空间等离子体相干辐射

太空射电辐射是典型的多尺度物理现象，相关研究涉及大尺度天体能量释放、激波重联等粒子加速，以及不同类型的等离子体动理论不稳定等，也包括共振或非共振的、线性或非线性的波粒与波波作用等。本书从集中展现太阳系主要射电辐射现象出发，结合近年来在数据分析和数值模拟等方面的最新进展，全面介绍有关的等离子体线性波模和动理论基础，以及有关的动理论不稳定性和相干辐射过程，为理解太空中的相干辐射现象提供理论基础。

目录
前言
第1章 空间射电辐射现象 1
1.1 太阳和行星际射电暴 2
1.1.1 概述与分类 3
1.1.2 米—十米波射电暴（Ⅰ～Ⅴ型） 3
1.1.3 分米—厘米—毫米波射电暴 19
1.1.4 百米—万米波射电暴 28
1.2 行星射电辐射 36
1.2.1 概述与分类 36
1.2.2 行星极光射电辐射 37
1.2.3 行星常规或非热连续谱辐射 59
1.2.4 行星激波射电辐射 69
1.3 日球层顶射电辐射 70
1.4 空间等离子体相干辐射机制简介 76
参考文献 77
第2章 冷等离子体波模的磁离子理论 85
2.1 磁离子波动理论色散关系推导 85
2.2 截止与共振频率 89
2.3 模式的色散关系 91
2.3.1 平行传播情形 92
2.3.2 垂直传播情形 94
2.4 模式的波场性质 96
第3章 等离子体动理论初步：朗道阻尼与非磁化等离子体中的波动模式 104
3.1 双流不稳定性与朗道阻尼 104
3.1.1 等离子体振荡 104
3.1.2 双流不稳定性 106
3.1.3 朗道阻尼 108
3.2 电子朗缪尔波色散关系与相应朗道阻尼现象 110
3.2.1 几种典型的粒子速度分布函数 112
3.2.2 傅里叶变换及积分的奇点问题 114
3.2.3 拉普拉斯变换——朗道的求解过程 115
3.2.4 热分布下的积分主值与朗道阻尼 121
3.3 离子声波及其朗道阻尼 128
3.4 非磁化等离子体中的电磁波模式 130
3.4.1 各向同性速度分布下的电磁波模 130
3.4.2 速度空间各向异性情况下的电磁波本征模——韦伯不稳定性 132
参考文献 135
第4章 等离子体动理论色散关系推导 136
4.1 弗拉索夫—麦克斯韦系统的拉普拉斯—傅里叶变换 137
4.2 弗拉索夫方程的线性化处理与特征线求解方法 138
4.3 未扰轨道积分 140
4.4 色散关系的一般形式 144
4.5 考虑相对论效应的色散关系一般形式 147
4.6 平行和垂直传播情形 152
4.7 冷等离子体色散关系、模式与增长率求解 155
4.7.1 重新推导色散关系 155
4.7.2 冷等离子体波动模式 156
4.7.3 增长率求解 159
4.7.4 相对论模式 162
第5章 热磁化等离子体中传播的线性波动模式 167
5.1 静电波的Harris色散关系 167
5.1.1 平行传播：静电朗缪尔波 168
5.1.2 垂直传播：电子伯恩斯坦波与静电电子回旋谐波 169
5.1.3 双麦克斯韦分布等离子体中传播的静电波色散关系 174
5.2 热磁化等离子体中的线性波动模式 175
5.2.1 色散关系一般形式 175
5.2.2 平行传播的波动模式 177
5.2.3 垂直传播的波动模式 180
参考文献 184
第6章 等离子体动理论不稳定性 185
6.1 束流—尾隆不稳定性 185
6.1.1 冷等离子体中的束流模及不稳定性 185
6.1.2 动理论束流（尾隆）不稳定性 188
6.2 韦伯不稳定性 190
6.2.1 双向束流激发的韦伯不稳定性 191
6.2.2 热各向异性分布电子驱动的动理论韦伯不稳定性 194
6.3 热各向异性驱动的动理论不稳定性 197
6.3.1 火龙带不稳定性 198
6.3.2 电磁离子回旋不稳定性 199
6.3.3 哨声波不稳定性 202
6.3.4 O模电磁不稳定性 205
6.4 电子回旋共振不稳定性 207
6.4.1 共振条件 207
6.4.2 共振曲线 208
6.4.3 粒子扩散曲线 215
6.5 等离子体双共振不稳定性 220
6.6 参量不稳定性或三波作用基本过程 224
6.6.1 受迫振子的振荡 224
6.6.2 三波谐振与调制不稳 227
6.7 强朗缪尔湍流共模耦合不稳定性过程 240
6.7.1 强朗缪尔湍流的扎哈罗夫方程组 241
6.7.2 强朗缪尔湍流崩塌过程及其发生阈值 243
6.7.3 强朗缪尔湍流崩塌过程的粒子模拟与电子调制不稳定性 244
6.7.4 实验室和空间中的强朗缪尔湍流研究 247
参考文献 250
第7章 等离子体辐射机制简介与PIC模拟研究 252
7.1 等离子体辐射简介 252
7.2 等离子体辐射的PIC模拟 252
7.2.1 非磁化等离子体—束流电子情况 254
7.2.2 磁化等离子体—束流电子情况 256
7.2.3 环束分布高能电子激发模与等离子体辐射过程 259
7.2.4 高次谐波等离子体辐射机理 262
7.2.5 非束分布高能电子驱动的等离子体辐射过程 264
7.2.6 （Z+W→O+F）等离子体基频辐射 268
7.2.7 密度梯度区的波模转换线性过程 273
参考文献 280
第8章 电子回旋脉泽辐射机制简介与PIC模拟研究 282
8.1 电子回旋脉泽辐射简介 282
8.2 电子回旋脉泽辐射的PIC模拟 286
8.2.1 太阳射电尖峰暴：谐频ECME产生机制 286
8.2.2 土星千米波辐射源区的回旋脉泽不稳定性 292
参考文献 295
附录A 数理基础 296
A.1 辐射基本概念和辐射转移方程 296
A.1.1 辐射强度、能流密度和辐射亮温 296
A.1.2 辐射转移方程 297
A.2 求解线性偏微分方程的特征线方法 299
A.3 速度空间直角坐标与柱坐标转换关系 301
A.4 Plenel公式及其积分应用 302
A.5 拉普拉斯变换及复变函数有关定理简单介绍 305
A.6 δ函数 306
A.7 高斯型积分和伪高斯型积分 307
A.8 等离子体色散函数 309
A.9 贝塞尔函数（第一类）及相关求和与积分公式 312
A.10 修正贝塞尔函数（虚宗量贝塞尔函数） 315
附录B 作者科研报告与科普短文选目录 317
后记 319
《21世纪理论物理及其交叉学科前沿丛书》已出版书目 322