等離子體天體物理學(xué)

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(yáng)及恒星 22
1.2.5 致密天體吸積盤(pán) 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(guān)鍵地位 26
1.3.2 天體等離子體與實(shí)驗(yàn)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(xué)問(wèn)題 33
思考題 37
參考文獻(xiàn) 37
第2章 天體等離子體中的磁場(chǎng) 39
2.1 天體等離子體磁場(chǎng)的基本特征 40
2.1.1 地球磁場(chǎng) 40
2.1.2 行星磁場(chǎng) 44
2.1.3 太陽(yáng)磁場(chǎng) 45
2.1.4 行星際磁場(chǎng) 49
2.1.5 恒星磁場(chǎng) 49
2.1.6 致密天體的磁場(chǎng) 50
2.1.7 星系磁場(chǎng) 52
2.1.8 無(wú)力場(chǎng)和有力場(chǎng) 54
2.2 天體等離子體中磁場(chǎng)的起源：發(fā)電機(jī)理論 55
2.3 太陽(yáng)及恒星的磁活動(dòng)周期 64
思考題 72
參考文獻(xiàn) 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(chǎng)漂移 77
3.1.2 漂移運(yùn)動(dòng)的一般形式 82
3.1.3 引力漂移 83
3.1.4 非均勻磁場(chǎng)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(yīng)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(xiàn) 112
第4章 天體等離子體中的磁流體力學(xué)理論 114
4.1 磁流體力學(xué)方程組 116
4.1.1 磁流體力學(xué)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(jié)、磁擴(kuò)散、磁螺度 127
4.2.1 磁凍結(jié)效應(yīng) 128
4.2.2 磁擴(kuò)散效應(yīng) 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(xiàn) 158
第5章 天體等離子體中的動(dòng)理論 159
5.1 等離子體動(dòng)理論基本方程 161
5.1.1 分布函數(shù) 161
5.1.2 等離子體動(dòng)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 ?？藸?ndash;普朗克碰撞模型 167
5.1.6 無(wú)碰撞模型——弗拉索夫方程 172
5.2 等離子體中的阻尼過(guò)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(yùn)過(guò)程 182
5.3.1 天體等離子體中的主要輸運(yùn)過(guò)程 183
5.3.2 無(wú)磁場(chǎng)弱電離等離子體中的輸運(yùn) 184
5.3.3 完全電離等離子體中的輸運(yùn) 188
5.3.4 反常輸運(yùn) 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(xiàn) 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(xué)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(chǎng)傳播的電磁波 218
6.4.2 冷等離子體中平行于磁場(chǎng)傳播的電磁波 221
6.4.3 法拉第旋轉(zhuǎn) 223
思考題 225
參考文獻(xiàn) 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(zhuǎn)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(chǎng) 229
7.1.2 偏振特性 231
7.2 天體等離子體中的輻射轉(zhuǎn)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(xiàn) 248
第8章 天體等離子體中的非相干輻射機(jī)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(fù)合輻射 253
8.1.4 單個(gè)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(xiàn) 278
第9章 天體等離子體中的相干輻射機(jī)制 280
9.1 等離子體中的相干輻射導(dǎo)論 280
9.2 電子回旋脈澤輻射機(jī)制 284
9.3 等離子體輻射機(jī)制 290
9.4 太陽(yáng)大氣中的相干輻射的觀測(cè)特征 295
9.5 脈沖星的輻射 305
思考題 310
參考文獻(xiàn) 310
第三部分 天體等離子體中的粒子加速理論
第10章 費(fèi)米加速機(jī)制 317
10.1 費(fèi)米加速概念的提出 317
10.2 一階費(fèi)米加速 318
10.3 二階費(fèi)米加速 320
10.4 費(fèi)米加速的能譜分析 322
思考題 328
參考文獻(xiàn) 328
第11章 電場(chǎng)加速原理 329
11.1 Dreicer 場(chǎng) 330
11.2 亞 Dreicer 場(chǎng)加速 331
11.3 超 Dreicer 場(chǎng)加速 334
思考題 337
參考文獻(xiàn) 338
第12章 湍流加速機(jī)制 339
12.1 湍流的基本概念 339
12.2 等離子體中的有質(zhì)動(dòng)力 342
12.3 等離子體湍流的激發(fā) 344
12.4 調(diào)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(xiàn) 353
第13章 激波加速機(jī)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(kuò)散加速 361
思考題 365
參考文獻(xiàn) 365
第14章 宇宙線物理與相關(guān)加速過(guò)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(cè) 391
思考題 398
參考文獻(xiàn) 399
第四部分 實(shí)驗(yàn)室天體物理模擬
第15章 實(shí)驗(yàn)室天體物理發(fā)展概述 403
15.1 實(shí)驗(yàn)室天體物理研究思想的形成 403
15.2 天體物理體系和實(shí)驗(yàn)室體系的標(biāo)度變換 405
思考題 409
參考文獻(xiàn) 409
第16章 實(shí)驗(yàn)室天體物理若干前沿問(wèn)題研究 410
16.1 X 射線輻射不透明度實(shí)驗(yàn)室研究 410
16.2 光電離等離子體實(shí)驗(yàn)室研究 415
16.3 天體噴流的實(shí)驗(yàn)室研究 417
16.4 磁重聯(lián)實(shí)驗(yàn)室研究 421
16.5 無(wú)碰撞激波的實(shí)驗(yàn)室研究 425
16.6 強(qiáng)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 428
思考題 431
參考文獻(xiàn) 431