日地空间物理学 上册 日球层物理 第2版

本书系统地叙述了发生在日地空间（日球层和磁层）中的各种物理过程及其基本理论、探测结果和研宄方法，全书分为上册、下册。上册简要介绍日球层的主要物理过程，包括太阳大气、太阳风、行星际激波和行星际空间中的高能粒子、地球弓形激波、地球磁层形成以及太阳风与其他行星、彗星、月球以及银河风的相互作用。下册介绍磁层中的主要物理过程，包括磁层等离子体和高能粒子、磁层中的波动、磁层亚暴和磁暴，以及日地相关现象和空间等离子体的理论描述。本书可供从事空间物理、地球物理、天体物理、等离子体物理、磁流体力学、空间科学和航天工程等专业以及其他关心空间环境和空间等离子体物理的高等院校师生、科学工作者和科研管理人员参考。

再版前言
第一版前言
第1章太阳大气1
1.1太阳概况1
1.1.1太阳结构1
1.1.2太阳辐射2
1.1.3太阳的能量来源及内部能量的输运4
1.1.4太阳磁场4
1.2光球5
1.2.1光球能量的辐射传输6
1.2.2吸收线8
1.2.3米粒组织9
1.2.4超米粒组织9
1.2.5振荡10
1.3色球和过渡区11
1.3.1色球的辐射特征11
1.3.2过渡区的辐射特征15
1.3.3网络组织19
1.3.4针状物20
1.3.5过渡区爆发事件21
1.4日冕22
1.4.1日冕的电磁辐射22
1.4.2日冕的密度、温度和磁场24
1.4.3日冕的结构27
1.4.4太阳大尺度磁场30
1.4.5冕洞31
1.5太阳黑子与活动区35
1.5.1太阳黑子的观测特征35
1.5.2太阳黑子数和太阳活动11年周期39
1.5.3太阳黑子周期的理论解释42
1.5.4太阳活动区及其演化44
1.6太阳耀斑48
1.6.1耀斑的多波段观测49
1.6.2耀斑的能量积累和释放52
1.6.3耀斑模型与磁重联54
1.6.4耀斑加热和色球蒸发58
1.6.5耀斑爆发时的射电频谱特征60
1.6.6白光耀斑61
1.7日珥和暗条63
1.7.1日珥的多波段观测64
1.7.2日珥的分类64
1.7.3日珥的磁场结构68
1.7.4日珥的形成机制71
1.8日冕物质抛射(CME)73
1.8.1CME的观测特征73
1.8.2CME与耀斑、日珥爆发之间的关系77
1.8.3CME产生的日冕暗化和大尺度(类)波动现象78
1.8.4CME的源区及前身结构81
1.8.5CME爆发模型83
参考文献90
第2章太阳风101
2.1关于太阳风的理论预测与观测证实101
2.1.1从日地关系和彗星彗尾活动推测太阳风的存在101
2.1.2超声速太阳风的理论预测与观测证实102
2.1.3日球层顶的预测与观测证实107
2.1.4行星际磁场的理论预测与观测证实108
2.2太阳风在1AU处的特性112
2.2.11AU处太阳风的成分112
2.2.21AU处太阳风的数密度、整体流速和温度113
2.2.31AU处太阳风中的磁场118
2.3太阳风特性的空间变化119
2.3.1太阳风随日心距离的变化120
2.3.2太阳风随纬度的变化126
2.4太阳风特性的时间变化134
2.4.1太阳风特性随卡林顿周的变化134
2.4.2太阳风特性随活动周的变化137
2.5慢速太阳风中的成分和结构143
2.5.1盔冕流与伪冕流143
2.5.2流界面与日球层电流片147
2.5.3慢速太阳风的成分149
2.6太阳风湍动与微观动理学过程151
2.6.1湍动功率谱的轮廓、分区与能量占比151
2.6.2太阳风湍动中的阿尔文波153
2.6.3湍动功率谱的径向演化158
2.6.4多维的湍动功率谱164
2.6.5湍动中的磁流体力学波动和结构171
2.6.6湍动中的动理学波动与耗散加热175
2.7太阳风理论模型的发展184
2.7.1太阳风的球对称经典热导供能模式184
2.7.2太阳风在超径向膨胀流管中的加速187
2.7.3热传导功能模式解释高速流的困难189
2.7.4太阳风的阿尔文脉动串级衰减供能模式190
2.7.5含日冕加热和太阳风加速的太阳风模型193
2.7.6流管非径向延伸的太阳风模型199
2.7.7阿尔文波衰减与耗散驱动太阳风的二维全球模型201
2.7.8阿尔文波衰减耗散驱动太阳风的三维模型203
参考文献210
第3章行星际激波与日冕物质抛射221
3.1行星际空间中的磁流间断面和激波221
3.1.1流体越过间断面的守恒关系221
3.1.2切向间断面和接触间断面223
3.1.3旋转间断面225
3.1.4激波226
3.2空间无碰撞等离子体激波235
3.2.1亚临界激波235
3.2.2超临界准垂直激波239
3.2.3超临界准平行激波252
3.3行星际日冕物质抛射(ICME)的观测特征265
3.3.1ICME的局地太阳风及磁场特征265
3.3.2磁通量绳的观测与重构270
3.3.3磁云边界层272
3.3.4CME/ICME的偏转276
3.3.5CME/ICME的演化追踪280
3.4太阳风中的相互作用区和共转激波292
3.4.1太阳风中流与流的相互作用292
3.4.2共转行星际激波294
3.4.3共转相互作用区296
3.5激波传播问题的解析分析300
3.5.1爆炸激波和“活塞”激波301
3.5.2激波对和相互作用区305
3.6激波传播问题的数值模拟307
3.6.1耀斑激波(即日冕物质抛射驱动的激波)传播的一维问题307
3.6.2耀斑激波传播的二维问题310
3.6.3太阳风中流与流相互作用的模拟计算312
3.7行星际日冕物质抛射复杂传播过程的观测与模拟321
3.7.1ICME起源与传播的模拟321
3.7.2激波追赶并穿越磁云的观测与模拟327
3.7.3多重磁云的观测与模拟333
参考文献338
第4章太阳和日球层高能带电粒子352
4.1带电粒子的加速机制352
4.1.1费米加速(FermiAcceleration)352
4.1.2激波加速(ShockAcceleration)353
4.1.3随机加速(StochasticAcceleration)361
4.1.4直流电场加速(DCElectricFieldAcceleration)362
4.2带电粒子的输运364
4.2.1随机游走(RandomWalk)364
4.2.2高能带电粒子的扩散与散射365
4.2.3Parker输运方程367
4.2.4行星际粒子输运模型367
4.3银河宇宙线(GalacticCosmicRays)371
4.3.1发现与早期研究371
4.3.2能谱与加速机制372
4.3.3在银河系中的输运373
4.3.4在日球层内的输运374
4.3.5调制周期376
4.3.6宇宙线电子377
4.4异常宇宙线(AnomalousCosmicRays)379
4.5太阳高能粒子(SolarEnergeticParticles)382
4.5.1渐变型SEP385
4.5.2太阳高能电子388
4.5.3富含3HeSEP396
4.6太阳风超热粒子(SolarWindSuprathermalParticles)399
4.6.1太阳风超热离子399
4.6.2太阳风超热电子403
4.7能量暴粒子(EnergeticStormParticles)408
参考文献412
第5章太阳风与地球的相互作用417
5.1太阳风与地球磁层相互作用的观测417
5.1.1磁层顶的观测417
5.1.2弓形激波的观测419
5.2磁层顶的形成理论420
5.2.1镜像磁偶极子421
5.2.2三维磁层顶位形的计算422
5.2.3计算结果与实测比较430
5.3太阳风在磁鞘中的绕流434
5.3.1大马赫数条件下气体动力学模式434
5.3.2激波位置和磁鞘中的流动436
5.3.3磁鞘磁场439
5.3.4解的自洽问题440
5.3.5理论计算与实测比较442
5.4弓形激波结构444
5.4.1无碰撞弓形激波444
5.4.2弓形激波结构447
参考文献457
第6章太阳风与其他行星、彗星和月球的相互作用462
6.1太阳风与具有内禀磁场行星相互作用(水星、木星、土星、天王星和海王星)465
6.1.1水星磁层466
6.1.2木星磁层470
6.1.3土星磁层476
6.1.4天王星和海王星磁层480
6.2太阳风与非磁化行星相互作用(金星和火星)482
6.2.1太阳风与金星的相互作用484
6.2.2太阳风与火星的相互作用488
6.2.3太阳风与泰坦的(Titan，土卫六)相互作用493
6.3太阳风与彗星以及其他喷气小天体的相互作用495
6.3.1彗星电离层498
6.3.2太阳风与哈雷彗星相互作用500
6.3.3太阳风与活跃的彗星相互作用：软X-RAY发射501
6.3.4太阳风与不活跃的彗星相互作用：低频波发射503
6.4太阳风与月球相互作用504
参考文献509
第7章太阳风与银河星际风的相互作用513
7.1日球层动态扰动及其外边界的影响514
7.2日球层中的拾起离子515
7.3异常宇宙线加速519
7.4日球层边界与能量中性原子522
7.5太阳系内银河系星际介质的成分527
参考文献529
索引530