目錄
前言
第1章 太陽(yáng)及其磁場(chǎng)簡(jiǎn)介1
1.1 磁流體力學(xué)1
1.2 發(fā)展簡(jiǎn)史1
1.3 太陽(yáng)的基本參數(shù)3
1.4 太陽(yáng)的分層結(jié)構(gòu)3
1.5 寧?kù)o太陽(yáng)、太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)5
1.6 太陽(yáng)磁場(chǎng)5
第2章 磁流體力學(xué)的基本方程7
2.1 電磁方程7
2.1.1 Maxwell方程組7
2.1.2 歐姆定律9
2.1.3 感應(yīng)方程15
2.1.4 電導(dǎo)率17
2.2 等離子體方程26
2.2.1 質(zhì)量守恒26
2.2.2 運(yùn)動(dòng)方程26
2.2.3 完全氣體定律32
2.3 能量方程32
2.3.1 能量方程的不同形式32
2.3.2 熱傳導(dǎo)35
2.3.3 輻射42
2.3.4 加熱44
2.3.5 能量及其轉(zhuǎn)換的物理過(guò)程49
2.4 總結(jié)51
2.4.1 假設(shè)51
2.4.2 方程的簡(jiǎn)化形式52
2.5 感應(yīng)方程的求解53
2.5.1 擴(kuò)散54
2.5.2 理想導(dǎo)電59
2.6 Lorentz力62
2.7 若干定理69
2.8 磁通管行為的總結(jié)74
2.9 電流片行為的總結(jié)80
2.9.1 電流片的形成過(guò)程82
2.9.2 電流片的性質(zhì)82
第3章 磁流體靜力學(xué)84
3.1 靜力學(xué)方程組84
3.2 磁場(chǎng)中的等離子體結(jié)構(gòu)86
3.3 磁通管的結(jié)構(gòu)(柱對(duì)稱)89
3.3.1 純軸向場(chǎng)91
3.3.2 純環(huán)向場(chǎng)91
3.3.3 無(wú)力場(chǎng)94
3.4 無(wú)電流場(chǎng)113
3.5 無(wú)力場(chǎng)115
3.5.1 一般原理116
3.5.2 簡(jiǎn)單的α=const解120
3.5.3 常α無(wú)力場(chǎng)的一般解125
3.5.4α不為常數(shù)(非線性)解130
3.5.5 無(wú)力場(chǎng)的擴(kuò)散132
3.6 磁流體靜力場(chǎng)134
第4章 波141
4.1 波的模式和基本方程141
4.1.1 基本模式141
4.1.2 基本方程142
4.2 聲波145
4.3 磁波146
4.3.1 剪切或扭轉(zhuǎn)Alfvén波148
4.3.2 壓縮Alfvén波153
4.4 內(nèi)重力波154
4.5 慣性波162
4.6 磁聲波168
4.7 聲-重力波177
4.8 磁聲-重力波(總結(jié))183
4.95 分鐘振蕩189
4.10 不均勻介質(zhì)中的波和磁界面的表面波190
第5章 激波206
5.1 激波的基本理論206
5.1.1 流體力學(xué)激波的形成206
5.1.2 磁場(chǎng)的作用214
5.2 流體力學(xué)激波215
5.3 磁流體力學(xué)激波234
5.3.1 間斷條件234
5.3.2 接觸間斷239
5.3.3 切向間斷240
5.3.4 旋轉(zhuǎn)間斷240
5.3.5 激波二側(cè)壓強(qiáng)和密度的關(guān)系242
5.3.6 快激波和慢激波246
5.4 斜激波249
5.4.1 躍變關(guān)系249
5.4.2 快、慢激波小結(jié)255
5.4.3 中間波257
5.5 平行和垂直于磁場(chǎng)方向的激波傳播259
第6章 太陽(yáng)上層大氣加熱264
6.1 日冕的加熱264
6.1.1 色球和日冕的特征266
6.1.2 色球環(huán)和日冕環(huán)以及觀測(cè)特征267
6.2 冕環(huán)模型的物理特征270
6.2.1 冕環(huán)能量平衡的靜態(tài)模型272
6.2.2 壓強(qiáng)均勻的環(huán):定標(biāo)定律273
6.2.3 色球環(huán)和冕環(huán)的動(dòng)力學(xué)模型274
6.3 MHD波加熱283
6.3.1 邊緣和足點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的共振吸收283
6.3.2 均勻介質(zhì)中Alfvén波的衰減285
6.3.3 相位混合加熱色球和日冕286
6.4 磁重聯(lián)加熱293
6.5 Alfvén波的非線性耦合294
6.6 日冕加熱研究的展望295
第7章 不穩(wěn)定性297
7.1 分析方法297
7.2 方程的線性化300
7.3 簡(jiǎn)正模方法304
7.4 能量原理313
7.5 不穩(wěn)定性例329
7.5.1 交換不穩(wěn)定性329
7.5.2 撕裂不穩(wěn)定性347
7.5.3 電阻不穩(wěn)定性354
7.5.4 電流對(duì)流不穩(wěn)定性371
7.5.5 輻射驅(qū)動(dòng)的熱不穩(wěn)定性373
7.5.6 Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定性374
第8章 黑子380
8.1 磁對(duì)流380
8.1.1 物理效應(yīng)380
8.1.2 線性穩(wěn)定性分析386
8.1.3 磁通量的排擠及集中395
8.2 磁浮力409
8.2.1 定性描述409
8.2.2 磁浮力不穩(wěn)定410
8.2.3 太陽(yáng)磁通管的上升431
8.3 黑子的冷卻433
8.4 黑子的平衡結(jié)構(gòu)436
8.4.1 磁流體靜力學(xué)平衡436
8.4.2 黑子的穩(wěn)定性447
8.5 黑子半影453
8.6 黑子的演化454
8.6.1 黑子的形成454
8.6.2 黑子的衰減460
8.7 強(qiáng)磁通管463
8.7.1 細(xì)磁通管的平衡464
8.7.2 強(qiáng)磁場(chǎng)不穩(wěn)定性466
8.7.3 針狀體的產(chǎn)生477
8.7.4 管波487
第9章 發(fā)電機(jī)理論498
9.1 磁場(chǎng)的維持498
9.2 Cowling定理499
9.2.1 無(wú)發(fā)電機(jī)定理499
9.2.2 發(fā)電機(jī)效應(yīng)簡(jiǎn)例——盤單極發(fā)電機(jī)500
9.2.3 自持發(fā)電機(jī)的特性502
9.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)發(fā)電機(jī)508
9.3.1 平均場(chǎng)和漲落場(chǎng)方程508
9.3.2 一階平滑近似510
9.3.3 α效應(yīng)和β效應(yīng)512
9.3.4 Braginsky的弱非軸對(duì)稱理論515
9.3.5 平均場(chǎng)電動(dòng)力學(xué),湍流發(fā)電機(jī)517
9.3.6 平均場(chǎng)電動(dòng)力學(xué)的α2發(fā)電機(jī)527
9.3.7 發(fā)電機(jī)波528
9.3.8 太陽(yáng)活動(dòng)周模型——α-ω發(fā)電機(jī)536
9.3.9 α-ω發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)波538
9.4 發(fā)電機(jī)理論的困難544
9.5 將來(lái)需要研究的問(wèn)題545
第10章 太陽(yáng)耀斑546
10.1 磁重聯(lián)的概述546
10.2 重聯(lián)概念的總觀546
10.3 二維零點(diǎn)547
10.4 電流片的形成547
10.5 磁重聯(lián)549
10.5.1 單向場(chǎng)549
10.5.2 擴(kuò)散區(qū)551
10.5.3 Petscheck機(jī)制554
10.6 簡(jiǎn)單磁環(huán)耀斑568
10.6.1 磁通浮現(xiàn)模型568
10.6.2 熱不平衡570
10.6.3 扭折不穩(wěn)定性572
10.6.4 電阻扭折不穩(wěn)定性575
10.7 雙帶耀斑576
10.7.1 無(wú)力平衡解的存在及解的多重性577
10.7.2 爆發(fā)不穩(wěn)定性578
10.7.3 主相:耀斑后環(huán)581
第11章 日珥(暗條)585
11.1 寧?kù)o日珥的觀測(cè)特征585
11.2 形成587
11.2.1 活動(dòng)區(qū)暗條在環(huán)中的形成590
11.2.2 冕拱中形成的暗條592
11.2.3 在電流片中形成的暗條596
11.2.4 熱不平衡597
11.3 簡(jiǎn)單磁拱的靜力學(xué)支撐601
11.3.1 Kippenhahn-Schlüter模型601
11.3.2 Kippenhahn-Schlüter的普遍模型603
11.3.3 外場(chǎng)613
11.3.4 磁流體力學(xué)穩(wěn)定性616
11.3.5 螺旋結(jié)構(gòu)617
11.4 對(duì)有螺旋場(chǎng)的磁位形的支撐621
11.4.1 電流片的支撐621
11.4.2 在水平場(chǎng)中的支撐626
11.5 日冕瞬變現(xiàn)象629
11.5.1 扭轉(zhuǎn)環(huán)模型631
11.5.2 無(wú)扭轉(zhuǎn)環(huán)模型638
11.5.3 數(shù)值模型643
11.5.4 模型的比較和展望643
參考文獻(xiàn)645
后記651
表目錄
表2.1 lnΛ隨T和n變化18
表2.2 λD與ne在太陽(yáng)高層大氣中的典型數(shù)值(Zombeck,1982)38
表4.1 波的驅(qū)動(dòng)力141
表4.2 斜Alfvén波與慢磁聲波性質(zhì)對(duì)比172
表4.3 不在垂直方向傳播的波動(dòng)解179
表5.1 激波后物理量的定性變化228
表5.2 由不同Δp/p1算出的相關(guān)物理量232
表5.3 快、慢激波的對(duì)比249
表5.4 三種波演化的比較258
表6.1 上層大氣的能耗(1W·m2=103erg·cm.2·s.1)(Withbroe and Noyes,1977)271
表8.1 磁通管浮出時(shí)間432
表8.2 臘腸型和扭折型管內(nèi)外波動(dòng)的比較(.vx為振幅)491
表8.3 m20和m2e與磁通管內(nèi)外波的關(guān)系492
表11.1 寧?kù)o暗條和活動(dòng)區(qū)暗條的形成高度612
表11.2 解析模型和數(shù)值模型的比較644
圖目錄
圖1.1 太陽(yáng)球體分層結(jié)構(gòu)4
圖1.2 太陽(yáng)表面大氣中溫度和質(zhì)量密度隨高度的變化4
圖2.1 與離子發(fā)生庫(kù)侖碰撞的電子軌道17
圖2.2 等離子體薄片19
圖2.3 Landau阻尼使波損失能量,加速粒子22
圖2.4 離子聲波受到阻尼23
圖2.5 (a)離子聲波受到阻尼小,波可以穩(wěn)定存在;(b)離子聲波不穩(wěn)定性與分布函數(shù)23
圖2.6 碰撞截面37
圖2.7 光學(xué)薄輻射損失中的Q(T)函數(shù)上方曲線對(duì)應(yīng)日冕豐度,下方為光球豐度[取自CHIANTI原子數(shù)據(jù)庫(kù),Dere等(2009)推導(dǎo).](1erg·s.1·cm3=10.13W·m3)43
圖2.8 磁擴(kuò)散(a)磁場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化;(b)磁力線在三個(gè)時(shí)刻的分布55
圖2.9 磁通量守恒:假如封閉曲線C1因等離子體運(yùn)動(dòng)變?yōu)镃2,t1時(shí)刻通過(guò)C1的通量等于t2時(shí)刻通過(guò)C2的通量61
圖2.10 磁力線守恒:假如等離子體流體元P1和P2,在時(shí)刻t1位于一根磁力線上,則在以后時(shí)刻t2總位于同一根磁力線上61
圖2.11 張力的方向64
圖2.12 (a)均勻磁場(chǎng)中,磁壓力P和張力T平衡;(b)磁場(chǎng)B(x).y,dB/dx>0磁壓強(qiáng)不平衡(P2>P1)65
圖2.13 對(duì)稱的彎曲磁場(chǎng)產(chǎn)生的合力(R)(方程(2.6-4))67
圖2.14 X型中性點(diǎn)附近的磁力線(a)處于平衡態(tài)(α=1);(b)不平衡態(tài)(α2>1)x軸上合力(壓力)R向著原點(diǎn),y軸上合力(張力)R向外68
圖2.15 磁通管的兩端面分別為S1和S2,分別有磁通量F1和F275
圖2.16 磁通管磁場(chǎng)強(qiáng)度B0→B,等離子體密度ρ0→ρ,尺度變化因子λ,λ76
圖2.17 (a)yz平面上的電流片,磁場(chǎng)B1跨過(guò)該平面旋轉(zhuǎn),變?yōu)锽2;(b)跨越中性電流片的平面(xz平面),磁場(chǎng)在中心部位消失,等離子體壓強(qiáng)為p0;(c)磁力線通過(guò)電流片時(shí),發(fā)生磁重聯(lián),中心部分的電流片分叉成兩對(duì)慢激波81
圖2.18 電流片示意圖83
圖3.1 磁力線與.z方向夾角為θ,s量度沿磁力線的距離85
圖3.2 等離子體位于垂直磁場(chǎng)中,等密度線位于水平方向,等壓線(虛線)為斜線,1,2,3壓強(qiáng)順次下降88
圖3.3 線箍縮93
圖3.4 均勻扭轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在兩個(gè)半徑上的磁力線97
圖3.5 (a)扭轉(zhuǎn)的磁通管從半徑a徑向膨脹至半徑a;(b)角向磁通量在磁通管最粗的部分聚合99
圖3.6 (3.5-8)式描述的冕拱模型的垂直和水平方向截面圖,取B0<0,陰影的磁環(huán)在冕拱底部,受有壓力,因此影響到整個(gè)高度122
圖3.7 一個(gè)扭轉(zhuǎn)黑子上方的磁場(chǎng)模型,由(3.5-9)式描述的垂直和水平方向的截面圖124
圖3.8 靜力場(chǎng)磁拱模型實(shí)線為磁力線,短劃線為等壓線,(a),(b)二例中的磁拱寬為L(zhǎng)=(2π/3)Λ,Λ是標(biāo)高(a)2αΛ=3;(b)2αΛ=5(Zweibel and Hundhausen,1982)139
圖4.1 (a)Alfvén橫波沿磁力線方向k傳播;(b)磁力線的壓縮和膨脹引起壓縮Alfvén波,傳播方向k,跨越磁力線146
圖4.2 實(shí)線圓為Alfvén波,短劃線為壓縮Alfvén波矢徑的長(zhǎng)度等于沿該方向傳播的波的相速度ω/k148
圖4.3 擾動(dòng)速度(v1)和磁場(chǎng)(B1)與平衡態(tài)磁場(chǎng)(B0)和波傳播方向(k)之間的關(guān)系(a)Alfvén波矢量v1和B1均垂直(k,B0)平面;(b)壓縮Alfvén波,v1和B1與(k,B0)共面150
圖4.4 長(zhǎng)度為π/k的磁通管因扭轉(zhuǎn)Alfvén波而振蕩151
圖4.5 等離子流體元反抗重力從高度z垂直移動(dòng)至z+δz處兩個(gè)位置上流體元外的密度分別是ρ0和ρ0+δρ0154
圖4.6 內(nèi)重力波的群速度(v2g=v2gx+v2gz)的方向垂直于錐面錐面由與z軸的夾角為θg的波矢環(huán)繞z軸生成161
圖4.7 轉(zhuǎn)動(dòng)軸和傳播方向間的關(guān)系163
圖4.8 速度矢量v1的方向頻率2ΩcosθΩ的慣性波沿k方向傳播,每一點(diǎn)v1⊥k,k矢量本身以角速度Ω繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)164
圖4.9 波矢k和轉(zhuǎn)動(dòng)角速度Ω的關(guān)系圖165
圖4.10 斜Alfvén波169
圖4.11 磁流體力學(xué)波的相速度與θB的關(guān)系:(a)cs>vA;(b)cs圖4.12 沿偏離磁場(chǎng)θB角度傳播的快、慢磁聲波,us和uf分別代表慢波和快波vA是Alfvén速度,cs是聲速(a)相速度;(b)群速度171
圖4.13 低頻區(qū)中k∥B的橫波色散圖(ωΩi)175
圖4.14 診斷圖頻率ω的聲重力波傳播區(qū)域陰影區(qū)域中擾動(dòng)不能傳播(a)角度θg的垂直方向的傳播;(b)水平波數(shù)kx的波在垂直方向的傳播ω=N和ω=kxcs的漸近線由虛線表示181
圖4.15 光球多處觀測(cè)的垂直速度作為時(shí)間的函數(shù),曲線之間的間隔為3角秒(約2200公里),相鄰曲線間速度差為0.4km·s.1189
圖5.1 激波的形成207
圖5.2 有限振幅的聲波,初始為正弦波,在均勻未擾介質(zhì)中傳播,變陡212
圖5.3 非線性的波形變陡的傾向,使流體的物理量(如密度、速度等)變?yōu)槎嘀狄虼吮仨毧紤]到粘滯粘滯力與變陡傾向的平衡,產(chǎn)生激波,近似為流體物理量的間斷面213
圖5.4 激波相對(duì)于激波前流體超聲速前進(jìn),超越原始正弦波的波谷,也在后面留下了尾部,激波形成后,初始正弦波變形為三角形213
圖5.5 消去激波和誘生激波214
圖5.6 激波前后物理量217
圖5.7 S為體積τ的界面,n是外法向單位矢量218
圖5.8 激波兩側(cè)熵的變化ΔS和Mach數(shù)M1間的關(guān)系226
圖5.9 靜止坐標(biāo)系中的速度關(guān)系230
圖5.10 活塞以v氣運(yùn)動(dòng)232
圖5.11 旋轉(zhuǎn)間斷241
圖5.12 激波前后的磁場(chǎng)分量242
圖5.13 磁流體激波后,熵增加245
圖5.14 等離子體流速v1取得與磁場(chǎng)平行250
圖5.15 三種斜激波引起磁場(chǎng)方向的變化254
圖5.16 垂直激波256
圖5.17 激波參考系中,磁場(chǎng)平行波前,垂直流動(dòng)速度259
圖6.1 磁力線滯后于水平運(yùn)動(dòng)的足點(diǎn),Bv和Bh分別為磁場(chǎng)的垂直和水平分量,vh為水平速度分量265
圖6.2 寧?kù)o太陽(yáng)中的磁力線267
圖6.3 半個(gè)超米粒元胞上方的磁力線(a)Gabriel模型:來(lái)自光球的磁通量集中于左下角,位于網(wǎng)絡(luò)邊界;(b)改造的模型:光球磁通量的一半位于元胞內(nèi)部磁力線從底部的正極出發(fā),終止于頂部的負(fù)極267
圖6.4 太陽(yáng)上層大氣靜態(tài)模型溫度結(jié)構(gòu),傳導(dǎo)、輻射和加熱在不同高度的作用271
圖6.5 對(duì)稱冕環(huán)的記號(hào),長(zhǎng)為2L,足點(diǎn)(s=0)的溫度為T0、密度為n0,環(huán)頂(s=L)的溫度和密度分別為Tmax和nmax,r是環(huán)高和基線一半長(zhǎng)度D之比,d是頂部和足點(diǎn)部分環(huán)截面直徑之比272
圖6.6 冕環(huán)中主要的流動(dòng):(a)虹吸;(b)針狀體;(c)漏泄;(d)蒸發(fā)275
圖6.7 冕環(huán)長(zhǎng)度100Mm,沿著會(huì)聚的冕環(huán)不同位置處的虹吸流速度(Cargill and Priest,1980)276
圖6.8 冕環(huán)通過(guò)蒸發(fā)或漏泄從一個(gè)平衡態(tài)演變至另一個(gè)平衡態(tài),取決于加熱率(或環(huán)長(zhǎng)度)的增加或減少276
圖6.9 (a)速度v1x的快波,由右向左傳播,在x=xr處共振吸收;(b)足點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的Alfvén波,有大的頻率范圍,僅與共振頻率相關(guān)的波在x=xr處被吸收285
圖6.10 磁場(chǎng)的基本幾何結(jié)構(gòu)在.y方向運(yùn)動(dòng)的足點(diǎn)激發(fā)剪切Alfvén波Alfvén波速度隨x而變(Heyvaerts and Priest,1983)287
圖7.1 一維系統(tǒng)的勢(shì)能W(x),x=0為平衡位置298
圖7.2 等離子流體元從平衡位置r0移動(dòng)至r,位移用ξ表示302
圖7.3 擾動(dòng)前重力場(chǎng)和磁場(chǎng)間的邊界305
圖7.4 擾動(dòng)后重力場(chǎng)和磁場(chǎng)間的邊界306
圖7.5 兩種均勻等離子體界面間的(a)初態(tài);(b)擾動(dòng)態(tài)306
圖7.6 磁場(chǎng)B(.)0.x支撐等離子體(陰影區(qū)),(a)平衡位形;(b).y方向脈動(dòng);(c).x方向脈動(dòng)307
圖7.7 (a)磁力線環(huán)繞平衡的等離子體柱;(b)柱體受到扭折擾動(dòng)316
圖7.8 扭折不穩(wěn)定性317
圖7.9 徑向分量ξR作為半徑R的函數(shù)磁通管的Euler-Lagrange方程(7.4-34)的典型解326
圖7.10 螺旋扭折不穩(wěn)定性圖均勻扭轉(zhuǎn)無(wú)力場(chǎng)磁通管兩端固定,長(zhǎng)為2 L,等效寬度a,沿磁通管的擾動(dòng)波數(shù)為k,Φ是扭轉(zhuǎn)角度326
圖7.11 (a)磁鏡;(b)交換擾動(dòng)329
圖7.12 簡(jiǎn)單磁鏡位形的交換不穩(wěn)定性331
圖7.13 (a)磁場(chǎng)約束等離子體,磁場(chǎng)凹向等離子體;(b)磁界面上的槽形位移332
圖7.14 磁約束中的凹槽形不穩(wěn)定性333
圖7.15 界面方向垂直磁場(chǎng),磁通管兩端的固定能穩(wěn)定長(zhǎng)波擾動(dòng)334
圖7.16 (a)線箍縮等離子體壓強(qiáng)p0磁場(chǎng)B0z.z電流j.z沿表面流動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)Bφbφ(b)界面上的臘腸擾動(dòng)335
圖7.17 虛宗量Bessel方程的兩個(gè)線性無(wú)關(guān)的解Im(x)和Km(x)343
圖7.18 撕裂不穩(wěn)定性347
圖7.19 非均勻電流片B′′0/B0<0的示意圖349
圖7.20 推導(dǎo)(7.5-47)的示意圖350
圖7.21 電流片中的電阻不穩(wěn)定性驅(qū)動(dòng)力Fd大于恢復(fù)力FL電流片寬度l明顯的擴(kuò)散發(fā)生在εl部分圖中僅顯示眾多波長(zhǎng)中的一個(gè)波長(zhǎng)355
圖7.22 (a)σ→∞,穩(wěn)定位形;(b)σ.=∞,磁擴(kuò)散;(c)σ.=∞,磁耗散,重聯(lián)364
圖7.23 撕裂模的色散關(guān)系ω=ω(k)(kl1,l是電流片的半寬度)Lu是Lundquist數(shù)371
圖7.24 電流對(duì)流不穩(wěn)定性(current convective instability)的形變?cè)鲩L(zhǎng)372
圖7.25 流體Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定性374
圖7.26 磁流體Kelvin-Helmholtz不穩(wěn)定性378
圖8.1 等離子流體元從r移動(dòng)至r+δr,流體元內(nèi)部密度減少.δρi,流體元外減少.δρ.380
圖8.2 等離子體底部加熱,磁場(chǎng)均勻384
圖8.3 過(guò)穩(wěn)定振蕩(a)等離子體上升時(shí),恢復(fù)力(張力)超過(guò)浮力(浮力起減穩(wěn)作用);(b)等離子體向下運(yùn)動(dòng)時(shí),張力和浮力都因擴(kuò)散減小,但合力增加(因?yàn)棣?ηm);(c)顯示下半周的振蕩II的振幅超過(guò)上半周I的振幅,這樣的過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行386
圖8.4 磁場(chǎng)均勻,對(duì)流穩(wěn)定曲線邊緣的形狀k為波數(shù),Ra為Rayleigh數(shù)391
圖8.5 不可壓縮流體上涌的流線398
圖8.6 圖8.5的上涌流體中垂直的磁通量密度在流體元邊緣逐漸聚集402
圖8.7 磁通從渦元中心排擠Rm=UL/η=250,經(jīng)過(guò)時(shí)間t/τ=1–10后的磁力線分布式中τ=5L/8U405
圖8.8 (a)磁力線;(b)流線;(c)軸對(duì)稱磁對(duì)流非線性定態(tài)的等溫線流體元中大部分磁通量已被排除,集中于以軸為中心的磁通管內(nèi)408
圖8.9 對(duì)流區(qū)的磁繩因磁浮力上升,穿過(guò)光球形成一對(duì)黑子409
圖8.10 磁浮力效應(yīng)的磁力線:(a)豎直平面上,場(chǎng)處于平衡態(tài);(b)某一高度處,受到擾動(dòng)的磁力線411
圖8.11 無(wú)量綱穩(wěn)定性圖輪廓線是上升率虛線代表最不穩(wěn)定的波長(zhǎng)426
圖8.12 Coriolis力的方向431
圖8.13 傾角分析432
圖8.14 垂直方向通過(guò)分層大氣的磁場(chǎng)436
圖8.15 黑子(單一磁通管)的磁力線438
圖8.16 等離子體包圍的磁繩等離子體中沒(méi)有磁場(chǎng)444
圖8.17 Parker模型黑子由磁通管束組成磁浮力和黑子下方的下沉氣流(虛線所示)的作用維持這種位形446
圖8.18 (a)黑子的增長(zhǎng)階段;(b)長(zhǎng)壽命黑子的緩慢衰減454
圖8.19 兩根磁通管的流體力學(xué)吸引(a)并排上升,速度為u;(b)前后相隨455
圖8.20 流體中兩個(gè)圓截面的平行磁通管,同沿x方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互吸引456
圖8.21 α作為h/a的函數(shù)圖456
圖8.22 (a)相鄰磁棒的頂端有相互作用;(b)兩相鄰磁通管上升,通過(guò)表面后擴(kuò)張459
圖8.23 光球下磁擴(kuò)散率ηm(單位為m2·s.1)和導(dǎo)熱率κ隨深度(.h,單位為Mm)的變化作為比較,光球上的渦流磁擴(kuò)散率為107—109m2·s.1461
圖8.24 磁場(chǎng)強(qiáng)度極大值(實(shí)線)和大黑子的面積(虛線)隨時(shí)間的典型變化場(chǎng)強(qiáng)的峰值位于3kG面積極大值是太陽(yáng)半球的4×10.4(Cowling,1946)463
圖8.25 細(xì)磁通管由外界壓強(qiáng)(pe)界定464
圖8.26 千高斯量級(jí)的磁通管是通過(guò)對(duì)流壓縮以及因輻射冷卻氣流下沉導(dǎo)致對(duì)流坍縮而形成的467
圖8.27 光球上方磁通管擴(kuò)張米粒組織的湍動(dòng)壓迫磁通管(由圖中符號(hào)表示)驅(qū)動(dòng)流動(dòng)沿管上升z>0和下沉z<0487
圖8.28 (a)磁薄層(磁通管)被無(wú)磁場(chǎng)的介質(zhì)包圍;(b)沿磁通管傳播的臘腸型擾動(dòng);(c)扭折型擾動(dòng)的傳播488
圖8.29 寬度2a的薄層(磁通管)內(nèi)的管波當(dāng)ce>c0>vA時(shí),相速度(ω/k)作為波數(shù)k的函數(shù)實(shí)線為臘腸模式,短劃線為扭折模式,陰影區(qū)域(薄層之外)不存在波模式493
圖8.30 薄片示意圖497
圖9.1 等離子體和磁場(chǎng)的相互作用499
圖9.2 軸對(duì)稱磁場(chǎng)子午面內(nèi)的磁力線500
圖9.3 過(guò)N點(diǎn)的封閉磁力線積分500
圖9.4 盤單極發(fā)電機(jī)501
圖9.5 鏡像對(duì)稱示意圖501
圖9.6 (a)初始極向場(chǎng)的磁力線(標(biāo)注為0)因較差轉(zhuǎn)動(dòng)拉伸至1和2的位置(實(shí)線箭頭);(b)磁力線上升和扭轉(zhuǎn)使環(huán)向場(chǎng)變成極向場(chǎng)503
圖9.7 相互垂直磁環(huán)的坐標(biāo)示圖529
圖10.1 (a)X型中性點(diǎn)附近的磁場(chǎng),演化為有電流片的場(chǎng),其端點(diǎn)如(b)Y型,或者如(c)反向電流和奇點(diǎn)548
圖10.2 電流片中的磁湮滅(a)駐點(diǎn)流動(dòng)(.)將方向相反的磁力線(——)從兩側(cè)帶入電流片擴(kuò)散區(qū)(陰影區(qū))內(nèi)磁場(chǎng)不再凍結(jié),磁能通過(guò)歐姆耗散轉(zhuǎn)換為熱能;(b)磁場(chǎng)強(qiáng)度B作為x的函數(shù),k=v0/a歸入單位中虛線表示ηm=0時(shí),B與x的關(guān)系551
圖10.3 定態(tài)磁重聯(lián)位形強(qiáng)度Be方向相反的磁力線因凍結(jié)在等離子流體被速度ve的匯聚流動(dòng)帶動(dòng),相互靠攏,進(jìn)入尺度為l和L的擴(kuò)散區(qū),在中性點(diǎn)N重聯(lián),然后從兩端拋射出去552
圖10.4 擴(kuò)散區(qū)(陰影區(qū))位形圖554
圖10.5 Petscheck模型實(shí)線為磁力線,長(zhǎng)劃線為流線,點(diǎn)線為慢激波555
圖10.6 擴(kuò)散區(qū)示意圖556
圖10.7 反轉(zhuǎn)區(qū)示意圖561
圖10.8 計(jì)算的厚度Z和Bz作為距中心線的距離x的函數(shù)(計(jì)入電子慣性)虛線是Petscheck得到的對(duì)于x大和x小的漸近結(jié)果上圖Z用λe歸一成為Z/λe,下圖對(duì)于x大的情況,Bz和vx分別用它們的漸近值歸一567
圖10.9 簡(jiǎn)單磁環(huán)耀斑(小耀斑)磁通浮現(xiàn)機(jī)制569
圖10.10 環(huán)頂?shù)钠胶鉁囟萒1作為加熱項(xiàng)H的函數(shù)(H以T=2×104K和ne=5×104m.3時(shí)的輻射損失為單位)不同數(shù)值的無(wú)量綱半長(zhǎng)度(L=[Q/(κ0T7/2)]1/2neL)作為參數(shù)(Hood and Priest,1981)571
圖10.11 不同扭轉(zhuǎn)(Φ)磁場(chǎng)的扭折不穩(wěn)定性(m=1),β=2μp∞/B20,p∞是日冕壓強(qiáng),B0是沿軸的均勻場(chǎng)(a)β=0和環(huán)的縱橫比L/a不同的穩(wěn)定圖在(10.6-3)式所示的擾動(dòng)下,每根曲線的左邊是穩(wěn)定的,右邊不穩(wěn)定當(dāng)R=a(在環(huán)的邊緣)時(shí)扭轉(zhuǎn)是12Φ(0)(b)當(dāng)R=a時(shí),L/a和β改變時(shí)的臨界Φcrit的變化574
圖10.12 磁拱演變成雙帶耀斑的全過(guò)程說(shuō)明見(jiàn)正文577
圖10.13 無(wú)力場(chǎng)磁力線足點(diǎn)在光球xy平面上的位移d(x)原先磁力線位于xz平面,d=0578
圖10.14 對(duì)稱的圓柱磁拱對(duì)稱軸z位于:(a)光球(y=0)以下h處;(b)光球以上h處磁力線在垂直的xy平面上的投影是圓弧(根據(jù)(Priest and Milne,1980))579
圖10.15 耀斑前兆可能的磁位形,假設(shè)耀斑纖維沿磁通管分布弱扭轉(zhuǎn)的磁通管位于磁拱內(nèi),錨定在它的端點(diǎn)上579
圖10.16 發(fā)生不穩(wěn)定性的充分條件磁通管位于磁拱內(nèi),產(chǎn)生不穩(wěn)定性所需之扭轉(zhuǎn)量Φ=2L/b磁通管長(zhǎng)為2L,軸位于光球上方高度d處Φ大于臨界值(即每根曲線的右方)就有一組波數(shù)對(duì)應(yīng)不穩(wěn)定581
圖10.17 耀斑爆發(fā)后的磁場(chǎng)位形(磁位形)(a)正負(fù)兩極開(kāi)放的磁力線,中間(虛線)為中性片;(b)耀斑后,磁重聯(lián)期間,磁環(huán)上升vs:沿開(kāi)放磁力線的太陽(yáng)風(fēng)速度;vn:磁力線本身向中性片運(yùn)動(dòng)速度中性片隔開(kāi)了方向相反的磁場(chǎng)582
圖10.18 冷物質(zhì)的凝聚和下落584
圖11.1 日珥的磁位形(a)Kippenhahn-Schlüter模型,磁力線的凹陷產(chǎn)生的張力支撐日珥;(b)Kuperus-Raadu模型支撐日珥的力來(lái)自磁場(chǎng)垂直方向的梯度586
圖11.2 靜態(tài)冕環(huán)頂?shù)臏囟萒1作為壓強(qiáng)(p)的函數(shù)當(dāng)達(dá)到pcrit時(shí),等離子體沿虛線冷卻至一個(gè)新平衡態(tài),溫度遠(yuǎn)低于Tcrit591
圖11.3 暗條的動(dòng)力學(xué)模型日冕等離子體密度nc從兩邊進(jìn)入速度Vc暗條,然后沿磁場(chǎng)逐漸慢慢落下592
圖11.4 左邊為f和g的略圖;右邊為磁拱頂部溫度(T1)作為高度(H)的函數(shù)596
圖11.5 長(zhǎng)度L和寬度l的處于平衡態(tài)的中性片的符號(hào)圖597
圖11.6 中性片中的暗條形成(a)外場(chǎng)B(G)取不同值時(shí),處于平衡態(tài)的中性片長(zhǎng)度(m)作為溫度(T20)的函數(shù);(b)暗條形成過(guò)程中,中性片溫度T2的時(shí)間演化中性片長(zhǎng)度為L(zhǎng)(1+ε),磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.8G,T1(106K)是周圍環(huán)境的日冕溫度598
圖11.7 Z軸垂直太陽(yáng)表面,Y軸沿著暗條走向Kippenhahn-Schlüter模型令溫度均勻(T1=T0),Z軸和Y軸之間的剪切角為零601
圖11.8 Kippenhahn-Schlüter模型垂直方向的磁場(chǎng)(Bz)和等離子體壓強(qiáng)(p)作為x(橫跨暗條的距離)的函數(shù)定義Bz=Bz/Bz∞,p=2μp/B2z∞和x=xBz∞/(BxΛ)603
圖11.9 T為1.0,0.9,0.8,···時(shí),x作為中心溫度T0的函數(shù)(對(duì)于特例β=0和By=0)T定義為T/T1,T1是日冕溫度T1=2×106K612
圖11.10 寧?kù)o暗條附近磁場(chǎng)的二維模型613
圖11.11 半平面(保角)變換成四角形615
圖11.12 Anzer處理的暗條615
圖11.13 位于xz平面的暗條模型(粗黑線的圓)內(nèi)和附近的磁力線投影,參數(shù)C取不同的值621
圖11.14 電流片內(nèi)生成的暗條的支撐(a)中性片內(nèi)電流暗條的磁位形;(b)光球上方h處暗條產(chǎn)生的磁場(chǎng)(實(shí)線)622
圖11.15 兩根線電流之間的排斥力623
圖11.16 電流片內(nèi)暗條的形成,活動(dòng)區(qū)上方有磁場(chǎng),活動(dòng)過(guò)程中磁場(chǎng)形態(tài)(a)活動(dòng)早期;(b)主相;(c)后期624
圖11.17 (a)反向磁通量從光球上浮現(xiàn);(b)新磁通上升至日冕形成電流片;(c)電流片中出現(xiàn)撕裂,并合626
圖11.18 背景場(chǎng)為水平、均勻,圖上顯示的是背景場(chǎng),暗條電流及鏡像電流場(chǎng)的疊加626
圖11.19 柱狀暗條模型(a)中性點(diǎn)在暗條上方(B0R0/F<.1);(b)(.1圖11.20 瞬變的幾何位形(a)Mouschovias和Poland(1978)模型;(b)Pneuman(1980)模型631
圖11.21 Anzer模型的幾何示意圖初始時(shí)刻環(huán)為半徑r0的半圓,漸漸變大,直至占半徑為r的大圓圖中R=2.5R⊙635
圖11.22 日冕上的暗條和日盔位形左邊是暗條在日面上的形態(tài),右邊是日面邊緣的形態(tài)639
圖11.23 B,ρ和P是磁通管內(nèi)的磁場(chǎng)、密度和氣體壓強(qiáng)磁通管上方和下方用下標(biāo)“1”和“2”表示相應(yīng)的物理量r1和r2表示層(1)和層(2)磁力線的位移639
圖11.24 瞬變的速度-徑向距離(r/R⊙)圖實(shí)線是磁拱的圖虛線是磁環(huán)速度在光球附近隨高度快速增加,很快接近常值641
圖11.25 歸一化的寬度(D/D0)-徑向距離(r/R⊙)圖實(shí)線對(duì)應(yīng)磁拱,虛線是磁環(huán)初始的振蕩是因?yàn)轵?qū)動(dòng)力的變換不連續(xù)所致寬度隨高度很快變得幾乎線性增長(zhǎng)642
圖11.26 歸一化氣體密度(ρ/ρ0)-徑向距離(r/R⊙)圖密度下降～1/r2比周圍的太陽(yáng)風(fēng)下降快,因此地球附近瞬變物質(zhì)密度低于太陽(yáng)風(fēng)的密度642
圖11.27 磁場(chǎng)(B/B0)-徑向距離(r/R⊙)圖磁場(chǎng)衰減～1/r2643