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甘为群，王德焴 著

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• 太阳物理
• 高能物理
• 天体物理
• 空间物理
• 等离子体物理
• 辐射物理
• 粒子物理
• 太阳耀斑
• 日冕物质抛射
• 太阳风

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030099778

版次：1

商品编码：12086880

包装：平装

丛书名： 现代太阳物理丛书

开本：32开

出版时间：2002-04-01

用纸：胶版纸

页数：373

字数：313000

正文语种：中文

内容简介

　　《太阳高能物理》全面论述了太阳硬X射线暴、γ射线暴，以及与之有关的太阳高能粒子物理过程和加速机制，并对太阳高能辐射探测原理和方法作了简要的介绍。
　　《太阳高能物理》可供天体物理、日地物理、高能物理、核物理和等离子体物理等有关学科的科研工作者及研究生参考。

作者简介

　　甘为群，1960年12月17日生于南京，1979年至1989年在南京大学天文系攻读学士、硕士和博士学位。1989年获博士学位后在中国科学院紫金山天文台工作，1995年晋升为研究员。2004年11月至2014年2月任紫金山天文台副台长。早年曾获洪堡奖学金，在德国马普地外物理研究所从事博士后研究，并先后在法国、日本、美国、俄罗斯等相关研究单位短期工作。早期从事太阳耀斑光谱分析及大气模型和动力学方面的研究，以后扩展到太阳高能物理及太阳空间探测项目研究方面。累计发表论文百余篇。是1995年度国家杰出青年基金获得者。作为主持人或主要完成人，获得中国科学院自然科学奖二等奖（1995年）、国家自然科学奖三等奖（1997年）、国家教委科技进步奖一等奖（1995年）和二等奖（1987年）各一次，并曾获中国青年科学家提名奖（1994年）和中国科学院青年科学家奖一等奖（1995年）。

内页插图

目录

第一章 导论
1．1 历史回顾
1．2 射线与物质的相互作用
1．2．1 光电效应
1．2．2 康普顿散射
1．2．3 电子偶产生
1．3 高能探测技术
1．3．1 探测器
1．3．2 成像技术

第二章 太阳硬X射线暴
2．1 硬X射线发射机制
2．1．1 非热轫致辐射
2．1．2 热轫致辐射
2．1．3 逆轫致辐射
2．1．4 逆康普顿散射
2．2 硬X射线暴的一些统计性质
2．2．1 分类
2．2．2 频率分布
2．2．3 周期性
2．3 硬X射线暴的时间特性
2．3．1 快变结构
2．3．2 延迟特性
2．3．3 捕获沉降模型
2．4 硬X射线发射的方向性
2．4．1 统计研究
2．4．2 立体观测
2．4．3 偏振
2．4．4 反向散射与电子的角分布
2．5 硬X射线谱及其解释
2．5．1 热与非热模型
2．5．2 非热电子的低能阈值
2．5．3 偏离单幂律谱与高谱分辨观测
2．6 硬X射线源的空间形态
2．6．1 早期观测结果
2．6．2 yohkoh观测结果
2．7 多波段研究
2．7．1 neupert效应
2．7．2 硬X射线与Hα发射联立研究
2．7．3 硬X射线与EUV/UV发射联立研究
2．7．4 硬X射线与微波发射联立研究

第三章 太阳γ射线暴
3．1 γ射线的发射机制
3．1．1 γ射线连续谱
3．1．2 γ射线谱线
3．2 γ射线暴的一些统计性质
3．2．1 脉冲事件和渐变事件
3．2．2 γ射线的谱特征
3．2．3 核分量与轫致辐射分量
3．2．4 具有大于10MeV辐射耀斑的日面分布
3．3 核反应产额
3．3．1 相互作用模型和高能粒子谱
3．3．2 中子及2．223MeV线
3．3．3 正电子及0．511MeV湮没线
3．3．4 核退激发线
3．3．5 核连续谱
3．4 γ射线观测与研究
3．4．1 质子-中子俘获线观测研究
3．4．2 正负电子湮没线观测研究
3．4．3 连续谱观测研究
3．4．4 元素丰度
3．4．5 加速粒子的束特征
3．4．6 加速粒子的传输

第四章 粒子加速理论
4．1 引言
4．1．1 研究粒子加速问题的重要性
4．1．2 与电子加速有关的观测事实
4．1．3 与质子加速有关的观测事实
4．1．4 对粒子加速的观测要求小结
4．2 费米加速
4．2．1 费米随机加速模型
4．2．2 费米加速在太阳物理中的应用
4．3 激波加速
4．3．1 激波漂移加速
4．3．2 激波扩散加速
4．3．3 激波扩散加速的时间演化
4．3．4 激波加速在太阳耀斑中的应用
4．4 等离子体湍动加速
4．4．1 含有波-粒子共振相互作用的准线性方程
4．4．2 波-粒子相互作用共振条件与扩散近似
4．4．3 湍动加速在太阳物理中的应用
4．5 直流电场加速
4．5．1 逃逸电子和Drecier电场
4．5．2 亚Drecier电场加速
4．5．3 超Drecier电场加速
4．6 其他粒子加速机制
4．6．1 波直接加速粒子
4．6．2 等离子体不稳定性引起的加速
4．6．3 电双层加速
4．7 粒子加速与日冕整体行为
4．7．1 粒子加速与耀斑模型
4．7．2 加速电流对直流电场加速的限制
4．7．3 各种加速机制的比较
参考文献
索引

前言/序言

　　太阳高能物理的研究对象是发生在磁化和高度动力学太阳大气中的能量释放和粒子加速过程（Ramaty等1996a），这种过程主要发生在太阳耀斑中，大量的粒子在短时间内被加速到高能，它们在太阳大气中传播、作用、辐射、热化和逃逸，产生一系列丰富多彩的耀斑现象和次级效应。原则上讲，太阳高能物理的研究内容与整个耀斑物理密不可分，但本书主要论述辐射的高能段——硬X射线暴和7射线暴，以及有关的粒子加速理论。从观测到的辐射研究发射源物理是天体物理学的典型手段，对太阳而言，除了辐射以外，还可以直接测到与高能辐射有关的高能粒子。这些逃逸出太阳大气的高能粒子受日地环境的调制与太阳上作用的粒子有很大的不同。行星际太阳高能粒子的探测与研究已形成一个分支，但更多地是与地球物理和日地空间物理紧密联系。从天体物理的角度考虑，本书未对行星际太阳高能粒子作展开介绍，只是在必要时提到一些结果。
　　太阳高能物理是一门新兴的学科，从第一次探测到太阳γ射线至今还不到30年，目前国际上尚没有一部专门的著作。有关太阳高能物理方面的进展散见于大量发表的论文、会议论文集以及有些著作中的若干章节。本书力求将这些结果综合起来，以给出较为系统的阐述。本书的针对性和时间性比较强，强调研究本身和进展，而对基础性的东西只是在直接有关时作些交代，这与教科书不同，书中一般不进行详细的公式推导，因为根据作者的经验，读者通常可分为两类：一类是仅想作一般性了解；另一类想作深入研究。书的作用无非是提供一个系统的轮廓和背景，同时为想深入研究的人提供一个索引，后者通过提供参考文献达到，此外，由于该领域尚未成熟，书中的一些符号不完全统一，作者尽可能在符号出现的前后进行定义，敬请读者注意，本书的第一章、第二章和第三章由甘为群撰写；第四章由王德焴主写。

《地球深部结构与动力学》 探索行星内部的奥秘，理解地球演化的驱动力 内容概述 本书全面深入地探讨了地球的内部结构、物质组成、物理性质及其随时间推移的动力学过程。我们不再关注地表之上观测到的太阳辐射对高层大气的影响，而是将目光投向那片我们无法直接触及的、广袤而神秘的地球深处——地壳、地幔和地核。本书旨在构建一个整合性的地球深部模型，阐释驱动板块构造、火山活动、地震现象乃至地球磁场产生的根本机制。 全书共分为六个主要部分，涵盖了从地球形成初期的热演化到当前地质活动的现代动力学前沿。 --- 第一部分：地球的宏观结构与物质基础 本部分奠定了理解地球内部的物质基础和空间划分。 1.1 地球的形成与早期分异： 回顾当前主流的行星吸积模型，重点分析了地球在熔融状态下，重力驱动下的铁镍等重元素向核心的沉降过程（核-幔分异）以及硅酸盐物质的轻质化过程。讨论了放射性元素衰变热在早期地球热演化中的关键作用。 1.2 地震波速学揭示的内部界面： 详细阐述了地震波（P波和S波）在地球内部传播速度的变化规律，这是我们认识地球内部结构的主要观测手段。重点解析了古登堡面（地核与地幔的边界）、莫霍面（地壳与地幔的边界）的精确定位及其物理解释——即物质物态、化学成分或晶体结构的突变。 1.3 物质的相态与组成： 结合高压和高温实验地球物理学的成果，描述了地幔和地核主要矿物相（如橄榄石、尖晶石、后尖晶石结构等）在不同压力和温度条件下的晶体结构变化。对地幔的化学分层（上地幔、过渡带、下地幔）的物质构成提出详细的物理解释，并探讨了地核中轻元素（如硫、氧、硅）的含量及其对地核密度的影响。 --- 第二部分：地幔的物理性质与对流动力学 地幔是地球内部最主要的组成部分，其慢速的对流是驱动板块构造的根本动力。 2.1 粘滞性与流变学： 深入探讨了地幔岩石在极高压力和温度下的流变行为。详细分析了扩散蠕变、位错蠕变等不同的变形机制，并讨论了水或挥发分在降低地幔粘滞性方面的催化作用。建立了描述地幔流动的本构方程，并探讨了影响粘滞率空间变化的地幔热力学因素。 2.2 地幔对流的模式与规模： 探讨了两种主要的对流模式：分层对流（地幔被分为上地幔和下地幔两个相对独立的对流系统）和整体对流（一个贯穿整个地幔的循环）。通过对地表热流、岩浆活动和板块运动速率的约束，评估了当前占主导地位的对流模式，并讨论了深部俯冲板片向地核边界的沉降过程（超深俯冲）。 2.3 幔柱（Plume）的形成与作用： 研究了起源于地幔深处或核幔边界的热异常上升流——幔柱的动力学特征。分析了它们如何穿透地幔、导致大洋岩石圈上涌形成“热点”火山，并讨论了幔柱对地幔物质混合的贡献。 --- 第三部分：板块构造的驱动力与地幔-岩石圈相互作用 本部分将地幔动力学与可观测的岩石圈运动紧密联系起来。 3.1 板块运动的驱动力分析： 详细量化了驱动全球主要板块运动的几种力：俯冲带的“板片拉力”（Slab Pull）、洋脊的“脊推力”（Ridge Push），以及地幔拖曳力。通过数值模拟，评估了这些力在不同构造环境中的相对贡献。 3.2 俯冲带的物理过程： 关注俯冲板片如何以高角度或低角度进入地幔，以及板片脱水作用如何影响俯冲带附近的岩石圈和楔形地幔的物性（例如，导致弧岩浆的生成）。讨论了“脱离”（Delamination）现象，即密度较大的下地壳或岩石圈根在俯冲过程中与上覆地幔分离的过程。 3.3 岩石圈的伸展与造山作用： 分析了在拉张应力作用下，大陆岩石圈的减薄、裂谷的形成以及最终大洋的张开过程。探讨了碰撞造山带中，地壳物质的增厚、侧向挤压以及根的加厚（根的增生）过程。 --- 第四部分：地核的结构、物质与液态外核的运动 本书深入地核，研究地球最深层的结构及其对地球环境的宏观影响。 4.1 内核的物理状态与晶体学： 描述了固态内核的形成过程，分析了地震波在内核中的速度各向异性（速度在不同方向上的差异），这暗示了内核的晶粒可能存在宏观的排列结构。讨论了内核的生长速率与地球整体热演化的关系。 4.2 外核的液态金属性质： 外核主要由液态铁镍合金组成。重点分析了其极低的粘滞度、高导电性以及对流的特点。讨论了热对流、成分对流（由内核结晶释出的轻元素驱动）以及科里奥利力对外核流动模式的约束。 4.3 地球磁场（地磁发电机）的机制： 详述了液态外核的运动如何通过“磁流体动力学”机制产生和维持地球的偶极子磁场（地磁发电机理论）。分析了磁场强度和极性漂移的演化，以及磁极反转的可能驱动机制。 --- 第五部分：核幔边界（CMB）的物理与化学交互 核幔边界是地球内部压力和温度梯度最大的区域之一，是物质和热量交换的关键界面。 5.1 CMB的结构与地震波反射： 分析了地震波在通过核幔边界时出现的复杂反射和透射现象，这些现象表明该边界并非一个锐利的化学界面，而可能是一个物理上或化学上存在过渡带的区域。 5.2 物质交换与热流： 探讨了来自地幔深处的超低速区（ULVZs）的物质构成，这些区域可能代表着地幔物质与地核物质发生反应的残余物或聚集体。重点讨论了向外核传递的热流密度，这是控制地核冷却速率和地磁发电机功率的关键参数。 --- 第六部分：深部过程的示踪与实验地球物理学 本部分聚焦于如何利用现代技术来约束深部模型的参数。 6.1 高压高温实验技术： 详细介绍了金刚石对顶砧（DAC）技术、高温炉等实验方法，这些方法使得研究人员能够在实验室中模拟地幔和地核深处的极端条件，直接测定物质的密度、体积弹性模量和剪切模量。 6.2 地球化学示踪： 讨论了利用地表岩石（如洋岛玄武岩、超高压变质岩）中捕获的惰性气体、同位素比值（如Hafnium-Tungsten系统）来追溯地幔物质的年龄和混合历史，从而对深部对流模型的物质来源进行约束。 本书致力于为地球科学家提供一个全面、量化且基于物理学原理的地球深部动态视图，强调物质行为、能量传递与地表可观测地质现象之间的内在联系。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计简直是一场视觉盛宴，那种沉甸甸的质感，翻开扉页时墨香的微妙散发，都让人立刻感受到它所承载的知识重量。封面那深邃的蓝色调，仿佛将人拉入无垠的宇宙深处，配上那充满力量感的金色字体，简直是点睛之笔。我特别喜欢它内页的排版，字体选择既典雅又易读，段落之间的留白恰到好处，即便是面对大段的理论推导，眼睛也不会感到疲惫。而且，这本书在插图和图表的运用上达到了一个极高的水准，那些复杂的结构示意图，清晰到仿佛触手可及，完全没有那种传统教材的枯燥感，反而像是一件精心制作的艺术品。我甚至花了好些时间只是单纯地欣赏那些精美的星云照片和粒子轨迹图，每一次翻阅都像是在进行一次小型的展览鉴赏。这种对物理学美学的极致追求，绝对是那些只注重内容堆砌的书籍无法比拟的，它成功地将枯燥的科学用最直观、最赏心悦目的方式呈现给了读者，这本身就是一种了不起的成就。

评分☆☆☆☆☆

这本书的强大之处，还在于它构建了一个极其完善的交叉引用和拓展阅读网络。随便翻开任何一个章节的末尾，你都会发现一个比一般参考书目还要详尽的“延伸阅读”列表，这些推荐绝非信手拈来，而是与当前章节内容环环相扣的经典论文或更专业的书籍。更绝妙的是，书中对术语的定义和公式的推导过程，都做到了极高的自洽性。如果你在第三章的某个概念上感到困惑，翻到附录或专门的术语解释部分，总能找到一个清晰的、基于基础原理的重新阐述。这使得本书在作为案头工具书使用时，效率极高，它不要求你一次性吸收所有信息，而是允许你根据实际需求，随时深入挖掘任何一个感兴趣的知识点，并能保证你跳跃式的阅读路径不会因为信息链条的中断而受阻。这为我后续的自主学习和研究打下了极为坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我花了整整一个月的时间才算大致读完这套书的初稿，坦白说，有些章节的深入程度让我这个自诩有些基础的读者都感到压力山大。它处理理论的逻辑链条极其严密，仿佛是数学家在构造一个无懈可击的逻辑迷宫，每一个论证步骤都建立在前一个结论之上，丝毫没有含糊其辞的地方。最让我印象深刻的是它对特定现象的描述，比如对早期宇宙暴胀模型的探讨，作者没有满足于简单罗列主流观点，而是深入挖掘了不同模型之间的细微差别和它们各自在实验预测上的偏差，这迫使我不得不查阅大量的背景资料来确保自己跟上了思路。这种“刨根问底”的写作风格，使得这本书的知识密度达到了一个惊人的地步，与其说是在阅读，不如说是在进行一场高强度的智力马拉松。它无疑更适合有一定专业背景的读者作为进阶参考，如果你只是想快速了解这个领域的热门概念，这本书可能会让你感到挫败，因为它要求你全身心的投入和思考，没有捷径可走。

评分☆☆☆☆☆

这本书在叙事结构上的处理，简直是教科书级别的范例，它巧妙地平衡了历史回顾与前沿探索之间的关系。起初，作者从十七世纪对光的认识演变开始娓娓道来，这种“追本溯源”的写法，极大地帮助读者理解后续理论的产生背景和被解决的科学痛点。随着章节的推进，叙事节奏逐渐加快，从经典理论的辉煌过渡到量子力学带来的颠覆性变革时，那种如同史诗般波澜壮阔的转折感被刻画得淋漓尽致。特别是描述到那些伟大科学家的思想碰撞时，作者仿佛化身为一位高明的导演，精准地把握了戏剧张力。我能清晰地感受到，每一个理论的建立都不是一蹴而就的，背后是无数次失败、争论和灵感的火花。这种充满“人情味”的历史脉络，让原本冰冷的物理定律变得鲜活立体起来，阅读体验远远超越了单纯的知识获取，更像是一次对人类求知历程的致敬。

评分☆☆☆☆☆

如果要用一个词来形容这本书的行文风格，那一定是“精准到位的克制”。作者似乎拥有一种近乎冷酷的自律，他极少使用那些华丽的辞藻或夸张的形容来渲染气氛，所有的表达都紧紧围绕着科学事实本身。这种风格在处理那些充满不确定性的研究领域时尤为体现——当涉及到尚未证实的理论或边缘假设时，作者会非常审慎地使用“可能”、“暗示”、“尚待验证”等词汇，确保读者不会将推测误认为既定事实。这种严谨到近乎偏执的措辞习惯，让我对书中的每一个结论都抱有极高的信任度。它不是那种试图用激动人心的语言来“推销”观点的作品，而是像一位经验丰富的老教授，用最平静、最客观的语气，陈述他所能证实的真相。这种深植于骨髓中的学术诚信，是任何浮夸的宣传都无法取代的。