Helioseismology, Asteroseismology, and MHD Connections pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Gizon, Laurent (EDT)/ Cally, Paul (EDT)/ Leibacher, John (EDT)

出品人:

页数:644

译者:

出版时间:2008-11

价格:$ 258.77

装帧:

isbn号码:9780387894812

丛书系列:

图书标签:

Helioseismology
Asteroseismology
Magnetohydrodynamics
Solar Physics
Stellar Physics
Plasma Physics
Astrophysics
Solar Interior
Stellar Structure
MHD Theory

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具体描述

This volume presents a timely snapshot of the state of helio- and asteroseismology in the era when SOHO/MDI is about to be replaced by SDO/HMI and CoRoT is yielding its first long-duration light curves of thousands of stars. This Topical Issue of Solar Physics is inspired by two seminal conferences, HELAS II and SOHO19/GONG 2007, and was open for general submission on the core topics of these conferences. Three papers describing the current status of asteroseismology, global helioseismology, and local helioseismology were specially commissioned for the volume, and these set the context for the other contributions.

恒星物理学前沿：从内部结构到磁场相互作用的深入探索本书全面深入地探讨了现代天体物理学中至关重要的三个交叉领域：恒星内部结构探测（Helioseismology 的一般原理）、不同类型恒星的内部振荡（Asteroseismology 的应用），以及磁流体动力学（MHD）在恒星演化和活动中的核心作用。本书旨在为高年级本科生、研究生以及专业研究人员提供一个坚实而前沿的理论框架和实践指导。第一部分：恒星内部结构的通用探针——从太阳到其他恒星的基本原理本部分奠定了利用振荡现象研究恒星内部结构的基础。虽然不直接涉及特定恒星的详细数据，但它详尽阐述了声波在恒星内部传播的基本物理机制，以及如何从观测到的表面频率光谱中反演（Invert）出内部密度、温度和速度场的信息。第1章：恒星振荡的基础物理本章首先回顾了流体力学和热力学在恒星内部的适用性，重点介绍了理想流体中的线性扰动方程组。我们将详细推导五大基本方程：连续性方程、欧拉方程（无粘性）、能量方程（绝热或非绝热）、状态方程（如理想气体定律）以及封闭方程（如辐射传输近似）。深入讨论了声波的特性：相速度、群速度，以及在不同结构层（如对流层和辐射层）中的传播差异。特别关注了浮力波（Buoyancy Waves）的物理意义及其在非均匀介质中的行为。第2章：振荡模式的分类与特征详细区分了恒星内部振荡的三大主要模式类别： p 模式（压力驱动模式）：聚焦于内部压力梯度如何驱动振荡，它们如何携带关于内部密度和声速剖面的信息。本章阐述了浅层模式和深层模式在可观测性上的区别。 g 模式（浮力驱动模式）：深入探讨了在稳定分层区域（如辐射区）中，重力如何作为恢复力驱动振荡。讨论了g 模式在探测氦丰度、金属丰度以及混合区边界方面的巨大潜力。非径向模式：介绍了球谐函数展开法在描述二维和三维振荡模式中的应用，定义了角速度 $(ell, m)$ 模式的物理意义及其与恒星自转的关系。第3章：反演理论与误差分析本章是连接观测与理论的关键。它详细介绍了全局振荡反演（Global Inversion）的技术，包括正则化方法（如 Tikhonov 正则化）在处理欠定或病态反演问题中的应用。讨论了如何将观测到的频率间隔（Frequency Separations）与理论模型计算出的间隔进行比较，以约束内部参数。同时，强调了模型依赖性、系统误差和随机误差的量化方法，确保对结果可信度的准确评估。第二部分：特定恒星演化阶段的振荡应用与前沿观测本部分将第一部分的理论知识应用于具体的恒星类型和现象中，展示了恒星振荡作为一种“宇宙显微镜”的能力。第4章：主序星和红巨星的演化印记本章集中分析了主序星和红巨星（包括红团星）在不同演化阶段的振荡光谱差异。探讨了对流层深度如何精确地由p 模式频率间隔决定，这是对传统恒星演化模型最直接的检验之一。在红巨星阶段，g 模式的探测难度与重要性并存，本章讨论了如何利用低频段的振荡信号来探测内部氦聚变核的尺寸和界面结构。第5章：快速自转恒星与混合区动力学对于快速自转的恒星，本章阐述了自转如何通过频率分裂（Frequency Splitting）和混合（Mixing）过程影响振荡模式。重点讨论了对流-辐射边界（Convection-Radiation Zone Boundary, CZ/RZ）的内部混合过程，以及如何通过测量特定的混合模式频率（如 $ell=1$ 模式）来量化内部物质输运的效率，这对于理解大质量恒星的演化路径至关重要。第6章：白矮星与密致天体的振荡转向恒星演化的终点，本章介绍了白矮星（White Dwarfs）中充当恢复力的非径向重力模式（g 模式）。这些模式的周期极短，提供了关于核心简并度、冷却速率以及内部化学分层的直接信息。讨论了如何利用脉动白矮星的精密数据来检验量子力学在极端密度下的有效性。第三部分：磁场与介质相互作用的理论框架本部分将视线从纯粹的声学扰动转向电磁场与恒星物质的耦合作用，即磁流体动力学（MHD）在理解恒星活动、恒星风和磁场生成中的基础作用。第7章：磁流体动力学基础与恒星等离子体本章是理解磁场如何影响恒星的必要前提。详细介绍了MHD 基本方程组：在广义的欧姆定律（考虑霍尔效应和电子惯性）、动量方程、能量方程以及麦克斯韦方程组。重点讨论了阿尔芬波（Alfvén Waves）的传播特性，包括其在各向异性介质中的传播速度和能量耗散机制。第8章：恒星磁场生成与维持本章深入探讨了磁场发电机理论（Dynamo Theory）。详细分析了阿尔芬-罗斯比（Alfvén-Rossby）波的耦合，以及在对流区中，$alpha-Omega$ 机制如何通过差速旋转（Differential Rotation）和湍流的霍尔效应来维持和再生恒星的宏观磁场。讨论了发电机区域的深度和效率如何受到恒星内部结构（如对流区与辐射区之间的剪切层）的强烈影响。第9章：磁场对振荡与恒星大气的影响本章将磁场与前两部分讨论的振荡现象重新联系起来。讨论了磁场如何对声波的传播产生影响： 1. 频率位移：解释了外部磁场或内部磁场的非均匀分布如何导致振荡频率发生额外的、与纯声学模型不符的位移。 2. 磁场锚定与耗散：分析了强磁场对对流湍流的抑制作用（磁阻尼），以及磁场如何通过阿尔芬波将能量和角动量传递到恒星外层。最后，讨论了磁场在驱动恒星风（Stellar Winds）和磁场拓扑演化中的关键角色，为理解恒星的磁活动周期提供了理论基础。本书的结构设计旨在提供从基础声学原理到复杂磁场耦合的逻辑递进，确保读者能够掌握现代恒星物理学研究的最前沿工具和概念。