The cosmos : astronomy in the new millennium

Front Cover......Page 1
Title Page......Page 5
Copyright......Page 6
Brief Contents\n......Page 7
Contents......Page 8
1 A Grand Tour of the Heavens......Page 25
1.1 Peering through the Universe: A Time Machine......Page 26
1.2 How Do We Study Things We Can\'t Touch?......Page 27
1.3 Finding Constellations in the Sky......Page 29
1.5 The Value of Astronomy......Page 35
1.6 What Is Science?......Page 40
1.7 Why Is Science Far Better Than Pseudoscience?......Page 41
Concept Review......Page 43
Questions......Page 44
Media......Page 45
2 Light, Matter, and Energy: Powering the Universe......Page 47
2.1 Studying a Star Is Like Looking at a Rainbow......Page 48
2.2 “Black Bodies” and Their Radiation......Page 49
2.3 What Are Those Missing Colors and Where Are They?......Page 51
2.4 The Story Behind the Bohr Atom......Page 54
2.5 The Doppler Effect and Motion......Page 56
Concept Review......Page 59
Questions......Page 60
Media......Page 61
3.1 The First Telescopes for Astronomy......Page 63
3.2 How Do Telescopes Work?......Page 65
3.3 Modern Telescopes......Page 68
3.4 The Big Picture: Wide-field Telescopes......Page 72
3.5 Amateurs Are Catching Up......Page 73
3.6 Glorious Hubble After Initial Trouble......Page 74
3.7 You Can’t Look at the Sun at Night......Page 75
3.8 How Can You See the Invisible?......Page 76
Concept Review......Page 82
Questions......Page 83
Media......Page 84
4.1 The Phases of the Moon and Planets......Page 89
4.2 Celestial Spectacles: Eclipses......Page 92
4.3 Twinkle, Twinkle, Little Star.........Page 99
4.4 The Concept of Apparent Magnitude......Page 100
4.5 Rising and Setting Stars......Page 101
4.6 Celestial Coordinates to Label the Sky......Page 104
4.7 The Reason for the Seasons......Page 105
4.8 Time and the International Date Line......Page 108
4.9 Calendars......Page 110
Concept Review......Page 111
Questions......Page 112
Media......Page 113
5.1 A Brief Survey of the Solar System......Page 115
5.2 The Earth-Centered Astronomy of Ancient Greece......Page 116
5.3 A Heretical Idea: The Sun-Centered Universe......Page 119
5.4 The Keen Eyes of Tycho Brahe......Page 121
5.5 Johannes Kepler and His Laws of Orbits......Page 122
5.6 The Demise of the Ptolemaic Model: Galileo Galilei......Page 125
5.7 On the Shoulders of Giants: Isaac Newton......Page 127
5.8 Clues to the Formation of Our Solar System......Page 129
Concept Review......Page 131
Questions......Page 132
Media......Page 133
6 The Terrestrial Planets: Earth, Moon, and Their Relatives......Page 135
6.1 Earth: There’s No Place Like Home......Page 136
6.2 The Moon......Page 145
6.3 Mercury......Page 152
6.4 Venus......Page 157
6.5 Mars......Page 164
Questions......Page 173
Media......Page 175
7.1 Jupiter......Page 177
7.2 Saturn......Page 186
7.3 Uranus......Page 194
7.4 Neptune......Page 197
Concept Review......Page 202
Questions......Page 203
Media......Page 204
8 Pluto, Comets, and Space Debris......Page 209
8.1 Pluto......Page 210
8.2 Kuiper-belt Objects......Page 214
8.3 Comets......Page 215
8.4 Meteoroids......Page 223
8.5 Asteroids......Page 227
Questions......Page 232
Media......Page 233
9.1 The Formation of the Solar System......Page 235
9.2 Extra-solar Planets (Exoplanets)......Page 238
9.3 Planetary Systems in Formation......Page 245
Concept Review......Page 247
Questions......Page 248
Media......Page 249
10.1 What Is the Sun’s Basic Structure?......Page 251
10.2 Sunspots and Other Solar Activity......Page 259
10.3 The Sun and the Theory of Relativity......Page 263
Questions......Page 266
Media......Page 267
11.1 Colors, Temperatures, and Spectra of Stars......Page 269
11.2 How Distant Are the Stars?......Page 273
11.3 How Powerful Are the Stars?......Page 275
11.4 Temperature-Luminosity Diagrams......Page 276
11.5 How Do Stars Move?......Page 280
11.6 “Social Stars”: Binaries......Page 282
11.7 Stars That Don’t Shine Steadily......Page 288
11.8 Clusters of Stars......Page 291
Questions......Page 296
Media......Page 299
12 How the Stars Shine: Cosmic Furnaces......Page 301
12.1 Starbirth......Page 302
12.2 Where Stars Get Their Energy......Page 306
12.3 Atoms and Nuclei......Page 307
12.4 Stars Shining Brightly......Page 309
12.5 Why Stars Shine......Page 310
12.6 Brown Dwarfs......Page 311
12.7 The Solar Neutrino Experiment......Page 312
12.8 The End States of Stars......Page 314
Questions......Page 315
Media......Page 317
13.1 The Death of the Sun......Page 321
13.2 Supernovae: Stellar Fireworks!......Page 327
13.3 Pulsars: Stellar Beacons......Page 336
Concept Review......Page 344
Questions......Page 345
Media......Page 347
14.1 The Formation of a Stellar-Mass Black Hole......Page 349
14.2 The Photon Sphere......Page 350
14.3 The Event Horizon......Page 351
14.5 Rotating Black Holes......Page 353
14.7 Detecting a Black Hole......Page 354
14.8 Supermassive Black Holes......Page 359
14.9 Moderation in All Things......Page 360
14.10 Gamma-Ray Bursts: Birth Cries of Black Holes?......Page 361
14.11 Mini Black Holes......Page 363
Concept Review......Page 364
Questions......Page 365
Media......Page 367
15.1 Our Galaxy: The Milky Way......Page 369
15.2 The Illusion That We Are at the Center......Page 370
15.3 Nebulae: Interstellar Clouds......Page 371
15.4 The Parts of Our Galaxy......Page 373
15.5 The Center of Our Galaxy......Page 376
15.6 All-Sky Maps of Our Galaxy......Page 378
15.7 Our Pinwheel Galaxy......Page 379
15.9 Matter Between the Stars......Page 380
15.10 Radio Observations of Our Galaxy......Page 382
15.11 Mapping Our Galaxy......Page 383
15.13 The Formation of Stars......Page 384
15.14 At a Radio Observatory......Page 386
Concept Review......Page 387
Questions......Page 388
Media......Page 389
16.1 The Discovery of Galaxies......Page 391
16.2 Types of Galaxies......Page 394
16.3 Habitats of Galaxies......Page 398
16.4 The Dark Side of Matter......Page 401
16.5 Gravitational Lensing......Page 405
16.7 The Expanding Universe......Page 407
16.8 The Search for the Most Distant Galaxies......Page 410
16.9 The Evolution of Galaxies......Page 414
16.10 Evolution of Large-Scale Structure......Page 416
Concept Review......Page 417
Questions......Page 418
Media......Page 419
17.1 Active Galactic Nuclei......Page 423
17.2 Quasars: Denizens of the Distant Past......Page 426
17.3 How Are Quasars Powered?......Page 430
17.4 What Are Quasars?......Page 433
17.5 Are We Being Fooled?......Page 435
17.6 Finding Supermassive Black Holes......Page 436
17.7 The Effects of Beaming......Page 439
17.8 Probes of the Universe......Page 441
Questions......Page 444
Media......Page 445
18.1 Olbers’s Paradox......Page 447
18.2 An Expanding Universe......Page 449
18.3 The Age of the Universe......Page 452
18.4 The Geometry and Fate of the Universe......Page 459
18.5 Measuring the Expected Deceleration......Page 467
18.6 The Future of the Universe......Page 473
Concept Review......Page 474
Questions......Page 475
Media......Page 477
19.1 The Steady-State Theory......Page 479
19.2 The Cosmic Microwave Radiation......Page 480
19.3 Deviations from Isotropy......Page 483
19.4 The Early Universe......Page 487
19.5 The Inflationary Universe......Page 490
19.6 A Universe of Universes......Page 499
19.7 A Universe Finely Tuned for Life?......Page 501
Concept Review......Page 502
Questions......Page 503
Media......Page 505
20 Life in the Universe......Page 507
20.1 The Origin of Life......Page 508
20.2 Life in the Solar System......Page 509
20.3 Suitable Stars for Intelligent Life......Page 510
20.4 The Search for Extraterrestrial Intelligence......Page 511
20.5 Communicating with Extraterrestrials......Page 514
20.6 The Statistics of Intelligent Extraterrestrial Life......Page 516
20.7 UFOs and the Scientific Method......Page 519
Concept Review......Page 521
Questions......Page 522
Media......Page 523
Epilogue......Page 524
Appendix 1/2 Measurement Systems/Basic Constants......Page 525
Appendix 3 Planets......Page 526
Appendix 4/5......Page 527
Appendix 6 Messier Catalogue......Page 528
Appendix 7......Page 530
Selected Readings......Page 531
Glossary......Page 534
Index......Page 545