目錄
前言
第1章太陽(yáng)磁場(chǎng)測(cè)量.1
1.1光的輻射轉(zhuǎn)移1
1.1.1定義1
1.1.2輻射轉(zhuǎn)移方程1
1.2太陽(yáng)大氣中譜線的輻射和偏振2
1.2.1偏振光的表述2
1.2.2球面向量和分量方程的解耦5
1.2.3球矢量分量的演化6
1.3譜線加寬和熱力學(xué)平衡關(guān)系7
1.3.1譜線加寬7
1.3.2熱力學(xué)平衡與統(tǒng)計(jì)力學(xué)10
1.3.3電離平衡方程13
1.4偏振輻射轉(zhuǎn)移的量子場(chǎng)理論14
1.4.1塞曼效應(yīng)14
1.4.2斯塔克效應(yīng)16
1.4.3電偶極子近似18
1.4.4超越電偶極子近似19
1.4.5復(fù)折射率和加寬21
1.5譜線的偏振輻射轉(zhuǎn)移24
1.5.1輻射轉(zhuǎn)移的一般描述24
1.5.2無(wú)散射的偏振輻射轉(zhuǎn)移的形式解26
1.5.3磁光效應(yīng)33
1.5.4斯托克斯參數(shù)輻射轉(zhuǎn)移的數(shù)值計(jì)算34
1.5.5譜線形成層38
1.5.6非線性最小二乘擬合41
1.6太陽(yáng)磁場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡47
1.6.1利奧(Lyot)濾光器47
1.6.2太陽(yáng)磁場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡50
1.7矢量磁場(chǎng)的觀測(cè)和不同矢量磁像儀的比較52
1.7.1懷柔、三鷹和密斯天文臺(tái)的矢量磁圖52
1.7.2懷柔和云南天文臺(tái)的矢量磁圖55
1.8視頻矢量磁像儀診斷法拉第旋轉(zhuǎn)56
1.8.1譜線不同波長(zhǎng)的斯托克斯參數(shù).56
1.8.2非線性最小二乘擬合59
1.8.3磁光旋轉(zhuǎn)的定性估計(jì)62
1.9全日面矢量磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x器63
1.9.1磁場(chǎng)測(cè)量64
1.9.2Hα觀測(cè)66
1.9.3磁場(chǎng)的反演67
1.10偏振串?dāng)_和太陽(yáng)自轉(zhuǎn)對(duì)測(cè)量全日面光球矢量磁場(chǎng)的影響70
1.10.1校正偏振串?dāng)_方法一70
1.10.2校正偏振串?dāng)_方法二72
1.11測(cè)量全日面光球磁場(chǎng)的斯托克斯輪廓分析80
1.12非局部熱動(dòng)平衡的太陽(yáng)模型大氣83
1.12.1統(tǒng)計(jì)平衡的一般形式83
1.12.2非局部熱力學(xué)平衡的色球模型85
1.13太陽(yáng)色球磁場(chǎng)中Hβ線的形成88
1.13.1氫Hβ譜線的輻射轉(zhuǎn)移89
1.13.2磁場(chǎng)大氣中Hβ譜線的加寬91
1.13.3寧?kù)o太陽(yáng)大氣模型中Hβ線的數(shù)值計(jì)算93
1.13.4氫Hβ譜線形成層96
1.14太陽(yáng)黑子本影磁場(chǎng)中Hβ線的形成98
1.15日冕磁場(chǎng)102
1.15.1共振散射102
1.15.2磁偶極躍遷的散射輻射斯托克斯參數(shù)的顯式公式104
1.15.3日冕磁場(chǎng)測(cè)量107
1.16艾國(guó)祥院士對(duì)太陽(yáng)光學(xué)儀器歷史的簡(jiǎn)要概述109
1.17對(duì)太陽(yáng)磁場(chǎng)測(cè)量中若干挑戰(zhàn)問題的探討110
第2章太陽(yáng)磁場(chǎng)的基本結(jié)構(gòu)113
2.1天體物理等離子體的基本描述113
2.1.1等離子體的微觀描述113
2.1.2零階矩方程114
2.1.3動(dòng)量守恒定律115
2.1.4能量守恒定律116
2.1.5歐姆定律基本方程的推導(dǎo)116
2.2磁流體動(dòng)力學(xué)118
2.3寧?kù)o太陽(yáng)的磁場(chǎng)119
2.3.1寧?kù)o太陽(yáng)的光球磁特征119
2.3.2從寧?kù)o太陽(yáng)低層大氣延伸的磁場(chǎng)121
2.4黑子基本結(jié)構(gòu)125
2.4.1黑子磁場(chǎng)125
2.4.2黑子磁場(chǎng)模型127
2.4.3半影精細(xì)特征130
2.4.4太陽(yáng)黑子和磁場(chǎng)的衰變131
2.4.5運(yùn)動(dòng)磁結(jié)構(gòu)132
2.4.6從高分辨率磁圖探討運(yùn)動(dòng)磁結(jié)構(gòu)134
2.5活動(dòng)區(qū)的色球磁場(chǎng)137
2.5.1色球磁場(chǎng)的測(cè)量137
2.5.2從光球到Hβ色球可能的磁場(chǎng)擴(kuò)展138
2.5.3Hβ色層磁圖中的反轉(zhuǎn)特征139
2.5.4太陽(yáng)寧?kù)o暗條的磁場(chǎng)140
第3章太陽(yáng)磁活動(dòng).142
3.1太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)的磁能、剪切、梯度和電流142
3.1.1磁能、磁剪切和梯度144
3.1.2磁剪切和梯度與電流的關(guān)系156
3.1.3不同電流分量之間的比率161
3.1.4耀斑活動(dòng)區(qū)中電流演變162
3.2太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)中的電流螺度163
3.2.1磁螺度163
3.2.2磁手征性的觀測(cè)證據(jù)166
3.2.3太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)磁場(chǎng)，電流和螺度的精細(xì)特征168
3.2.4從矢量磁場(chǎng)推論電流和螺度的問題170
3.3活動(dòng)區(qū)表層下面的動(dòng)力學(xué)螺度和光球電流螺度之間的相關(guān)性171
3.3.1表層下的動(dòng)力學(xué)螺度171
3.3.2動(dòng)力學(xué)和電流螺度之間的相關(guān)性173
3.4活動(dòng)區(qū)中的磁螺度和傾角演化175
3.4.1纏繞磁場(chǎng)和螺度176
3.4.2新浮現(xiàn)的磁通量區(qū)域中的螺度注入和傾角177
3.4.3兩類典型的太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)178
3.5磁場(chǎng)、水平運(yùn)動(dòng)和螺度179
3.5.1磁場(chǎng)的演化179
3.5.2磁螺度輸運(yùn)180
3.5.3電流螺度密度的演變181
3.6太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)的磁螺度和能量譜183
3.6.1活動(dòng)區(qū)磁譜的含義183
3.6.2磁螺度、能量和速度譜的比較188
3.6.3懷柔和HMI矢量磁圖的活動(dòng)區(qū)磁譜的比較190
3.6.4磁螺度和能譜的演化191
3.7耀斑–日冕物質(zhì)拋射活動(dòng)區(qū)中的磁場(chǎng)197
3.7.1與耀斑相關(guān)的矢量磁場(chǎng)的變化197
3.7.2活動(dòng)區(qū)中的耀斑和電流螺度的探討200
3.7.3輸入磁螺度和耀斑–日冕物質(zhì)拋射201
3.7.4強(qiáng)耀斑和太陽(yáng)表面磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)演化202
第4章太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)磁場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)和爆發(fā)活動(dòng)204
4.1無(wú)力場(chǎng)近似204
4.1.1太陽(yáng)磁場(chǎng)外推方法205
4.2線性無(wú)力場(chǎng)207
4.2.1Chiu-Hilton方法207
4.2.2Alissandrakis傅里葉變換209
4.2.3快速傅里葉分析計(jì)算線性無(wú)力場(chǎng)方法.209
4.3基于半解析場(chǎng)的非線性無(wú)力外推方法研究212
4.3.1理論與算法212
4.3.2不同方法的計(jì)算219
4.3.3不同方法的比較223
4.4外推磁場(chǎng)與觀測(cè)比較.224
4.5耀斑-日冕物質(zhì)拋射的爆發(fā)228
4.5.1暗條爆發(fā)的耀斑228
4.5.2可能存在電場(chǎng)的爆發(fā)耀斑帶分離230
4.5.3耀斑-日冕物質(zhì)拋射(flare-CME)產(chǎn)生活動(dòng)區(qū)的磁特性232
4.5.4太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)和日冕物質(zhì)拋射的磁螺度推理234
4.5.5磁場(chǎng)和日冕物質(zhì)拋射之間的統(tǒng)計(jì)分析235
4.5.6磁重聯(lián)的形成239
第5章螺旋磁場(chǎng)和太陽(yáng)周期245
5.1太陽(yáng)活動(dòng)周期的磁螺度分布245
5.1.1從觀測(cè)的活動(dòng)區(qū)矢量磁圖到電流螺度統(tǒng)計(jì)分析246
5.1.2活動(dòng)區(qū)電流螺度的半球分布248
5.2太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)電流螺度的蝴蝶圖250
5.2.1太陽(yáng)周期的螺度250
5.2.2活動(dòng)區(qū)磁場(chǎng)的纏繞和傾斜之間的關(guān)系252
5.2.3不同磁像儀觀測(cè)推論螺度演化的比較255
5.2.4測(cè)量矢量磁場(chǎng)的精度256
5.2.5電流螺度和日面下層動(dòng)力學(xué)螺度的比較256
5.2.6活動(dòng)區(qū)隨太陽(yáng)周期的磁螺度和能量譜259
5.2.7分辨率依賴性261
5.2.8磁場(chǎng)譜演化總結(jié)263
5.3跨赤道環(huán)的統(tǒng)計(jì)研究264
5.3.1跨赤道環(huán)的分布264
5.3.2跨赤道環(huán)連接的活動(dòng)區(qū)的螺度特性267
5.4從太陽(yáng)下層長(zhǎng)時(shí)標(biāo)注入活動(dòng)區(qū)的磁場(chǎng)手征性270
5.5兩個(gè)半球的大尺度軟X射線環(huán)和磁手征性276
5.5.1與太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)相關(guān)的軟X射線環(huán)的磁手征性276
5.5.2軟X射線環(huán)螺旋性的半球分布277
5.5.3大尺度軟X射線環(huán)和磁(電流)螺度的手征性279
5.6太陽(yáng)表面觀測(cè)交叉螺度279
5.6.1交叉螺度守恒定律280
5.6.2SOHO/MDI和SDO/HMI數(shù)據(jù)的相關(guān)性281
5.6.3交叉螺度隨緯度的分布284
5.7磁螺度通量的傳輸與太陽(yáng)周期285
5.7.1磁螺度觀測(cè)數(shù)據(jù)分析285
5.7.2磁螺度的長(zhǎng)時(shí)間序列傳輸286
5.8光球活動(dòng)區(qū)磁非勢(shì)性隨活動(dòng)周的演化及其與耀斑關(guān)系的統(tǒng)計(jì)研究291
5.8.1磁非勢(shì)性和復(fù)雜性參數(shù)292
5.8.2統(tǒng)計(jì)分析和結(jié)果294
5.8.3不同非勢(shì)磁參數(shù)的總結(jié)299
第6章磁螺度和太陽(yáng)發(fā)電機(jī).300
6.1太陽(yáng)發(fā)電機(jī)和螺度301
6.1.1平均場(chǎng)太陽(yáng)發(fā)電機(jī)301
6.1.2磁螺度方程302
6.2太陽(yáng)對(duì)流區(qū)磁螺度的徑向分布：觀測(cè)和發(fā)電機(jī)理論303
6.2.1太陽(yáng)對(duì)流區(qū)的速度結(jié)構(gòu)303
6.2.2利用懷柔太陽(yáng)觀測(cè)站獲得的電流螺度數(shù)據(jù)305
6.2.3發(fā)電機(jī)模型307
6.2.4非線性309
6.2.5數(shù)值實(shí)現(xiàn)的非線性解決方案312
6.2.6螺度分布315
6.2.7附錄：猝滅函數(shù)316
6.3太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)電流螺度作為大尺度太陽(yáng)磁螺度的蹤跡317
6.3.1螺度在磁場(chǎng)演化中的作用317
6.3.2活動(dòng)區(qū)中電流螺度的估計(jì)318
6.3.3發(fā)電機(jī)模型319
6.3.4電流螺度的模擬蝴蝶圖320
6.3.5附錄：電流螺度與磁螺度323
6.4反轉(zhuǎn)螺度和太陽(yáng)發(fā)電機(jī)的可能性324
6.4.1太陽(yáng)大氣下面反轉(zhuǎn)螺度的可能性324
6.4.2附錄：反轉(zhuǎn)螺度和太陽(yáng)發(fā)電機(jī)可能性.327
6.5平均場(chǎng)太陽(yáng)發(fā)電機(jī)問題中的湍流交叉螺度331
6.5.1變換對(duì)稱性和交叉螺度332
6.5.2交叉螺度的平均場(chǎng)理論333
6.5.3發(fā)電機(jī)模型的urbr圖像336
6.5.4關(guān)于交叉螺度討論340
6.6太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)電流螺度和傾角的估計(jì)與喬伊定律340
6.6.1模型341
6.6.2估計(jì)太陽(yáng)黑子傾斜度343
6.6.3發(fā)電機(jī)模型中電流螺度和纏繞的估計(jì)344
第7章問題進(jìn)一步提出346
7.1太陽(yáng)磁場(chǎng)的測(cè)量347
7.2太陽(yáng)磁場(chǎng)的基本結(jié)構(gòu)347
7.3太陽(yáng)磁周期變化348
7.4空間天氣348
參考文獻(xiàn)349
后記375