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第1章 射电天文学基础1

1.1射电天文在天体物理中的地位1

1.2射电窗口3

1.3一些基本定义4

1.4辐射转移6

1.5黑体辐射和亮温度9

1.6 Nyquist原理和噪声温度13

第2章 电磁波传播基础14

2.1麦克斯韦方程组14

2.2能量守恒和坡印亭矢量15

2.3复数场矢量16

2.4波动方程18

2.5绝缘介质中的平面波19

2.6波包和群速度22

2.7耗散介质中的平面波24

2.8稀薄等离子体的频散量25

第3章 波的偏振29

3.1矢量波29

3.2庞加莱球和斯托克斯参量33

3.3准单色平面波35

3.4准单色波的斯托克斯参数37

3.5法拉第旋转38

第4章 信号处理和接收机42

4.1信号处理和平稳随机过程42

4.1.1概率密度，期望值和遍历性42

4.1.2自相关和功率谱43

4.1.3线性系统45

4.1.4高斯随机变量47

4.1.5平方律检波器48

4.2接收机的极限灵敏度50

4.2.1相干系统的可能最小噪声52

4.2.2基本噪声极限53

4.2.3接收机的稳定性56

4.2.4接收机的定标60

4.3非相干辐射计61

4.3.1热辐射计61

4.3.2热辐射计的噪声等效功率63

4.3.3当前使用的热辐射计系统64

4.4相干接收机65

4.4.1基本组成65

4.4.2半导体结69

4.5低噪声前端和IF放大器72

4.5.1非制冷混频器73

4.5.2脉泽放大器74

4.5.3参量放大器75

4.5.4高电子迁移晶体管（HEMT）75

4.5.5超导混频器78

4.5.6热电子辐射计（Hot Electron Bolometers，HEB）80

4.6目前使用的前端小结81

4.6.1单像素接收机系统81

4.6.2多射束系统81

4.7后端：相关接收机，偏振计和频谱仪82

4.7.1相关接收机和偏振计82

4.7.2频谱仪86

4.7.3脉冲星观测的后端98

第5章 天线原理基础101

5.1 电磁势101

5.2波动方程的格林函数103

5.3赫兹偶极子105

5.4互易定理109

5.5描述天线的参数111

5.5.1功率方向图112

5.5.2主瓣的定义113

5.5.3有效面积115

5.5.4天线温度的概念117

第6章 连续孔径天线118

6.1局域源的辐射场118

6.2孔径照明和天线方向图120

6.3圆形孔径123

6.4主馈源126

6.4.1主焦点馈源：偶极子和反射体127

6.4.2主焦点喇叭馈源127

6.4.3多反射体系统129

6.5天线偏差理论131

6.6抛物面天线的实际设计134

6.6.1一般考虑134

6.6.2具体的望远镜136

第7章 观测方法142

7.1地球的大气142

7.2定标的程序146

7.2.1一般天线定标146

7.2.2致密源147

7.2.3展源149

7.2.4厘米波望远镜的定标149

7.2.5毫米和亚毫米波外差系统望远镜的定标150

7.2.6热辐射计定标152

7.3连续谱观测的策略153

7.3.1点源153

7.3.2展源的连续谱成图154

7.4谱线观测的额外要求156

7.4.1视向速度设置156

7.4.2频率基线157

7.4.3杂散辐射的影响159

7.4.4谱线观测技巧160

7.5混淆问题162

第8章 干涉仪和孔径综合165

8.1角分辨率的追求165

8.2相干函数167

8.3展源的相干函数：van Cittert-Zernike定理168

8.4二元干涉仪171

8.5孔径综合174

8.5.1一个合适的坐标系统174

8.5.2孔径综合的发展历史178

8.5.3干涉仪观测180

8.5.4改进可见度函数181

8.5.5 uv数据的格栅化182

8.5.6首要解，脏图和脏射束183

8.6先进的软件方法186

8.6.1自定标187

8.6.2洁化（CLEAN）脏图188

8.6.3最大熵去卷积方法（MEM）188

8.7干涉仪的灵敏度189

8.8甚长基线干涉仪（VLBI）192

8.9天体测量和测地学中的干涉仪193

第9章 连续辐射的发射机制196

9.1射电源的本质196

9.1.1天体的黑体辐射198

9.2一个被加速电子的辐射200

9.3单个碰撞的轫致辐射的频率分布201

9.4电离气体云的辐射204

9.5非热辐射机制207

9.6回顾洛伦兹变换208

9.7单个电子的同步辐射210

9.7.1辐射的总功率211

9.7.2辐射的角分布212

9.7.3发射的频率分布213

9.8同步辐射的光谱和偏振214

9.9电子集体的同步辐射的能谱分布217

9.9.1均匀磁场220

9.9.2随机磁场221

9.10同步辐射源的能量要求222

9.11非热源的低能截断224

9.12逆康普顿散射225

9.12.1苏尼阿耶夫-泽尔多维奇（Sunyaev-Zeldovich）效应225

9.12.2高亮度源的能量损失226

第10章 一些热和非热射电源的例子227

10.1宁静太阳227

10.2 HⅡ区的射电辐射230

10.2.1热辐射230

10.2.2电离星风的射电辐射232

10.3超新星和超新星遗迹233

10.4超新星遗迹的流体力学演化235

10.4.1第一阶段：自由膨胀236

10.4.2第二阶段：绝热膨胀237

10.5较老的超新星遗迹的射电演化241

10.6脉冲星243

10.6.1脉冲星的探测和源的本质243

10.6.2距离估算和银河系的分布244

10.6.3强度谱和脉冲形状246

10.6.4脉冲星定时249

10.6.5旋转变慢和磁矩251

10.6.6双星脉冲星和毫秒脉冲星254

10.6.7射电发射机制256

10.7河外源257

10.7.1射电星系：Cygnus A258

10.7.2苏尼阿耶夫-泽尔多维奇效应的例子259

10.7.3相对论效应和时变259

第11章 谱线基础263

11.1爱因斯坦系数263

11.2含有爱因斯坦系数的辐射转移方程264

11.3偶极跃迁概率267

11.4速率方程的简单解268

第12章 中性氢原子的谱线辐射271

12.1中性氢原子的21cm谱线272

12.2塞曼效应274

12.3自旋温度275

12.4发射线和吸收线277

12.4.1射束填充因子和源的几何的影响278

12.5弥漫星际气体的物理状态280

12.6较差速度场和谱线形状282

12.7星际气体中的银河系速度场285

12.8河外星系中的原子谱线288

12.8.1位力质量290

12.8.2 Tully-Fisher关系292

第13章 复合谱线294

13.1发射星云294

13.2气体星云的光致电离结构294

13.2.1纯粹的氢云294

13.2.2氢星云和氦星云297

13.2.3真实的HⅡ区299

13.3里德伯原子299

13.4 LTE条件下的谱线强度302

13.5 LTE条件不适用时的谱线强度304

13.5.1碰撞致宽309

13.6对射电复合谱线的观测的解释311

13.6.1反常的例子313

13.7其他元素的复合谱线314

第14章 星际空间的分子315

14.1引言315

14.1.1历史316

14.2分子结构的基本概念318

14.3双原子分子的转动光谱320

14.4对称和不对称陀螺分子323

14.5分子结构的更多细节324

14.5.1自旋统计324

14.5.2电子角动量326

14.5.3超精细分裂326

14.6振动跃迁328

14.7应用于星际分子329

14.8能级布居与谱线强度的关系331

14.8.1 LTE条件下的CO柱密度334

14.8.2比较复杂的分子的柱密度的确定337

14.8.3受阻运动的分子341

14.9分子的激发341

14.9.1二能级系统的激发341

14.9.2一维的脉泽发射过程345

14.9.3分子的NLTE激发348

14.10辐射转移模型350

14.10.1大速度梯度模型350

14.11作为诊断工具的谱线356

14.11.1热力学温度356

14.11.2谱线宽度，径向运动和强度分布358

14.11.3尘埃的热辐射358

14.11.4质量的估算和云的稳定性359

14.11.5云塌缩的迹象360

14.11.6 H2柱密度的估算360

14.11.7从12C16()的观测得到的分子云质量361

14.11.8 CO与H2柱密度的相关性363

14.12结果举例364

14.13化学365

14.13.1忽略UV辐射场的云365

14.13.2光子主导区域PDR的模型365

14.13.3观测结果367

14.13.4离子-分子化学370

14.13.5尘埃化学373

14.13.6搜寻新的分子374

附录A常用矢量关系375

附录B傅里叶变换378

附录C汉克尔变换380

附录D射电定标源表382

参考文献385

索引398