日地環(huán)境指南

前言

太陽是宇宙中的一顆恒星，它連續(xù)不斷地向空間釋放能量，功率高達(dá)3.9×10”erg／s。太陽能量的發(fā)射形式基本有三種：第一種是所謂的黑體輻射，俗稱太陽光；第二種是諸如x射線和紫外輻射的電磁輻射，大部分被地球?qū)α鲗右陨系拇髿馕?；第三種是粒子輻射，其能量范圍甚寬，從1GeV。為方便起見，這些粒子可分為低能和高能兩類，低能粒子稱作太陽風(fēng)，高能粒子稱作宇宙線。自從46億年前太陽系形成以來，太陽一直照耀著地球，使地球上的生命得以存在，并漸漸形成了一個適于人類生活的環(huán)境。宇宙中環(huán)繞地球的空間叫做日地環(huán)境，也叫地球空間。研究日地環(huán)境不僅是為了根據(jù)太陽和地球之間發(fā)生的各種物理過程來揭示復(fù)雜的日地關(guān)系，而且也是為了更好地認(rèn)識我們在宇宙中的位置和作用。近來，這一研究領(lǐng)域的重要性與日俱增，因為人類已經(jīng)開始通過空間通信和空間站，把近地空間作為我們活動領(lǐng)域的一部分加以利用。地球磁層和高層大氣（包括電離層和熱層）受著太陽大氣活動和運行于行星際空間的太陽風(fēng)的影響，日地環(huán)境研究力圖定量地認(rèn)識它們的狀態(tài)。這一過程鏈在地球空間可以觀測到的典型特征表現(xiàn)為地磁暴和磁層亞暴，在磁暴和亞暴發(fā)生時，極區(qū)天空極光十分活躍。這些過程覆蓋大范圍的時空尺度，從而使日地環(huán)境的觀測變得十分復(fù)雜，也使對這些過程的認(rèn)識變得非常困難。在早期，對每一個等離子區(qū)的現(xiàn)象是分開進(jìn)行研究的。但是，隨著研究的進(jìn)展，人們意識到把整個過程鏈作為一個整體進(jìn)行處理的重要性，因為日地系統(tǒng)中各區(qū)域之間存在著強烈的相互作用。根據(jù)過去二十年大量衛(wèi)星的觀測結(jié)果和深入的計算機模擬，我們已經(jīng)能夠分析日地環(huán)境不同區(qū)域的緊密耦合關(guān)系。本書介紹目前我們對日地環(huán)境基本過程的認(rèn)識。全書20章，首先讓讀者了解從太陽到地球的能量傳遞過程，隨后幾章討論基本物理原理或概念，使讀者理解諸如空間等離子體中的波和不穩(wěn)定性、磁重聯(lián)、等離子體非線性過程的本質(zhì)，這是解釋地球空間系統(tǒng)動力學(xué)過程時所需要的知識。接下來討論日地環(huán)境變化的重要特征，如極光、亞暴、磁暴、地磁脈動。我們覺得，出版此書非常及時，因為空間天氣和空問氣候的效應(yīng)，作為日地環(huán)境研究的應(yīng)用，近來已變成社會關(guān)注的熱點。本書最后幾章討論行星和彗星，它們肯定經(jīng)歷著與日地環(huán)境類似的等離子體過程。

內(nèi)容概要

本書以簡明扼要的形式分章講述了與日地空間環(huán)境有關(guān)的太陽物理、空間等離子體物理以及地球磁層中的基本理論問題，討論了極光、磁層暴、空間天氣、空間氣候和行星科學(xué)中的一些重要應(yīng)用問題，并對各研究領(lǐng)域未來發(fā)展方向作了展望?！　”緯晒┛臻g科學(xué)和行星科學(xué)的研究人員參考，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生和研究生閱讀使用。

作者簡介

作者：（日本）上出洋介（Y.Kamide） （巴西）簡進(jìn)隆（A.C.-L.Chian） 叢書主編：徐文耀 等

書籍目錄

英文版序言中譯本說明第1章　日地環(huán)境概論　1.1　引言　1.2　日地環(huán)境研究概述及研究歷史　　1.2.1　太陽　　1.2.2　太陽風(fēng)　　1.2.3　磁層一電離層一熱層　　1.2.4　地磁和磁暴／亞暴　　1.2.5　極光　　1.2.6　行星和彗星　　1.2.7　宇宙線　1.3　日地環(huán)境的性質(zhì)　　1.3.1　線性波　　1.3.2　不穩(wěn)定性　　1.3.3　非線性波　　1.3.4　湍流　1.4　應(yīng)用　　1.4.1　空間天氣和空間氣候　　1.4.2　等離子體天體物理學(xué)　　1.4.3　可控?zé)岷司圩儭?.5　結(jié)束語　參考文獻(xiàn)第一部分　太陽　第2章　太陽內(nèi)部——徑向結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)、太陽活動周　　2.1　引言　　2.2　徑向結(jié)構(gòu)　　　2.2.1　整體性質(zhì)　　　2.2.2　熱平衡和流體靜平衡　　　2.2.3　向絕熱分層過渡　　　2.2.4　混合長理論和對流模擬　　2.3　日震學(xué)　　　2.3.1　定性描述　　　2.3.2　反演頻率譜　　　2.3.3　太陽豐度問題　　　2.3.4　太陽內(nèi)部旋轉(zhuǎn)速率　　　2.3.5　局部區(qū)域的日震學(xué)　　2.4　太陽活動周　　　2.4.1　蝴蝶圖　　　2.4.2　其他類太陽恒星上的周期活動　　　2.4.3　巨極小　　　2.4.4　活動區(qū)和活動經(jīng)度　　　2.4.5　扭轉(zhuǎn)振蕩　　2.5　發(fā)電機理論　　　2.5.1　感應(yīng)方程　　　2.5.2　小尺度發(fā)電機　　　2.5.3　平均場理論　　　2.5.4　a的數(shù)值確定　　　2.5.5　其他效應(yīng)　　2.6　太陽周模型　　　2.6.1　一維模型　　　2.6.2　各種太陽發(fā)電機方案　　　2.6.3　非線性飽和　　　2.6.4　發(fā)電機的位置　　2.7　較差自轉(zhuǎn)　　　2.7.1　較差自轉(zhuǎn)的平均場理論　　　2.7.2　湍流數(shù)值模擬給出的A效應(yīng)　　　2.7.3　子午流動與斜壓項　　　2.7.4　近表面剪切層　　　2.7.5　磁效應(yīng)　　2.8　結(jié)論　　參考文獻(xiàn)　第3章　太陽大氣　　3.1　引言　　　3.1.1　太陽活動　　　3.1.2　太陽認(rèn)知的革命　　　3.1.3　近期驚人的結(jié)果　　3.2　磁場作用　　　3.2.1　基本方程　　　3.2.2　磁波　　　3.2.3　磁重聯(lián)　　3.3　日珥　　……第二部分　地球第三部分　空間等離子體作者簡介內(nèi)容索引

章節(jié)摘錄

插圖：1.概述太陽風(fēng)起源于太陽大氣的膨脹，并形成一種電離等離子體與滲透于行星際介質(zhì)中的磁場的超音速流。這一流動是太陽日冕與行星際空間壓力差的結(jié)果，這個壓力差驅(qū)動太陽等離子體沿徑向向外，逃離太陽重力場的影響。太陽風(fēng)主要由質(zhì)子和電子組成，還有少量電離的氦和重離子的混合物。太陽風(fēng)等離子體中有微弱磁場，在地球附近約為幾個納特，太陽風(fēng)磁場近似平行于黃道面（即地球繞日旋轉(zhuǎn)的軌道平面）。在1Au處，太陽風(fēng)磁場與日地連線大致成45。夾角。光球向外2個太陽半徑之內(nèi)，太陽磁場的復(fù)雜結(jié)構(gòu)變成為這種簡單的經(jīng)向結(jié)構(gòu)。由于太陽風(fēng)電導(dǎo)率很高，所以太陽風(fēng)磁場凍結(jié)在等離子體中，向外對流傳輸?shù)叫行请H介質(zhì)之中。太陽風(fēng)受到太陽活動性變化的強烈影響，并把太陽變化的影響傳向行星。太陽旋轉(zhuǎn)使太陽風(fēng)磁力線纏繞成阿基米德螺旋線。因此，隨著離太陽經(jīng)向距離的增加，開始時沿徑向的磁力線逐漸改變到環(huán)形方向。由于太陽自轉(zhuǎn)周期是27天，所以行星際磁場圖案顯示出27日重現(xiàn)特征。太陽風(fēng)除了這種重現(xiàn)變化特征之外，還有由激波、日冕物質(zhì)拋射、耀斑等太陽活動性引起的偶現(xiàn)性行星際擾動。觀測到的太陽風(fēng)有快慢兩種?？焖偬栵L(fēng)起源于磁場開放的冕洞，其速度高達(dá)400～800km／s。在太陽極小年，慢速太陽風(fēng)速度為250～400km／s，其源區(qū)位于日球磁赤道處的電流片附近；在太陽極大年，慢速太陽風(fēng)起源于日冕活動區(qū)冕狀流的上方，這里的磁力線是閉合的。在離太陽一定距離的地方，快速太陽風(fēng)與慢速太陽風(fēng)相互作用，于是在快速流與慢速流之間形成一個相互作用區(qū)。由于這些結(jié)構(gòu)隨太陽而旋轉(zhuǎn)，所以稱作共旋作用區(qū)，或CIR。

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《日地環(huán)境指南》是由科學(xué)出版社出版的。

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