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等離子體天體物理學(xué)

作者：譚寶林
出版社：科學(xué)出版社出版時間：2023-12-01
開本： B5 頁數(shù)： 433
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等離子體天體物理學(xué) 版權(quán)信息

等離子體天體物理學(xué) 內(nèi)容簡介

等離子體天體物理學(xué)是現(xiàn)代天體物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，同時也為空間物理學(xué)、空間天氣學(xué)等學(xué)科提供了重要的理論研究方法。本書分四個部分。**部分主要介紹天體等離子體的基本理論，包括天體等離子體的主要特征、磁場的起源、對天體等離子體中的單粒子軌道描述、磁流體力學(xué)描述以及動理論描述，此外還介紹了等離子體中的波動理論。第二部分則主要介紹天體等離子體中的輻射機制以及電磁波在天體等離子體中的傳播理論。其中重點介紹了相干輻射機制，包括電子回旋脈澤輻射和等離子體輻射。第三部分主要介紹天體等離子體中的粒子加速理論，包括費米加速、電場加速、湍流加速、激波加速等加速機制，同時還簡要介紹了宇宙線物理及相關(guān)的高能粒子加速機制。第四部分是關(guān)于實驗室天體物理的介紹，主要包括實驗室天體物理的基本構(gòu)想和對若干天體物理前沿問題的實驗研究，包括實驗方案、實驗結(jié)果及相關(guān)的數(shù)據(jù)分析等。

等離子體天體物理學(xué) 目錄

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(guān)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(xué)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 442.1.3 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(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 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)、磁擴散、磁螺度 127 4.2.1 磁凍結(jié)效應(yīng) 128 4.2.2 磁擴散效應(yīng) 131 4.2.3 廣義歐姆定律 1334.2.4 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 ？藸枿C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(xué)波 200 6.3 靜電波 2066.3.1 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(zhuǎn) 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(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 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 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(fù)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(dǎo)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(zhì)動力 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 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(guān)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 37314.3 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
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