xiv
12.2 Light: Electromagnetic Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
12.2.1 e Electromagnetic Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
12.2.2 Light and its Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
12.2.3 ermal Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
12.2.4 e Colors of Stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
12.2.5 Non-ermal Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
12.2.6 e Spectrum of an Emission Nebula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
12.2.7 Stellar Spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
12.2.8 Brightness and the Inverse Square Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
12.2.9 Scattering of Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
12.2.10 Scattering by Interstellar Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
12.2.11 Views at Different Wavelengths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
12.3 Gravitational Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
12.4 Spiral Density Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
12.5 Probability Waves: Quantum Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
12.6 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
13
Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
13.1 Static Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
13.1.1 Stability and Instability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
13.1.2 Hydrostatic Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
13.2 Dynamic Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
13.2.1 ermodynamic Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
13.2.2 Atomic Level Populations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
13.2.3 e Absorption Spectra of Stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
13.2.4 Photoionization-Recombination Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
13.3 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
PART V Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
14
e Structure of Energy and Matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
14.1 e Nature of Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
14.2 Symmetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
14.2.1 Symmetry in Astronomy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
14.2.2 Symmetry and Conservation Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
xv
14.3 e Standard Model of Particle Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
14.3.1 e Particles and their Interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
14.3.2 Where is Gravity? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
14.3.3 Where is Dark Matter? Where is Dark Energy? . . . . . . . . . . . . . . . . 214
14.4 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
15
e Interior Structure of Stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
15.1 Main Sequence Stars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
15.1.1 e Fusion Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
15.2 Post-Main Sequence Stellar Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
15.2.1 Giants: Hydrogen Shell Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
15.2.2 End Stages of Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
16
e Structure of Galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
16.1 Elliptical and Lenticular Galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
16.2 Spiral Galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
16.3 e Hubble Tuning-Fork Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
16.4 e de Vaucouleurs Classification Scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
16.5 Irregular and Peculiar Galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
16.6 e Causes of Galactic Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
16.7 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
17
Large-Scale Structure of the Universe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
17.1 e ƒ-CDM Model of Cosmology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
17.2 Entropy and Gravity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
17.3 e Flat Interaction and Large-Scale Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
17.4 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
A
Units and Scientific Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
A.1 Units and Dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
A.2 Scientific Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
A.3 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
Author’s Biography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
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