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目录 1

第一章 绪论 1

§1.1 引言 1

§1.2 等离子体基本参量 6

一、等离子体的独立参量n和T 6

二、德拜长度 8

三、等离子体振荡频率 13

四、电导率 15

§1.3 动力论方程 24

§1.4 宇宙等离子体的特点 27

第二章 单粒子轨道理论 30

§2.1 均匀稳恒电磁场中粒子的运动 31

一、E＝0 31

二、有限E值 33

三、重力场 37

§2.2 非均匀磁场中的漂移——横向梯度漂移和曲率漂移 38

§2.3 随时间变化电磁场中的漂移 42

§2.4 寝渐不变量 46

一、磁矩不变量μ 47

二、第二个寝渐不变量——纵向不变量J与费米加速机制 53

三、第三个寝渐不变量——磁通不变量φ 57

§2.5 带电粒子在地磁场中的运动 58

第三章 宇宙磁场位形理论 63

§3.1 宇宙磁场的特点 63

§3.2 偶极磁场和磁层 64

§3.3 无作用力场 71

一、势场 74

二、线性无力场 74

三、非线性无力场 77

§3.4 扇形磁场 84

第四章 磁流体力学理论及其在宇宙等离子体中的一些应用 88

一、导电流体描述的适用性条件 90

§4.1 磁流体力学的基本方程 90

二、磁流体力学方程 92

§4.2 完全电离等离子体的二流体模型、广义欧姆定律、冷等离子体方程 96

一、完全电离等离子体的二流体模型 96

二、广义欧姆定律 99

三、冷等离子体方程 103

四、矩方程与磁流体力学方程 105

§4.3 导电流体中磁场的变化 109

一、磁场的扩散效应 110

二、磁场的冻结效应 112

三、量级分析法（或称量纲分析法），磁雷诺数Rm与导电流体中磁场的变化 118

一、磁压力和磁张力 121

§4.4 磁场应力 121

二、太阳黑子的平衡 125

三、“瓜籽效应” 126

§4.5 磁流体静力学 130

一、导电流体在磁场中的平衡与磁流体静力学方程 130

二、地球磁层尾的平衡位形 133

三、宁静日珥的平衡位形 138

§4.6 箍缩效应 149

一、平衡箍缩 149

二、动力箍缩 156

三、箍缩效应的一些应用 163

§4.7 发电机理论 166

一、一般讨论 166

二、天体有规磁场的维持…………………………………………？三、天体无规（局部）场的维持和放大的可能性 173

第五章 等离子体中的波动和能量的传输 176

§5.1 磁流体力学波动 178

一、阿尔芬波 179

二、可压磁流体中的波动 190

§5.2 冷等离子体中波动的一般理论 202

§5.3 CMA图 213

§5.4 热等离子体波 227

一、热等离子体中的低频波 227

二、热等离子体中的纵波 230

三、朗道阻尼的物理图象 239

四、等离子体波动的一般色散关系 243

第六章 宇宙等离子体中的激波 247

§6.1 流体力学激波的一般概念 250

一、平面激波的基本规律 250

二、激波的简单理论 254

§6.2 磁流体力学激波 258

一、间断面和相容性条件 258

二、磁激波的兰金-雨贡尼？方程 262

三、平行于磁场方向的激波 264

四、垂直于磁场方向的激波 266

§6.3 激波的厚度 269

§6.4 磁场的快速湮灭——佩切克（petschek）机制 271

一、中性电流片的帕克-斯维特机制 272

二、导电流体不可压情况下的佩切克机制 276

三、导电流体可压情况下的佩切克机制 286

§6.5 一维非定常流动——简单波 289

一、流体力学切向间断面的不稳定性 292

§6.6 无磁撞等离子体中的激波 299

一、无碰撞等离子体 299

二、无碰撞等离子体中激波的一般讨论 300

三、基本方程式 302

四、无碰撞等离子体中激波结构的分类 304

五、守恒关系和相容性条件 307

六、在麦克斯韦分布下的兰金-雨贡奥关系式 309

七、地球的弓激波 316

第七章 等离子体的宏观不稳定性与宇宙中的活动现象 319

§7.1 引言 319

§7.2 电流不稳定性 334

一、柱电流箍缩不稳定性的物理图象 334

二、存在纵向磁场的线箍缩面电流等离子体柱的不稳定性 339

三、具有体电流分布的箍缩等离子体柱的不稳定性 348

四、有流动情况下箍缩等离子体柱的扭曲不稳定性 353

五、电流不稳定性在太阳活动区物理上的一些应用 361

一、无磁场情况下的瑞利-泰勒不稳定性 367

§7.3 瑞利-泰勒不稳定性 367

二、磁流体中的瑞利-泰勒不稳定性 371

三、重力场中等离子体-磁场（真空）边界的稳定性问题 381

四、另一种瑞利-泰勒型不稳定性——磁场的不均匀性 385

所引起的不稳定性 385

五、宇宙等离子体中的应用实例：克鲁斯卡-史瓦西不稳 388

定性和宇宙γ射线爆 388

§7.4 开尔文-赫姆霍兹不稳定性 392

二、经典的流体力学开尔文-赫姆霍兹不稳定性 397

三、磁流体力学的开尔文-赫姆霍兹不稳定性 401

四、开尔文-赫姆霍兹不稳定性的应用 408

§7.5 交换不稳定性、磁力线剪切和端结的致稳效应 415

一、磁场中低β等离子体的交换不稳定性 416

二、萨德姆条件 425

三、磁力线剪切和端结的致稳效应 429

§7.6 有限电阻不稳定性 433

一、片箍缩有限电阻不稳定性 435

二、柱面形状的电阻不稳定性 461

三、无碰撞等离子体中的撕裂模不稳定性和磁尾动力学 467

四、中子星吸积盘的撕裂模不稳定性与快速X射线爆 473

§8.1 引言和伏拉索夫方程 479

一、引言 479

能影响 479

第八章 等离子体的微观不稳定性及其对宇宙物理过程的可 479

二、几种动力论方程 481

三、无碰撞等离子体与伏拉索夫方程 490

§8.2 静电波（朗缪尔波）与朗道阻尼，等离子体静电不稳定性的判据 500

一、等离子体中的静电波和朗道阻尼 500

二、静电不稳定性的判据 515

§8.3 川流（束流）不稳定性 526

一、二川流不稳定性（二束不稳定性） 527

二、束-等离子体不稳定性 530

三、比尤内门（Buneman）不稳定性 535

四、热运动对上述几种不稳定性的可能影响 537

五、离子声波不稳定性 539

六、讨论及应用 545

七、等离子体中另一种由电流驱动的不稳定性——电流相关不稳定性 553

§8.4 速度分布各向异性引起的不稳定性 556

一、一般讨论 557

二、沿磁场方向传播的不稳定模式 564

三、赫利斯不稳定性 569

四、损失锥不稳定性 573

§8.5 漂移不稳定性 579

一、非均匀等离子体平衡态的分布函数 580

二、漂移波 584

三、漂移不稳定性 589

四、影响漂移不稳定性增长的因素 592

五、漂移回旋不稳定性 596

六、对具有简化结构的磁层顶中低混杂漂移波不稳定性的讨论 598

§8.6 等离子体的微观不稳定性与反常电导率 607

一、引言 607

二、反常电导率理论 610

三、反常电导率的具体计算 625

四、结论和讨论 631

第九章 加速带电粒子的可能机制 632

一、费米加速的观测基础和物理基础 635

§9.1 费米加速机制 635

二、费米统计加速的理论基础 636

三、一阶费米加速和二阶费米加速 642

四、费米加速机制的能谱 643

五、讨论和应用 651

§9.2 电双层（或称空间电荷层、鞘层）理论 654

一、电双层的定义和性质 655

二、定常电双层的基本理论 659

三、电双层的实验和观测及其在宇宙等离子体中应用的实例 676

§9.3 等离子体湍动加速 685

一、引言 685

二、激发等离子体波湍动的因素 691

三、产生等离子体波湍动的基本理论 694

四、处理调制不稳定性的理论方法 702

五、在天体物理中强等离子体波湍动对电子的加速 709

§9.4 激波加速 713

一、激波波前附近粒子加速的一般原理 713

二、由激波加速的粒子能谱 717

三、无碰撞激波对粒子的加速 721

四、激波加速中的波-粒子互作用 734

五、随机加速的一些应用 742

§9.5　低频电磁波加速 744