地球辐射带物理学——理论与观测

第1章辐射带及其环境1
1.1辐射带全貌1
1.2地球磁环境3
1.2.1偶极场3
1.2.2磁层电流系统导致的偶极场偏离5
1.2.3地磁活动指数8
1.3磁层粒子和等离子体9
1.3.1外磁层10
1.3.2内磁层10
1.3.3宇宙射线12
1.4磁层动力学13
1.4.1磁层对流14
1.4.2地磁风暴16
1.4.3亚暴18第2章近地空间中的带电粒子20
2.1导向中心近似20
2.2漂移运动22
2.2.1E×B漂移22
2.2.2梯度和曲率漂移22
2.3磁层电场的漂移24
2.4绝热不变量27
2.4.1**绝热不变量28
2.4.2第二绝热不变量31
2.4.3第三绝热不变量33
2.4.4回旋加速和费米加速34
2.5偶极场中的带电粒子35
2.6漂移壳39
2.6.1弹跳和漂移损失锥39
2.6.2漂移壳分裂和磁层顶阴影40
2.7在随时间变化的近两极场中的绝热漂移运动42第3章从带电粒子到等离子体物理学45
3.1基本等离子体概念45
3.1.1德拜屏蔽45
3.1.2等离子体振荡47
3.2基本等离子体理论47
3.2.1弗拉索夫和玻尔兹曼方程48
3.2.2宏观变量和方程49
3.2.3磁流体动力学方程51
3.3从粒子通量到相空间密度52
3.4重要的分布函数54
3.4.1漂移和各向异性的麦克斯韦分布55
3.4.2损失锥和蝴蝶分布56
3.4.3卡帕分布57
3.5作用积分和相空间密度58第4章内磁层中的等离子体波60
4.1辐射带的波环境60
4.2弗拉索夫描述中的波61
4.2.1弗拉索夫方程的朗道解61
4.2.2朗缪尔波的朗道阻尼64
4.2.3朗道阻尼的物理解释65
4.2.4磁化等离子体中弗拉索夫方程的解法66
4.3冷等离子体波71
4.3.1磁化等离子体中的冷等离子体波的色散方程72
4.3.2平行传播（θ=0）74
4.3.3垂直传播（θ=π/2）76
4.3.4在任意波法向角下的传播77
4.4磁流体动力学波78
4.4.1阿尔文波的色散方程78
4.4.2MHD Pc4～Pc5超低频波81
4.5波模式的总结84第5章内磁层中波的驱动因素与性质85
5.1波的增长和衰减85
5.1.1宏观不稳定性86
5.1.2速度空间不稳定性86
5.1.3波粒相互作用的共振88
5.2哨声模和EMIC波的驱动因素90
5.2.1各向异性驱动哨声波91
5.2.2哨声模合声波93
5.2.3合声波激发的双频结构94
5.2.4啁啾的形成和非线性增长96
5.2.5合声波的空间分布97
5.2.6各向异性驱动EMIC波98
5.2.7多离子种类和 EMIC波99
5.3等离子层嘶声和磁声噪声100
5.3.1等离子体层嘶声波的驱动100
5.3.2赤道磁声波噪声105
5.4超低频Pc4～Pc5波的驱动因素107
5.4.1外部与内部驱动因素107
5.4.2超低频波的空间分布111第6章粒子源与损失过程114
6.1粒子散射和扩散114
6.2波粒相互作用的准线性理论117
6.2.1福克普朗克理论的要素117
6.2.2准线性理论中的弗拉索夫方程119
6.2.3不同坐标下的扩散方程121
6.3环电流与辐射带离子123
6.3.1环电流离子的来源123
6.3.2环电流离子的损失125
6.3.3辐射带离子的来源与损失126
6.4电子的传输与加速128
6.4.1超低频波的径向扩散128
6.4.2超低频波对电子的加速作用130
6.4.3（α,p）空间中的扩散系数132
6.4.4大振幅哨声波与EMIC波对电子的扩散作用133
6.4.5合声波对电子的加速作用136
6.5电子损失138
6.5.1磁层顶阴影138
6.5.2等离子层中哨声波引起的电子损失139
6.5.3合声波与电子微暴引起的电子损失142
6.5.4EMIC波引起的电子损失145
6.6不同加速和损失过程在相空间密度的显示147
6.7不同波模式的协同效应148
6.8波驱动粒子来源与损失的总结151第7章电子带动力学153
7.1辐射带电子布居153
7.2标称电子带结构及其动力学154
7.3辐射带动力学的太阳风驱动因素159
7.3.1大尺度日球层结构的性质及其地磁响应160
7.3.2大尺度日球层瞬变引起的典型辐射带响应163
7.4电子带之间的槽165
7.4.1源电子和种子电子注入槽区165
7.4.2不可逾越的屏障166
7.5存储环和多电子带168
7.6高能电子向大气中沉降170附录A电磁场与波175
A.1洛仑兹力和麦克斯韦方程175
A.2线性介质中的电磁波177
A.3冷非磁化等离子体中的色散方程178附录B卫星与数据源181参考文献185学术名词索引200