现代太阳物理导论
课程编码：070401M04009H
英文名称：Fundamental Solar Physics
课时：60
学分：3.00
课程属性：专业核心课
主讲教师：张枚等
教学目的要求
本课程为天文学科各专业博士、硕士研究生的专业核心课程，太阳物理方向研究生的必修课，同时也可作为物理专业研究生、物理和天文专业高年级本科生的选修课。本课程不仅涵盖了太阳物理研究的几乎全部知识点，具有基础性和系统性；同时又包括了若干太阳物理当前热点研究介绍和讨论，兼具前沿性。通过本课程的学习，学生能够基本掌握太阳物理学中的基本概念、理论模型、主要观测方法和重要结果，了解主要的研究手段、未解决的问题和研究方向，为进一步学习天体物理和进行太阳物理研究打下基础。
预修课程
普通物理（力学、原子物理、电动力学）
大纲内容
第一章 太阳物理综述 4学时
第1节 太阳物理研究的意义和挑战
第2节 太阳基本物理参数
第3节 较差自转和太阳辐射
第4节 太阳黑子和活动周
第5节 太阳的分层结构
第6节 日冕和日冕加热问题
第7节 太阳活动现象
第8节 太阳磁场和磁活动周
第9节 磁流体力学简介
第二章 太阳观测方法 2学时
第1节 主要观测手段
第2节 望远镜分类和各类特点
第3节 望远镜核心参数指标
第4节 台址核心指标和太阳选址特色
第5节 太阳高分辨率观测
第三章 太阳内部结构和演化 2学时
第1节 太阳的结构和主序前演化
第2节 确定太阳内部结构的基本方程
第3节 太阳的化学组成和平均原子量
第4节 太阳的能源
第5节 标准太阳模型的构建
第6节 主序后演化
第四章 太阳内部对流的模型与观测 2学时
第1节 对流的定义
第2节 对流的触发条件
第3节 混合长理论和对流层模型
第4节 太阳内部对流的观测证据
第5节 太阳对流的数值模拟
第五章 太阳振荡的观测和理论描述 2学时
第1节 太阳振荡的发现
第2节 太阳振荡的理论描述
第3节 确定太阳震荡的基本方程
第4节 太阳振荡分类
第5节 太阳振荡的观测和功率谱
第六章 日震学 3学时
第1节 日震学研究的三种方法
第2节 全球日震学及主要结果
第3节 局部日震学及主要结果
第七章 太阳光球 3学时
第1节 描述太阳辐射及传播的主要物理参量
第2节 光球的定义及性质
第3节 连续谱的辐射转移方程及解
第4节 太阳常数、临边昏暗等概念和现象
第5节 太阳低层大气模型
第八章 光球谱线和磁场测量 3学时
第1节 夫琅和费谱线
第2节 吸收线和发射线
第3节 吸收线的辐射转移方程
第4节 谱线加宽机制
第5节 偏振光的描述和磁场测量原理
第九章 太阳电动力学概述 2学时
第1节 Big Picture
第2节 磁感应方程中的磁场冻结效应
第3节 从电子碰撞引起的电阻理解太阳磁场的寿命
第4节 静态的粗细太阳磁流管模型解释太阳黑子和光斑
第5节 大尺度的磁势场外推揭示的冕洞结构
第6节 用磁重联模型解释太阳耀斑和日冕物质抛射
第十章 等离子体性质 2学时
第1节 电中性和电荷分布
第2节 德拜屏蔽和德拜长度
第3节 等离子中的特征频率
第4节 等离子体的描述方法
第十一章 磁流体力学概论 4学时
第1节 从玻尔兹曼方程到磁流体力学方程
第2节 磁感应方程、耗散和冻结效应
第3节 欧姆定律和广义欧姆定律
第4节 磁压力与磁张力
第5节 磁流管的静态模型
第6节 磁流管的不稳定性
第十二章 磁流体力学中的波动 4学时
第1节 声波
第2节 阿尔芬波
第3节 朗缪尔波
第4节 激波
第十三章 光球活动和磁场 3学时
第1节 太阳黑子的观测特征和分类
第2节 太阳黑子的物理构造和演化
第3节 太阳活动的周期性
第十四章 太阳发电机理论 3学时
第1节 Babcock-Leighton观测模型
第2节 Cowling反发电机理论
第3节 平均场（Mean field）发电机模型
第4节 Flux –Transport发电机模型
第5节 Direct Numerical Simulation(DNS) 直接数值模拟模型
第十五章 色球和日冕 3学时
第1节 色球和过渡区
第2节 日冕
第3节 加热现象
第十六章 太阳风和日球 3学时
第1节 日冕模型与太阳风
第2节 行星际磁场和日球
第3节 太阳风和日球探测历史
第十七章 色球和日冕主要活动现象 3学时
第1节 日珥或暗条
第2节 太阳耀斑
第3节 亮点与喷流
第4节 日冕物质抛射
第十八章 太阳爆发机制 3学时
第1节 日冕磁场的理论外推
第2节 活动区物理参量
第3节 活动区磁场拓扑结构
第4节 太阳爆发能量与传播
第十九章 日地关系 3学时
第1节 近地空间环境
第2节 太阳风暴与地球空间暴
第3节 冕洞高速流与地磁扰动
第4节 地球环境变化中的太阳活动因素
第二十章 太阳活动预报 3学时
第1节 关键科学问题
第2节 建模方法
第3节 预报模型
第4节 预报服务
第二十一章 闭卷考试 3学时
第1节 考试
参考书
课程教师信息
张枚：中国科学院国家天文台二级研究员、博士生导师、怀柔太阳观测基地首席科学家、中国科学院大学兼职教授、美国国家大气研究中心客座教授、国际学术期刊RAA科学编委。中科院“百人计划”入选者、国家杰出青年基金获得者。1987年北京大学获学士学位、1990年中国科学院北京天文台硕士、1999年中国科学院北京天文台博士。主要从事磁流体力学理论和太阳矢量磁场的观测研究。发表学术论文90余篇，其中2005年作为第一作者的在《天文学与天体物理学年评》上的特邀综述文章为中国天文学家在此国际最高权威综述期刊上的首发之作。主持和参与十余项各类基金，曾主持两项美国自然科学基金委支持基金。国际学术会议特邀报告18次，主持和参与组织国际会议15个。
王华宁：博士，研究员，国家天文台太阳物理研究部副主任、太阳活动预报研究单元首席研究员、博士生导师、中国科学院大学兼职教授。1983年本科毕业于北京师范大学，1994年于中国科学院北京天文台获博士学位，1997年获日本文部省Foreign Research Fellowship 在日本国立天文台从事太阳物理研究1年多。1999年以来多次参加载人航天等重大工程的空间环境保障任务，以中国代表身份协调中国区域警报中心与国际空间环境服务组织进行空间天气预报信息交换。2008年开始在中国科学院研究生院（或中国科学院大学）先后讲授《太阳物理》、《现代太阳物理导论》等研究生课程。2000年以来先后主持中科院创新基金、国家自然科学基金、973项目课题、863重点课题、嫦娥3号极紫外相机数据分析等研究项目。1993年以来在国内外核心刊物发表研究论文80余篇。2009年以来获得3项授权国家发明专利和一项软件著作权。 2002年获得中国天文学会“纪念成中杰奖”； 2007年参加863项目获得有关部门科技进步一等奖。
杨尚斌：中国科学院国家天文台副研究员，2004年毕业于武汉大学物理学基地班，获得物理学学士学位，2009年7月获得中科院国家天文台和德国马普太阳系研究所联合培养博士学位。2009-2010在德国马普太阳系研究所做博士后访问研究。2012年评为中国科学院国家天文台副研究员。以太阳磁螺度的观测和理论研究为研究方向。研究内容包括新浮活动区的演化研究，太阳磁螺度的分布和演化与太阳活动关系的研究、太阳磁流体中的磁螺度数值模拟研究。研究成果证实了太阳活动区磁通量浮现的缠绕先导性，提出了日冕磁场的磁螺度再分布机制，揭示了南北半球磁螺度传输的不对称性。是国际空间科学学院“太阳磁螺度计算”团组的正式成员（2014-2016）, 独立发展的相对磁螺度计算模型首次用来检验三维磁重联模型中的磁螺度守恒，该计算模型被列入国际空间科学研究院“太阳磁场磁螺度观测和计算工作组”参考模型。作为第一负责人承担了国家自然科学基金青年基金项目《太阳光球磁螺度传输与太阳活动关系研究》（2012-2014）和面上项目《太阳大气中磁螺度的分布和演化与太阳活动关系的研究》（2016-2019）。2016年度国际空间研究委员会(COSPAR)在空间天体物理领域颁发的青年科学家杰出论文奖获得者。2018年加入中国科学院青年创新促进会。