Solar and Astrophysical Magnetohydrodynamic Flows pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Tsinganos, Kanaris C. 编

出品人:

页数:784

译者:

出版时间:1996-5

价格:$ 111.87

装帧:HRD

isbn号码:9780792340546

丛书系列:

图书标签:

• Magnetohydrodynamics
• Solar Physics
• Astrophysics
• Plasma Physics
• Fluid Dynamics
• Computational Physics
• Space Weather
• Solar Flares
• Magnetic Fields
• Stars

宇宙之谜：从微观粒子到宏观结构 本书聚焦于宇宙中无处不在的、主导着物质运动和能量传输的电磁场与流体力学相互作用的复杂现象。它深入探讨了等离子体这一物质的第四态，如何在恒星、星系乃至宇宙大尺度结构中，扮演着决定性的角色。 本书的叙事围绕着“磁流体力学”（MHD）这一跨学科核心概念展开，但我们选择避开太阳和类太阳恒星的特定研究领域，转而将焦点投向更为广阔和多样化的天体物理背景。我们旨在构建一个宏大而精密的框架，用以解析那些不依赖于特定恒星活动，而是源于基本物理定律在极端环境下的展现。 第一部分：基础物理的极端化——等离子体动力学的新视角 本部分旨在为读者构建一个坚实的基础，但其重点在于将经典的电磁学与流体力学原理推向极端条件下的应用。我们不探讨地球磁场或常规太阳风的细节，而是关注那些在密度、温度和磁场强度上远超日常经验的物理场景。 1. 磁场与导电流体的耦合：超越欧姆定律的约束 我们首先回顾磁流体力学的基础方程组，但侧重点在于磁扩散（Magnetic Diffusion）过程在低电阻率、高对流环境下的行为。不同于在恒星对流区或太阳耀斑中常见的快速耗散，本章将深入研究在接近理想导体（如中子星内部或星系际介质的某些区域）中，磁场的冻结（Frozen-in Flux）是如何被高度扭曲和拉伸，以及这种拉伸如何导致能量的非线性积聚。讨论将涉及磁通量绳索（Flux Ropes）的拓扑结构演化，特别是当流体速度接近甚至超过阿尔文波速（Alfvén Speed）时，磁力线如何重联（Magnetic Reconnection）的机制在不同几何形状下的效率差异。我们将利用先进的数值模拟结果来阐释磁场拓扑的蜕变如何驱动能量释放，而这些能量释放并非局限于爆发性事件，而是持续影响着系统的宏观动力学。 2. 极端流体动力学：粘滞、热传导与辐射驱动 流体部分将侧重于非理想效应在极端天体环境中的体现。重点讨论非理想粘性（Non-ideal Viscosity），尤其是在具有强大磁场的介质中，粘性项如何被磁场各向异性所调制。我们将分析在强磁场梯度下，动量是如何通过磁力线从高速区域传递到低速区域的，以及这种传递如何影响整体的角动量分布。 此外，辐射对流体动力学的影响将被详细审视。我们关注的焦点是辐射压力与磁压的相互作用。例如，在超新星遗迹或活动星系核（AGN）的喷流中，强烈的辐射场如何影响等离子体的状态方程和有效热导率。本章会推导并分析在强辐射梯度下的磁化热不稳定性（Magneto-thermal Instabilities），这些不稳定性可能导致结构化的冷/热相分离，而非简单的均匀冷却。 第二部分：宏观结构与动力学——星系尺度与宇宙网的磁场拓扑 本部分将视角拉升至星系团和宇宙大尺度的结构，探讨磁场在塑造这些庞大体系的演化中扮演的角色。我们将避开对特定星系盘面磁场测量方法的描述，转而关注磁场如何穿透和影响星系际介质（IGM）和星系团介质（ICM）。 3. 星系团中的磁场——加热与冷却的平衡 星系团是宇宙中最大的引力束缚结构，其内部的热气体（温度可达数百万开尔文）的性质在很大程度上受制于嵌入其中的磁场。本书将重点分析磁场对热气体湍流的抑制作用，以及这种抑制如何影响气体的非热压（Non-thermal Pressure）贡献。我们不会过多纠缠于观测数据本身，而是专注于理论模型： 磁化湍流的能量级联： 探讨磁场如何通过阿尔文波的形式，将大尺度的能量传递到中小尺度，最终在何种尺度上耗散为热能，从而解释星系团气体的“缺失冷却问题”。 磁通量输运： 讨论在星系团合并过程中，磁场如何被压缩、拉伸并可能被“组装”（Assembly）起来，形成穿过数百万光年的宏观磁结构。 4. 宇宙大尺度结构的磁性起源与演化 在宇宙学尺度上，磁场被认为是极其微弱的，但其存在对宇宙射线的传播和宇宙微波背景（CMB）的极化图谱有着深远影响。本章将探讨原初磁场（Primordial Magnetic Fields）的可能起源，不限于暴胀模型中的特定参数化，而是从量子涨落、电荷分离机制的角度，讨论磁场是如何在宇宙极早期被“种子化”的。 更重要的是，我们将分析磁场在结构形成过程中的作用： 密度扰动的演化： 磁场如何通过磁压力来抵抗引力坍缩，尤其是在宇宙早期低密度区域，磁场是否限制了初始结构的形成规模。 磁场线性的放大： 讨论在星系团和纤维（Filaments）中，通过流体不稳定性（如非线性阿尔文不稳定性和磁通量驱动的不稳定性）如何将微弱的原初场放大到目前可观测的微特斯拉（$mu T$）量级。我们将着重分析放大过程的效率，以及这种放大是否具有时间或空间上的各向同性。 第三部分：极端天体物理中的MHD现象——黑洞与中子星的边界 本书的最后一部分将聚焦于引力极其强大、等离子体密度极高的天体物理极限，重点在于磁场如何调控物质的吸积和喷射过程，而不局限于黑洞视界内部或特定星风模型。 5. 吸积盘与喷流的磁场驱动机制 对于极端致密天体周围的吸积盘，磁场是驱动物质落入核心并同时喷射出相对论性喷流的唯一物理机制。我们将深入分析磁通量驱动的粘性（Magnetically Driven Viscosity），即著名的磁旋转不稳定性（MRI）。本书将着重于： MRI的线性与非线性分析： 讨论在不同剪切率和磁场强度下，MRI的波速和不稳定性阈值如何变化，及其对吸积率的实际贡献。 喷流的形成与准直： 重点研究柏洛夫-泽尔德维奇机制（Blandford-Znajek Process）的MHD扩展，即磁场如何从旋转的黑洞或中子星中提取能量和角动量。我们将构建更复杂的MHD模型，解释喷流的几何形状（准直度）是如何被磁力线穿透的结构所决定的，以及如何解释不同观测波段下观测到的喷流形态差异。 6. 中子星的磁流体力学：内部结构与磁场弛豫 中子星拥有宇宙中已知最强的磁场。本书关注的不是星震或磁星的表面爆发，而是磁场如何在这样高密度、高简并压的物质内部存在和演化。 磁化超流体/超导体的MHD： 讨论在核心，当物质进入超流体或超导状态时，磁场是如何被“钉扎”在磁通量涡旋（Flux Vortices）上的。这导致了磁场和物质的耦合方式与普通等离子体截然不同，磁场的弛豫被冻结在一个非常缓慢的过程中。 磁场结构与引力波： 探讨不均匀磁场分布（例如磁场与星体内部物质流体解耦的区域）如何导致中子星的形变（Deformation），以及这种形变作为“磁弹性”如何可能成为持续的引力波源的候选机制。 通过上述详尽的探讨，本书旨在为读者提供一个超越特定天体目标的、普适性的磁流体力学理论工具箱，用于理解宇宙中所有尺度上物质与能量流动的基本物理规律。

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