空間物理學導論

"戎昭金 中國科學院地質與地球物理研究所研究員，中國科學院大學崗位教授，2019年獲得國家優秀青年科學基金資助。先後擔任中國地球物理學會行星物理專業委員會秘書長、副主任。長期致力於行星空間物理、行星磁場、地磁場等方向的相關研究。獲得中國地球物理學會傅承義青年科技獎、歐洲航天局金星快車突出貢獻獎、2024年度中國科學院優秀導師等獎項和榮譽稱號。擔任Scientific Reports、Earth and Planetary Physics、《地球與行星物理論評（中英文）》等期刊的編委。魏勇 中國科學院地質與地球物理研究所研究員，中國科學院大學崗位教授，2015年獲得國家傑出青年科學基金資助。中國科學院鴻鵠專項首席科學家、中國探月工程四期領域科學家、中國首次火星探測任務首席科學家助理兼科學委員會秘書長，中國高校行星科學聯盟秘書長。長期從事地球與行星空間環境、臨近空間探測與實驗、地磁發電機過程與地磁場長期變化、行星科學史等方面的研究，擔任Earth and Planetary Physics常務副主編、《地球與行星物理論評(中英文)》執行主編、《中國科學?地球科學》編委。曾獲EGU Outstand-ing Young Scientist Award、中國科學院青年科學家獎、中國青年科技獎、科學探索獎、AOGS Distinguished Lecture Award、首次火星探測任務先進個人等多種獎項。"

目錄

第1章日地物理學： 學科發展史

1.1引言

1.2古代極光現象

1.3地磁場的早期測量

1.4一門學科的出現

1.5電離層和磁層的發現

1.6太陽風的發現

1.7太陽風與磁層的相互作用

1.8能量的儲存和釋放

1.9行星和行星際空間的探索

1.10太陽物理

1.11小結

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習題

第2章高層大氣和電離層

2.1引言

2.2氣體特性的刻畫

2.3分布函數

2.4大氣層的垂直分布

2.5大氣逃逸

2.6大氣波動

2.7離子產生

2.8離子損失

2.9根據產生率和損失率確定電離層密度

2.10確定電離層密度

2.11示例： 地球電離層 

2.12電離層的其他內容

2.13小結

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習題

第3章磁化等離子體物理

3.1引言

3.2麥克斯韋方程組和洛倫茲力

3.3單粒子運動粒子軌道理論

3.4動理論——弗拉索夫方程

3.5等離子體的流體描述——磁流體力學

3.6廣義歐姆定律及磁凍結條件

3.7MHD理論的應用

3.8小結 

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習題

第4章太陽及其大氣

4.1引言

4.2太陽結構及太陽大氣

4.3太陽磁場

4.4色球層與過渡區

4.5日冕

4.6日冕活動

4.7小結

其他網絡資源

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習題

第5章太陽風及日球層

5.1引言

5.2太陽風： 不斷膨脹的太陽最外層大氣

5.3行星際中的瞬態結構

5.4更大尺度的日球層及其中包含的拾起離子、塵埃、高能中性原子、異常宇宙線和銀河宇宙線

5.5小結

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習題

第6章無碰撞激波

6.1引言

6.2激波基本知識

6.3Rankine-Hugoniot方程組

6.4平行激波和垂直激波的觀測

6.5典型條件下的觀測

6.6臨界馬赫數

6.7激波耗散

6.8準平行激波和離子激波前兆區

6.9電子激波前兆區

6.10小結

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習題

第7章太陽風與磁性星體的相互作用

7.1引言

7.2行星的磁場

7.3最簡單的磁層

7.4磁層空腔的尺度

7.5磁層磁場的經驗模型

7.6與太陽風相互作用的流體模擬

7.7混雜模擬： 探索多尺度的物理行為

7.8小結

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習題

第8章等離子體與非磁化星體的相互作用

8.1引言

8.2等離子體與類月星體的相互作用

8.3等離子體與含大氣星體的相互作用

8.4局部塵埃障礙物

8.5小結

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習題

第9章太陽風-磁層耦合

9.1引言

9.2外磁層

9.3利用地磁活動來探索太陽風-磁層耦合

9.4觀測到的磁層頂

9.5磁層對流

9.6磁場重聯

9.7地磁暴與環電流

9.8地球磁尾和亞暴

9.9小結

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習題

第10章地球磁層

10.1引言 

10.2磁層結構

10.3輻射帶

10.4磁層中的波動

10.5輻射帶的形成和損失

10.6小結

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習題

第11章極光

11.1引言

11.2極光發射

11.3極光形態

11.4磁層-電離層耦合與極光

11.5極光區場向電流

11.6極光區誘生電導率通道的效應

11.7行星極光

11.8小結

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習題

第12章行星磁層

12.1引言

12.2太陽風的徑向變化

12.3磁層尺度與壓縮性

12.4質量加載與對流循環

12.5亞暴

12.6輻射帶

12.7低頻波與不穩定性

12.8等離子體波與射電輻射

12.9衛星與磁層的相互作用

12.10小結

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習題

第13章等離子體波

13.1引言

13.2諧波擾動——麥克斯韋方程組

13.3等離子體流中的波

13.4等離子體流不穩定性

13.5動理論與波的不穩定性

13.6小結

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習題

附錄A.1符號、矢量恒等式和微分算符

A.1.1符號

A.1.2矢量恒等式

A.1.3曲線坐標系中的微分算符

A.1.4高斯積分

附錄A.2基本物理常數和空間物理等離子體參數

A.2.1基本常數

A.2.2實用單位制下的基本等離子體參數

附錄A.3地球物理坐標系轉換

A.3.1引言 

A.3.2一般性說明

A.3.3坐標系統

A.3.4日球層坐標系

A.3.5局部坐標系

A.3.6太陽位置的計算

附錄A.4時間序列分析方法

A.4.1引言 

A.4.2磁場變化的主軸分析方法

A.4.3功率譜

A.4.4波動分析

詞匯表

參考文獻

索引