等离子体天体物理

课程编码：180201070401P3009H 英文名称：Plasma Astrophysics 课时：50 学分：2.50 课程属性：专业课 主讲教师：谭宝林等

本课程主要讲授在天体物理各种环境中的等离子体的基本特征和磁场起源的发电机理论；天体等离子体的主要理论描述，包括单粒子轨道漂移原理、绝热不变性原理、磁流体力学基本方程和动理论；天体等离子体中的各种波，包括静电波、磁流体波和电磁波；天体等离子体中的非相干辐射和相干辐射理论；等离子体系统中的粒子加速机制，包括电场加速、费米加速、激波加速和湍流加速等；天体等离子体的加热机制，以及各种爆发现象的起源与辐射响应等现象的物理规律，此外，还包括典型天体物理过程的实验室模拟原理、方法、模拟实验平台的搭建和模拟方案构建等内容。
等离子体天体物理是现代天体物理学的重要基础理论之一，同时也为空间物理等新兴学科提供重要的理论研究方法，并为基础等离子体物理提供观测证据。本课程的教学目的是主要面向天文学与天体物理、空间物理等领域的硕士和博士研究生，主要讲授上述理论的基本内容，并结合一定的事例分析，介绍上述理论的应用方法。

电动力学、统计物理学、普通天文学

第一章 天体等离子体物理概论 3学时 谭宝林
第1节 等离子体的基本概念、集体效应、等离子体振荡
第2节 天体等离子体的主要特点
第3节 等离子体天体物理的基本研究方法
第二章 天体等离子体中的磁场 3学时 谭宝林
第1节 天体等离子体中的磁场基本特征，有力场和无力场概念
第2节 天体等离子体中磁场起源：发电机理论
第3节 太阳与恒星的磁活动周
第三章 天体等离子体中的单粒子轨道理论 3学时 谭宝林
第1节 单粒子轨道漂移原理
第2节 绝热不变性原理
第3节 单粒子轨道理论的天体物理中的应用
第四章 天体磁流体力学理论 3学时 谭宝林
第1节 磁流体力学方程组
第2节 磁冻结与磁扩散
第3节 天体等离子体中的宏观不稳定性
第五章 天体等离子体动理论 4学时 谭宝林
第1节 天体等离子体中的碰撞过程
第2节 动理论基本方程
第3节 天体等离子体中的微观不稳定性
第六章 天体等离子体中的波 4学时 谭宝林
第1节 静电波
第2节 磁声波与阿尔芬波
第3节 电磁波
第七章 天体等离子体中的辐射转移方程 3学时 黄静
第1节 天体等离子体中的辐射转移方程推导
第2节 辐射亮温度和偏振
第3节 截止与共振
第八章 天体等离子体中的非相干辐射 3学时 黄静
第1节 等离子体中辐射的基本特征
第2节 等离子体中的韧致辐射
第3节 等离子体中的磁回旋辐射
第九章 天体等离子体中的相干辐射 3学时 黄静
第1节 等离子体中的相干辐射的基本特征
第2节 电子回旋脉泽辐射
第3节 等离子体辐射
第4节 太阳爆发过程中的相干辐射
第5节 超新星及其遗迹中的辐射
第十章 天体等离子体中电场加速和费米加速机制 3学时 谭宝林
第1节 天体等离子体中粒子加速概论
第2节 等离子体中的电场加速
第3节 等离子体中的费米加速机制
第十一章 天体等离子体中激波和湍流加速 3学时 谭宝林
第1节 扩散激波加速机制
第2节 漂移激波加速机制
第3节 等离子体湍流加速
第十二章 高能宇宙线物理及相关加速过程 3学时 谭宝林
第1节 宇宙线的成分及能谱
第2节 宇宙线的加速和传播
第3节 宇宙线的探测
第十三章 实验室天体物理发展概述 3学时 李玉同
第1节 高功率激光技术的进展给天体物理研究带来的机遇
第2节 在实验室中研究天体物理问题的基本思路
第3节 天体物理体系和实验室体系的标度变换
第十四章 实验室天体物理若干前沿问题研究 3学时 李玉同
第1节 辐射不透明度和光电离等离子体实验室研究原理和方法
第2节 天体喷流实验室研究原理和方法
第3节 磁重联实验室研究原理和方法
第4节 无碰撞冲击波实验室研究原理和方法
第十五章 强激光实验平台参观及数据处理 3学时 李玉同
第1节 强激光实验平台参观及数据处理
第十六章 笔试 3学时 谭宝林
第1节 笔试

谭宝林，天体物理学博士，国家天文台研究员，博士生导师，自2015年开始担任国科大《等离子体天体物理学》研究生课程的首席教授。黄静，天体物理学博士，国家天文台副研究员，硕士生导师，自2020年开始担任国科大《等离子体天体物理学》研究生课程的主讲教师。李玉同，物理学博士，物理研究所研究员，博士生导师，自2015年开始担任国科大《等离子体天体物理学》研究生课程的主讲教师。