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第一部分　电离层和磁层的形成及性质 1

第一章　受太阳辐射影响的中性大气 1

1.1 引言 1

1.2　大气层的气体 1

1.2.1 扩散平衡 2

1.2.2　逃逸层 氢和氦的逃逸 5

1.3　太阳辐射 7

1.3.1 光子辐射 7

1.3.2　粒子辐射 太阳风 11

1.3.3　太阳扰动 13

1.4　太阳辐射对大气层的作用 14

1.4.1　光子辐射的吸收 14

1.4.2　粒子辐射产生的电离 18

1.4.3　考虑到消失和运动时电子的、或离解产物的分布 20

1.5　太阳辐射的光化学效应 23

1.5.1　氧 23

1.5.2　一氧化氮 26

1.6　大气层的加热 27

1.6.1　大气层温度 27

1.6.2　由卫星轨道推出的大气层密度 29

第二章　电离层 峰以下的电离层 35

2.1 引言 35

2.2　电子生成率 36

2.3　组合F层 39

2.3.1　复合 39

2.3.2　涉及电荷交换或离子-原子重新排列的各种反应 41

2.3.3　扩散 44

2.4　F1层 44

2.5 E层 45

2.6 D区 46

2.6.1 电离辐射 46

2.6.2　离子化学 47

2.6.3　负离子 48

第三章 F层峰及峰以上的电离层 52

3.1 F2层峰 52

3.1.1 峰的运动 52

3.1.2　地磁赤道附近的形态 53

3.2 F层峰以上的电离层 55

3.2.1 氧离子 55

3.2.2　氢离子 57

3.2.3　氦离子 58

3.3　高能光电子 电子与离子温度 59

第四章　磁层 63

4.1　磁层边界 磁层顶 63

4.2　电离层最高部分的带电粒子 71

4.2.1　等离子体层 71

4.2.2　捕获粒子 75

第五章　地磁、电离层电流及电离层暴 80

5.1 电离层中的电流 80

5.1.1　大气层发电机与电动机 81

5.1.2　极区电流体系 85

5.2　太阳扰动：电离层暴和磁暴 87

5.2.1　电离层突然骚扰（SIDs） 87

5.2.2　电离层暴和磁暴（极区） 88

5.2.3　电离层暴（非极区） 93

5.2.4　质子暴 极盖事件（PCEs） 95

第二部分 制约某些电离层过程的原理和实验方法 96

第六章　碰撞和扩散 96

6.1 碰撞 96

6.2　扩散 100

6.2.1　等离子体扩散 102

6.2.2　含有多种离子的等离子体分布 105

6.2.3　受地磁场影响的扩散 106

6.3　空气曳力与离子曳力 107

第七章　带电粒子在磁场中的运动 110

7.1　无碰撞时的运动 110

7.1.1 自由带电粒子的运动 110

7.1.2　在恒定外力作用下的运动 111

7.2　有碰撞时的运动 113

7.2.1　在恒定外力作用下的运动 113

7.2.2　电离层不均匀结构的运动 117

7.2.3　电离层电导率 118

7.3　会聚磁力线 捕获粒子 122

7.4　“冻结”磁力线 127

第八章　电磁波、磁流波和电声波 131

8.1 引言 131

8.2　各种电波的共同特性 132

8.3　折射指数为零和无穷的条件 134

8.4　电子的运动 135

8.5　磁场中的纵向传播 140

8.5.1　仅有电子运动 140

8.5.2　折射指数大于1（哨声模式） 144

8.5.3　电子与离子都运动 磁流波 146

8.5.4　渡越频率 149

8.6　磁场中的横向传播 152

8.6.1　仅有电子运动 152

8.6.2　电子与离子都运动 157

8.6.3　上、下混合频率 160

8.7　电声波 163

8.7.1 波和粒子的相互作用　Landau阻尼和回旋阻尼 166

8.8　群、角谱和波包 168

第九章　用无线电波探测电离层 174

9.1　引言 174

9.2　电离层探测 177

9.2.1　用顶部探测器观测到的谐振 182

9.3　部分反射 184

9.4　不相干散射或Thomson散射 186

9.5　波相互作用 192

9.6　Doppler和Faraday测量 193

9.7　哨声和微脉动 195

9.7.1　记录方法 195

9.7.2　电子哨声 196

9.7.3　电子-离子哨声 203

9.7.4　离子哨声（微脉动） 205

9.7.5　甚低频（VLF）嘶声 206

第十章　空间飞行器上的实验 若干基本原理 207

10.1　引言 207

10.2　电子和离子浓度以及温度的测量 208

10.2.1 Langmuir探针 211

10.2.2 电离层等离子体中的射频测量 216

10.3　高能粒子的测量 217

10.4　质谱仪 221

10.4.1　磁偏转质谱仪 221

10.4.2　Bennett高频质谱仪 222

10.4.3　四极质谱仪 223

10.5　磁场的测量 224

10.5.1　饱和式磁力仪 224

10.5.2　碱蒸气磁力仪 226

10.6　电场的测量 229

附录A．生成层的Chapman理论 231

附录B．扩散造成的电子消失的时间常数 234

附录C．主要符号和单位换算表 236

参考文献 240