外日球层探测  082500M02004H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科普及课 | 任课教师:郭孝城,罗熙,李晖
授课时间: 星期三,第1、2、3 节
授课地点: 教一楼123
授课周次: 15
授课时间: 星期四,第1、2、3 节
授课地点: 教一楼121
授课周次: 1、2、3、4、6、7、9、10、11、12、13、14、16
课程编号: 082500M02004H 课时: 40 学分: 2.00
课程属性: 一级学科普及课 主讲教师:郭孝城,罗熙,李晖 助教:
英文名称: Exploration of Outer Heliosphere 召集人:

教学目的、要求

本课程是空间物理学专业研究生的专业课。课程主要通过介绍外日球层的空间物理的基本概念和过程,以及最新的观测结果,让学生了解外日球层中太阳风和星际等离子体、中性原子、宇宙线等各成份的传输和相互作用机理,并熟悉和掌握相关的理论知识、数值模拟和数据分析方法。

预修课程

电动力学,空间等离子体物理,空间等离子体数值模拟,磁流体力学

教 材

自编讲义

主要内容

1.外日球层结构和理论描述方法(3学时);
外日球层的早期概念和理论发展,外日球层等离子体的流体和动理学描述,
2.外日球多成份数值模拟模型(4学时);
单磁流体力学模拟,等离子体-氢原子双流体数值模拟,氦离子的作用,银河宇宙线和异常宇宙线的引入,星际磁场的作用,太阳周期的影响,拾起粒子的单独处理。
3.日球层内的星际气体(3学时);
日球层内的星际气体,日球层内离子的来源,拾起离子的传播,异常宇宙线,局地星际云的元素和同位素丰度。
4.终止激波和日球层顶的穿越(4学时);
行星际以远的探测,终止激波的穿越特征,高能粒子的影响,日球层鞘区的物理特性,日球层顶的穿越特征,能量中性原子的遥感探测。
5.星际空间的探测(2学时);
星际空间的等离子体探测,宇宙线特性分析,星际空间的磁场
6.宇宙射线传播理论(5学时);
宇宙射线的发现及其研究历史, 宇宙射线扩散与行星际磁场湍流的关系, 宇宙射线行星际传播方程及其常用的力场近似解, 随机微分方程数值模拟方法。
7.银河宇宙线太阳调制(5学时);
导致银河宇宙射线太阳调制的各种物理因素, 漂移运动对于银河宇宙射线传播的影响, 扩散系数张量在不同坐标系下的变化, 银河宇宙射线太阳调制的外边界,星际能谱的观测。
8.银河宇宙线瞬时事件(2学时);
各种银河宇宙射线瞬时事件,福布斯下降事件的数值模拟, 并和作用区在外日球层对于宇宙射线传播的影响。
9. 日球层的磁场和湍流(3学时);
静态日球层(太阳风的磁起源、光球 磁场的外推等),日球磁场的闭合性,瞬态和精细的磁场结构、太阳磁场的周期变化、太阳风磁场湍流的理论描述、径向发展的观测。
10. 星际介质的天体物理学(3学时);
星际介质的概述、星际发射和吸收线、星际介质的激发和电离、星际气体的加热、星际尘埃、星际介质的动力学和平衡等。
11. 太阳系行星的等离子体环境(3学时);
木星、土星、冰巨星的极光、太阳风以及内部动力学过程对极光的影响、木星和土星磁层内的磁重联以及相关的瞬态现象、行星磁层的质量/能量传输等。
12. 外日球层/星际空间的卫星探测(3学时 )。
外日球层探测计划概述,国内外的概念研究,中国的战略规划进展。

教学手段和方法:(1)课堂讲授为主,讲授中配有板书和ppt演示,帮助学生理解相关内容;(2)课时内适度安排讨论,加强教学师生间的互动,(3)布置课外作业和文献阅读。
考核方式:课题开卷考试×50﹪+日常课外作业×30﹪+课堂出席×20﹪=满分

参考文献

Interaction of the solar wind with the local interstellar medium: a theoretical perspective, G. P. Zank, space science reviews, 89, 412-688, 1999
The physics of the heliospheric boundaries, Izmodenov and Kallenbach, ISSI scientific report;
Energetic particles in the heliopshere, G. M. Simnett, Springer, 2017
等相关外日球层物理文献资料。