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：最活跃的卫星/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 离太阳最近的恒星/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”的恒星/283
11．6 星团/284
11．6．1 星团和星协/284
11．6．2 星团和星云/286
本章回顾/287
小结/287
复习题/288
概念自测：判断题/多选题/288
计算题/288
活动/289

第12章 恒星演化：恒星的诞生与死亡/290
12．1 离开主序/291
12．1．1 恒星和科学方法/291
12．1．2 结构变化/291
12．2 类日恒星的演化/292
12．2．1 阶段8 和阶段9――亚巨星到红巨星/293
12．2．2 阶段10――氦燃烧/294
12．2．3 阶段11――再次成为红巨星/295
12．3 低质量恒星的死亡/296
12．3．1 阶段12――行星状星云/297
12．3．2 致密物质/298
12．3．3 阶段13――白矮星/298
12．3．4 新星/300
12．4 质量大于太阳的恒星的演化/301
12．4．1 重元素的形成/301
12．4．2 超巨星的观测/302
12．4．3 演化结束/303
12．5 超新星爆发/304
12．5．1 新星和超新星/304
12．5．2 I/型和II/型超新星的解释/305
12．5．3 超新星遗迹/306
12．5．4 重元素的形成/307
12．6 星团中恒星演化的观测/308
12．7 恒星演化的周期/312
本章回顾/314
小结/314
复习题/315
概念自测：判断题/多选题/315
计算题/315
活动/316

第13章 中子星和黑洞：物质的奇异状态/317
13．1 中子星/318
13．2 脉冲星/319
13．2．1 脉冲星模型/319
13．2．2 中子星和脉冲星/321
13．3 中子星双星/322
13．3．1 X射线源/322
13．3．2 毫秒脉冲星/323
13．3．3 脉冲星行星/324
13．4 γ射线暴/325
13．4．1 距离和光度/325
13．4．2 爆发的原因/327
13．5 黑洞/329
13．5．1 恒星演化的最后阶段/329
13．5．2 逃逸速度/329
13．5．3 视界/330
13．6 爱因斯坦的相对论/330
13．6．1 狭义相对论/331
13．6．2 广义相对论/333
13．6．3 空间弯曲和黑洞/334
13．7 黑洞附近的太空旅行/336
13．7．1 潮汐力/336
13．7．2 靠近视界/336
13．7．3 黑洞深处/338
13．8 黑洞的观测证据/338
13．8．1 双星系统中的黑洞/338
13．8．2 星系中的黑洞/339
13．8．3 黑洞确实存在吗/340
本章回顾/341
小结/341
复习题/341
概念自测：判断题/多选题/341
计算题/342
活动/342

第4部分 星系与宇宙

第14章 银河系：太空中的旋涡星系/346
14．1 银河系/347
14．2 测量银河系/349
14．2．1 恒星计数/349
14．2．2 变星的观测/349
14．2．3 一种新标尺/350
14．2．4 银河系的大小与形状/351
14．3 星系结构/352
14．3．1 银河系成图/353
14．3．2 星族/354
14．3．3 轨道运动/354
14．4 银河系的形成/355
14．5 银河系旋臂/357
14．6 银河系的质量/361
14．6．1 暗物质/361
14．6．2 恒星暗物质的搜索/362
14．7 银河系中心/363
14．7．1 银河系中的活动/363
14．7．2 中心黑洞/365
本章回顾/367
小结/367
复习题/367
概念自测：判断题/多选题/367
计算题/368
活动/368

第15章 正常星系和活动星系：宇宙的基石/369
15．1 哈勃的星系分类/370
15．1．1 旋涡星系/371
15．1．2 椭圆星系/372
15．1．3 不规则星系/373
15．1．4 哈勃序列/375
15．2 星系在空间中的分布/375
15．2．1 扩展距离尺度/376
15．2．2 星系团/377
15．3 哈勃定律/378
15．3．1 宇宙退行/378
15．3．2 哈勃常数/380
15．3．3 距离阶梯的顶端/380
15．4 活动星系核/381
15．4．1 星系辐射/381
15．4．2 赛弗特星系/382
15．4．3 射电星系/383
15．4．4 类星体/386
15．5 活动星系的中央引擎/388
15．5．1 能量产生/388
15．5．2 能量发射/390
本章回顾/391
小结/391
复习题/392
概念自测：判断题/多选题/392
计算题/393
活动/393

第16章 星系和暗物质：宇宙的大尺度结构/394
16．1 宇宙中的暗物质/395
16．1．1 星系质量/395
16．1．2 可见物质和暗晕/396
16．1．3 星系团内气体/397
16．2 星系碰撞/398
16．3 星系形成和演化/400
16．3．1 并合与兼并/400
16．3．2 演化和相互作用/401
16．3．3 建立哈勃序列/404
16．4 星系中的黑洞/404
16．4．1 黑洞质量/404
16．4．2 类星体时期/405
16．4．3 活动星系和正常星系/407
16．4．4 活动星系和科学方法/408
16．5 超大尺度上的宇宙/409
16．5．1 星系团族/409
16．5．2 红移巡天/410
16．5．3 类星体吸收线/411
16．5．4 类星体“幻影”/413
16．5．5 暗物质成图/415
本章回顾/416
小结/416
复习题/417
概念自测：判断题/多选题/417
计算题/418
活动/418

第17章 宇宙学：大爆炸和宇宙的命运/419
17．1 最大尺度上的宇宙/420
17．2 膨胀宇宙/421
17．2．1 奥伯斯佯谬/421
17．2．2 宇宙的诞生/422
17．2．3 大爆炸的位置/422
17．2．4 宇宙学红移/423
17．3 宇宙动力学和空间几何/423
17．3．1 两种未来/423
17．3．2 宇宙的形状/425
17．4 宇宙的命运/425
17．4．1 宇宙的密度/426
17．4．2 宇宙加速/426
17．4．3 暗能量/427
17．4．4 宇宙的组成/429
17．4．5 宇宙的年龄/429
17．5 早期的宇宙/430
17．5．1 宇宙微波背景/431
17．5．2 宇宙中的辐射/432
17．6 原子核和原子的形成/432
17．6．1 氦的形成/433
17．6．2 核合成和宇宙的组成/433
17．6．3 原子的形成/434
17．7 宇宙膨胀/434
17．7．1 视界和平直性问题/434
17．7．2 暴胀时期/435
17．7．3 暴胀对宇宙的影响/436
17．8 宇宙中大尺度结构的形成/437
本章回顾/440
小结/440
复习题/440
概念自测：判断题/多选题/441
计算题/441
活动/442

第18章 宇宙中的生命：我们是否孤单/443
18．1 宇宙的演化/444
18．1．1 宇宙中的生命/444
18．1．2 地球上的生命/445
18．1．3 星际起源/446
18．1．4 多样性和文化/447
18．2 太阳系中的生命/448
18．2．1 我们所知的生命/448
18．2．2 极端环境中的生命/449
18．3 银河系中的智慧生命/450
18．3．1 德雷克方程/450
18．3．2 银河系寿命期间恒星形成的平均速率/451
18．3．3 具有行星系统的恒星的比例/451
18．3．4 行星系统中宜居行星的平均数量/451
18．3．5 出现生命的宜居行星的比例/453
18．3．6 出现智慧生命的宜居行星的比例/453
18．3．7 出现开发和利用技术的智慧生命的行星的比例/453
18．3．8 技术文明的平均寿命/454
18．4 寻找外星人/454
18．4．1 认识我们的邻居/454
18．4．2 射电搜索/455
18．4．3 水洞/456
本章回顾/457
小结/457
复习题/457
概念自测：判断题/多选题/457
计算题/458
活动/458
附录A 科学记数法/460
附录B 天文测量/461
附录C 常用数据表/463
词汇表/466