等離子體天體物理學(xué)Ⅰ

Boris+V.+Somov

等離子體天體物理學(xué)研究空間中發(fā)生的電磁過程和現(xiàn)象，特別是宇宙物質(zhì)中電磁性質(zhì)的力所起的作用。等離子體是宇宙物質(zhì)的主要物態(tài)，但由于人們對(duì)宇宙現(xiàn)象和宇宙等離子體的性質(zhì)認(rèn)識(shí)有限，等離子體宇宙學(xué)發(fā)展得很晚。Alven在1950年開展先驅(qū)性工作開辟了這一物理學(xué)的獨(dú)立分支。其后，熱核反應(yīng)的研究極大地推進(jìn)了等離子體的研究發(fā)展，而天體物理研究的發(fā)展進(jìn)一步推動(dòng)了等離子體天體物理學(xué)作為物理學(xué)一個(gè)分支的創(chuàng)立與發(fā)展。

從物理學(xué)觀點(diǎn)看，等離子體天體物理學(xué)是等離子體理論中與空間低電阻率等離子體動(dòng)力學(xué)相關(guān)的部分。很長(zhǎng)時(shí)間里很少對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究。直到20世紀(jì)30年代，對(duì)于太陽和核聚變研究相繼發(fā)展起來之后，等離子體天體物理學(xué)才逐漸成為一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。

本書全面、詳盡的闡述了現(xiàn)代等離子體天體物理學(xué)的經(jīng)典基礎(chǔ)與當(dāng)前應(yīng)用的各個(gè)方面。第一版出版于2006年，主要面向天體物理、空間科學(xué)和地球物理的研究生及應(yīng)用物理專業(yè)的高年級(jí)大學(xué)生，提供等離子體天體物理的最基礎(chǔ)知識(shí)。

本書為第一卷，是對(duì)等離子體天體物理學(xué)最重要的一些論題的系統(tǒng)描述。主要目的是解決一些重要的問題，幫助研習(xí)天體物理的學(xué)生理解在等離子體天體物理學(xué)中通常用到的不同近似方法的相互關(guān)系和適用限制。作者希望本書能幫助年輕讀者掌握等離子體天體物理學(xué)的現(xiàn)代方法和教會(huì)他們能實(shí)際應(yīng)用這些方法解決具體問題。

本書共分20章：1. 粒子和場(chǎng)：精確的自洽描寫；2. 相互作用粒子系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)描述；3. 具有二元碰撞的弱耦合系統(tǒng)；4. 等離子體中快粒子的傳播；5. 在已知場(chǎng)中帶電粒子的運(yùn)動(dòng)；6. 天體物理等離子體中絕熱不變性； 7. 天體物理等離子體中波-粒子相互作用； 8. 天體物理等離子體中庫侖碰撞； 9. 天體物理等離子體的宏觀描寫；10. 天體物理等離子體的多流體模型； 11. 等離子體中的廣義歐姆定律；12. 天體物理等離子體中的單流體模型； 13. 天體物理中的磁流體動(dòng)力學(xué)；14. 強(qiáng)磁場(chǎng)中的等離子體流；15. 天體物理等離子體中的MHD波；16. 在MHD介質(zhì)中的不連續(xù)流； 17. MHD不連續(xù)流的演化； 18. 粒子被震動(dòng)波加速； 19. 磁場(chǎng)中的等離子體平衡； 20. 磁場(chǎng)中的穩(wěn)恒流。書末的三個(gè)附錄分別介紹了符號(hào)、有用的表達(dá)式和一些常數(shù)。

為了把握對(duì)物理原理的連貫思考和在宇宙等離子體情況下給出簡(jiǎn)單描寫的一些簡(jiǎn)化假設(shè)，作者建議讀者通讀本書的每一章，力求了解等離子體天體物理學(xué)的主線，即它的經(jīng)典基礎(chǔ)。從物理學(xué)而不是天文學(xué)應(yīng)用的許多觀點(diǎn)勾畫出各種近似的適用范圍。然后補(bǔ)充數(shù)學(xué)形式上可能丟失的一些步驟。書中提供了一些練習(xí)，有助于更好地理解本書的這一主題。

面對(duì)浩瀚文獻(xiàn)，初入門的研究生常會(huì)感到困惑，為此作者試圖盡可能的使本書自成體系，在書末提供了廣泛的參考文章和補(bǔ)充閱讀書目，供學(xué)生們查閱?？紤]到科學(xué)史，特別是自然科學(xué)史對(duì)于學(xué)科的發(fā)展與理解的重要意義，本書的各章都在一開始做一些基本介紹，并引入一些實(shí)例加以說明。這些陳述不僅對(duì)于剛?cè)腴T的學(xué)生，而且對(duì)于那些等離子體天體物理以及相鄰的科學(xué)領(lǐng)域的專家們也會(huì)有參考價(jià)值。

丁亦兵，教授

（中國科學(xué)院大學(xué)）

Ding Yibing，Professor

（University of CAS）endprint