空间材料手册 1 空间环境物理状态PDF电子书下载

第1章 太阳的基本特征 1

1.1引言 1

1.2太阳的基本参量 3

1.2.1太阳质量 3

1.2.2太阳半径 4

1.2.3太阳常数 4

1.2.4太阳光度 5

1.2.5太阳有效温度 5

1.2.6宁静太阳的基本参量表 6

1.3太阳的分层结构 7

1.3.1太阳内部 9

1.3.2太阳大气 15

1.4太阳磁场 28

1.4.1太阳总磁场、极向磁场和环形磁场 28

1.4.2活动区磁场 29

1.4.3宁静区磁场 30

1.4.4行星际磁场 30

1.5太阳自转和日面坐标系 31

1.6太阳活动 33

1.6.1引言 33

1.6.2太阳黑子 34

1.6.3光斑 37

1.6.4日珥 37

1.6.5太阳耀斑 38

1.6.6日冕瞬变与日冕物质抛射 47

1.7太阳活动周期 51

1.7.1黑子相对数与太阳活动周 51

1.7.2纬度迁移与极性变化 52

1.7.3活动期其他特性的周期变化 53

1.7.4超长周期 54

1.8太阳活动的机理 55

1.9太阳振动 56

1.10太阳能源 57

1.11太阳中微子 59

1.12太阳的演化 62

参考文献 65

第2章 太阳电磁辐射 67

2.1概述 67

2.1.1地球大气外太阳电磁辐射谱 68

2.1.2太阳活动对太阳电磁辐射的影响 73

2.2太阳可见光和红外辐射 78

2.3太阳的短波电磁辐射 80

2.3.1宁静太阳的短波辐射 81

2.3.2太阳耀斑的短波辐射 99

2.4太阳射电辐射 108

2.4.1太阳射电辐射的一般特征 108

2.4.2太阳射电爆发分类 110

2.4.3 10.7 cm射电辐射通量及其变化 112

参考文献 114

第3章 太阳风和日球磁场 115

3.1引言 115

3.2太阳风和行星际磁场的基本参量 116

3.2.1太阳风等离子体的平均特性 116

3.2.2太阳风的变化特征 119

3.2.3太阳风高速流和行星际激波 121

3.2.4太阳风的组分 123

3.2.5粒子按速度的分布函数 124

3.3等离子体在磁场内的运动 127

3.3.1单个带电粒子运动 127

3.3.2德拜屏蔽 131

3.3.3等离子体振荡 132

3.4太阳风的定态模型 134

3.4.1多方模型 134

3.4.2计及热导率和黏度的模型 136

3.4.3二流体模型 136

3.4.4波的作用 138

3.4.5等离子体旋转和磁场 139

3.4.6动力学模型 140

3.5日球磁场 140

3.6日球磁场的起源 143

3.7日球磁场的一种可能模型 144

3.8太阳风和日球磁场的扰动 146

3.8.1涨落谱 147

3.8.2大尺度不均匀性 148

3.8.3小尺度不均匀性 152

3.8.4间断性 153

参考文献 156

第4章 太阳宇宙线 157

4.1引言 157

4.2带电粒子在磁场中的运动 159

4.2.1能量粒子的磁刚度 159

4.2.2粒子群的描述 162

4.2.3带电粒子在非均匀磁场中的运动 163

4.2.4绝热不变量 166

4.3太阳能量粒子的发生和加速 172

4.4太阳能量粒子的传播 174

4.4.1太阳粒子在日冕内的传播 174

4.4.2太阳能量粒子在行星际空间的传播 178

4.5太阳宇宙线的组分和粒子能谱 185

4.5.1太阳宇宙线的组分 185

4.5.2太阳宇宙线的粒子能谱 187

4.6太阳宇宙线统计规律 190

4.6.1太阳宇宙线的刚度及其截止值 198

4.6.2质子增强事件按粒子通量的分布 222

4.6.3质子事件与太阳活动 223

4.6.4太阳宇宙线与相应耀斑的日面经度和纬度的关系 224

4.6.5太阳宇宙线随时间的演化 227

4.7太阳宇宙线能谱的计算 230

4.7.1太阳宇宙线按累积通量和峰通量的分布函数 230

4.7.2太阳宇宙线的粒子能谱 232

4.7.3给定时间内的随机粒子通量 234

4.7.4地球轨道外太阳宇宙线的粒子通量与日心距的关系 238

4.8行星际空间能量粒子分布的数学描述 238

4.8.1扩散传播模型 238

4.8.2费克-普朗克方程及其数值解 241

4.8.3粒子输运的蒙特-卡罗方法 243

4.8.4近似解析解 245

4.8.5计及行星际磁场聚焦作用的求解 246

参考文献 250

第5章 银河宇宙线和反常宇宙线 252

5.1引言 252

5.2银河宇宙线的成分 252

5.3星际银河宇宙线能谱 256

5.4地球附近的银河宇宙线能谱 258

5.4.1调制效应 258

5.4.2 1011 ～1017 eV能量范围银河宇宙线能谱特征 262

5.4.3银河宇宙线的各向异性 265

5.4.4能量高于1017 eV的银河宇宙线能谱特征 267

5.5宇宙线在银河内的传播 268

5.5.1星际介质的基本参量 268

5.5.2宇宙线在银河磁场内的扩散 268

5.5.3宇宙线在银河规则磁场内漂移 269

5.5.4分形扩散 270

5.6银河宇宙线的起源 270

5.6.1超新星爆炸可能是银河宇宙线的主要起源 270

5.6.2激波加速的标准模型 271

5.6.3其他加速机制 272

5.7反常宇宙线 273

5.7.1反常宇宙线的特征 273

5.7.2反常宇宙线的起源及其在日球内的传播 275

5.7.3粒子在日球边界的加速 276

5.7.4反常宇宙线的调制和边界激波的位置 276

5.7.5反常宇宙线粒子的地磁场俘获及其离子电荷态 277

5.7.6低地球轨道高度上反常宇宙线和银河宇宙线的线性能量传递谱 278

5.8银河宇宙线模式 280

5.8.1银河宇宙线模式的基本特征 280

5.8.2近星际空间的粒子能谱和调制函数的基本形式 281

5.8.3调制函数的结构 282

5.8.4银河宇宙线在地球轨道外的粒子通量 284

5.8.5银河宇宙线模式精确度 286

参考文献 287

第6章 地磁层 290

6.1引言 290

6.2地磁场及其活动性 290

6.2.1基本地磁要素和常用坐标系 291

6.2.2地磁场的起源 295

6.2.3主磁场及其长期变化 295

6.2.4地磁场的短期变化 300

6.2.5地磁脉动 302

6.2.6地磁活动指数 309

6.3带电粒子在地磁场内的运动 313

6.3.1回旋运动 313

6.3.2振荡（反冲）运动 315

6.3.3漂移运动 317

6.4地磁层的结构 319

6.5地磁层规则磁场 325

6.6磁层亚暴、磁暴和粒子暴 327

6.6.1磁层亚暴 327

6.6.2磁暴 329

6.6.3粒子暴 333

6.7磁层动力学模式 334

6.8磁尾电流在磁暴发展中的作用 335

6.9地磁层的外部等离子体区域 339

6.9.1过渡层和从舷激波至太阳风流上游的区域 339

6.9.2磁尾等离子体片 340

6.9.3粒子在磁尾的加速 343

6.10环电流 344

6.10.1引言 344

6.10.2环电流粒子的组分、空间分布和能谱 345

6.10.3环电流的形成和衰减机制 351

6.10.4环电流磁场 353

6.11航天器的表面充放电效应 353

6.11.1概述 353

6.11.2航天器表面充电的物理机制 354

6.11.3航天器表面充电的机制 356

6.11.4航天器食充电、绝对充电及不等量充电 357

6.11.5低地球轨道上未加偏压的物体 358

6.11.6低地球轨道上加偏压的物体 359

6.11.7航天器接地方式的选择 360

6.11.8其他影响充电效应的因素 362

6.11.9地球同步轨道等离子体环境 364

6.11.10极区等离子体环境 367

6.11.11静电放电效应 367

6.11.12航天器异常充电和弧光放电的关联及放电故障对策 368

参考文献 370

第7章 地球辐射带 373

7.1引言 373

7.2地球辐射带的结构 373

7.3辐射带粒子源和动力学过程 378

7.3.1辐射带粒子源 378

7.3.2辐射带粒子损耗与填充 380

7.4质子和离子辐射带 383

7.4.1稳态辐射带 383

7.4.2在磁暴期辐射带的变化 385

7.5电子辐射带 387

7.5.1稳态电子辐射带 387

7.5.2电子通量在外电子辐射带周围地区的变化 387

7.5.3外辐射带相对论性电子的扩散波 389

7.5.4外辐射带电子通量的季节性变化 389

7.5.5外辐射带电子通量极大值与太阳活动周期的关系 390

7.5.6强磁暴期的电子辐射带 391

7.5.7相对论性电子通量极大值位置与磁暴强度的关系 395

7.6地球辐射带低高度的能量粒子通量 396

7.7地球辐射带粒子的湮没 398

7.8辐射带模式问题 402

参考文献 406

第8章 地球大气层 409

8.1概述 409

8.2地球大气层的结构 411

8.2.1地球大气分层 411

8.2.2地球大气模式 417

8.2.3地球大气的流体动力学描述 420

8.3地球大气环流、波动和潮汐 422

8.3.1大气环流（风） 422

8.3.2地球大气的波动、振荡和潮汐 424

8.4高层大气物理学 428

8.4.1大气成分 428

8.4.2大气臭氧 432

8.4.3大气层内的云量和气溶胶 434

8.5大气层对外界扰动的响应 437

8.6地球气候及其变化 448

8.6.1天文学因素 448

8.6.2地球物理学因素 449

8.6.3气象学因素 450

8.6.4当代气候的变迁 450

8.7原子氧及其他中性气体环境 455

8.7.1概述 455

8.7.2原子氧的形成和环境描述 456

8.7.3原子氧效应 459

8.7.4其他中性大气 462

8.7.5太空航天器辉光现象 465

8.8真空环境 465

8.8.1概述 465

8.8.2真空环境效应 467

8.8.3协同效应 474

参考文献 475

第9章 地球大气电离层 477

9.1引言 477

9.2电离层的形成和结构特征 479

9.2.1电离层的形成 479

9.2.2电离层的结构特征 497

9.3电离层规则参量的演化 501

9.3.1昼夜演化 501

9.3.2季节演化 502

9.3.3太阳活动周期的演化 502

9.4电离层扰动 503

9.4.1电离层电磁辐射扰动 503

9.4.2电离层微粒子流扰动 504

9.4.3电离层暴 508

9.5电离层的气象学效应 508

9.6人为活动对电离层的扰动 509

9.7无线电波在电离层的传播 511

参考文献 513

第10章 微流星体与空间碎片 514

10.1引言 514

10.2微流星体和空间碎片的起源 514

10.3微流星体和空间碎片的成分 515

10.4微流星体和空间碎片的分布特征 516

10.5微流星体和轨道碎片环境 525

10.5.1微流星体 525

10.5.2轨道碎片环境 528

10.6微流星体和空间碎片的效应 532

10.6.1微流星体和空间碎片的异同 532

10.6.2微流星体和空间碎片对航天器的损伤 532

10.7微流星体和空间碎片的防护对策 535

10.8风险评估与轨道碎片的再入 536

10.8.1风险评估 536

10.8.2轨道碎片的再入 537

10.9俄罗斯/美国卫星对撞引起的思考 537

参考文献 540

第11章 月球和太阳系行星周围的环境状态 541

11.1引言 541

11.2月球 542

11.2.1概述 542

11.2.2月球重力场结构 545

11.2.3月球磁场 546

11.2.4月球大气层——外逸层 547

11.2.5月球的地形与地貌 547

11.2.6月球化学组成和矿物 549

11.2.7月球岩石和陨石 551

11.2.8月壤及其氦—3资源 551

11.2.9月球表面的流星体通量 554

11.2.10月球附近的电离辐射 555

11.2.11月球的反射和固有辐射 556

11.2.12月球环境及其影响 557

11.2.13我国的月球探测 563

11.3水星 565

11.3.1概述 565

11.3.2水星重力场结构的可能特征 565

11.3.3水星磁场 566

11.3.4水星大气层和磁层 567

11.3.5水星附近的流星体通量 567

11.4金星 568

11.4.1概述 568

11.4.2金星重力场 568

11.4.3金星大气 569

11.4.4金星电离层 570

11.4.5金星的温室效应 571

11.5火星 572

11.5.1概述 572

11.5.2火星的重力场和内部结构 572

11.5.3火星的磁场和电离层 573

11.5.4火星大气层 574

11.5.5火星表面、土壤和冰冠 576

11.5.6火星探测的新进展 577

11.6木星 579

11.6.1概述 579

11.6.2木星重力场 579

11.6.3木星大气层和内部结构 580

11.6.4木星的磁场和磁层 582

11.6.5木星环和木星天然卫星系统 585

11.7土星 586

11.7.1概述 586

11.7.2土星重力场 586

11.7.3土星大气层 586

11.7.4土星的磁场和磁层 587

11.8天王星 588

11.8.1概述 588

11.8.2天王星的重力势 588

11.8.3天王星大气层和内部结构 588

11.8.4天王星磁场和磁层 589

11.9海王星 589

11.9.1概述 589

11.9.2海王星的重力场 590

11.9.3海王星的大气层和内部结构 590

11.10行星及其卫星的基本数据 591

参考文献 605

第12章 空间环境监测和空间天气预报 607

12.1概述 607

12.2空间辐射环境的扰动 609

12.2.1空间辐射环境预报必要性 609

12.2.2空间辐射环境概述 610

12.2.3银河宇宙线 611

12.2.4地球辐射带 612

12.2.5太阳能量粒子事件 615

12.3航天器轨道辐射环境特点 616

12.3.1低地球轨道辐射环境 616

12.3.2地球同步转移轨道辐射环境 617

12.3.3地球同步轨道辐射环境 617

12.3.4对地磁层外空间活动的影响 618

12.4空间粒子辐射环境影响 618

12.4.1对航天器工程的影响 618

12.4.2对人体和其他生物系统的影响 619

12.5空间粒子辐射对地球大气的影响 619

12.6非空间粒子辐射效应 620

12.7空间天气的预报 621

12.7.1太阳活动预报 622

12.7.2银河宇宙线预报 623

12.7.3地球辐射带状态和地磁暴预报 623

12.7.4太阳能量粒子辐射预报 624

12.8空间粒子辐射环境的观测 626

12.8.1地磁层的监测 626

12.8.2太阳和行星际空间监测 626

12.9空间天气分级和预报信息源 628

12.9.1空间天气分级 628

12.9.2主要的空间天气信息源 631

参考文献 632

后记 633