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毛信傑:與國家天文台懷柔太陽觀測基地的天文學家和同學們一起學習切磋而成的【太陽磁流體力學】

2024-06-17文化

毛信傑,籍貫浙江,畢業於復旦大學物理系,在北京師範大學天文系從事磁流體力學、等離子體物理、流體力學的講授工作。2009—2016 年為中國科學院國家天文台懷柔太陽觀測基地的天文學家和學生講授太陽磁流體力學。

磁流體力學誕生於20 世紀四五十年代,現正處於發展期,在受控熱核聚變、天體物理中有廣泛的套用。磁流體力學套用於太陽物理,就是太陽磁流體力學。太陽磁流體力學描述太陽等離子體和太陽磁場之間的復雜的相互作用,因此可作為理解發生在太陽上的動力學過程的有力理論工具,進而探索太陽物理中現存的疑難問題。它已成為太陽物理的核心之一,從而使太陽物理成為天文學最充滿生機的學科之一。

2009 年下半年起,我有幸與國家天文台懷柔太陽觀測基地的天文學家和同學們一起學習切磋太陽磁流體力學,每周約2 小時,持續了有六七年之久。

回想起來是在2009 年4 月14 日,國家天文台蘇江濤、雲南天文台劉煜和我一起議論深入學習磁流體力學事,直至深夜。這一動議很快就得到國家天文台張洪起的鼎力支持。是年6 月19 日正式開講。張洪起退休後,又得到國家天文台的鄧元勇、王東光、張枚和王薏的全力支持。之後還有包星明、張宇宗、張洪起、楊尚斌、侯俊峰、楊瀟等進一步策劃,提供建設性的建議。講座歷時七年之久,直至2016 年底。雲南天文台的同學因相距過遠,時間拖得過長等諸多不便,不能前來一起切磋學習,引為憾事。

我們以Priest 教授所著的【太陽磁流體力學】(1982 年版和2014 年版) 為綱展開。講座采用講解和討論的互動模式,重要的章節特別予以重復,目的是加深對基礎理論的理解。期間的講稿結合自己以前所用的教材、部份原始文獻以及其他參考資料組譯成冊,就是今天的這本【太陽磁流體力學】(毛信傑編著. 北京:科學出版社,2024. 5)。

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全書共十一章。第1 章簡單介紹本學科發展史,粗略描述太陽;第2 章和第3 章介紹磁流體力學的基本概念;第4 章(波)、第5 章(激波) 和第7 章(不穩定性) 是等離子體中的重要物理現象;其余各章涉及太陽大氣加熱(第6 章)、黑子(第8 章)、發電機(第9 章)、耀斑(第10 章) 和日珥(第11 章),是太陽中的物理過程,進入專題範圍,是磁流體力學理論的套用。

為便於自學,對於一些基本物理概念的闡釋不嫌淺顯重復,數學推導相對詳細,這有助於對基礎理論的深入理解,掌握用磁流體力學分析太陽活動的方法。本書可以作為學習和研究磁流體力學的參考。

當代許多太陽物理學家在這些領域孜孜耕耘,論文數量浩如煙海。本書羅列的一些物理模型可能早已過時,不過可以作為讀者的習題,從中體會前輩物理學家如何考慮分析物理問題、構造模型,這不失為一種借鑒和練習。

講稿是備課時寫就,組譯成集時仍是手寫本。從2013 年底開始陸續打印,幾年的累積,篇幅多而繁雜,整理上千頁的手稿,視為畏途,但是國家天文台懷柔太陽觀測站的年輕飽學之士百忙之中,一如我英勇將士,槍林彈雨之中唯恐落後,力排障礙,一年半之後終成正果。

他們是:楊瀟(第1,2,4,8,11 章),劉鎖(第2,5,6 章),白先勇(第3,7 章),高裕(第9 章) 和侯俊峰(第10 章)。其中楊瀟發揮了傑出的組織和編輯才能,全部打印完成的稿件包括圖表,由她整理、編排和修訂,毫不誇張地說沒有她數年的辛勤耕耘,成書之日還十分遙遠。說起百余幅的插圖,遠在上海的劉玲得知我有難處,提刀相助,慨然承擔全部制圖重任,並邀請一位制圖專家一路護航,任何手繪示圖,隨時協助完成,制作精良。二位的義舉,冰釋我心頭重負,使全書臻於完美。關心並積極參與講座的還有陳潔、徐海清、滕飛、郝娟、郭娟、孫英姿、劉繼宏、謝文彬、張洋、魏燁艷、閆巖、郭晶晶、Priya 等諸位同仁。不遺余力幫我尋找資料的有:張洪起、楊瀟、蘇江濤、張宇宗、郝娟、白先勇、包星明等。最後感謝我的家人,他們在生活上、精神上和物質上的支持,作出了不可或缺的貢獻,特別是2015 年的困難時刻,共克時艱,相互扶持,走出陰霾。

本書獻給國家天文台懷柔太陽觀測站。

本文摘編自【太陽磁流體力學】(毛信傑編著. 北京:科學出版社,2024. 5)一書「前言」「後記」,有刪減修改,標題為編者所加。

ISBN 978-7-03-077455-2

責任編輯: 胡慶家 李 萍

本書主要介紹太陽磁流體力學的基本原理,討論太陽磁場的產生、磁場的不穩定性、磁力線的重聯,並介紹太陽大氣的磁流體力學波動和Alfvén 波,進而介紹磁流體的激波,也涉及太陽的黑子和爆發過程。

本書可作為太陽物理專業的研究生教材,對天體物理感興趣的學生和研究人員有參考意義。

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