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太陽磁流體力學(xué) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030774552
- 條形碼：9787030774552 ; 978-7-03-077455-2
- 裝幀：平裝
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
太陽磁流體力學(xué) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
磁流體力學(xué)是理解和解釋太陽物理現(xiàn)象的重要理論工具，全書按Priest 教授所著"太陽磁流體力學(xué)"為綱展開，結(jié)合我以前編寫的教材和有關(guān)文獻(xiàn)，再加上等離子體物理和（非導(dǎo)電）流體力學(xué)的基本概念整理成書。首先利用Maxwell方程組和歐姆定律求出磁感應(yīng)方程，流體力學(xué)方程組結(jié)合等離子體物理得到等離子體方程組（質(zhì)量守恒方程、運(yùn)動(dòng)方程、能量方程和狀態(tài)方程）。*后得到磁流體力學(xué)方程組。然后求解磁感應(yīng)方程，引入磁擴(kuò)散和磁凍結(jié)的重要概念（第二章）。在此基礎(chǔ)上，探討靜力學(xué)，特別介紹無力場(chǎng)（第三章），一般波動(dòng)理論（第四章），也提及了不均勻介質(zhì)中的波，第五章討論了磁流體激波，介紹不同磁位形下的磁激波行為。為處理太陽的激烈活動(dòng)，我們探討與磁相關(guān)的不穩(wěn)定性（第七章），對(duì)撕裂膜給出了較為詳細(xì)的解析結(jié)果，劇烈的磁活動(dòng)導(dǎo)致太陽磁場(chǎng)的衰減本書中包括了發(fā)電機(jī)理論（第九章），重點(diǎn)討論了湍流發(fā)電機(jī)理論。*后上述理論應(yīng)用到太陽研究的專題，i. 太陽上層大氣的加熱（第六章），其中介紹了Alfven 波的加熱。ii. 太陽黑子（第八章），探討了黑子的形成，結(jié)構(gòu)和演化。 iii. 太陽耀斑，討論電流片的形成和Petscheck機(jī)制。 討論了二維磁重聯(lián)模型（第十章）。iv. 日珥的形成介紹了簡(jiǎn)單磁拱和磁螺旋場(chǎng)的支撐，日冕物質(zhì)的拋射（第十一章）。
太陽磁流體力學(xué) 目錄
目錄前言第1章 太陽及其磁場(chǎng)簡(jiǎn)介11.1 磁流體力學(xué)11.2 發(fā)展簡(jiǎn)史11.3 太陽的基本參數(shù)31.4 太陽的分層結(jié)構(gòu)31.5 寧靜太陽、太陽活動(dòng)區(qū)51.6 太陽磁場(chǎng)5第2章 磁流體力學(xué)的基本方程72.1 電磁方程72.1.1 Maxwell方程組72.1.2 歐姆定律92.1.3 感應(yīng)方程152.1.4 電導(dǎo)率172.2 等離子體方程262.2.1 質(zhì)量守恒262.2.2 運(yùn)動(dòng)方程262.2.3 完全氣體定律322.3 能量方程322.3.1 能量方程的不同形式322.3.2 熱傳導(dǎo)352.3.3 輻射422.3.4 加熱442.3.5 能量及其轉(zhuǎn)換的物理過程492.4 總結(jié)512.4.1 假設(shè)512.4.2 方程的簡(jiǎn)化形式522.5 感應(yīng)方程的求解532.5.1 擴(kuò)散542.5.2 理想導(dǎo)電592.6 Lorentz力622.7 若干定理692.8 磁通管行為的總結(jié)742.9 電流片行為的總結(jié)802.9.1 電流片的形成過程822.9.2 電流片的性質(zhì)82第3章 磁流體靜力學(xué)843.1 靜力學(xué)方程組843.2 磁場(chǎng)中的等離子體結(jié)構(gòu)863.3 磁通管的結(jié)構(gòu)(柱對(duì)稱)893.3.1 純軸向場(chǎng)913.3.2 純環(huán)向場(chǎng)913.3.3 無力場(chǎng)943.4 無電流場(chǎng)1133.5 無力場(chǎng)1153.5.1 一般原理1163.5.2 簡(jiǎn)單的α=const解1203.5.3 常α無力場(chǎng)的一般解1253.5.4α不為常數(shù)(非線性)解1303.5.5 無力場(chǎng)的擴(kuò)散1323.6 磁流體靜力場(chǎng)134第4章 波1414.1 波的模式和基本方程1414.1.1 基本模式1414.1.2 基本方程1424.2 聲波1454.3 磁波1464.3.1 剪切或扭轉(zhuǎn)Alfvén波1484.3.2 壓縮Alfvén波1534.4 內(nèi)重力波1544.5 慣性波1624.6 磁聲波1684.7 聲-重力波1774.8 磁聲-重力波(總結(jié))1834.95 分鐘振蕩1894.10 不均勻介質(zhì)中的波和磁界面的表面波190第5章 激波2065.1 激波的基本理論2065.1.1 流體力學(xué)激波的形成2065.1.2 磁場(chǎng)的作用2145.2 流體力學(xué)激波2155.3 磁流體力學(xué)激波2345.3.1 間斷條件2345.3.2 接觸間斷2395.3.3 切向間斷2405.3.4 旋轉(zhuǎn)間斷2405.3.5 激波二側(cè)壓強(qiáng)和密度的關(guān)系2425.3.6 快激波和慢激波2465.4 斜激波2495.4.1 躍變關(guān)系2495.4.2 快、慢激波小結(jié)2555.4.3 中間波2575.5 平行和垂直于磁場(chǎng)方向的激波傳播259第6章 太陽上層大氣加熱2646.1 日冕的加熱2646.1.1 色球和日冕的特征2666.1.2 色球環(huán)和日冕環(huán)以及觀測(cè)特征2676.2 冕環(huán)模型的物理特征2706.2.1 冕環(huán)能量平衡的靜態(tài)模型2726.2.2 壓強(qiáng)均勻的環(huán):定標(biāo)定律2736.2.3 色球環(huán)和冕環(huán)的動(dòng)力學(xué)模型2746.3 MHD波加熱2836.3.1 邊緣和足點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的共振吸收2836.3.2 均勻介質(zhì)中Alfvén波的衰減2856.3.3 相位混合加熱色球和日冕2866.4 磁重聯(lián)加熱2936.5 Alfvén波的非線性耦合2946.6 日冕加熱研究的展望295第7章 不穩(wěn)定性2977.1 分析方法2977.2 方程的線性化3007.3 簡(jiǎn)正模方法3047.4 能量原理3137.5 不穩(wěn)定性例3297.5.1 交換不穩(wěn)定性3297.5.2 撕裂不穩(wěn)定性3477.5.3 電阻不穩(wěn)定性3547.5.4 電流對(duì)流不穩(wěn)定性3717.5.5 輻射驅(qū)動(dòng)的熱不穩(wěn)定性3737.5.6 Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定性374第8章 黑子3808.1 磁對(duì)流3808.1.1 物理效應(yīng)3808.1.2 線性穩(wěn)定性分析3868.1.3 磁通量的排擠及集中3958.2 磁浮力4098.2.1 定性描述4098.2.2 磁浮力不穩(wěn)定4108.2.3 太陽磁通管的上升4318.3 黑子的冷卻4338.4 黑子的平衡結(jié)構(gòu)4368.4.1 磁流體靜力學(xué)平衡4368.4.2 黑子的穩(wěn)定性4478.5 黑子半影4538.6 黑子的演化4548.6.1 黑子的形成4548.6.2 黑子的衰減4608.7 強(qiáng)磁通管4638.7.1 細(xì)磁通管的平衡4648.7.2 強(qiáng)磁場(chǎng)不穩(wěn)定性4668.7.3 針狀體的產(chǎn)生4778.7.4 管波487第9章 發(fā)電機(jī)理論4989.1 磁場(chǎng)的維持4989.2 Cowling定理4999.2.1 無發(fā)電機(jī)定理4999.2.2 發(fā)電機(jī)效應(yīng)簡(jiǎn)例——盤單極發(fā)電機(jī)5009.2.3 自持發(fā)電機(jī)的特性5029.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)發(fā)電機(jī)5089.3.1 平均場(chǎng)和漲落場(chǎng)方程5089.3.2 一階平滑近似5109.3.3 α效應(yīng)和β效應(yīng)5129.3.4 Braginsky的弱非軸對(duì)稱理論5159.3.5 平均場(chǎng)電動(dòng)力學(xué)，湍流發(fā)電機(jī)5179.3.6 平均場(chǎng)電動(dòng)力學(xué)的α2發(fā)電機(jī)5279.3.7 發(fā)電機(jī)波5289.3.8 太陽活動(dòng)周模型——α-ω發(fā)電機(jī)5369.3.9 α-ω發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)波5389.4 發(fā)電機(jī)理論的困難5449.5 將來需要研究的問題545第10章 太陽耀斑54610.1 磁重聯(lián)的概述54610.2 重聯(lián)概念的總觀54610.3 二維零點(diǎn)54710.4 電流片的形成54710.5 磁重聯(lián)54910.5.1 單向場(chǎng)54910.5.2 擴(kuò)散區(qū)55110.5.3 Petscheck機(jī)制55410.6 簡(jiǎn)單磁環(huán)耀斑56810.6.1 磁通浮現(xiàn)模型56810.6.2 熱不平衡57010.6.3 扭折不穩(wěn)定性57210.6.4 電阻扭折不穩(wěn)定性57510.7 雙帶耀斑57610.7.1 無力平衡解的存在及解的多重性57710.7.2 爆發(fā)不穩(wěn)定性57810.7.3 主相:耀斑后環(huán)581第11章 日珥(暗條)58511.1 寧靜日珥的觀測(cè)特征58511.2 形成58711.2.1 活動(dòng)區(qū)暗條在環(huán)中的形成59011.2.2 冕拱中形成的暗條59211.2.3 在電流片中形成的暗條59611.2.4 熱不平衡59711.3 簡(jiǎn)單磁拱的靜力學(xué)支撐60111.3.1 Kippenhahn-Schlüter模型60111.3.2 Kippenhahn-Schlüter的普遍模型60311.3.3 外場(chǎng)61311.3.4 磁流體力學(xué)穩(wěn)定性61611.3.5 螺旋結(jié)構(gòu)61711.4 對(duì)有螺旋場(chǎng)的磁位形的支撐62111.4.1 電流片的支撐62111.4.2 在水平場(chǎng)中的支撐62611.5 日冕瞬變現(xiàn)象62911.5.1 扭轉(zhuǎn)環(huán)模型63111.5.2 無扭轉(zhuǎn)環(huán)模型63811.5.3 數(shù)值模型64311.5.4 模型的比較和展望643參考文獻(xiàn)645后記651表目錄表2.1 lnΛ隨T和n變化18表2.2 λD與ne在太陽高層大氣中的典型數(shù)值(Zombeck，1982)38表4.1 波的驅(qū)動(dòng)力141表4.2 斜Alfvén波與慢磁聲波性質(zhì)對(duì)比172表4.3 不在垂直方向傳播的波動(dòng)解179表5.1 激波后物理量的定性變化228表5.2 由不同Δp/p1算出的相關(guān)物理量232表5.3 快、慢激波的對(duì)比249表5.4 三種波演化的比較258表6.1 上層大氣的能耗(1W m2=103erg cm.2 s.1)(Withbroe and Noyes，1977)271表8.1 磁通管浮出時(shí)間432表8.2 臘腸型和扭折型管內(nèi)外波動(dòng)的比較(.vx為振幅)491表8.3 m20和m2e與磁通管內(nèi)外波的關(guān)系492表11.1 寧靜暗條和活動(dòng)區(qū)暗條的形成高度612表11.2 解析模型和數(shù)值模型的比較644圖目錄圖1.1 太陽球體分層結(jié)構(gòu)4圖1.2 太陽表面大氣中溫度和質(zhì)量密度隨高度的變化4圖2.1 與離子發(fā)生庫侖碰撞的電子軌道17圖2.2 等離子體薄片19圖2.3 Landau阻尼使波損失能量，加速粒子22圖2.4 離子聲波受到阻尼23圖2.5 (a)離子聲波受到阻尼小，波可以穩(wěn)定存在;(b)離子聲波不穩(wěn)定性與分布函數(shù)23圖2.6 碰撞截面37圖2.7 光學(xué)薄輻射損失中的Q(T)函數(shù)上方*線對(duì)應(yīng)日冕豐度，下方為光球豐度[取自CHIANTI原子數(shù)據(jù)庫，Dere等(2009)推導(dǎo).](1erg s.1 cm3=10.13W m3)43圖2.8 磁擴(kuò)散(a)磁場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化;(b)磁力線在三個(gè)時(shí)刻的分布55圖2.9 磁通量守恒:假如封閉*線C1因等離子體運(yùn)動(dòng)變?yōu)镃2，t1時(shí)刻通過C1的通量等于t2時(shí)刻通過C2的通量61圖2.10 磁力線守恒:假如等離子體流體元P1和P2，在時(shí)刻t1位于一根磁力線上，則在以后時(shí)刻t2總位于同一根磁力線上61圖2.11 張力的方向64圖2.12 (a)均勻磁場(chǎng)中，磁壓力P和張力T平衡;(b)磁場(chǎng)B(x).y，dB/dx>0磁壓強(qiáng)不平衡(P2>P1)65圖2.13 對(duì)稱的彎*磁場(chǎng)產(chǎn)生的合力(R)(方程(2.6-4))67圖2.14 X型中性點(diǎn)附近的磁力線(a)處于平衡態(tài)(α=1);(b)不平衡態(tài)(α2>1)x軸上合力(壓力)R向著原點(diǎn)，y軸上合力(張力)R向外68圖2.15 磁通管的兩端面分別為S1和S2，分別有磁通量F1和F275圖2.16 磁通管磁場(chǎng)強(qiáng)度B0→B，等離子體密度ρ0→ρ，尺度變化因子λ，λ76圖2.17 (a)yz平面上的電流片，磁場(chǎng)B1跨過該平面旋轉(zhuǎn)，變?yōu)锽2;(b)跨越中性電流片的平面(xz平面)，磁場(chǎng)在中心部位消失，等離子體壓強(qiáng)為p0;(c)磁力線通過電流片時(shí)，發(fā)生磁重聯(lián)，中心部分的電流片分叉成兩對(duì)慢激波81圖2.18 電流片示意圖83圖3.1 磁力線與.z方向夾角為θ，s量度沿磁力線的距離85圖3.2 等離子體位于垂直磁場(chǎng)中，等密度線位于水平方向，等壓線(虛線)為斜線，1，2，3壓強(qiáng)順次下降88圖3.3
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太陽磁流體力學(xué) 作者簡(jiǎn)介
毛信杰，籍貫浙江，畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)物理系，在北京師范大學(xué)天文系從事磁流體力學(xué)、等離子體物理、流體力學(xué)的講授工作。2009-2016年為中國科學(xué)院國家天文臺(tái)懷柔太陽觀測(cè)基地的天文學(xué)家和學(xué)生講授太陽磁流體力學(xué)。
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