Waves and Oscillations in the Solar Atmosphere pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Erdelyi, Robert (EDT)/ Mendoza-briceno, Cesar A. (EDT)

出品人:

页数:398

译者:

出版时间:2008-10

价格:$ 172.89

装帧:

isbn号码:9780521874694

丛书系列:

图书标签:

• Solar Physics
• Plasma Physics
• Wave Propagation
• Oscillations
• Solar Atmosphere
• Magnetohydrodynamics
• Astrophysics
• Space Weather
• Solar Flares
• Coronal Seismology

太阳大气中的波动与振荡 太阳，这颗我们生命赖以生存的恒星，其复杂而充满活力的外层大气——日冕，一直是科学家们探索的焦点。在炙热的等离子体海洋中，能量的传递和物质的输运无时无刻不在发生，而波动与振荡，则是理解这些过程的关键。本书《太阳大气中的波动与振荡》将带领读者深入探索这些迷人的现象，揭示太阳活动背后隐藏的物理机制。 本书内容涵盖了太阳大气中各种类型波动和振荡的理论基础、观测证据以及它们在驱动日冕加热、太阳风形成和太阳爆发等重大太阳物理事件中的作用。我们并非仅仅罗列已知现象，而是致力于构建一个连贯的物理图像，让读者能够深刻理解这些动态过程是如何相互关联并塑造太阳大气环境的。 第一部分：理论基石——波动与振荡的物理学 在深入太阳大气之前，我们首先需要建立起坚实的理论基础。本部分将回顾与波动和振荡相关的基本物理概念，并将其应用于等离子体环境。 流体力学与磁流体力学（MHD）基础： 太阳大气主要由等离子体构成，其行为由流体力学和磁流体力学方程组描述。我们将介绍这些方程组的基本形式，包括连续性方程、动量方程和能量方程，并强调磁场在等离子体动力学中的核心作用。读者将学习到如何理解磁力线如何“冻结”在等离子体中，以及磁场的形变如何储存和释放能量。 波动方程与波的传播： 本部分将详细介绍各种类型的波动方程，例如标量波动方程和向量波动方程。我们将分析不同介质中波的传播特性，包括波速、色散关系以及波的能量和动量守恒。 等离子体中的波动： 太阳大气等离子体具有许多独特的性质，例如电荷分离、回旋运动和集体效应。我们将重点讨论几种重要的等离子体波，包括阿尔芬波（Alfvén waves）、快慢磁声波（fast and slow magnetosonic waves）以及电子和离子回旋波（electron and ion cyclotron waves）。读者将了解这些波的色散关系、偏振特性以及它们在等离子体中的传播机制。 共振吸收与能量耗散： 波动在传播过程中并非总是保持不变，它们会与等离子体相互作用，发生共振吸收和能量耗散。本部分将探讨不同类型的共振现象，例如模转换（mode conversion）和近共振吸收（near-resonance absorption），并介绍耗散机制，如电阻耗散（resistive dissipation）、粘性耗散（viscous dissipation）和湍流耗散（turbulent dissipation）。这些机制是将波的能量转化为等离子体热能的关键。 波的相互作用与非线性效应： 在强烈的波动环境下，波与波之间会发生相互作用，产生非线性效应。我们将介绍几个重要的非线性过程，例如波的衰减（wave damping）和波的级联（wave cascading），这些过程在湍流传播和能量输运中扮演着重要角色。 第二部分：观测的视角——太阳大气中的波动与振荡 理论模型需要观测数据的支持才能得到验证。本部分将聚焦于太阳大气中观测到的各种波动和振荡现象，并介绍相关的观测技术和仪器。 太阳光球层中的波动： 虽然太阳大气通常指日冕，但光球层的活动也与上层大气息息相关。我们将讨论光球层中观测到的声学振荡（acoustic oscillations），也称为“日震学”（helioseismology）所研究的声波。这些声波穿过太阳内部，为我们了解太阳的结构和动力学提供了宝贵信息。 色球层中的波动： 色球层是介于光球层和日冕之间的过渡区域。本部分将介绍色球层中观测到的各种波，例如磁声波（magnetoacoustic waves）和相干结构（coherent structures），它们可能与日冕加热机制有关。 日冕中的磁流体力学波： 日冕是本书的核心关注区域。我们将详细介绍在日冕中观测到的各种MHD波，包括： 阿尔芬波： 这些横波在磁场线上传播，被认为是日冕加热和太阳风加速的重要能量载体。我们将讨论不同类型的阿尔芬波，例如纯阿尔芬波（pure Alfvén waves）和扭曲阿尔芬波（twisted Alfvén waves）。 磁声波： 这些纵波在磁场和等离子体密度变化的同时传播，在日冕中也扮演着一定的角色。 磁重力波（magnetic gravity waves）： 在日冕中，重力效应虽然相对较弱，但仍然可以与磁力线相互作用，形成磁重力波。 日冕中的振荡现象： 除了连续传播的波，日冕还表现出许多周期性的振荡现象，例如： 日冕辉光（coronal transients/eruptions）： 这些剧烈的等离子体喷发过程中伴随着大量的能量释放和复杂的波动现象。 日冕物质抛射（CMEs）： 作为最壮观的太阳活动之一，CME的形成和演化过程与磁场的重联以及能量的快速释放密切相关，其中波动扮演着重要角色。 太阳耀斑（solar flares）： 耀斑是太阳表面发生的短暂的能量爆发，常常伴随着各种波的产生和传播。 周期性日冕回响： 在某些情况下，观测到日冕中出现的周期性回响，这可能与波在特定结构中的反射和叠加有关。 观测技术与仪器： 为了研究这些复杂的现象，科学家们依赖于各种先进的观测技术。本部分将介绍一些关键的望远镜和探测器，例如： 空间望远镜： 如索霍（SOHO）、SDO（Solar Dynamics Observatory）、IRIS（Interface Region Imaging Spectrograph）等，它们提供不同波段的观测数据，覆盖从紫外到X射线。 地面望远镜： 利用地基望远镜可以进行高分辨率的观测，例如大尺度太阳望远镜（DKIST）。 射电望远镜： 射电观测可以提供关于太阳风和日冕物质的密度和速度信息。 谱线分析： 通过分析不同元素的谱线，可以推断出等离子体的温度、密度、速度以及磁场强度。 成像技术： 高分辨率成像技术可以揭示日冕中复杂的结构和动力学过程。 第三部分：物理过程的驱动——波动与振荡的作用 理解了理论和观测，我们自然会问：这些波动和振荡在太阳大气中到底扮演着怎样的角色？本部分将深入探讨它们在驱动关键太阳物理过程中的作用。 日冕加热机制： 日冕的温度远高于其下方的光球层，其持续的高温是太阳物理中的一个长期谜团。本部分将详细讨论波动在加热日冕中的作用，特别是： 波的耗散理论： 介绍阿尔芬波的耗散、磁重联耗散以及其他波耗散机制如何将波的能量转化为等离子体的热能，从而维持日冕的高温。 湍流加热： 讨论湍流在能量输运和耗散中的作用，以及湍流是如何由波激发和维持的。 太阳风的形成与加速： 太阳风是从太阳向外吹出的带电粒子流。本部分将探讨波动在驱动太阳风形成和加速过程中的作用： 阿尔芬波驱动的太阳风： 重点介绍阿尔芬波如何携带能量和动量，并可能通过各种非线性过程将这些能量传递给太阳风粒子，加速它们向外传播。 其他波的贡献： 探讨其他类型的波（如磁声波）在太阳风形成中的潜在作用。 太阳爆发的能量释放： 太阳耀斑和日冕物质抛射是太阳大气中剧烈的能量释放事件。本部分将分析波动在这些爆发中的作用： 磁场重联与波的产生： 讨论磁场重联是如何释放大量能量，并产生各种类型的波动。 波的传播与能量输运： 分析这些产生的波如何传播，并将能量输送到日冕的不同区域，驱动爆发的演化。 波与粒子加速： 探讨波如何通过与粒子相互作用，加速粒子到高能量，产生高能粒子事件。 日冕结构与动力学： 太阳大气中存在的各种结构，如日冕时的（coronal holes）、日冕循环（coronal loops）以及磁力线束（magnetic flux ropes），其形成和演化都与波动和振荡密切相关。本部分将探讨波动如何塑造这些结构，并维持其动力学。 地磁活动的联系： 太阳大气中的波动和爆发活动，特别是CME，可以影响地球空间环境，引发地磁暴。本部分将简要讨论太阳大气波动与地球空间天气之间的联系。 结论与展望 本书的最后一章将总结我们在太阳大气波动与振荡研究中的重要发现，并展望未来的研究方向。 现有研究的局限性： 坦诚地指出当前研究中存在的挑战和未解之谜，例如更精确的波耗散机制、湍流的精细结构以及更准确的粒子加速过程。 未来研究方向： 提出未来研究的重点，包括更高分辨率的观测、更复杂的数值模拟以及与其他学科（如实验室等离子体物理）的交叉研究。 新兴技术与方法： 讨论新的观测技术（如新一代空间望远镜）和数值模拟方法（如高分辨率MHD模拟）将如何推动该领域的发展。 理论与观测的融合： 强调理论研究与观测数据之间日益增强的协同作用，以及它们如何共同推动我们对太阳大气物理过程的理解。 《太阳大气中的波动与振荡》一书，旨在为对太阳物理学、空间物理学以及天体物理学感兴趣的研究人员、研究生和高年级本科生提供一个全面而深入的学习资源。通过本书，读者将能够掌握理解太阳活动本质的关键工具，并为探索这颗我们赖以生存的恒星的奥秘贡献自己的力量。

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