Transport and Energy Conversion in the Heliosphere pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Klein, L.

出品人:

页数:214

译者:

出版时间:

价格:$ 101.64

装帧:HRD

isbn号码:9783540675952

丛书系列:

图书标签:

Heliosphere
Space Physics
Solar Wind
Plasma Physics
Magnetohydrodynamics
Energy Transfer
Transport Phenomena
Astrophysics
Space Weather
Interplanetary Physics

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具体描述

The book contains courses taught to a public of Ph.D. students, post-docs and confirmed researchers in all fields of heliospheric plasma physics. It aims at identifying physical issues which are common to two different fields of astronomy: solar and magnetospheric physics. Emphasis is given to basic processes of transport and conversion of energy: magnetic reconnection is discussed in detail from the viewpoints of MHD and kinetic physics. Processes of charged particle acceleration are reviewed and compared with recent observations. The subject is introduced by a summary of MHD, and the basic structures and parameters of the solar atmosphere, terrestrial ionosphere and magnetosphere are reviewed. The book combines a pedagogic and comprehensive presentation of physical issues and raises fully open questions, with the complementary and sometimes conflicting views of geophysicists and solar physicists. The book's focus, while basic, opens new avenues.

太阳风暴与空间天气：从理论模型到实际观测内容简介本书深入探讨了太阳活动对地球空间环境和技术系统的影响，重点关注太阳风的起源、演化、日地空间中的磁场重联、高能粒子加速以及由此引发的空间天气事件。全书旨在为物理学家、空间科学家、工程师以及对太阳-地球关系感兴趣的读者提供一个全面且深入的知识框架。第一部分：太阳的磁场与日冕活动第一章：太阳磁场的起源与演化本章从太阳的内部结构出发，详细阐述了太阳发电机理论，解释了太阳磁场的产生机制。重点分析了差速旋转如何塑造和扭曲磁力线，以及由此导致的磁场活动周期性变化。我们将探讨太阳黑子、活动区的形成，以及不同磁场拓扑结构（如暗条、环路）的物理特性。第二章：日冕物质抛射（CME）的触发机制 CME是太阳最剧烈的爆发活动之一，其触发机制是空间物理学的核心难题之一。本章系统梳理了目前主流的理论模型，包括磁通量绳的失稳模型（如扭曲不稳定性、磁流体力学不稳定性）和磁场重联驱动模型。通过分析不同类型CME的特征，讨论了磁场能量的快速释放过程及其与日冕物质的动力学耦合。第三章：太阳耀斑与高能粒子加速耀斑是太阳爆发中伴随强电磁辐射的事件。本章侧重于耀斑的能量释放过程，特别是磁场重联在耀斑回路中的作用。重点讨论了高能粒子（电子和质子）的加速机制，包括弛豫加速、弓激波加速等。通过对不同能级粒子的分析，揭示了耀斑区等离子体的辐射特性。第二部分：日地空间中的等离子体与磁场动力学第四章：太阳风的形成与输运太阳风是太阳持续向外吹拂的带电粒子流。本章详细分析了太阳风的起源区域，区分了快太阳风和慢太阳风的特征。我们将探讨太阳风在日球层内部的加速机制，包括阿尔芬波的耗散和湍流加热过程。同时，分析了太阳风在不同行星际空间中的传播特性及其与星际介质的相互作用。第五章：磁层结构与磁场重联地球磁层是抵御太阳风冲击的主要屏障。本章详细描述了磁层在太阳风压力下的弓激波、磁层顶、极鞘和磁尾的结构。核心内容是磁层边界的磁场重联——一个关键的能量和物质交换过程。我们将深入探讨磁层南北半球重联的几何构型、重联速率的测量方法及其对磁层动力学的影响。第六章：范艾伦辐射带的粒子捕获与损失范艾伦辐射带是地球磁层中高能带电粒子（电子和质子）的天然储存库。本章分析了这些粒子如何被加速、捕获并最终损失的物理过程。重点讨论了波粒相互作用（如作用于电子的 VLF 波、作用于质子的磁声波）在辐射带粒子输运中的作用，以及地磁暴期间辐射带的剧烈变化。第三部分：空间天气对地球系统的影响第七章：行星际激波与地磁暴的触发当高速CME或快速流撞击地球磁层时，会产生行星际激波（IP Shock）。本章分析了激波的结构、传播特性及其对磁层的冲击效应。详细阐述了地磁暴的驱动机制，特别是磁层顶部重联对流的增强、磁尾的快速堆积与释放，以及由此引发的全球电流系统的变化（如环电流、极冠电流）。第八章：电离层和热层响应空间天气对地球近地空间的影响集中体现在电离层和热层。本章探讨了地磁活动如何通过耦合电动力学过程影响高纬度和中低纬度电离层。内容包括极光区的电流系统、电离层等离子体不稳定性（如E×B不稳定性）、电离层湍流以及对全球导航卫星系统（GNSS）信号的延迟和扰动。第九章：地磁感应电流（GIC）与地面基础设施安全地磁暴期间快速变化的磁场会导致地壳中产生地磁感应电流（GIC）。本章从电磁感应理论出发，计算了GIC的大小及其对地面电网、输油管道和海底电缆的影响。重点分析了GIC对变压器饱和、继电保护误动以及大规模停电事件的风险评估与缓解策略。第十章：航天器与宇航员的风险评估高能粒子和等离子体环境对在轨航天器和载人航天任务构成严重威胁。本章分析了不同空间环境参数（如电子密度、高能粒子通量）对航天器电子设备（单粒子效应 SEE）、材料退化以及对宇航员辐射剂量的影响。本章还将介绍空间环境监测和预警系统在风险管理中的作用。结论本书总结了日地系统研究的前沿进展，并展望了未来在下一代空间天气预报模型、先进观测技术以及极端空间天气事件预测方面的挑战与机遇。通过对复杂物理过程的深入剖析，本书为读者理解和应对日益严峻的空间天气环境提供了坚实的理论基础。