等离子体天体物理学Ⅱ

Boris+V.+Somov

本书为等离子体天体物理学一书的第二卷。中心内容是详细讨论起源于空间等离子体中电磁相互作用的磁重联与耀斑现象。

磁重联是在磁力线重新分布中最常遇到的现象，是很多天体物理等离子体非稳恒现象中起重要作用的基本过程。借助于它，磁场的拓扑分布发生变化，等离子体中的粒子与磁场的联结重新组织。

由于高电导性，在天体物理等离子体中很容易产生磁场，在宇宙空间已经观测到有极大尺度的微弱磁场，而最强的磁场存在于超新星爆炸中形成的中子星上。磁场的能量在天体物理等离子体中不断积聚，这个能量在确定的但相当普遍的条件下会突然释放，形成耀斑，这时，伴随着等离子体的直接喷发，产生极强的热流和硬电磁辐射以及高能的带电粒子流。这种宇宙电动力学爆发中包含的物理过程在宇宙空间广泛存在，考虑到由于太阳是唯一可以用空间分辨率极高的设备成像的星体，完全可以通过对太阳进行直接的和充分的观测而对磁重联和耀斑的普遍现象以及它们之间的关系进行深入和细致研究。如今不仅有大量的地面观测，也可以借助携带天文望远镜和专用谱仪的人造卫星和宇宙飞船实现大范围的精确观测。有许多结果十分引人关注，对现存的一些理论模型提出了挑战。特别是，近年来对于太阳耀斑与发生这些耀斑的区域内磁场拓扑学的研究，建立起了耀斑的拓扑学模型。进一步的研究强烈支持太阳耀斑的磁重联结构。本书的主要目的就是，全面阐述作为天体物理和实验室等离子体基本特征的磁重联现象；天体物理等离子体中磁重联与耀斑的关系；太阳耀斑的电离辐射和日冕的物质抛射等这类问题的研究进展；这些进展对空间站和卫星的正常运行、对于通讯以及地球周围空间环境气候甚至对于社会经济与人类生活的重要影响。

本书第二卷共分17章：1. 磁重联；2. 强磁场中的磁重联；3. 磁重联的推广的解析方法；4. 太阳耀斑中的磁重联证据；5. 磁重联在起作用；6. 巴士底日（Bastille Day）耀斑和类似的太阳耀斑；7. 电流与磁重联的关系； 8. 磁重联电流层模型； 9. 太阳耀斑中的坍缩磁陷阱；10. 实验室中和空间中类太阳耀斑； 11. 电流层中离子的加速；12. 磁重联电流层的结构不稳定性； 13. 磁重联电流层的撕裂不稳定性；14. 磁重联和湍流；15. 弱离子等离子体中的磁重联；16. 电流中的磁重联； 17. 太阳耀斑中的快粒子。书末给出了一篇简短的后记。四个附录分别介绍了本书采用的一些缩略语、符号、有用的公式以及常数。

20世纪50年代后，本书所涉及的研究领域通过理论分析、数值模拟和实验观测取得了惊人的进步。这些研究成果不仅具有纯科学的重要性而且有着巨大的应用价值。本书内容新颖，叙述简捷，不仅有严格的数学和物理的详细推导，而且图文并茂。对于研究等离子体以及天体物理的研究生和高年级大学生以及相关领域的研究人员都是一部重要的参考书。

丁亦兵，教授

（中国科学院大学）

Ding Yibing，Professor

（University of CAS）endprint