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第1章 太阳的基本特征1

1.1引言1

1.2太阳的基本参量3

1.2.1太阳质量3

1.2.2太阳半径4

1.2.3太阳常数4

1.2.4太阳光度5

1.2.5太阳有效温度5

1.2.6宁静太阳的基本参量表6

1.3太阳的分层结构7

1.3.1太阳内部9

1.3.2太阳大气15

1.4太阳磁场28

1.4.1太阳总磁场、极向磁场和环形磁场28

1.4.2活动区磁场29

1.4.3宁静区磁场30

1.4.4行星际磁场30

1.5太阳自转和日面坐标系31

1.6太阳活动33

1.6.1引言33

1.6.2太阳黑子34

1.6.3光斑37

1.6.4日珥37

1.6.5太阳耀斑38

1.6.6日冕瞬变与日冕物质抛射47

1.7太阳活动周期51

1.7.1黑子相对数与太阳活动周51

1.7.2纬度迁移与极性变化52

1.7.3活动期其他特性的周期变化53

1.7.4超长周期54

1.8太阳活动的机理55

1.9太阳振动56

1.10太阳能源57

1.11太阳中微子59

1.12太阳的演化62

参考文献65

第2章 太阳电磁辐射67

2.1概述67

2.1.1地球大气外太阳电磁辐射谱68

2.1.2太阳活动对太阳电磁辐射的影响73

2.2太阳可见光和红外辐射78

2.3太阳的短波电磁辐射80

2.3.1宁静太阳的短波辐射81

2.3.2太阳耀斑的短波辐射99

2.4太阳射电辐射108

2.4.1太阳射电辐射的一般特征108

2.4.2太阳射电爆发分类110

2.4.3 10.7 cm射电辐射通量及其变化112

参考文献114

第3章 太阳风和日球磁场115

3.1引言115

3.2太阳风和行星际磁场的基本参量116

3.2.1太阳风等离子体的平均特性116

3.2.2太阳风的变化特征119

3.2.3太阳风高速流和行星际激波121

3.2.4太阳风的组分123

3.2.5粒子按速度的分布函数124

3.3等离子体在磁场内的运动127

3.3.1单个带电粒子运动127

3.3.2德拜屏蔽131

3.3.3等离子体振荡132

3.4太阳风的定态模型134

3.4.1多方模型134

3.4.2计及热导率和黏度的模型136

3.4.3二流体模型136

3.4.4波的作用138

3.4.5等离子体旋转和磁场139

3.4.6动力学模型140

3.5日球磁场140

3.6日球磁场的起源143

3.7日球磁场的一种可能模型144

3.8太阳风和日球磁场的扰动146

3.8.1涨落谱147

3.8.2大尺度不均匀性148

3.8.3小尺度不均匀性152

3.8.4间断性153

参考文献156

第4章 太阳宇宙线157

4.1引言157

4.2带电粒子在磁场中的运动159

4.2.1能量粒子的磁刚度159

4.2.2粒子群的描述162

4.2.3带电粒子在非均匀磁场中的运动163

4.2.4绝热不变量166

4.3太阳能量粒子的发生和加速172

4.4太阳能量粒子的传播174

4.4.1太阳粒子在日冕内的传播174

4.4.2太阳能量粒子在行星际空间的传播178

4.5太阳宇宙线的组分和粒子能谱185

4.5.1太阳宇宙线的组分185

4.5.2太阳宇宙线的粒子能谱187

4.6太阳宇宙线统计规律190

4.6.1太阳宇宙线的刚度及其截止值198

4.6.2质子增强事件按粒子通量的分布222

4.6.3质子事件与太阳活动223

4.6.4太阳宇宙线与相应耀斑的日面经度和纬度的关系224

4.6.5太阳宇宙线随时间的演化227

4.7太阳宇宙线能谱的计算230

4.7.1太阳宇宙线按累积通量和峰通量的分布函数230

4.7.2太阳宇宙线的粒子能谱232

4.7.3给定时间内的随机粒子通量234

4.7.4地球轨道外太阳宇宙线的粒子通量与日心距的关系238

4.8行星际空间能量粒子分布的数学描述238

4.8.1扩散传播模型238

4.8.2费克-普朗克方程及其数值解241

4.8.3粒子输运的蒙特-卡罗方法243

4.8.4近似解析解245

4.8.5计及行星际磁场聚焦作用的求解246

参考文献250

第5章 银河宇宙线和反常宇宙线252

5.1引言252

5.2银河宇宙线的成分252

5.3星际银河宇宙线能谱256

5.4地球附近的银河宇宙线能谱258

5.4.1调制效应258

5.4.2 1011 ～1017 eV能量范围银河宇宙线能谱特征262

5.4.3银河宇宙线的各向异性265

5.4.4能量高于1017 eV的银河宇宙线能谱特征267

5.5宇宙线在银河内的传播268

5.5.1星际介质的基本参量268

5.5.2宇宙线在银河磁场内的扩散268

5.5.3宇宙线在银河规则磁场内漂移269

5.5.4分形扩散270

5.6银河宇宙线的起源270

5.6.1超新星爆炸可能是银河宇宙线的主要起源270

5.6.2激波加速的标准模型271

5.6.3其他加速机制272

5.7反常宇宙线273

5.7.1反常宇宙线的特征273

5.7.2反常宇宙线的起源及其在日球内的传播275

5.7.3粒子在日球边界的加速276

5.7.4反常宇宙线的调制和边界激波的位置276

5.7.5反常宇宙线粒子的地磁场俘获及其离子电荷态277

5.7.6低地球轨道高度上反常宇宙线和银河宇宙线的线性能量传递谱278

5.8银河宇宙线模式280

5.8.1银河宇宙线模式的基本特征280

5.8.2近星际空间的粒子能谱和调制函数的基本形式281

5.8.3调制函数的结构282

5.8.4银河宇宙线在地球轨道外的粒子通量284

5.8.5银河宇宙线模式精确度286

参考文献287

第6章 地磁层290

6.1引言290

6.2地磁场及其活动性290

6.2.1基本地磁要素和常用坐标系291

6.2.2地磁场的起源295

6.2.3主磁场及其长期变化295

6.2.4地磁场的短期变化300

6.2.5地磁脉动302

6.2.6地磁活动指数309

6.3带电粒子在地磁场内的运动313

6.3.1回旋运动313

6.3.2振荡（反冲）运动315

6.3.3漂移运动317

6.4地磁层的结构319

6.5地磁层规则磁场325

6.6磁层亚暴、磁暴和粒子暴327

6.6.1磁层亚暴327

6.6.2磁暴329

6.6.3粒子暴333

6.7磁层动力学模式334

6.8磁尾电流在磁暴发展中的作用335

6.9地磁层的外部等离子体区域339

6.9.1过渡层和从舷激波至太阳风流上游的区域339

6.9.2磁尾等离子体片340

6.9.3粒子在磁尾的加速343

6.10环电流344

6.10.1引言344

6.10.2环电流粒子的组分、空间分布和能谱345

6.10.3环电流的形成和衰减机制351

6.10.4环电流磁场353

6.11航天器的表面充放电效应353

6.11.1概述353

6.11.2航天器表面充电的物理机制354

6.11.3航天器表面充电的机制356

6.11.4航天器食充电、绝对充电及不等量充电357

6.11.5低地球轨道上未加偏压的物体358

6.11.6低地球轨道上加偏压的物体359

6.11.7航天器接地方式的选择360

6.11.8其他影响充电效应的因素362

6.11.9地球同步轨道等离子体环境364

6.11.10极区等离子体环境367

6.11.11静电放电效应367

6.11.12航天器异常充电和弧光放电的关联及放电故障对策368

参考文献370

第7章 地球辐射带373

7.1引言373

7.2地球辐射带的结构373

7.3辐射带粒子源和动力学过程378

7.3.1辐射带粒子源378

7.3.2辐射带粒子损耗与填充380

7.4质子和离子辐射带383

7.4.1稳态辐射带383

7.4.2在磁暴期辐射带的变化385

7.5电子辐射带387

7.5.1稳态电子辐射带387

7.5.2电子通量在外电子辐射带周围地区的变化387

7.5.3外辐射带相对论性电子的扩散波389

7.5.4外辐射带电子通量的季节性变化389

7.5.5外辐射带电子通量极大值与太阳活动周期的关系390

7.5.6强磁暴期的电子辐射带391

7.5.7相对论性电子通量极大值位置与磁暴强度的关系395

7.6地球辐射带低高度的能量粒子通量396

7.7地球辐射带粒子的湮没398

7.8辐射带模式问题402

参考文献406

第8章 地球大气层409

8.1概述409

8.2地球大气层的结构411

8.2.1地球大气分层411

8.2.2地球大气模式417

8.2.3地球大气的流体动力学描述420

8.3地球大气环流、波动和潮汐422

8.3.1大气环流（风）422

8.3.2地球大气的波动、振荡和潮汐424

8.4高层大气物理学428

8.4.1大气成分428

8.4.2大气臭氧432

8.4.3大气层内的云量和气溶胶434

8.5大气层对外界扰动的响应437

8.6地球气候及其变化448

8.6.1天文学因素448

8.6.2地球物理学因素449

8.6.3气象学因素450

8.6.4当代气候的变迁450

8.7原子氧及其他中性气体环境455

8.7.1概述455

8.7.2原子氧的形成和环境描述456

8.7.3原子氧效应459

8.7.4其他中性大气462

8.7.5太空航天器辉光现象465

8.8真空环境465

8.8.1概述465

8.8.2真空环境效应467

8.8.3协同效应474

参考文献475

第9章 地球大气电离层477

9.1引言477

9.2电离层的形成和结构特征479

9.2.1电离层的形成479

9.2.2电离层的结构特征497

9.3电离层规则参量的演化501

9.3.1昼夜演化501

9.3.2季节演化502

9.3.3太阳活动周期的演化502

9.4电离层扰动503

9.4.1电离层电磁辐射扰动503

9.4.2电离层微粒子流扰动504

9.4.3电离层暴508

9.5电离层的气象学效应508

9.6人为活动对电离层的扰动509

9.7无线电波在电离层的传播511

参考文献513

第10章 微流星体与空间碎片514

10.1引言514

10.2微流星体和空间碎片的起源514

10.3微流星体和空间碎片的成分515

10.4微流星体和空间碎片的分布特征516

10.5微流星体和轨道碎片环境525

10.5.1微流星体525

10.5.2轨道碎片环境528

10.6微流星体和空间碎片的效应532

10.6.1微流星体和空间碎片的异同532

10.6.2微流星体和空间碎片对航天器的损伤532

10.7微流星体和空间碎片的防护对策535

10.8风险评估与轨道碎片的再入536

10.8.1风险评估536

10.8.2轨道碎片的再入537

10.9俄罗斯/美国卫星对撞引起的思考537

参考文献540

第11章 月球和太阳系行星周围的环境状态541

11.1引言541

11.2月球542

11.2.1概述542

11.2.2月球重力场结构545

11.2.3月球磁场546

11.2.4月球大气层——外逸层547

11.2.5月球的地形与地貌547

11.2.6月球化学组成和矿物549

11.2.7月球岩石和陨石551

11.2.8月壤及其氦—3资源551

11.2.9月球表面的流星体通量554

11.2.10月球附近的电离辐射555

11.2.11月球的反射和固有辐射556

11.2.12月球环境及其影响557

11.2.13我国的月球探测563

11.3水星565

11.3.1概述565

11.3.2水星重力场结构的可能特征565

11.3.3水星磁场566

11.3.4水星大气层和磁层567

11.3.5水星附近的流星体通量567

11.4金星568

11.4.1概述568

11.4.2金星重力场568

11.4.3金星大气569

11.4.4金星电离层570

11.4.5金星的温室效应571

11.5火星572

11.5.1概述572

11.5.2火星的重力场和内部结构572

11.5.3火星的磁场和电离层573

11.5.4火星大气层574

11.5.5火星表面、土壤和冰冠576

11.5.6火星探测的新进展577

11.6木星579

11.6.1概述579

11.6.2木星重力场579

11.6.3木星大气层和内部结构580

11.6.4木星的磁场和磁层582

11.6.5木星环和木星天然卫星系统585

11.7土星586

11.7.1概述586

11.7.2土星重力场586

11.7.3土星大气层586

11.7.4土星的磁场和磁层587

11.8天王星588

11.8.1概述588

11.8.2天王星的重力势588

11.8.3天王星大气层和内部结构588

11.8.4天王星磁场和磁层589

11.9海王星589

11.9.1概述589

11.9.2海王星的重力场590

11.9.3海王星的大气层和内部结构590

11.10行星及其卫星的基本数据591

参考文献605

第12章 空间环境监测和空间天气预报607

12.1概述607

12.2空间辐射环境的扰动609

12.2.1空间辐射环境预报必要性609

12.2.2空间辐射环境概述610

12.2.3银河宇宙线611

12.2.4地球辐射带612

12.2.5太阳能量粒子事件615

12.3航天器轨道辐射环境特点616

12.3.1低地球轨道辐射环境616

12.3.2地球同步转移轨道辐射环境617

12.3.3地球同步轨道辐射环境617

12.3.4对地磁层外空间活动的影响618

12.4空间粒子辐射环境影响618

12.4.1对航天器工程的影响618

12.4.2对人体和其他生物系统的影响619

12.5空间粒子辐射对地球大气的影响619

12.6非空间粒子辐射效应620

12.7空间天气的预报621

12.7.1太阳活动预报622

12.7.2银河宇宙线预报623

12.7.3地球辐射带状态和地磁暴预报623

12.7.4太阳能量粒子辐射预报624

12.8空间粒子辐射环境的观测626

12.8.1地磁层的监测626

12.8.2太阳和行星际空间监测626

12.9空间天气分级和预报信息源628

12.9.1空间天气分级628

12.9.2主要的空间天气信息源631

参考文献632

后记633