等離子體天體物理學(xué)Ⅱ

Boris+V.+Somov

本書為等離子體天體物理學(xué)一書的第二卷。中心內(nèi)容是詳細(xì)討論起源于空間等離子體中電磁相互作用的磁重聯(lián)與耀斑現(xiàn)象。

磁重聯(lián)是在磁力線重新分布中最常遇到的現(xiàn)象，是很多天體物理等離子體非穩(wěn)恒現(xiàn)象中起重要作用的基本過程。借助于它，磁場的拓?fù)浞植及l(fā)生變化，等離子體中的粒子與磁場的聯(lián)結(jié)重新組織。

由于高電導(dǎo)性，在天體物理等離子體中很容易產(chǎn)生磁場，在宇宙空間已經(jīng)觀測到有極大尺度的微弱磁場，而最強(qiáng)的磁場存在于超新星爆炸中形成的中子星上。磁場的能量在天體物理等離子體中不斷積聚，這個能量在確定的但相當(dāng)普遍的條件下會突然釋放，形成耀斑，這時，伴隨著等離子體的直接噴發(fā)，產(chǎn)生極強(qiáng)的熱流和硬電磁輻射以及高能的帶電粒子流。這種宇宙電動力學(xué)爆發(fā)中包含的物理過程在宇宙空間廣泛存在，考慮到由于太陽是唯一可以用空間分辨率極高的設(shè)備成像的星體，完全可以通過對太陽進(jìn)行直接的和充分的觀測而對磁重聯(lián)和耀斑的普遍現(xiàn)象以及它們之間的關(guān)系進(jìn)行深入和細(xì)致研究。如今不僅有大量的地面觀測，也可以借助攜帶天文望遠(yuǎn)鏡和專用譜儀的人造衛(wèi)星和宇宙飛船實現(xiàn)大范圍的精確觀測。有許多結(jié)果十分引人關(guān)注，對現(xiàn)存的一些理論模型提出了挑戰(zhàn)。特別是，近年來對于太陽耀斑與發(fā)生這些耀斑的區(qū)域內(nèi)磁場拓?fù)鋵W(xué)的研究，建立起了耀斑的拓?fù)鋵W(xué)模型。進(jìn)一步的研究強(qiáng)烈支持太陽耀斑的磁重聯(lián)結(jié)構(gòu)。本書的主要目的就是，全面闡述作為天體物理和實驗室等離子體基本特征的磁重聯(lián)現(xiàn)象；天體物理等離子體中磁重聯(lián)與耀斑的關(guān)系；太陽耀斑的電離輻射和日冕的物質(zhì)拋射等這類問題的研究進(jìn)展；這些進(jìn)展對空間站和衛(wèi)星的正常運行、對于通訊以及地球周圍空間環(huán)境氣候甚至對于社會經(jīng)濟(jì)與人類生活的重要影響。

本書第二卷共分17章：1. 磁重聯(lián)；2. 強(qiáng)磁場中的磁重聯(lián)；3. 磁重聯(lián)的推廣的解析方法；4. 太陽耀斑中的磁重聯(lián)證據(jù)；5. 磁重聯(lián)在起作用；6. 巴士底日（Bastille Day）耀斑和類似的太陽耀斑；7. 電流與磁重聯(lián)的關(guān)系； 8. 磁重聯(lián)電流層模型； 9. 太陽耀斑中的坍縮磁陷阱；10. 實驗室中和空間中類太陽耀斑； 11. 電流層中離子的加速；12. 磁重聯(lián)電流層的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性； 13. 磁重聯(lián)電流層的撕裂不穩(wěn)定性；14. 磁重聯(lián)和湍流；15. 弱離子等離子體中的磁重聯(lián)；16. 電流中的磁重聯(lián)； 17. 太陽耀斑中的快粒子。書末給出了一篇簡短的后記。四個附錄分別介紹了本書采用的一些縮略語、符號、有用的公式以及常數(shù)。

20世紀(jì)50年代后，本書所涉及的研究領(lǐng)域通過理論分析、數(shù)值模擬和實驗觀測取得了驚人的進(jìn)步。這些研究成果不僅具有純科學(xué)的重要性而且有著巨大的應(yīng)用價值。本書內(nèi)容新穎，敘述簡捷，不僅有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)和物理的詳細(xì)推導(dǎo)，而且圖文并茂。對于研究等離子體以及天體物理的研究生和高年級大學(xué)生以及相關(guān)領(lǐng)域的研究人員都是一部重要的參考書。

丁亦兵，教授

（中國科學(xué)院大學(xué)）

Ding Yibing，Professor

（University of CAS）endprint