等离子体天体物理学Ⅰ

Boris+V.+Somov

等离子体天体物理学研究空间中发生的电磁过程和现象，特别是宇宙物质中电磁性质的力所起的作用。等离子体是宇宙物质的主要物态，但由于人们对宇宙现象和宇宙等离子体的性质认识有限，等离子体宇宙学发展得很晚。Alven在1950年开展先驱性工作开辟了这一物理学的独立分支。其后，热核反应的研究极大地推进了等离子体的研究发展，而天体物理研究的发展进一步推动了等离子体天体物理学作为物理学一个分支的创立与发展。

从物理学观点看，等离子体天体物理学是等离子体理论中与空间低电阻率等离子体动力学相关的部分。很长时间里很少对其进行实验室研究。直到20世纪30年代，对于太阳和核聚变研究相继发展起来之后，等离子体天体物理学才逐渐成为一门实验科学。

本书全面、详尽的阐述了现代等离子体天体物理学的经典基础与当前应用的各个方面。第一版出版于2006年，主要面向天体物理、空间科学和地球物理的研究生及应用物理专业的高年级大学生，提供等离子体天体物理的最基础知识。

本书为第一卷，是对等离子体天体物理学最重要的一些论题的系统描述。主要目的是解决一些重要的问题，帮助研习天体物理的学生理解在等离子体天体物理学中通常用到的不同近似方法的相互关系和适用限制。作者希望本书能帮助年轻读者掌握等离子体天体物理学的现代方法和教会他们能实际应用这些方法解决具体问题。

本书共分20章：1. 粒子和场：精确的自洽描写；2. 相互作用粒子系统的统计描述；3. 具有二元碰撞的弱耦合系统；4. 等离子体中快粒子的传播；5. 在已知场中带电粒子的运动；6. 天体物理等离子体中绝热不变性； 7. 天体物理等离子体中波-粒子相互作用； 8. 天体物理等离子体中库仑碰撞； 9. 天体物理等离子体的宏观描写；10. 天体物理等离子体的多流体模型； 11. 等离子体中的广义欧姆定律；12. 天体物理等离子体中的单流体模型； 13. 天体物理中的磁流体动力学；14. 强磁场中的等离子体流；15. 天体物理等离子体中的MHD波；16. 在MHD介质中的不连续流； 17. MHD不连续流的演化； 18. 粒子被震动波加速； 19. 磁场中的等离子体平衡； 20. 磁场中的稳恒流。书末的三个附录分别介绍了符号、有用的表达式和一些常数。

为了把握对物理原理的连贯思考和在宇宙等离子体情况下给出简单描写的一些简化假设，作者建议读者通读本书的每一章，力求了解等离子体天体物理学的主线，即它的经典基础。从物理学而不是天文学应用的许多观点勾画出各种近似的适用范围。然后补充数学形式上可能丢失的一些步骤。书中提供了一些练习，有助于更好地理解本书的这一主题。

面对浩瀚文献，初入门的研究生常会感到困惑，为此作者试图尽可能的使本书自成体系，在书末提供了广泛的参考文章和补充阅读书目，供学生们查阅。考虑到科学史，特别是自然科学史对于学科的发展与理解的重要意义，本书的各章都在一开始做一些基本介绍，并引入一些实例加以说明。这些陈述不仅对于刚入门的学生，而且对于那些等离子体天体物理以及相邻的科学领域的专家们也会有参考价值。

丁亦兵，教授

（中国科学院大学）

Ding Yibing，Professor

（University of CAS）endprint