第1 章恒星的分類與赫羅圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

x1.1 恒星的光度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1.1 視星等. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.1.2 絕對(duì)星等. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1.1.3 色指數(shù)和熱改正. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

x1.2 恒星的光譜. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2.1 有效溫度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.2.2 光譜型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 第1 章恒星的分類與赫羅圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

x1.1 恒星的光度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1.1 視星等. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.1.2 絕對(duì)星等. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

1.1.3 色指數(shù)和熱改正. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

x1.2 恒星的光譜. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2.1 有效溫度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.2.2 光譜型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

1.2.3 光度型和MK 分類法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

x1.3 恒星的星族. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

x1.4 赫羅圖與恒星的一些觀測(cè)性質(zhì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4.1 赫羅(HR) 圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

1.4.2 恒星的一般性質(zhì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.4.3 主序星的質(zhì)光關(guān)系和質(zhì)量{半徑關(guān)系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.4.4 星團(tuán)及其赫羅圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

第2 章恒星物質(zhì)的狀態(tài)方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

x2.1 熱力學(xué)方程與最小自由能原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

2.1.1 熱力學(xué)第一定律和第二定律. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

2.1.2 自由能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

2.1.3 特性函數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1.4 熱力學(xué)量之間的關(guān)系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

x2.2 正則系綜. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2.1 系統(tǒng)微觀狀態(tài)的描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2.2 正則系綜. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.2.3 正則系綜的熱力學(xué)函數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.2.4 理想氣體的熱力學(xué)函數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.2.5 黑體輻射的熱力學(xué)函數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

x2.3 完全電離混合氣體. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

2.3.1 元素的質(zhì)量豐度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.3.2 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

2 恒星結(jié)構(gòu)演化引論

2.3.3 完全電離混合氣體的狀態(tài)方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

x2.4 部分電離混合氣體. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24

2.4.1 電離平衡方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.4.2 部分電離混合氣體的狀態(tài)方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

2.4.3 帶電粒子的庫(kù)侖相互作用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

x2.5 簡(jiǎn)并情況下的電子氣體. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.5.1 電子氣體的費(fèi)米{狄拉克統(tǒng)計(jì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

2.5.2 簡(jiǎn)并電子氣體的熱力學(xué)函數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

2.5.3 電子氣體的狀態(tài)方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.5.4 完全簡(jiǎn)并情況下電子氣體的狀態(tài)方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

第3 章熱核反應(yīng)與元素的核合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

x3.1 恒星內(nèi)部的熱核燃燒序列. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.1.1 恒星的能量來(lái)源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.1.2 原子核的結(jié)合能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.1.3 熱核聚變反應(yīng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.1.4 恒星內(nèi)部的熱核燃燒序列. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

x3.2 熱核反應(yīng)速率. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.2.1 熱核反應(yīng)速率. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.2.2 核反應(yīng)的截面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.2.3 量子隧道效應(yīng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.2.4 電子屏蔽. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.2.5 化學(xué)組成的變化與核產(chǎn)能率. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

x3.3 氫燃燒過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.3.1 質(zhì)子(pp) 鏈. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.3.2 碳氮氧(CNO) 循環(huán). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

x3.4 氦燃燒過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.4.1 3. 反應(yīng)以及氦燃燒產(chǎn)能率. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.4.2 . 反應(yīng)鏈. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

x3.5 碳燃燒、氖燃燒和氧燃燒過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.5.1 碳燃燒過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.5.2 氖燃燒過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.5.3 氧燃燒過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

x3.6 硅燃燒過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

3.6.1 光致蛻變反應(yīng)與準(zhǔn)平衡群. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

3.6.2 中子富余度與硅燃燒產(chǎn)物. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

目錄3

3.6.3 核統(tǒng)計(jì)平衡. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

x3.7 中子俘獲過(guò)程與超重核素的核合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.7.1 慢中子俘獲過(guò)程(s 過(guò)程) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.7.2 快中子俘獲過(guò)程(r 過(guò)程) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

3.7.3 光致蛻變質(zhì)子增豐過(guò)程(p 過(guò)程). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73

x3.8 中微子過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

3.8.1 弱相互作用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

3.8.2 中微子與物質(zhì)的相互作用截面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75

3.8.3 電子對(duì)湮滅中微子過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.8.4 光子中微子過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.8.5 等離子中微子過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

第4 章輻射轉(zhuǎn)移過(guò)程與不透明度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83

x4.1 輻射場(chǎng)的宏觀描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83

x4.2 輻射與介質(zhì)的相互作用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4.2.1 吸收系數(shù)和發(fā)射系數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

4.2.2 輻射與介質(zhì)相互作用的微觀過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86

x4.3 輻射轉(zhuǎn)移方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

4.3.1 平面平行層的輻射轉(zhuǎn)移方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87

4.3.2 輻射轉(zhuǎn)移方程的通解. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

4.3.3 輻射轉(zhuǎn)移方程的漸近解. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

4.3.4 不透明度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

4.3.5 灰大氣模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

x4.4 恒星物質(zhì)的不透明度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.4.1 量子躍遷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

4.4.2 束縛{束縛躍遷過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4.4.3 束縛{自由躍遷過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

4.4.4 自由{自由躍遷過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4.4.5 散射過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4.4.6 不透明度的近似公式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

第5 章恒星內(nèi)部的湍流熱對(duì)流. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

x5.1 對(duì)流產(chǎn)生的判據(jù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

x5.2 熱對(duì)流運(yùn)動(dòng)的基本方程組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

5.2.1 描述流體運(yùn)動(dòng)的基本方程組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108

5.2.2 熱對(duì)流的布辛尼斯克(Boussinesq) 近似. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108

5.2.3 熱對(duì)流運(yùn)動(dòng)的無(wú)量綱控制參數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110

4 恒星結(jié)構(gòu)演化引論

5.2.4 熱對(duì)流運(yùn)動(dòng)的一般特征. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

x5.3 恒星對(duì)流的混合長(zhǎng)理論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112

x5.4 湍流的RANS 方程組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

5.4.1 湍流的一般特征. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

5.4.2 流場(chǎng)的雷諾分解. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

5.4.3 湍流漲落量的關(guān)聯(lián)函數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

5.4.4 流場(chǎng)平均量的方程組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

5.4.5 湍流關(guān)聯(lián)量的RANS 方程組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117

x5.5 湍流的k-" 模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

5.5.1 標(biāo)準(zhǔn)k-" 模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

5.5.2 標(biāo)準(zhǔn)k-" 模型的參數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

5.5.3 標(biāo)準(zhǔn)k-" 模型的局地穩(wěn)態(tài)解. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120

x5.6 恒星對(duì)流區(qū)的結(jié)構(gòu)模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121

5.6.1 恒星對(duì)流區(qū)的物理結(jié)構(gòu). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

5.6.2 對(duì)流渦胞的結(jié)構(gòu)模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

5.6.3 流場(chǎng)的平均剪切率模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

5.6.4 湍流熱通量模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

5.6.5 恒星對(duì)流區(qū)的溫度結(jié)構(gòu). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

x5.7 恒星對(duì)流的k-" 模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

5.7.1 模型參數(shù)cb 的選擇. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127

5.7.2 湍流特征長(zhǎng)度的混合長(zhǎng)模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127

5.7.3 k-" 模型的局地穩(wěn)態(tài)解. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

第6 章恒星的結(jié)構(gòu)演化模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

x6.1 恒星內(nèi)部物理過(guò)程的典型時(shí)標(biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129

6.1.1 動(dòng)力學(xué)時(shí)標(biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

6.1.2 熱時(shí)標(biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

6.1.3 核時(shí)標(biāo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

x6.2 恒星結(jié)構(gòu)基本方程組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

6.2.1 引力勢(shì)的泊松(Poisson) 方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

6.2.2 流體靜力學(xué)平衡方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

6.2.3 能量守恒方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

6.2.4 熱通量方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

x6.3 元素豐度演化方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

6.3.1 熱核反應(yīng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

6.3.2 對(duì)流混合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

目錄5

6.3.3 熱擴(kuò)散. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

6.3.4 元素豐度演化方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

x6.4 邊界條件和初始條件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

6.4.1 中心邊界條件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

6.4.2 表面邊界條件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

6.4.3 初始條件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

6.4.4 解的存在和唯一性問(wèn)題. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

x6.5 位力(Virial) 定理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

6.5.1 單原子理想氣體. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

6.5.2 一般理想氣體. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

x6.6 多方模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

6.6.1 多方關(guān)系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

6.6.2 艾姆頓(Emden) 方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141

6.6.3 艾姆頓方程的解. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

6.6.4 恒星的多方模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

x6.7 等溫核的性質(zhì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

x6.8 基本方程組的數(shù)值求解方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

6.8.1 差分方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

6.8.2 無(wú)量綱化變量和基本方程組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147

6.8.3 基本方程組的離散化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

6.8.4 邊界條件的離散化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

6.8.5 解恒星結(jié)構(gòu)方程組的迭代算法{亨葉(Henyey) 方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

x6.9 元素豐度演化方程的求解. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

第7 章恒星的主序和主序前演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

x7.1 恒星的形成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153

7.1.1 引力的金斯(Jeans) 不穩(wěn)定性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

7.1.2 分子云的坍縮與碎裂. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

7.1.3 原恒星的形成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

7.1.4 恒星形成過(guò)程的觀測(cè)證據(jù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .155

x7.2 主序前的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

7.2.1 林中四郎線. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

7.2.2 林中四郎線上恒星的內(nèi)部結(jié)構(gòu). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158

7.2.3 沿林中四郎線的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

7.2.4 朝向主序的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

x7.3 零年齡主序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161

6 恒星結(jié)構(gòu)演化引論

7.3.1 擬合模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

7.3.2 數(shù)值模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

7.3.3 影響零年齡主序的一些物理因素. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

7.3.4 零年齡主序的質(zhì)量極限. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

第8 章恒星主序階段的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

x8.1 下主序恒星的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

8.1.1 氫燃燒過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

8.1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

8.1.3 太陽(yáng)模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

x8.2 上主序恒星的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

8.2.1 氫燃燒過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

8.2.2 星風(fēng)物質(zhì)損失過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

8.2.3 對(duì)流與自轉(zhuǎn)引起的物質(zhì)混合過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

8.2.4 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

x8.3 極亮主序恒星的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

8.3.1 恒星的臨界狀態(tài). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

8.3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)與演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

x8.4 恒星按質(zhì)量分類. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

第9 章小質(zhì)量恒星主序后的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

x9.1 小質(zhì)量恒星的演化圖景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191

x9.2 沿紅巨星分支的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

9.2.1 簡(jiǎn)并氦核的性質(zhì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

9.2.2 沿紅巨星分支的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

9.2.3 不同物理因素對(duì)紅巨星分支位置的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

x9.3 氦閃耀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

x9.4 水平分支階段的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

9.4.1 零年齡水平分支. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

9.4.2 中心氦燃燒階段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

9.4.3 水平分支上的缺口|| 天琴座RR 變星. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

x9.5 沿漸近巨星分支的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205

9.5.1 早期漸近巨星分支階段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

9.5.2 殼層源內(nèi)熱核燃燒過(guò)程的穩(wěn)定性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

9.5.3 熱脈沖漸近巨星分支階段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .210

9.5.4 慢中子過(guò)程核合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

9.5.5 漸近巨星分支之后的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213

目錄7

第10 章中等質(zhì)量恒星主序后的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

x10.1 中等質(zhì)量恒星的演化圖景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

x10.2 主序之后的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .218

10.2.1 勛伯格{錢(qián)德拉塞卡極限. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .218

10.2.2 赫氏空隙區(qū). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

x10.3 早期紅巨星分支的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221

x10.4 中心氦燃燒階段的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222

10.4.1 早期中心氦燃燒階段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

10.4.2 第二簇群與藍(lán)回繞. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

10.4.3 造父變星. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

x10.5 沿漸近巨星分支的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .226

10.5.1 早期漸近巨星分支階段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .227

10.5.2 熱脈沖漸近巨星分支階段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .228

10.5.3 慢中子過(guò)程核合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

10.5.4 超級(jí)漸近巨星分支. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

第11 章大質(zhì)量恒星主序后的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

x11.1 大質(zhì)量恒星演化的一般圖景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

x11.2 中心氦燃燒階段的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .232

11.2.1 質(zhì)量M < 15Mˉ 恒星的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

11.2.2 質(zhì)量在15Mˉ < M < 40Mˉ 范圍內(nèi)恒星的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

11.2.3 質(zhì)量在40Mˉ < M < 60Mˉ 范圍內(nèi)恒星的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

11.2.4 質(zhì)量M > 60Mˉ 恒星的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

11.2.5 慢中子過(guò)程核合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

x11.3 中微子能量損失過(guò)程與恒星中心核的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

x11.4 晚期各個(gè)熱核燃燒階段的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

11.4.1 碳燃燒階段的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

11.4.2 氖燃燒階段的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

11.4.3 氧燃燒階段的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

11.4.4 硅燃燒階段的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

x11.5 超新星爆發(fā)之前的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .246

11.5.1 鐵核坍縮過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

11.5.2 電子俘獲過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

11.5.3 電子對(duì)非穩(wěn)定性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

第12 章超新星與致密天體. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

x12.1 超新星及其分類. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .248

8 恒星結(jié)構(gòu)演化引論

x12.2 內(nèi)核坍縮型超新星. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

12.2.1 內(nèi)核的坍縮. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

12.2.2 反彈與激波. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

12.2.3 超新星爆發(fā)過(guò)程中的能量平衡. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

12.2.4 中微子輸運(yùn)過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

12.2.5 爆發(fā)機(jī)制. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

12.2.6 爆炸式核合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

12.2.7 光變曲線與光譜特征. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

x12.3 熱核爆炸型超新星. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

12.3.1 恒星的熱核爆炸現(xiàn)象. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

12.3.2 爆炸式熱核燃燒過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

12.3.3 簡(jiǎn)并碳氧核的熱核爆炸模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263

12.3.4 電子對(duì)非穩(wěn)定性熱核爆炸模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

12.3.5 光變曲線. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

12.3.6 Ia 型超新星模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .268

x12.4 白矮星. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

12.4.1 白矮星的內(nèi)部結(jié)構(gòu). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

12.4.2 白矮星外包層的結(jié)構(gòu). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

12.4.3 白矮星的演化|| 冷卻過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

x12.5 中子星. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276

12.5.1 中子星的種類和觀測(cè)特性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .276

12.5.2 狀態(tài)方程與中子星的內(nèi)部結(jié)構(gòu). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

12.5.3 中子星的演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .282