恒星结构与演化
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作者(德)基彭汉(R. Kippenhahn)，(德)魏格特(A. Weigert)，(德)魏斯(A. Weiss)著
出版社北京大学出版社
ISBN9787301251751
出版时间2012-12
装帧平装
开本其他
定价106元
货号8383926
上书时间2024-12-21
商品详情
- 品相描述：全新
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目录
Part I The Basic Equations
1 Coordinates, Mass Distribution, and Gravitational Field
in Spherical Stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1 Eulerian Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Lagrangian Description .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 The Gravitational Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Conservation of Momentum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1 Hydrostatic Equilibrium .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 The Role of Density and Simple Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Simple Estimates of Central Values Pc; Tc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4 The Equation of Motion for Spherical Symmetry .. . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.5 The Non-spherical Case . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.6 Hydrostatic Equilibrium in General Relativity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.7 The Piston Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3 The Virial Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.1 Stars in Hydrostatic Equilibrium .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2 The Virial Theorem of the Piston Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3 The Kelvin-Helmholtz Timescale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.4 The Virial Theorem for Non-vanishing Surface Pressure . . . . . . . . . 23
4 Conservation of Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.1 Thermodynamic Relations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.2 The Perfect Gas and the Mean MolecularWeight . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.3 Thermodynamic Quantities for the Perfect, Monatomic Gas . . . . . 30
4.4 Energy Conservation in Stars. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.5 Global and Local Energy Conservation .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.6 Timescales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5 Transport of Energy by Radiation and Conduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.1 Radiative Transport of Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.1.1 Basic Estimates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.1.2 Diffusion of Radiative Energy .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.1.3 The Rosseland Mean for __ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.2 Conductive Transport of Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.3 The Thermal Adjustment Time of a Star . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.4 Thermal Properties of the Piston Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6 Stability Against Local, Non-spherical Perturbations . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.1 Dynamical Instability .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.2 Oscillation of a Displaced Element . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6.3 Vibrational Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.4 The Thermal Adjustment Time. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.5 Secular Instability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.6 The Stability of the Piston Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
7 Transport of Energy by Convection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.1 The Basic Picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
7.2 Dimensionless Equations .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
7.3 Limiting Cases, Solutions, Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
7.4 Extensions of the Mixing-Length Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
8 The Chemical Composition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
8.1 Relative Mass Abundances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
8.2 Variation of Composition with Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
8.2.1 Radiative Regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
8.2.2 Diffusion .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
8.2.3 Convective Regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
9 Mass Loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Part II The Overall Problem
10 The Differential Equations of Stellar Evolution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
10.1 The Full Set of Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
10.2 Timescales and Simplifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
11 Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
11.1 Central Conditions .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
11.2 Surface Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
11.3 Influence of the Surface Conditions and Properties of
Envelope Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
11.3.1 Radiative Envelopes .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
11.3.2 Convective Envelopes .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
11.3.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
11.3.4 The T _r Stratification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
12 Numerical Procedure.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
12.1 The ShootingMethod .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
12.2 The Henyey Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
12.3 Treatment of the First- and Second-Order Time Derivatives . . . . . 113
12.4 Treatment of the Diffusion Equation.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
12.5 Treatment of Mass Loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
12.6 Existence and Uniqueness .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Part III Properties of Stellar Matter
13 The Perfect Gas with Radiation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
13.1 Radiation Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
13.2 Thermodynamic Quantities. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
14 Ionization .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
14.1 The Boltzmann and Saha Formulae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
14.2 Ionization of Hydrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
14.3 Thermodynamical Quantities for a Pure Hydrogen Gas . . . . . . . . . . 132
14.4 Hydrogen-HeliumMixtures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
14.5 The General Case . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
14.6 Limitation of the Saha Formula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
15 The Degenerate Electron Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
15.1 Consequences of the Pauli Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
15.2 The Completely Degenerate Electron Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
15.3 Limiting Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
15.4 Partial Degeneracy of the Electron Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
16 The Equation of State of Stellar Matter. . . . . . . . . . . . . . .
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