现代太阳物理导论
课程编码：180201070401P2002H
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 张枚
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 张枚
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 3学时 张枚
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
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 3学时 张枚
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 3学时 张枚
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 张枚
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 局地日震学及主要结果
第七章 太阳光球 3学时 张枚
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 张枚
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 光球活动和磁场 3学时 杨尚斌
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
第十章 太阳电动力学概述 3学时 杨尚斌
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
第十一章 等离子体性质 3学时 杨尚斌
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
第十二章 磁流体力学概论 4学时 杨尚斌
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
第十三章 磁流体力学中的波动 4学时 杨尚斌
第1节 声波
第2节 阿尔芬波
第3节 朗缪尔波
第4节 激波
第十四章 太阳发电机理论 3学时 杨尚斌
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 杨尚斌
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 色球和日冕主要活动现象 3学时 杨尚斌
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
第十七章 太阳爆发机制 4学时 杨尚斌
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5节 近地空间环境
第6节 太阳风暴与地球空间暴
第十八章 太阳风和日球 3学时 杨尚斌
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 冕洞高速流与地磁扰动
第4节 太阳风和日球探测历史
第5节 日地空间天气预警
第十九章 闭卷考试 3学时 张枚
第1节 闭卷考试
参考书
1、
太阳物理导论@Magnetohydrodynamics of the Sun
林元章@Eric Priest
2000@2014
科学出版社@Cambridge University
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，发表学术论文百余篇。主持和参与十余项各类基金，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。
杨尚斌：中国科学院大学岗位教授，中国科学院国家天文台副研究员。2004年获得武汉大学物理学学士学位。2009年获得中国科学院天体物理学博士学位，2009-2010年德国马克斯普朗克研究所访问学者，2010年起在中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地从事研究工作。2014年入选瑞士空间科学学院“磁螺度计算工作组”。2016年获得国际空间科学组织（COSPAR）的青年科学家杰出论文奖。2019年入选中国科学院青年创新促进会。中国天文学会第十四、十五届理事会太阳与日球专业委员会副主任、中国科学院怀柔太阳观测基地观测运行组组长。中国天文学领域首批国家自然科学基金委原创探索项目基金获得者，科技部重点研发项目课题“太阳极区探测中磁场、速度场的低噪声成像探测关键技术研究“课题负责人。作为主要成员获得中国科学院大学教学科研领雁银奖、中科院教育教学成果二等奖。