Collisionless Shocks in the Heliosphere pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Amer Geophysical Union

作者:Tsurutani, Bruce T. (CON)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1985-12

价格:USD 36.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780875900612

丛书系列:

图书标签:

• Heliosphere
• Collisionless Shocks
• Space Physics
• Plasma Physics
• Solar Wind
• Interplanetary Shocks
• Astrophysics
• Geophysics
• Magnetohydrodynamics
• Space Weather

星际尘埃与等离子体的交响：太阳系边缘的物理边界 图书名称： 星际介质中的磁流体力学波与粒子加速 图书简介： 本书深入探讨了在太阳系边缘及更广阔的星际介质中，由高能粒子、磁场与稀薄等离子体相互作用所驱动的复杂物理现象。我们聚焦于磁流体力学（MHD）波的传播、耗散机制，以及这些机制如何驱动宇宙射线的前身粒子加速至相对论性速度。本书的叙述旨在为研究太阳物理学、空间等离子体物理学以及高能天体物理学的学者提供一个全面且严谨的理论框架与最新的观测验证。 第一部分：星际介质的背景与基础理论 本书伊始，我们将回顾太阳系外围环境的物理学基础。太阳风的起源、演化及其与星际介质（ISM）的相互作用构成了理解更深层次物理过程的必要背景。我们将详细梳理太阳风的超音速膨胀、冷却机制，以及在日球层顶（Heliopause）附近所形成的复杂结构。 1.1 磁流体力学的再审视：各向异性和非线性效应 传统的MHD框架在描述极端环境下的等离子体行为时存在局限性。本部分将重点分析各向异性对波传播速度和衰减率的影响。特别地，我们将深入探讨阿尔芬波（Alfvén Waves）在线性与非线性状态下的行为差异。非线性效应，如波包的自聚焦、波与波的相互作用（Wave-Wave Interaction），被视为能量向小尺度耗散的关键途径。我们采用先进的数学工具，如KdV方程的推广形式，来精确描述磁场扰动在非均匀介质中的传播特性。 1.2 输运过程的微观基础：玻尔兹明方程与各向异性扩散 虽然宏观上采用MHD描述，但粒子的能量分布和输运过程必须通过描述相空间分布函数的玻尔兹明方程来刻画。本书将重点阐述在强磁场梯度和曲率存在下，粒子如何经历磁矩守恒的破坏与恢复。我们将详细推导和分析各向异性扩散系数，该系数是描述粒子在磁力线之间跳跃和穿越磁场拓扑结构的关键参数。这包括对平行于磁场的扩散（$kappa_{||}$）和垂直于磁场的扩散（$kappa_{perp}$）的精确计算，特别关注磁场重联事件中垂直扩散的增强。 第二部分：高能粒子加速的机制探究 在太阳系边缘，宇宙线粒子（特别是太阳系外起源的银河宇宙射线，GCRs）与太阳风的相互作用是能量级联的关键场。 2.1 驻波场加速模型：散射与能级提升 本章将聚焦于“驻波场加速”（Stochastic Acceleration）机制在边界处的有效性。我们假设在日球层顶或弓激波（Bow Shock）上游存在着由湍流激发的低频磁场扰动。粒子通过与这些波的多次弹性或非弹性散射过程获取能量。我们将建立一套基于蒙特卡洛模拟的框架，以量化散射的平均自由程、散射角分布对最终能谱的影响。重点分析了多重散射过程如何将粒子的能谱从幂律形式推向更陡峭的分布，这与观测到的低能GCRs谱线有显著关联。 2.2 冲击加速：费米机制的改进与能谱的形成 虽然本书不直接讨论太阳系内的经典弓激波，但其背后的费米加速原理是理解所有高能粒子起源的基石。我们将探讨在非理想MHD条件下，即存在有限的离子-电子热传导和电导率的边界层，经典一级费米加速（一阶，朗之万机制）的效率如何被调制。特别关注穿越边界的等离子体流速的不均匀性，如何影响加速因子 $alpha$ 的时间演化。我们还引入了边界层内耗散的等离子体波谱，这些波谱通过将粒子束与背景场耦合，提高了注入效率。 2.3 磁重联与场对场的加速（Field-Aligned Current Acceleration） 在复杂的磁拓扑结构中，磁重联被认为是快速释放磁能并将其转化为粒子动能的最有效过程之一。本书将详细分析Sweet-Parker和Petschek模型在低扩散系数下的局限性，并转向使用双流体模型（Two-Fluid Model）来描述重联区内电子和离子尺度的物理过程。我们将展示电子在重联平面内被加速到显著高于离子尺度的能量，并讨论这种非热电子组分如何影响下游等离子体的再加热。 第三部分：湍流耗散与能量级联 能量最终的耗散和转化为热能的过程，是决定星际介质整体温度和密度的关键。 3.1 湍流谱的演化与逆向级联 在星际介质中，湍流通常表现出从大尺度向小尺度的能量级联。然而，在某些条件下，例如存在强背景磁场或等离子体密度梯度时，湍流可能会发生逆向级联（Inverse Cascade）。我们将运用统计力学方法，分析磁场起伏的能量密度如何从离子尺度（$10^5$ km）向阿尔芬尺度（$10^8$ km）回流，以及这种回流如何影响低频波的激发和星际介质的磁场重联发生率。 3.2 等离子体波与粒子耦合：弛豫过程 湍流的终极命运是通过等离子体波（如电子等离子体波、离子声波）将动能转化为热能。本书详细分析了非线性朗之万方程（NLLE）在描述弛豫过程中的应用。我们考察了波谱指数与粒子分布函数之间的自洽耦合，特别是当粒子分布函数偏离麦克斯韦分布时，如何通过激发等离子体不稳定性来加速能量耗散，从而将高能粒子注入的能量平滑地融入背景等离子体的热浴中。 3.3 输运系数的尺度依赖性 我们将总结前面各部分所得出的关键结果：即在不同的尺度（从日球层顶到星际云边界），等离子体的输运系数（如热导率、粘滞性和扩散系数）表现出强烈的尺度依赖性和磁场取向依赖性。通过整合这些尺度依赖性，本书旨在建立一个跨尺度的、统一的星际介质能量和动量输运模型，以解释为什么在不同的空间区域，我们观测到的粒子能谱和介质温度存在显著差异。 本书的结论部分将概述当前模型在预测高能粒子流量和解释星际磁场结构方面的成功与挑战，并指出未来使用高精度空间探测器数据来验证非线性MHD效应和粒子加速机制的前沿方向。

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从实用的角度来看，这本书的参考文献部分做得尤为出色，它构建了一个庞大而有序的知识网络。作者似乎倾尽心力，收录了从早期奠基性的论文到最新发表在顶级期刊上的成果，并且很多关键引用都带有简短的注释，说明了该文献在特定理论发展中的核心贡献。这对于希望进行更深入研究的读者来说，简直是如获至宝，省去了大量在浩瀚的文献海洋中摸索的时间。此外，书后附带的术语表和符号索引也做得非常详尽，查阅起来极为便捷。总而言之，这本书的制作精良，内容扎实，结构严谨，它不仅仅是一本专业的参考书，更是一部能够激发读者探索欲望的知识宝库，展现了作者深厚的学术功底与卓越的表达艺术的完美结合。

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我对这本书的章节划分和逻辑递进感到由衷的赞叹，作者在处理如此高深莫测的物理现象时，展现出一种近乎艺术家的组织能力。从最基础的等离子体动力学原理引入，循序渐进地铺陈到宏观的太阳风结构，每一步过渡都显得自然而然，仿佛是精心设计的阶梯，确保即便是背景知识稍显薄弱的读者，也能紧跟其后。最让我印象深刻的是，作者并没有满足于纯理论的阐述，而是巧妙地穿插了大量历史性的观测数据和里程碑式的实验结果，这些“活”的历史为抽象的物理定律提供了坚实的锚点。这种理论与实践的完美融合，让整个叙述脉络清晰，不再是枯燥的公式堆砌，而是一部有血有肉的科学探索编年史。读完某一章节后，总有一种豁然开朗的感觉，仿佛作者在迷雾中为我点亮了一盏指路的明灯，使得原本晦涩难懂的概念变得触手可及。

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书中对当前研究前沿的把握和展望部分，让我感受到了作者作为领域内顶尖学者的深厚洞察力。并非仅仅停留在对经典理论的梳理，而是深入剖析了当前数据分析中遇到的瓶颈，以及未来十年内可能出现的观测技术突破将如何重塑我们对这些极端物理现象的理解。特别是在讨论某些长期悬而未决的理论争议时，作者展现了极高的学术担当，既公正地呈现了不同学派的观点，又清晰地指出了各自的优势与局限，没有丝毫偏颇或武断。这种对学科发展脉络的清晰梳理和对未来方向的审慎预判，使得这本书不仅仅是一本知识的总结，更像是一份富有前瞻性的行动指南，对于希望投身该领域研究的后学者来说，价值无可估量。

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这本书的语言风格极具个人魅力，作者的笔触冷静而精准，同时又蕴含着一种对未知世界近乎虔诚的热情。行文之中，很少出现那种为了故作高深而堆砌的晦涩术语，相反，即便是介绍最尖端的理论模型，作者也努力用清晰、甚至略带哲思的语言去描述其物理图像。例如，在解释能量耗散机制时，作者并非简单罗列方程，而是通过一系列精妙的比喻，将那些看不见摸不着的粒子相互作用，描绘成一场在宇宙尺度上上演的“碰撞与舞蹈”。这种叙述方式极大地降低了读者的心理门槛，让学习过程本身变成了一种享受。它不像某些教科书那样冷冰冰地陈述事实，而是带着一种邀请的姿态，邀请读者一同深入探索，这种亲切感在严肃的学术著作中是极为罕见的。

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这本书的装帧设计着实令人眼前一亮，那种厚重而又兼具现代感的纸张选择，以及封面上那幅深邃的星空图景，让人在翻开之前，就已经感受到一种知识的重量感和探索的神秘感。内页的排版布局也十分考究，字体大小、行距和边距的调整都恰到好处，阅读起来非常舒适，即便是长时间沉浸其中，眼睛也不会感到过分疲劳。特别是那些复杂的数学公式和图表，印刷得极为清晰锐利，即使用放大镜仔细观察细节，也找不到任何模糊或失真的情况。封面设计者显然深谙视觉传达的奥妙，那深蓝与星辰的对比，仿佛将读者直接拉入了宇宙深处，预示着一场关于能量与物质极端状态的智力冒险。这种对细节的极致追求，反映了出版方对内容本身的尊重，也极大地提升了阅读体验，让人愿意将它陈列在书架上，时不时地把玩一番，感受那份沉甸甸的学术气质。

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