等離子體天體物理學

目錄
序言
**部分 天體等離子體的基本理論
第1章 等離子體天體物理概論 3
1.1 什么是等離子體？ 3
1.1.1 德拜屏蔽 6
1.1.2 朗繆爾振蕩 8
1.1.3 等離子體中的碰撞 11
1.1.4 等離子體中的主要成分 18
1.2 何處有等離子體？ 19
1.2.1 閃電 20
1.2.2 極光 20
1.2.3 地球電離層和磁層 21
1.2.4 太陽及恒星 22
1.2.5 致密天體吸積盤 23
1.2.6 星云 24
1.2.7 宇宙 25
1.3 天體等離子體的主要特征 25
1.3.1 電磁作用在天體等離子體中的關鍵地位 26
1.3.2 天體等離子體與實驗室等離子體的區(qū)別 27
1.4 等離子體天體物理的主要研究方法 28
1.5 等離子體天體物理的主要科學問題 33
思考題 37
參考文獻 37
第2章 天體等離子體中的磁場 39
2.1 天體等離子體磁場的基本特征 40
2.1.1 地球磁場 40
2.1.2 行星磁場 44
2.1.3 太陽磁場 45
2.1.4 行星際磁場 49
2.1.5 恒星磁場 49
2.1.6 致密天體的磁場 50
2.1.7 星系磁場 52
2.1.8 無力場和有力場 54
2.2 天體等離子體中磁場的起源：發(fā)電機理論 55
2.3 太陽及恒星的磁活動周期 64
思考題 72
參考文獻 72
第3章 天體等離子體中的單粒子軌道理論 74
3.1 天體等離子體中的單粒子軌道漂移原理 75
3.1.1 電場漂移 77
3.1.2 漂移運動的一般形式 82
3.1.3 引力漂移 83
3.1.4 非均勻磁場漂移 84
3.2 絕熱不變性原理 88
3.2.1 磁矩不變量 89
3.2.2 縱向不變量 94
3.2.3 磁通不變性 95
3.3 單粒子軌道理論在天體物理中的應用 96
3.3.1 宇宙高能粒子的加速 96
3.3.2 日冕加熱 97
思考題 111
參考文獻 112
第4章 天體等離子體中的磁流體力學理論 114
4.1 磁流體力學方程組 116
4.1.1 磁流體力學方程組 118
4.1.2 磁壓力和磁張力 121
4.1.3 等離子體流體的平衡 124
4.2 磁凍結、磁擴散、磁螺度 127
4.2.1 磁凍結效應 128
4.2.2 磁擴散效應 131
4.2.3 廣義歐姆定律 133
4.2.4 磁螺度 134
4.3 天體等離子體中的宏觀不穩(wěn)定性 135
4.3.1 臘腸模不穩(wěn)定性 141
4.3.2 扭*模不穩(wěn)定性 143
4.3.3 螺旋不穩(wěn)定性 144
4.3.4 撕裂模不穩(wěn)定性 150
思考題 157
參考文獻 158
第5章 天體等離子體中的動理論 159
5.1 等離子體動理論基本方程 161
5.1.1 分布函數(shù) 161
5.1.2 等離子體動理論基本方程 163
5.1.3 玻爾茲曼碰撞模型 164
5.1.4 朗道碰撞模型 166
5.1.5 福克爾–普朗克碰撞模型 167
5.1.6 無碰撞模型——弗拉索夫方程 172
5.2 等離子體中的阻尼過程 175
5.2.1 弗拉索夫處理方法 177
5.2.2 朗道處理方法 178
5.3 等離子體中的輸運過程 182
5.3.1 天體等離子體中的主要輸運過程 183
5.3.2 無磁場弱電離等離子體中的輸運 184
5.3.3 完全電離等離子體中的輸運 188
5.3.4 反常輸運 190
5.4 天體等離子體中的微觀不穩(wěn)定性 191
5.4.1 微觀不穩(wěn)定性概論 191
5.4.2 微觀不穩(wěn)定性的分析方法 193
5.4.3 微觀不穩(wěn)定性與反常電阻 194
思考題 195
參考文獻 196
第6章 天體等離子體中的波 197
6.1 波的基本概念 198
6.2 磁流體力學波 200
6.3 靜電波 206
6.3.1 非磁化等離子體中的靜電波 208
6.3.2 磁化等離子體中的靜電波 213
6.4 等離子體中的電磁波 216
6.4.1 冷等離子體中垂直于磁場傳播的電磁波 218
6.4.2 冷等離子體中平行于磁場傳播的電磁波 221
6.4.3 法拉第旋轉 223
思考題 225
參考文獻 225
第二部分 天體等離子體中的輻射與傳播
第7章 天體等離子體中的輻射轉移理論 229
7.1 天體等離子體輻射的基本概念 229
7.1.1 等離子體中的輻射場 229
7.1.2 偏振特性 231
7.2 天體等離子體中的輻射轉移方程 234
7.3 電磁波在等離子體中的傳播理論 241
思考題 247
參考文獻 248
第8章 天體等離子體中的非相干輻射機制 249
8.1 等離子體中輻射的基本特征 249
8.1.1 等離子體中的熱輻射 249
8.1.2 激發(fā)輻射 252
8.1.3 復合輻射 253
8.1.4 單個帶電粒子的電磁輻射 254
8.2 等離子體的軔致輻射 263
8.3 磁回旋輻射 269
思考題 278
參考文獻 278
第9章 天體等離子體中的相干輻射機制 280
9.1 等離子體中的相干輻射導論 280
9.2 電子回旋脈澤輻射機制 284
9.3 等離子體輻射機制 290
9.4 太陽大氣中的相干輻射的觀測特征 295
9.5 脈沖星的輻射 305
思考題 310
參考文獻 310
第三部分 天體等離子體中的粒子加速理論
第10章 費米加速機制 317
10.1 費米加速概念的提出 317
10.2 一階費米加速 318
10.3 二階費米加速 320
10.4 費米加速的能譜分析 322
思考題 328
參考文獻 328
第11章 電場加速原理 329
11.1 Dreicer 場 330
11.2 亞 Dreicer 場加速 331
11.3 超 Dreicer 場加速 334
思考題 337
參考文獻 338
第12章 湍流加速機制 339
12.1 湍流的基本概念 339
12.2 等離子體中的有質動力 342
12.3 等離子體湍流的激發(fā) 344
12.4 調制不穩(wěn)定性 348
12.5 天體等離子體湍流的粒子加速 349
思考題 353
參考文獻 353
第13章 激波加速機制 354
13.1 等離子體中的激波 354
13.2 激波漂移加速 357
13.3 激波擴散加速 361
思考題 365
參考文獻 365
第14章 宇宙線物理與相關加速過程 366
14.1 高能宇宙線的成分及能譜 366
14.2 宇宙線的起源、加速和傳播 373
14.3 宇宙線的探測 391
思考題 398
參考文獻 399
第四部分 實驗室天體物理模擬
第15章 實驗室天體物理發(fā)展概述 403
15.1 實驗室天體物理研究思想的形成 403
15.2 天體物理體系和實驗室體系的標度變換 405
思考題 409
參考文獻 409
第16章 實驗室天體物理若干前沿問題研究 410
16.1 X 射線輻射不透明度實驗室研究 410
16.2 光電離等離子體實驗室研究 415
16.3 天體噴流的實驗室研究 417
16.4 磁重聯(lián)實驗室研究 421
16.5 無碰撞激波的實驗室研究 425
16.6 強磁場的產(chǎn)生 428
思考題 431
參考文獻 431