天体物理学の基礎Ⅱ (シリーズ現代の天文学第12巻)

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天体物理学の基礎Ⅱ (シリーズ現代の天文学第12巻)

目次

第1章　重力

1.1　自己重力多体系

1.2　衝突系の進化

1.3　一般相対性理論

1.4　ブラックホール・中性子星

1.5　熱力学とブラックホールの蒸発

1.6　重力波

第2章　プラズマと電磁流体

2.1　プラズマとは

2.2　電磁流体

2.3　プラズマ不安定

2.4　つぶつぶ粒子の運動から電磁流体方程式へ

2.5　プラズマの波動と運動論

第3章　輻射の生成と散乱過程の基礎

3.1　フーリエ変換の基礎

3.2　電磁波の基本的性質

3.3　トムソン散乱

3.4　制動放射

3.5　シンクロトロン放射

3.6　コンプトン散乱

3.7　チェレンコフ放射

天体物理学の基礎Ⅰ (シリーズ現代の天文学第11巻)

目次

シリーズ刊行によせて
はじめに

第1章　基礎理論
1.1 力学と天文学
1.1.1 解析力学
1.1.2 オイラー-ラグランジュ方程式
1.1.3 最小作用の原理
1.1.4 ハミルトン形式
1.1.5 保存則
エネルギー
運動量
角運動量
1.1.6 簡単な例：2体問題とケプラー軌道
2体問題
ケプラーの法則
1.1.7 剛体の解析力学
1.2 熱過程・統計力学
1.2.1 熱力学的状態と分子運動
理想気体
圧力と温度
速度のマクスウェル分布
ゆらぎと輸送係数
1.2.2 熱力学の法則
熱力学第1法則
エントロピー
熱力学第2法則
カルノーサイクル
1.2.3 熱平衡の条件と熱力学ポテンシャル
1.2.4 多成分系の平衡と化学ポテンシャル
相平衡
化学平衡
1.2.5 統計力学の枠組み
エルゴード仮説と等重率の原理
熱力学量とボルツマンの原理
統計母集団の種類
1.2.6 小正準集団とエントロピー
最尤度分布と熱平衡状態
1.2.7 正準集団と分配関数
分配関数と熱力学量
1.2.8 大正準集団と大分配関数
1.2.9 サハの方程式
1.3 ボルツマン方程式
1.3.1 分布関数
1.3.2 ボルツマン方程式の導出
1.3.3 リウヴィルの定理とリウヴィル方程式
1.3.4 BBGKY方程式とボルツマン方程式
1.3.5 ボルツマン方程式の衝突項
1.3.6 ボルツマン方程式の平衡解
1.4 特殊相対論
1.4.1 はじめに
相対速度
1.4.2 慣性系
慣性系の定義
慣性系内での特殊相対論的運動
1.4.3 特殊相対論の基本仮定
観測者の運動と物理法則の普遍性
特殊相対論の第1の仮定：特殊相対性原理
特殊相対論の第2の仮定：真空中の光速度不変原理
1.4.4 二つの慣性系を結ぶ座標変換
光速度一定を保証する座標変換：ローレンツ変換
ローレンツ変換の持つ意味：同時刻の相対化
ローレンツ変換の簡単な応用Ⅰ：特殊相対論的な相対速度―速度の合成
ローレンツ変換の簡単な応用Ⅱ：運動する物体の収縮と運動する時計の遅れ
1.4.5 時空と世界間隔
時空概念の導入
時空中の2点間の世界間隔
世界間隔の普遍性と時空の固有な領域
1.4.6 特殊相対論的力学
測地線―自由粒子の運動
特殊相対論における運動方程式
質量とエネルギーの関係
ローレンツスカラー, ローレンツベクトル：特殊相対論的不変量
1.4.7 マクスウェル電磁気学と特殊相対論
真空中の電磁波の方程式と電磁ポテンシャルベクトル
マクスウェル方程式とローレンツ変換の整合性

第2章　物質
2.1 状態方程式
2.1.1 理想気体の状態方程式
2.1.2 量子統計と相対論の効果
2.1.3 比熱と断熱指数
2.1.4 化学平衡と粒子数の変化
原子の電離・再結合
化学反応と分子形成
2.1.5 ボーズ統計と黒体放射
2.1.6 フェルミ統計と電子気体
電子縮退気体
電子対の生成・消滅
極相対論的極限
電子対生成による動的不安定性
2.1.7 イオン気体と相互作用
核種平衡分布と鉄の分解
クーロン相互作用の効果
低温高密度での状態
2.2 核反応・元素合成基礎論
2.2.1 はじめに―宇宙研究に不可欠な原子核物理学
2.2.2 原子核物理学のフロンティアと元素の起源論
2.2.3 原子核の性質と有効相互作用
原子核の基本的な性質
原子核に働く力
殻模型
集団運動模型
クラスター構造と分子的構造
原子核の準位密度と統計模型
2.2.4 原子核反応と核崩壊
原子核反応の概要
原子核反応過程の分類と理論
2.2.5 宇宙の元素量と元素合成過程
太陽系の元素組成
宇宙の元素組成と銀河宇宙の化学進化
ビッグバン元素合成と宇宙論
銀河宇宙線と星間物質の相互作用, 融合・破砕元素合成
星での元素合成
2.2.6 核宇宙年代学と銀河の化学進化
2.3 場の理論・相互作用
2.3.1 素粒子とその分類
2.3.2 自然単位系
2.3.3 場の量子論
最小作用の原理とネーターの定理
スカラー場の量子化
複素スカラー場の量子化
ディラック場の量子化
繰り込み理論と相互作用の統一
2.3.4 ゲージ理論と自発的対称性の破れ
U(1)ゲージ理論としての電磁気学
自発的対称性の破れ
非可換ゲージ理論
2.3.5 素粒子の標準理論
ワインバーグ-サラム理論
クォークへの拡張
2.3.6 標準理論を越えて
2.4 星間化学
2.4.1 化学平衡
2.4.2 化学反応速度論
2.4.3 星間雲のガス組成と気相反応
宇宙線によるイオン化
イオン－分子反応
中性交換反応
放射性結合
再結合
負イオンの化学反応
光電離と光解離
2.4.4 星間ダストとダスト表面反応
星間ダストの組成と存在量
ダストへの吸着と脱離
ダスト表面反応
2.4.5 分子雲の化学反応ネットワークモデル

第3章　流体
3.1 流体力学
3.1.1 気体力学
物質の3態
非圧縮性流体と圧縮性流体
3.1.2 気体の巨視的性質
アボガドロ数
理想気体の状態方程式
理想気体の比熱
3.1.3 気体の運動を支配する方程式―巨視的視点
質量保存の式
一般的な記述
保存形と非保存形
オイラー形式とラグランジュ形式
運動方程式のさまざまな形式
運動方程式の導出
エネルギー保存
3.1.4 ボルツマン方程式と期待の微視的記述
気体の運動を記述する3つの階層
(1) 気体運動の微視的な記述
(2) 状態方程式の微視的導出
(3) 平均自由行程
(4) 速度分布関数による記述
(5) 気体の巨視的な記述
希薄気体と自由分子流
ボルツマン方程式
BGK方程式
ボルツマン方程式の意味
3.1.5 流体力学方程式の微視的導出
速度空間での平均値
モーメント方程式
質量保存の式
運動方程式
分子の熱運動と巨視的熱力学量の関係
エネルギー保存の方程式
3.1.6 粘性, 熱伝導と輸送現象
シアー流と粘性テンソル
ナビエ-ストークス方程式
第2粘性係数
粘性係数の微視的理論による定性的な導出
粘性係数の微視的理論による厳密な導出
3.2 流体の不安定性と乱流
3.2.1 対流不安定
安定性条件
変分原理
基準モード解析
臨界温度勾配
脈動不安定
化学組成が不均一な場合
リヒトマイヤー-メシュコフ不安定
3.2.2 ケルビン-ヘルムホルツ不安定
不安定性の機構
線形安定性解析
速度変化が滑らかな場合
回転する系での不安定
3.2.3 乱流
3.3 重力系の平衡状態と不安定性
3.3.1 自己重力系の平衡状態とビリアル定理
3.3.2 自己重力系の負の比熱と星の輝き
3.3.3 自己重力系の特徴的時間スケール
3.3.4 球対称系の臨界比熱比
3.3.5 円柱形状・平板形状の臨界比熱比
3.3.6 外場のある場合の安定性
3.3.7 ジーンズ不安定性
3.3.8 平板形状の重力不安定性
3.3.9 回転円盤の重力不安定性
3.3.10 分裂素片の形状
3.3.11 磁場を含む平板形状の安定性
磁力線が平板面に垂直の場合
磁力線が平板面に平行の場合
3.3.12 円柱状構造の安定性
3.3.13 回転流体の安定性
3.4 重力収縮
3.4.1 自己相似的収縮
3.4.2 重力収縮に対する回転・磁場の効果
3.4.3 一様密度楕円体形状の収縮
3.4.4 自己相似的収縮の安定性
3.4.5 自己重力的収縮段階での分裂現象
3.4.6 自己重力的進化の類似性

参考文献
付表
索引
執筆者一覧
　相川裕理（2.4節）
　浅田秀樹（1.1節）
　犬塚修一郎（3.3-3.4節）
　江里口良治（1.4節）
　梶野敏貴（2.2節）
　久保野茂（2.2節）
　郷田直輝（1.3節）
　花輪和幸（3.2節）
　藤本正行（1.2, 2.1節）
　二間瀬敏史（2.3節）
　松田卓也（3.1節）

人類の住む宇宙第2版 (シリーズ現代の天文学第1巻)
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宇宙論II 第2版宇宙の進化 (シリーズ現代の天文学第3巻)
銀河I 第2版 (シリーズ現代の天文学第4巻)
銀河II 第2版銀河系 (シリーズ現代の天文学第5巻)
星間物質と星形成 (シリーズ現代の天文学第6巻)
恒星 (シリーズ現代の天文学第7巻)
ブラックホールと高エネルギー現象 (シリーズ現代の天文学第8巻)
太陽系と惑星 (シリーズ現代の天文学第9巻)
太陽第2版 (シリーズ現代の天文学第10巻)
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