，深入理解從宇宙學尺度到恒星和行星係統的最新觀測突破、理論模型構建以及實驗技術發展。全書內容緊密圍繞當前國際研究熱點，強調跨學科交叉融閤的必要性，尤其關注引力物理、高能天體物理、係外行星科學以及觀測技術革新對傳統天文學知識體係的衝擊與重塑。 第一部分：引力物理與宇宙學新視野 本部分聚焦於愛因斯坦廣義相對論在宇宙學和極端天體物理環境下的實際應用與檢驗，重點探討瞭引力波天文學的爆炸性發展及其對基礎物理學的意義。 第一章：引力波天文學的誕生與發展 詳細闡述瞭LIGO、Virgo及KAGRA等乾涉儀的原理、靈敏度限製及數據分析方法。重點解析瞭對雙黑洞並閤（BBH）、雙中子星並閤（BNS）事件的最新觀測結果，包括其在檢驗強場引力、測量哈勃常數、以及研究超大質量黑洞動力學中的關鍵作用。討論瞭第三代引力波探測器（如LISA）的規劃與技術挑戰，預示著未來對超大質量黑洞形成與演化的深入洞察。 第二章：中子星物理與極端物質狀態 集中探討瞭中子星作為宇宙中最緻密的已知物質實體所包含的物理信息。內容涵蓋瞭中子星的內部結構模型（包括誇剋物質的可能存在）、方程狀態（EoS）的約束、以及磁場對脈衝星行為的調製效應。特彆關注瞭中子星並閤事件産生的電磁對應體——韆新星（Kilonova）的輻射特徵，以及它們對宇宙中重元素（如金、鉑）起源的確認。 第三章：宇宙學參數的精確測量 本章迴顧瞭當前主流的宇宙學觀測手段，包括宇宙微波背景輻射（CMB）的最新數據（如Planck任務的精細化分析）、大尺度結構（LSS）的測量，以及弱引力透鏡效應的統計分析。深入討論瞭暗能量和暗物質的性質，探討瞭“$Lambda$CDM”模型麵臨的內部張力（如$H_0$張力問題）及其可能的物理根源，並介紹瞭下一代大型巡天項目（如Euclid、Vera Rubin天文颱）將如何深化我們對宇宙加速膨脹的理解。 第二部分：恒星演化與高能過程 本部分側重於恒星生命周期中的關鍵階段，特彆是涉及劇烈能量釋放和粒子加速的極端物理過程。 第四章：黑洞與活動星係核（AGN） 全麵審視瞭恒星級黑洞到超大質量黑洞的形成、吸積機製和噴流物理。詳細分析瞭事件視界望遠鏡（EHT）對M87和人馬座A的成像結果，及其對廣義相對論無陰影定理的檢驗。探討瞭AGN的輻射機製（從X射綫到射電波段），以及反饋過程如何調控宿主星係的恒星形成曆史，這是理解星係演化宏觀圖景的關鍵。 第五章：宇宙射綫與中微子天體物理 本章介紹瞭超高能宇宙射綫的來源與加速機製。重點介紹瞭IceCube、KM3NeT等中微子探測器如何捕捉來自銀河係外的高能中微子，並將其與特定的天體源（如耀變體、活動星係核）進行關聯。探討瞭宇宙射綫傳播對磁場結構的影響，以及這種多信使天文學方法如何突破傳統電磁觀測的局限性。 第六章：超新星爆發的物理過程 深入研究瞭Ia型和核心坍縮超新星（II型、Ib/Ic型）的物理機製。對於Ia型，討論瞭白矮星質量纍積和熱失控點；對於核心坍縮，詳述瞭引力波信號與光變的耦閤，以及元素在爆炸過程中的核閤成。同時，介紹瞭對近年來特殊超新星類型（如快速光變超新星、極亮超新星）的最新分類和成因假說。 第三部分：行星係統形成與宜居性探索 本部分集中於太陽係外行星（係外行星）的發現、錶徵及其對生命起源的啓示，體現瞭當代天文學最熱門的研究方嚮之一。 第七章：係外行星的搜尋技術與樣本特性 係統梳理瞭淩日法（Transit Method）、視嚮速度法（Radial Velocity）、直接成像法（Direct Imaging）等主要探測手段的最新進展和技術瓶頸。重點分析瞭開普勒、TESS等任務提供的海量係外行星數據，探討瞭行星的分布統計（如行星質量與軌道半徑的關係），以及“熱木星”、“超級地球”等典型類彆的形成理論。 第八章：係外行星大氣探測與生物信號 深入介紹詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（JWST）等新一代儀器如何利用透射光譜和反射光譜技術來解析係外行星的大氣組成。詳細討論瞭大氣中水蒸氣、甲烷、二氧化碳等關鍵分子的譜綫特徵。核心內容聚焦於“生物標記物”（Biosignatures）的篩選標準和潛在的非生物成因，旨在為“地外生命”的探尋提供嚴格的科學框架。 第九章：太陽係內行星的最新任務與比較行星學 本章關注於對太陽係內天體的深入探測任務（如對火星、木衛二、土衛六的最新探測器數據）。通過比較行星學的方法，探討地球和類地行星的早期演化、水資源的分布與遷移，以及在冰凍衛星地下海洋中尋找生命可能性的前沿工作。 第四部分：觀測技術與數據處理的革新 本書最後一部分探討瞭支撐上述所有前沿研究的關鍵技術進步。 第十章：地麵與空間望遠鏡技術的前沿 討論瞭巨型地麵望遠鏡（如ELT、TMT）在自適應光學和主鏡拼接技術上的突破。同時，分析瞭下一代空間任務（如LUVOIR概念任務）所需的技術準備，包括超大口徑主鏡製造、星光阻斷器（Starshade）技術等，這些是實現直接成像係外行星和解析早期宇宙的關鍵。 第十一章：海量天文數據的管理與機器學習應用 隨著巡天項目的井噴式發展，數據處理能力成為新的瓶頸。本章介紹瞭現代天文數據管道（Data Pipelines）的設計哲學，包括實時數據流處理、大規模圖像處理技術。特彆強調瞭深度學習和神經網絡在目標識彆、光譜分類、引力波信號提取和數據質量控製等方麵的應用，展望瞭人工智能在未來天文發現中的核心地位。 本書的特色： 本書的敘述風格兼顧瞭嚴謹的理論推導與最新的觀測證據，確保內容的時效性。它不僅涵蓋瞭經典理論的穩固基礎，更聚焦於那些尚未完全解決、等待下一代科學突破的難題。通過對多信使天文學、高精度係外行星科學等交叉領域的係統梳理，本書緻力於培養讀者從多個維度審視宇宙物理現象的能力，是邁嚮獨立科研的必備指南。

評分☆☆☆☆☆

我一直對宇宙的奧秘充滿好奇，而《相對論天體力學和天體測量學》這本書，雖然我還沒有機會深入閱讀，但從它的名字和齣版單位來看，我就覺得它一定是瞭解宇宙運行規律的一本重量級著作。我尤其對“相對論”這個詞感到興奮，我知道愛因斯坦的相對論徹底改變瞭我們對時間和空間的理解，而將它應用到天體運動的研究上，想想就覺得無比迷人。這本書會如何用相對論的視角去解釋行星的軌道、恒星的運動，甚至是星係的演化呢？我設想，它可能會詳細講解廣義相對論如何描述引力，以及這種描述如何比牛頓的萬有引力定律在某些情況下更為精確。比如，水星近日點的進動，我相信這本書一定會有精彩的解析。另外，“天體測量學”也吸引瞭我，它聽起來像是測量天體位置和運動的科學，這對於繪製宇宙地圖、理解宇宙結構至關重要。我很好奇，現代天體測量學是如何結閤相對論的，是否會涉及到光綫在強引力場中的彎麯，以及這對我們測量遙遠天體位置的影響。這本書的齣版單位是中國科學院大學，這本身就代錶瞭學術的嚴謹性和權威性，讓我對內容的深度和廣度充滿瞭期待，相信它會是一扇通往宇宙深邃理論的大門。

評分☆☆☆☆☆

每當我抬頭仰望星空，心中總是湧起無限的遐想，而《相對論天體力學和天體測量學》這本書，就像是一把鑰匙，能夠打開通往這些宏偉景象背後科學原理的大門。我一直對“天體力學”這個詞充滿敬意，它意味著用嚴謹的科學方法來解釋天體的運動，從簡單的軌道計算到復雜的星係動力學。而“相對論”的加入，無疑將這種解釋推嚮瞭更高的維度，我設想書中會深入探討引力在相對論框架下的錶現，以及它如何影響時空的結構，進而影響天體的運行。我想象書中會詳細講解如何利用廣義相對論來精確描述天體的運動，甚至可能觸及引力波探測的理論基礎，這是現代天文學最激動人心的前沿領域之一。另一方麵，“天體測量學”則代錶瞭人類不斷提升的觀測能力和數據精度。我很好奇，這本書會如何介紹現代天體測量技術，比如如何通過乾涉測量來精確測量天體的距離和位置，以及這些數據如何支持和驗證相對論的理論。這本書的齣版，無疑填補瞭許多讀者在理解天體運動的理論深度和觀測實踐之間的空白，我期待通過閱讀它，能夠更深刻地理解宇宙的運行規律，以及人類探索宇宙的智慧結晶。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對天文學抱有濃厚興趣的業餘愛好者，我一直渴望能夠係統地學習天體物理學和宇宙學的基礎知識。《相對論天體力學和天體測量學》這本書的書名，一下子就抓住瞭我的注意力。首先，“相對論”的加入，預示著這本書不僅僅會停留在經典力學的層麵，而是會深入到現代物理學的最前沿。我猜測，書中會詳細闡述相對論效應在天體運動中的體現，例如如何用廣義相對論來精確計算雙星係統的軌道，或者解釋引力波的産生和探測。想到能夠理解黑洞周圍的引力場，或者星係閤並時産生的時空漣漪，我就感到無比興奮。而“天體測量學”這個詞，則讓我聯想到那些嚴謹細緻的觀測和數據分析。我很好奇，這本書會介紹哪些先進的天體測量技術，比如乾涉測量技術，以及它們如何幫助我們測量天體的精確位置、距離和速度。我猜想，書中可能會包含大量的數學公式和物理概念，但鑒於其是“研究生教材係列”，我相信它會以一種循序漸進、邏輯清晰的方式來引導讀者，即使是初學者，也能從中受益匪淺。這本書的齣版，無疑為我們提供瞭進一步探索宇宙奧秘的絕佳機會，我迫不及待地想通過它來提升自己的天文學知識體係。

評分☆☆☆☆☆

我一直對宇宙的精確運行機製感到著迷，而《相對論天體力學和天體測量學》這本書，聽起來就像是一部關於宇宙精確運作的“操作手冊”。“相對論”這個詞，讓我立刻聯想到愛因斯坦革命性的理論，我好奇這本書會如何將相對論的精妙之處應用於天體的運動描述。我相信，它會詳細介紹廣義相對論如何精確地預測行星軌道（比如水星的近日點進動）、光綫在引力場中的彎麯，甚至可能涉及引力波的理論基礎和探測方法。這不僅僅是理論上的探索，更是對我們理解宇宙時空本質的深化。而“天體測量學”則讓我想到那些精密到極緻的觀測和計算，我猜測這本書會闡述如何利用高精度觀測數據來檢驗和驗證這些相對論的理論。也許會介紹如何通過對遙遠脈衝星信號的分析來探測引力波，或者如何利用精密的星錶來測量天體的精確位置和運動速度，進而揭示宇宙的動態變化。這本書由中國科學院大學齣版，本身就代錶瞭其極高的學術價值和嚴謹性，我期待它能為我打開一扇通往宇宙深層奧秘的大門，讓我能夠更深入地理解宇宙的物理規律以及人類觀測宇宙的手段。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，要真正理解浩瀚的宇宙，就不能僅僅停留在望遠鏡看到的壯麗景象，更要深入探究其背後的物理規律。《中國科學院大學研究生教材係列：相對論天體力學和天體測量學》這本書，單憑其“研究生教材”的定位，以及“相對論”和“天體力學”等關鍵詞，就足以讓我對其內容充滿遐想。我設想，這本書會係統地梳理從牛頓力學到愛因斯坦相對論在天體運動研究中的發展脈絡，並且詳細講解相對論引力理論是如何深刻地影響瞭我們對宇宙的認知。我尤其期待能夠學習到如何利用廣義相對論來描述極端天體現象，比如中子星的性質、黑洞的形成機製，以及引力透鏡效應的理論基礎。這對於理解宇宙的大尺度結構和演化至關重要。同時，“天體測量學”部分，我猜測它會介紹如何利用精確的天文觀測數據來驗證相對論的預言，比如通過測量光在引力場中的偏摺來驗證廣義相對論，或者利用脈衝星計時來探測引力波。這本書的齣現，對於那些渴望深入瞭解宇宙運行機製的學生和研究人員來說，無疑是一個寶貴的資源。它提供瞭一個將抽象的相對論理論與具體的宇宙現象相結閤的平颱，相信讀完之後，對宇宙的理解將上升到一個全新的高度。

評分☆☆☆☆☆

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很有參考價值的天測專業書籍

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書角爛瞭一點點，感覺好坑

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