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正版新书]空间天气学焦维新 著9787502935191
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前言
第一章 概论
1.1 空间天气及其效应
1.1.1 什么是空间天气
1.1.2 典型的空间天气效应
1.1.3 空间天气业务
1.2 新兴的交叉学科——空间天气学
1.2.1 空间天气学的基本概念
1.2.2 空间天气学的研究对象
1.2.3 空间天气学的研究方法
1.2.4 空间天气学与对流层天气学比较
1.2.5 空间天气学研究的利益
1.2.6 空间天气学当前的状况和展望
第二章 太阳大气与行星际天气
2.1 概述
2.1.1 太阳的结构与发电机理论
2.1.2 太阳大气中的天气系统与天气过程
2.2 强电磁辐射型天气——耀斑
2.2.1 耀斑的基本形态
2.2.2 X射线暴
2.2.3 射电暴
2.3 强的物质喷发型天气——CME
2.3.1 CME的形态特征
2.3.2 CME的结构与动力学
2.3.3 CME的能源
2.3.4 CME的直接驱动模式
2.3.5 CME存储和释放模式
2.3.6 CME与耀斑
2.4 太阳能量粒子事件(SEP)
2.4.1 SEP一般特征和分类
2.4.2 SEP的基本性质
2.4.3 CME激波与SEP
2.4.4 SEP事件的大小
2.4.5 SEP的空间分布特性
2.5 太阳活动的长期变化
2.5.1 太阳黑子与太阳黑子周
2.5.2 太阳活动区
2.5.3 太阳黑子数与地磁活动周期
2.5.4 总太阳辐照度的长期变化
2.6 行星际天气
2.6.1 行星际磁场、扇形结构与激波
2.6.2 行星际空间的太阳风
2.6.3 共转相互作用区
2.6.4 磁云——行星际空间的CME
2.6.5 行星际激波
2.6.6 宇宙线
第三章 地球空间的天气系统与天气过程
3.1 地球空间的天气系统概述
3.1.1 地球空间的基本结构
3.1.2 地球空间的主要天气系统
与空间天气直接有关的区域巨大而又复杂,空间科学所有传统领域都与空间天气的研究有关。例如,行星际大气和磁层的研究,在加深我们对支配地球环境的基本物理过程的理解方面是很重要的。类似的,等离子体和化学反应率的实验室研究,有助于提高我们观测和了解空间各种现象的能力。 空间天气变化开始在太阳表面。太阳是影响地球的电磁辐射和粒子辐射的能源。太阳活动性改变了太阳的辐射和粒子输出,在近地空间环境中以及地球表面产生相应的变化。就空间天气效应而言,最有影响的事件是太阳耀斑和日冕物质抛射。虽然太阳辐射的长期变化不会产生明显的空间天气效应,但它在帮助我们了解短期变化幕后的潜在效应方面是很重要的.太阳辐射输出的变化通过原子和分子的激发和电离直接影响高层大气和电离层的状态。太阳的粒子发射包括高能粒子和组成太阳风的低能粒子。粒子和场在从太阳外流时不断变化,特别是它们与行星际激波相互作用时。 太阳风从太阳向外流动并撞击地球。太阳风的等离子体和磁场与地球的大气层和地磁场相互作用产生泪珠状的、被称为磁层的区域。这个区域的表面,即磁层顶,在太阳向是5~10个地球半径,而在反太阳向扩展到月球轨道之外。磁层顶被认为是一个屏障,它防止除太阳风携带的-小部分能量之外的所有能量进入磁层。在正常条件下,这个能量以磁层粒子和场的形式存储,但在一定条件下,它脉动式地释放到地球的大气层。能量的脉动式释放归因于磁层亚暴。它表现为明亮的、变化的极光和强的电离层电流。在亚暴期间,磁层的磁场突然呈现新的位形,接着是长达许多小时的恢复时问。 亚暴描述了磁层对太阳风激励源相对短的响应,而地磁暴是对由强的、长时间(几天到几周)南向的行星际磁场的响应。这个状态产生相当大的环电流能量,因此,在低地磁纬度产生很大的地磁起伏。磁层粒子沉降到极盖,加热中性大气并激发电离层扰动。太阳风状态返回到未受扰动情况后,磁层和电离层需要几小时或几天才能恢复到原来状态。 由于地球的磁场穿过磁层,大多数磁层过程通过某种方式与电离层和热层性质的变化联系在一起。例如,电流、极光发射、摩擦加热、电离和闪烁。所有这些现象都是近地空间天气的组成单元。这些效应也受源于低高度的过程影响,例如重力波以及来自太阳辐射和宇宙线的直接能量沉降。空间天气效应也包括在地表面感应的电流,它是电离层电流变化的结果。 以上粗略地描绘了空间天气产生和变化的一般图像。归根结底,空间不是空的,太阳不是稳定的,空间环境对不断变化的太阳的响应就构成了空间天气。
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