本书主要介绍了太阳磁场理论与观测的基本原理和进展，讨论了从太阳观测的测量设备到太阳磁场的演化、磁能的储存、太阳大气中的磁螺度及其与太阳周期的关系等。太阳磁学作为太阳物理和空间天气研究的重要组成部分，涵盖了太阳爆发过程中磁场的形成、发展和耗散。本书还介绍了太阳磁剪切、电流、磁螺度与太阳周期的测量和观测的新进展。
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目录
前言
第1章太阳磁场测量.1
1.1光的辐射转移1
1.1.1定义1
1.1.2辐射转移方程1
1.2太阳大气中谱线的辐射和偏振2
1.2.1偏振光的表述2
1.2.2球面向量和分量方程的解耦5
1.2.3球矢量分量的演化6
1.3谱线加宽和热力学平衡关系7
1.3.1谱线加宽7
1.3.2热力学平衡与统计力学10
1.3.3电离平衡方程13
1.4偏振辐射转移的量子场理论14
1.4.1塞曼效应14
1.4.2斯塔克效应16
1.4.3电偶极子近似18
1.4.4超越电偶极子近似19
1.4.5复折射率和加宽21
1.5谱线的偏振辐射转移24
1.5.1辐射转移的一般描述24
1.5.2无散射的偏振辐射转移的形式解26
1.5.3磁光效应33
1.5.4斯托克斯参数辐射转移的数值计算34
1.5.5谱线形成层38
1.5.6非线性最小二乘拟合41
1.6太阳磁场望远镜47
1.6.1利奥(Lyot)滤光器47
1.6.2太阳磁场望远镜50
1.7矢量磁场的观测和不同矢量磁像仪的比较52
1.7.1怀柔、三鹰和密斯天文台的矢量磁图52
1.7.2怀柔和云南天文台的矢量磁图55
1.8视频矢量磁像仪诊断法拉第旋转56
1.8.1谱线不同波长的斯托克斯参数.56
1.8.2非线性最小二乘拟合59
1.8.3磁光旋转的定性估计62
1.9全日面矢量磁场测量仪器63
1.9.1磁场测量64
1.9.2Hα观测66
1.9.3磁场的反演67
1.10偏振串扰和太阳自转对测量全日面光球矢量磁场的影响70
1.10.1校正偏振串扰方法一70
1.10.2校正偏振串扰方法二72
1.11测量全日面光球磁场的斯托克斯轮廓分析80
1.12非局部热动平衡的太阳模型大气83
1.12.1统计平衡的一般形式83
1.12.2非局部热力学平衡的色球模型85
1.13太阳色球磁场中Hβ线的形成88
1.13.1氢Hβ谱线的辐射转移89
1.13.2磁场大气中Hβ谱线的加宽91
1.13.3宁静太阳大气模型中Hβ线的数值计算93
1.13.4氢Hβ谱线形成层96
1.14太阳黑子本影磁场中Hβ线的形成98
1.15日冕磁场102
1.15.1共振散射102
1.15.2磁偶极跃迁的散射辐射斯托克斯参数的显式公式104
1.15.3日冕磁场测量107
1.16艾国祥院士对太阳光学仪器历史的简要概述109
1.17对太阳磁场测量中若干挑战问题的探讨110
第2章太阳磁场的基本结构113
2.1天体物理等离子体的基本描述113
2.1.1等离子体的微观描述113
2.1.2零阶矩方程114
2.1.3动量守恒定律115
2.1.4能量守恒定律116
2.1.5欧姆定律基本方程的推导116
2.2磁流体动力学118
2.3宁静太阳的磁场119
2.3.1宁静太阳的光球磁特征119
2.3.2从宁静太阳低层大气延伸的磁场121
2.4黑子基本结构125
2.4.1黑子磁场125
2.4.2黑子磁场模型127
2.4.3半影精细特征130
2.4.4太阳黑子和磁场的衰变131
2.4.5运动磁结构132
2.4.6从高分辨率磁图探讨运动磁结构134
2.5活动区的色球磁场137
2.5.1色球磁场的测量137
2.5.2从光球到Hβ色球可能的磁场扩展138
2.5.3Hβ色层磁图中的反转特征139
2.5.4太阳宁静暗条的磁场140
第3章太阳磁活动.142
3.1太阳活动区的磁能、剪切、梯度和电流142
3.1.1磁能、磁剪切和梯度144
3.1.2磁剪切和梯度与电流的关系156
3.1.3不同电流分量之间的比率161
3.1.4耀斑活动区中电流演变162
3.2太阳活动区中的电流螺度163
3.2.1磁螺度163
3.2.2磁手征性的观测证据166
3.2.3太阳活动区磁场，电流和螺度的精细特征168
3.2.4从矢量磁场推论电流和螺度的问题170
3.3活动区表层下面的动力学螺度和光球电流螺度之间的相关性171
3.3.1表层下的动力学螺度171
3.3.2动力学和电流螺度之间的相关性173
3.4活动区中的磁螺度和倾角演化175
3.4.1缠绕磁场和螺度176
3.4.2新浮现的磁通量区域中的螺度注入和倾角177
3.4.3两类典型的太阳活动区178
3.5磁场、水平运动和螺度179
3.5.1磁场的演化179
3.5.2磁螺度输运180
3.5.3电流螺度密度的演变181
3.6太阳活动区的磁螺度和能量谱183
3.6.1活动区磁谱的含义183
3.6.2磁螺度、能量和速度谱的比较188
3.6.3怀柔和HMI矢量磁图的活动区磁谱的比较190
3.6.4磁螺度和能谱的演化191
3.7耀斑–日冕物质抛射活动区中的磁场197
3.7.1与耀斑相关的矢量磁场的变化197
3.7.2活动区中的耀斑和电流螺度的探讨200
3.7.3输入磁螺度和耀斑–日冕物质抛射201
3.7.4强耀斑和太阳表面磁场的动态演化202
第4章太阳活动区磁场的空间结构和爆发活动204
4.1无力场近似204
4.1.1太阳磁场外推方法205
4.2线性无力场207
4.2.1Chiu-Hilton方法207
4.2.2Alissandrakis傅里叶变换209
4.2.3快速傅里叶分析计算线性无力场方法.209
4.3基于半解析场的非线性无力外推方法研究212
4.3.1理论与算法212
4.3.2不同方法的计算219
4.3.3不同方法的比较223
4.4外推磁场与观测比较.224
4.5耀斑-日冕物质抛射的爆发228
4.5.1暗条爆发的耀斑228
4.5.2可能存在电场的爆发耀斑带分离230
4.5.3耀斑-日冕物质抛射(flare-CME)产生活动区的磁特性232
4.5.4太阳活动区和日冕物质抛射的磁螺度推理234
4.5.5磁场和日冕物质抛射之间的统计分析235
4.5.6磁重联的形成239
第5章螺旋磁场和太阳周期245
5.1太阳活动周期的磁螺度分布245
5.1.1从观测的活动区矢量磁图到电流螺度统计分析246
5.1.2活动区电流螺度的半球分布248
5.2太阳活动区电流螺度的蝴蝶图250
5.2.1太阳周期的螺度250
5.2.2活动区磁场的缠绕和倾斜之间的关系252
5.2.3不同磁像仪观测推论螺度演化的比较255
5.2.4测量矢量磁场的精度256
5.2.5电流螺度和日面下层动力学螺度的比较256
5.2.6活动区随太阳周期的磁螺度和能量谱259
5.2.7分辨率依赖性261
5.2.8磁场谱演化总结263
5.3跨赤道环的统计研究264
5.3.1跨赤道环的分布264
5.3.2跨赤道环连接的活动区的螺度特性267
5.4从太阳下层长时标注入活动区的磁场手征性270
5.5两个半球的大尺度软X射线环和磁手征性276
5.5.1与太阳活动区相关的软X射线环的磁手征性276
5.5.2软X射线环螺旋性的半球分布277
5.5.3大尺度软X射线环和磁(电流)螺度的手征性279
5.6太阳表面观测交叉螺度279
5.6.1交叉螺度守恒定律280
5.6.2SOHO/MDI和SDO/HMI数据的相关性281
5.6.3交叉螺度随纬度的分布284
5.7磁螺度通量的传输与太阳周期285
5.7.1磁螺度观测数据分析285
5.7.2磁螺度的长时间序列传输286
5.8光球活动区磁非势性随活动周的演化及其与耀斑关系的统计研究291
5.8.1磁非势性和复杂性参数292
5.8.2统计分析和结果294
5.8.3不同非势磁参数的总结299
第6章磁螺度和太阳发电机.300
6.1太阳发电机和螺度301
6.1.1平均场太阳发电机301
6.1.2磁螺度方程302
6.2太阳对流区磁螺度的径向分布：观测和发电机理论303
6.2.1太阳对流区的速度结构303
6.2.2利用怀柔太阳观测站获得的电流螺度数据305
6.2.3发电机模型307
6.2.4非线性309
6.2.5数值实现的非线性解决方案312
6.2.6螺度分布315
6.2.7附录：猝灭函数316
6.3太阳活动区电流螺度作为大尺度太阳磁螺度的踪迹317
6.3.1螺度在磁场演化中的作用317
6.3.2活动区中电流螺度的估计318
6.3.3发电机模型319
6.3.4电流螺度的模拟蝴蝶图320
6.3.5附录：电流螺度与磁螺度323
6.4反转螺度和太阳发电机的可能性324
6.4.1太阳大气下面反转螺度的可能性324
6.4.2附录：反转螺度和太阳发电机可能性.327
6.5平均场太阳发电机问题中的湍流交叉螺度331
6.5.1变换对称性和交叉螺度332
6.5.2交叉螺度的平均场理论333
6.5.3发电机模型的urbr图像336
6.5.4关于交叉螺度讨论340
6.6太阳活动区电流螺度和倾角的估计与乔伊定律340
6.6.1模型341
6.6.2估计太阳黑子倾斜度343
6.6.3发电机模型中电流螺度和缠绕的估计344
第7章问题进一步提出346
7.1太阳磁场的测量347
7.2太阳磁场的基本结构347
7.3太阳磁周期变化348
7.4空间天气348
参考文献349
后记375
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