天體物理方法

前言

本書旨在有條理地?cái)⑹霎?dāng)今天文學(xué)和天體物理學(xué)中所用的儀器與技術(shù)。作者十分明白，雖然竭盡一切努力盡可能地使本書完整和新穎，但還會(huì)有許多疏漏或處理不當(dāng)之處。對(duì)某些儀器的最終發(fā)展形式，盡可能給出詳細(xì)的說(shuō)明；然而即使如此，對(duì)于迅速發(fā)展的新天文分支學(xué)科，在本版的寫作與發(fā)行期間，其細(xì)節(jié)也會(huì)變化。因此，對(duì)天文學(xué)的這些領(lǐng)域，只對(duì)支持其技術(shù)的原理作了籠統(tǒng)的介紹，以便讀者從科學(xué)文獻(xiàn)中查到詳細(xì)的設(shè)計(jì)。本書（第四版）第一次囊括了許多新設(shè)備和新技術(shù)，同時(shí)刪除了某些無(wú)論是專業(yè)的還是業(yè)余的天文學(xué)家多年來(lái)都不曾使用的內(nèi)容。而另一些內(nèi)容，雖然在專業(yè)天文工作者的當(dāng)前工作中不再使用，但是由于那些仍在使用的檔案材料是利用這些設(shè)備和技術(shù)獲得的，或是由于業(yè)余天文學(xué)家還在使用這些技術(shù)，故本書依然需要包括它們。對(duì)于新設(shè)備和新技術(shù)，在網(wǎng)站上已有一些參考文獻(xiàn)（可查），但并不多，盡管現(xiàn)在搜索引擎是如此之好。因?yàn)檫@些網(wǎng)站的變化是如此頻繁，對(duì)大多數(shù)科學(xué)家，這種資源現(xiàn)在是第一次引入，此時(shí)他們?nèi)孕膽岩蓱]，大量的資料，如大規(guī)模巡天的數(shù)據(jù)，只不過(guò)是在網(wǎng)上可用。此外，在最后一章論述了使用網(wǎng)絡(luò)遙控望遠(yuǎn)鏡以及由此組成的“虛擬”望遠(yuǎn)鏡。本書還試圖消除目前天文研究的分割化傾向。觀測(cè)各奇特區(qū)域頻譜所需的新技術(shù)各自帶來(lái)的概念和術(shù)語(yǔ)，事實(shí)上本是相同的，只不過(guò)這些東西從不同觀點(diǎn)來(lái)討論，卻能給人以與基本過(guò)程十分不同的印象。例如，艾里斑和艾里環(huán)與射電蝶形天線的方向圖，初看起來(lái)沒(méi)什么關(guān)系，不過(guò)它們是對(duì)相同數(shù)據(jù)提出的兩種不同的方法。因此，盡可能地將頻譜與其延伸區(qū)域處理為一個(gè)單獨(dú)的區(qū)域，比分成許多較小的學(xué)科要好。本書的編排還強(qiáng)調(diào)所有天文觀測(cè)的基本統(tǒng)一；對(duì)此均采用“探測(cè)一成像一輔助手段”這種模式，所以會(huì)遇到某項(xiàng)觀測(cè)的一個(gè)步驟與所有其他信息載體必需的類似步驟在一起。當(dāng)然，這并不是一條絕對(duì)嚴(yán)格的規(guī)則，在某些地方，或是為了防止許多小節(jié)的重復(fù)，或是為了保持論述進(jìn)行的連續(xù)性，似乎按序列之外的主題處理比較合適。這些主題的論述水平適合具有科學(xué)基礎(chǔ)的大學(xué)程度的讀者。對(duì)論題所需的數(shù)學(xué)和物理學(xué)的預(yù)備知識(shí)盡可能在該節(jié)中給出或展開。作者認(rèn)為，對(duì)于某些內(nèi)容讀者最好還是具備一些天文背景知識(shí)，這樣才能完全理解所討論的那項(xiàng)技術(shù)的意義。

內(nèi)容概要

全書共5章24節(jié)，涵蓋了全部電磁波譜、宇宙線、中微子和引力波等各類信息源的探測(cè)技術(shù)、成像技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，提供了對(duì)現(xiàn)代天文學(xué)與天體物理學(xué)所用設(shè)備與方法的全面而準(zhǔn)確的理解。許多新的設(shè)備和方法是第一次論述，并且刪除了一些專業(yè)和業(yè)余天文學(xué)家多年不用的內(nèi)容（除“照相乳膠”外）。本書以“探測(cè)—成像—輔助設(shè)備”的模式為主線，整合了一批曾有分歧的觀測(cè)方法，給讀者提供了一個(gè)當(dāng)代天體物理研究的統(tǒng)一視角。每一種方法的解釋都從基本原理出發(fā)，并附有插圖，力圖能對(duì)讀者的實(shí)際工作有所幫助。每章都提供了附有答案的習(xí)題來(lái)增強(qiáng)概念理解。最后一章新增了網(wǎng)站、虛擬天文臺(tái)和在線資源等內(nèi)容。    本書可供天體物理專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的科研工作者和研究生參考，也可供天文愛(ài)好者參考。

作者簡(jiǎn)介

作者：(英國(guó)) 基欽 (Kitchin.C.R.)  譯者：楊大衛(wèi) 等 解說(shuō)詞：胡景耀

書籍目錄

序一序二原著前言標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)表第1章　探測(cè)器  1.1　光學(xué)和紅外探測(cè)    1.1.1  引言    1.1.2　探測(cè)器類型    1.1.3　人眼    1.1.4　半導(dǎo)體    1.1.5　探測(cè)器索引    1.1.6　探測(cè)器的各參量    1.1.7　低溫恒溫器    1.1.8　電荷耦合器件    1.1.9　照相術(shù)    1.1.10　光電倍增管    1.1.11　超導(dǎo)隧道結(jié)探測(cè)器    1.1.12　其他類型探測(cè)器    1.1.13　紅外探測(cè)器    1.1.14　紫外探測(cè)器    1.1.15　未來(lái)可能的探測(cè)器    1.1.16　噪聲    1.1.17　望遠(yuǎn)鏡    1.1.18　望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)    1.1.19　空間望遠(yuǎn)鏡    1.1.20　機(jī)架裝置    1.1.21　實(shí)時(shí)大氣補(bǔ)償    1.1.22　未來(lái)的發(fā)展    1.1.23　觀測(cè)圓頂室、防護(hù)罩和站址    習(xí)題  1.2　射電與微波探測(cè)    1.2.1  引言    1.2.2　探測(cè)器與接收機(jī)    1.2.3　射電望遠(yuǎn)鏡    習(xí)題  1.3　x射線與γ射線的探測(cè)    1.3.1  引言    1.3.2　探測(cè)器    1.3.3　屏蔽    1.3.4　成像    1.3.5　分辨率和圖像證認(rèn)    1.3.6　能譜學(xué)    1.3.7　偏振測(cè)量    1.3.8　觀測(cè)平臺(tái)    1.4　宇宙線探測(cè)器    1.4.1  預(yù)備知識(shí)    1.4.2　探測(cè)器    1.4.3　實(shí)時(shí)測(cè)量方法    1.4.4　余跡探測(cè)器    1.4.5　間接探測(cè)器    1.4.6　陣列    1.4.7　各種改正因素    習(xí)題  1.5　中微子探測(cè)器    1.5.1  預(yù)備知識(shí)    1.5.2　氯一37探測(cè)器    1.5.3　水基探測(cè)器    1.5.4　鎵基探測(cè)器    1.5.5　閃爍體探測(cè)器    1.5.6　其他類型探測(cè)器    1.5.7  目前正運(yùn)行和已計(jì)劃的中微子探測(cè)器    習(xí)題  1.6　引力輻射    1.6.1  引言    1.6.2　探測(cè)器    習(xí)題第2章　成像  2.1　反演問(wèn)題  2.2　照相術(shù)    2.2.1  引言    2.2.2　照相感光乳膠的構(gòu)成    2.2.3　照相成像    2.2.4　處理　　……第3章　測(cè)光第4章　光譜學(xué)第5章　其他方法附錄A　北極星序暗星表及證認(rèn)圖附錄B　儒略日附錄C　習(xí)題答案附錄D　首字母縮寫詞附錄E　參考文獻(xiàn)索引譯后記

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 探測(cè)器1.1 光學(xué)和紅外探測(cè) 1.1.1 引言本節(jié)及以下各節(jié)著重討論輻射和其他信息載體的探測(cè)，以及使這些探測(cè)既簡(jiǎn)便又盡可能完善的各種儀器和方法。內(nèi)容上不可避免地與其他章節(jié)有某種程度的交叉，也許某些設(shè)備放在其他的章節(jié)里討論更加符合邏輯。在本節(jié)，望遠(yuǎn)鏡是探測(cè)器本身必要的附件，用望遠(yuǎn)鏡使點(diǎn)源成像的理論不僅是簡(jiǎn)單探測(cè)所需的全部?jī)?nèi)容，而且還讓我們有許多方法導(dǎo)出展源成像的理論。為此，我們把兩種理論放在一起討論，盡管后者也許應(yīng)該放在第2章討論。還有一些其他的例子，如x射線能譜測(cè)量和偏振測(cè)量出現(xiàn)在1.3節(jié)里，而沒(méi)有出現(xiàn)在4.2節(jié)和5.2節(jié)里。總的來(lái)說(shuō)，作者盡量在全書遵循“探測(cè)一成像一輔助方法”的模式，但是個(gè)別問(wèn)題沒(méi)有按這個(gè)順序進(jìn)行討論，這樣在當(dāng)時(shí)似乎更自然些。光學(xué)區(qū)域可以包括近紅外波段和紫外波段，大致覆蓋范圍為10nm～100μm。研究這個(gè)范圍的物理過(guò)程和技術(shù)至少是彼此相似的，因此可以一起討論。1.1.2 探測(cè)器類型在光學(xué)范圍內(nèi)，探測(cè)器分為兩大類：熱學(xué)的和量子的。這兩者都是非相干的，也就是說(shuō)，只能探測(cè)電磁波的振幅，失去了相位信息。而相干探測(cè)器通常用在長(zhǎng)波波段（見(jiàn)1.2節(jié)），其中被測(cè)信號(hào)與自身信號(hào)混頻（外差原理）。光學(xué)外差技術(shù)只是最近才在實(shí)驗(yàn)室里開發(fā)出來(lái)，剛開始應(yīng)用于天文學(xué)。所以，我們還可以認(rèn)為全部光學(xué)探測(cè)器基本上還是非相干的。不過(guò)若有3臺(tái)或更多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡運(yùn)用光學(xué)綜合孔徑技術(shù)（見(jiàn)2.5節(jié)），就可以獲得一些相位信息。

后記

2008年是望遠(yuǎn)鏡發(fā)明400周年，2009年是第一架天文望遠(yuǎn)鏡制作400周年。400年來(lái)人類對(duì)各級(jí)天體系統(tǒng)和宇宙的認(rèn)識(shí)得力于天文觀測(cè)手段的不斷變革，用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡代替肉眼、用射電望遠(yuǎn)鏡和大氣外空間的各種探測(cè)器擴(kuò)展“視野”，不僅從幾百納米波長(zhǎng)到全部電磁波段，而且從宏觀世界到微觀世界（分子天體物理，粒子天體物理）和宇觀世界（宇宙物理）。各種量子器件和計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展使接收信息數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)的處理與分析。天體物理方法已經(jīng)成為天文學(xué)和天體物理學(xué)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課程。這些年來(lái)，隨著我國(guó)天文事業(yè)的發(fā)展，天體物理研究生數(shù)量與日俱增，許多天文專業(yè)的以及不少非天文專業(yè)的理科、工科的大學(xué)生正在進(jìn)行碩士或博士階段的研究性學(xué)習(xí)。他們作為新世紀(jì)的青年天文學(xué)者和研究者，其導(dǎo)師發(fā)現(xiàn)有不少學(xué)生缺乏對(duì)生動(dòng)的震撼人心的天體物理現(xiàn)象的深刻洞察力。究其主要原因并不只是數(shù)理基礎(chǔ)的不足，更多的是不了解天文學(xué)家們?cè)?1世紀(jì)是如何運(yùn)用物理學(xué)和數(shù)學(xué)所提供的新技術(shù)與新方法來(lái)探測(cè)和分析各種天體物理現(xiàn)象的。這種了解是激發(fā)課題研究靈感的重要源泉。我國(guó)以及國(guó)際上許多有成就的青年天文工作者的經(jīng)歷充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。

編輯推薦

《天體物理方法(原書第4版)》2008年10月在中國(guó)國(guó)家天文臺(tái)興隆基地建成的大天區(qū)多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡是目前世界上天體光譜獲取率最高的巡天設(shè)備。照片由趙永恒教授提供，書名由陸埮院士題寫。

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