本書主要介紹了太陽磁場理論與觀測的基本原理和進展，討論了從太陽觀測的測量設備到太陽磁場的演化、磁能的儲存、太陽大氣中的磁螺度及其與太陽周期的關系等。太陽磁學作為太陽物理和空間天氣研究的重要組成部分，涵蓋了太陽爆發過程中磁場的形成、發展和耗散。本書還介紹了太陽磁剪切、電流、磁螺度與太陽周期的測量和觀測的新進展。
目錄
前言
第1章太陽磁場測量.1
1.1光的輻射轉移1
1.1.1定義1
1.1.2輻射轉移方程1
1.2太陽大氣中譜線的輻射和偏振2
1.2.1偏振光的表述2
1.2.2球面向量和分量方程的解耦5
1.2.3球矢量分量的演化6
1.3譜線加寬和熱力學平衡關系7
1.3.1譜線加寬7
1.3.2熱力學平衡與統計力學10
1.3.3電離平衡方程13
1.4偏振輻射轉移的量子場理論14
1.4.1塞曼效應14
1.4.2斯塔克效應16
1.4.3電偶極子近似18
1.4.4超越電偶極子近似19
1.4.5復折射率和加寬21
1.5譜線的偏振輻射轉移24
1.5.1輻射轉移的一般描述24
1.5.2無散射的偏振輻射轉移的形式解26
1.5.3磁光效應33
1.5.4斯托克斯參數輻射轉移的數值計算34
1.5.5譜線形成層38
1.5.6非線性最小二乘擬合41
1.6太陽磁場望遠鏡47
1.6.1利奧(Lyot)濾光器47
1.6.2太陽磁場望遠鏡50
1.7矢量磁場的觀測和不同矢量磁像儀的比較52
1.7.1懷柔、三鷹和密斯天文臺的矢量磁圖52
1.7.2懷柔和云南天文臺的矢量磁圖55
1.8視頻矢量磁像儀診斷法拉第旋轉56
1.8.1譜線不同波長的斯托克斯參數.56
1.8.2非線性最小二乘擬合59
1.8.3磁光旋轉的定性估計62
1.9全日面矢量磁場測量儀器63
1.9.1磁場測量64
1.9.2Hα觀測66
1.9.3磁場的反演67
1.10偏振串擾和太陽自轉對測量全日面光球矢量磁場的影響70
1.10.1校正偏振串擾方法一70
1.10.2校正偏振串擾方法二72
1.11測量全日面光球磁場的斯托克斯輪廓分析80
1.12非局部熱動平衡的太陽模型大氣83
1.12.1統計平衡的一般形式83
1.12.2非局部熱力學平衡的色球模型85
1.13太陽色球磁場中Hβ線的形成88
1.13.1氫Hβ譜線的輻射轉移89
1.13.2磁場大氣中Hβ譜線的加寬91
1.13.3寧靜太陽大氣模型中Hβ線的數值計算93
1.13.4氫Hβ譜線形成層96
1.14太陽黑子本影磁場中Hβ線的形成98
1.15日冕磁場102
1.15.1共振散射102
1.15.2磁偶極躍遷的散射輻射斯托克斯參數的顯式公式104
1.15.3日冕磁場測量107
1.16艾國祥院士對太陽光學儀器歷史的簡要概述109
1.17對太陽磁場測量中若干挑戰問題的探討110
第2章太陽磁場的基本結構113
2.1天體物理等離子體的基本描述113
2.1.1等離子體的微觀描述113
2.1.2零階矩方程114
2.1.3動量守恒定律115
2.1.4能量守恒定律116
2.1.5歐姆定律基本方程的推導116
2.2磁流體動力學118
2.3寧靜太陽的磁場119
2.3.1寧靜太陽的光球磁特征119
2.3.2從寧靜太陽低層大氣延伸的磁場121
2.4黑子基本結構125
2.4.1黑子磁場125
2.4.2黑子磁場模型127
2.4.3半影精細特征130
2.4.4太陽黑子和磁場的衰變131
2.4.5運動磁結構132
2.4.6從高分辨率磁圖探討運動磁結構134
2.5活動區的色球磁場137
2.5.1色球磁場的測量137
2.5.2從光球到Hβ色球可能的磁場擴展138
2.5.3Hβ色層磁圖中的反轉特征139
2.5.4太陽寧靜暗條的磁場140
第3章太陽磁活動.142
3.1太陽活動區的磁能、剪切、梯度和電流142
3.1.1磁能、磁剪切和梯度144
3.1.2磁剪切和梯度與電流的關系156
3.1.3不同電流分量之間的比率161
3.1.4耀斑活動區中電流演變162
3.2太陽活動區中的電流螺度163
3.2.1磁螺度163
3.2.2磁手征性的觀測證據166
3.2.3太陽活動區磁場，電流和螺度的精細特征168
3.2.4從矢量磁場推論電流和螺度的問題170
3.3活動區表層下面的動力學螺度和光球電流螺度之間的相關性171
3.3.1表層下的動力學螺度171
3.3.2動力學和電流螺度之間的相關性173
3.4活動區中的磁螺度和傾角演化175
3.4.1纏繞磁場和螺度176
3.4.2新浮現的磁通量區域中的螺度注入和傾角177
3.4.3兩類典型的太陽活動區178
3.5磁場、水平運動和螺度179
3.5.1磁場的演化179
3.5.2磁螺度輸運180
3.5.3電流螺度密度的演變181
3.6太陽活動區的磁螺度和能量譜183
3.6.1活動區磁譜的含義183
3.6.2磁螺度、能量和速度譜的比較188
3.6.3懷柔和HMI矢量磁圖的活動區磁譜的比較190
3.6.4磁螺度和能譜的演化191
3.7耀斑–日冕物質拋射活動區中的磁場197
3.7.1與耀斑相關的矢量磁場的變化197
3.7.2活動區中的耀斑和電流螺度的探討200
3.7.3輸入磁螺度和耀斑–日冕物質拋射201
3.7.4強耀斑和太陽表面磁場的動態演化202
第4章太陽活動區磁場的空間結構和爆發活動204
4.1無力場近似204
4.1.1太陽磁場外推方法205
4.2線性無力場207
4.2.1Chiu-Hilton方法207
4.2.2Alissandrakis傅里葉變換209
4.2.3快速傅里葉分析計算線性無力場方法.209
4.3基于半解析場的非線性無力外推方法研究212
4.3.1理論與算法212
4.3.2不同方法的計算219
4.3.3不同方法的比較223
4.4外推磁場與觀測比較.224
4.5耀斑-日冕物質拋射的爆發228
4.5.1暗條爆發的耀斑228
4.5.2可能存在電場的爆發耀斑帶分離230
4.5.3耀斑-日冕物質拋射(flare-CME)產生活動區的磁特性232
4.5.4太陽活動區和日冕物質拋射的磁螺度推理234
4.5.5磁場和日冕物質拋射之間的統計分析235
4.5.6磁重聯的形成239
第5章螺旋磁場和太陽周期245
5.1太陽活動周期的磁螺度分布245
5.1.1從觀測的活動區矢量磁圖到電流螺度統計分析246
5.1.2活動區電流螺度的半球分布248
5.2太陽活動區電流螺度的蝴蝶圖250
5.2.1太陽周期的螺度250
5.2.2活動區磁場的纏繞和傾斜之間的關系252
5.2.3不同磁像儀觀測推論螺度演化的比較255
5.2.4測量矢量磁場的精度256
5.2.5電流螺度和日面下層動力學螺度的比較256
5.2.6活動區隨太陽周期的磁螺度和能量譜259
5.2.7分辨率依賴性261
5.2.8磁場譜演化總結263
5.3跨赤道環的統計研究264
5.3.1跨赤道環的分布264
5.3.2跨赤道環連接的活動區的螺度特性267
5.4從太陽下層長時標注入活動區的磁場手征性270
5.5兩個半球的大尺度軟X射線環和磁手征性276
5.5.1與太陽活動區相關的軟X射線環的磁手征性276
5.5.2軟X射線環螺旋性的半球分布277
5.5.3大尺度軟X射線環和磁(電流)螺度的手征性279
5.6太陽表面觀測交叉螺度279
5.6.1交叉螺度守恒定律280
5.6.2SOHO/MDI和SDO/HMI數據的相關性281
5.6.3交叉螺度隨緯度的分布284
5.7磁螺度通量的傳輸與太陽周期285
5.7.1磁螺度觀測數據分析285
5.7.2磁螺度的長時間序列傳輸286
5.8光球活動區磁非勢性隨活動周的演化及其與耀斑關系的統計研究291
5.8.1磁非勢性和復雜性參數292
5.8.2統計分析和結果294
5.8.3不同非勢磁參數的總結299
第6章磁螺度和太陽發電機.300
6.1太陽發電機和螺度301
6.1.1平均場太陽發電機301
6.1.2磁螺度方程302
6.2太陽對流區磁螺度的徑向分布：觀測和發電機理論303
6.2.1太陽對流區的速度結構303
6.2.2利用懷柔太陽觀測站獲得的電流螺度數據305
6.2.3發電機模型307
6.2.4非線性309
6.2.5數值實現的非線性解決方案312
6.2.6螺度分布315
6.2.7附錄：猝滅函數316
6.3太陽活動區電流螺度作為大尺度太陽磁螺度的蹤跡317
6.3.1螺度在磁場演化中的作用317
6.3.2活動區中電流螺度的估計318
6.3.3發電機模型319
6.3.4電流螺度的模擬蝴蝶圖320
6.3.5附錄：電流螺度與磁螺度323
6.4反轉螺度和太陽發電機的可能性324
6.4.1太陽大氣下面反轉螺度的可能性324
6.4.2附錄：反轉螺度和太陽發電機可能性.327
6.5平均場太陽發電機問題中的湍流交叉螺度331
6.5.1變換對稱性和交叉螺度332
6.5.2交叉螺度的平均場理論333
6.5.3發電機模型的urbr圖像336
6.5.4關于交叉螺度討論340
6.6太陽活動區電流螺度和傾角的估計與喬伊定律340
6.6.1模型341
6.6.2估計太陽黑子傾斜度343
6.6.3發電機模型中電流螺度和纏繞的估計344
第7章問題進一步提出346
7.1太陽磁場的測量347
7.2太陽磁場的基本結構347
7.3太陽磁周期變化348
7.4空間天氣348
參考文獻349
后記375
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