電漿天體物理學
正文
理論天體物理學的一個新分支，是套用電漿物理學的基本理論和實驗結果來研究天體的物態及物理過程的學科，包括理論探討和天文實測對理論的檢驗兩個方面。宇宙物質絕大部分處於等離子態。例如，地球的電離層和地球磁層、 行星際空間的太陽風、 太陽的大氣、某些磁變星、星際物質以及星系際物質等。近年來，人們認識到天體電漿遠非處於熱動平衡狀態。宇宙間存在各種不穩定過程（例如，太陽耀斑和各種類型的太陽射電爆發，即使太陽在“寧靜”期間，也存在巨大的不穩定性），因而在電漿中經常不斷地激起各種波動，形成複雜的湍動狀態。行星際空間的太陽風在地球附近形成的地球弓形激波、磁層亞暴等，都說明天體電漿往往處於湍動狀態。又如超新星、類星體、星系核、星系核風以及脈衝星周圍的電漿，也都同熱動平衡的狀態相差很遠。
電漿天體物理學著重研究天體電漿中各種不穩定的物理過程。在天體電漿中，兩體碰撞不是粒子間相互作用的主要形式，更重要的是帶電粒子（電子和離子）間的集體相互作用，它能激發各種振盪和波動。各種形式的電漿波，可以看作是準粒子，稱為電漿激元。由於存在不穩定性，電漿處於湍動狀態。在湍動狀態下，電漿中各種形式的波動之間，往往發生強烈的非線性相互作用，並引起能量在頻譜中的再分布。這種作用通常叫作波-波作用。此外,波和帶電粒子之間可以產生更有效的相互作用，因而使粒子加速（見電漿湍動加速），使輻射譜的特徵改變。這種作用通常叫作波-粒子作用。因此有人提出,天體電漿主要應由彼此相互作用著的三種成分組成，即電子、離子和電漿激元（對某些天體，還應加上一種成分，即中性粒子）。現代電漿天體物理學的任務，正是要探索和研究在各種可能的天體物理條件下，上述三種基本成分之間相互作用的物理規律。
天體電漿經常處於很複雜的物理狀態。這表現為通常存在不均勻結構：電導率遠小於按經典的兩體碰撞理論所計算的值，甚至會突然變為零，致使磁流體力學中的“磁凍結”圖像失效；由於不穩定性而導致電漿位形不確定，等等。電漿天體物理學要研究兩個問題：一是各種天體的電漿湍動狀態形成的可能性;二是假定天體電漿處在湍動狀態,從天文觀測中將會得出些什麼推論。對第一個問題，目前還不能作出普遍的回答，但是對地球磁層和太陽電漿的研究表明，至少在地球附近的電漿常常處於湍動狀態。近年來在實驗室進行的大量實驗證明：電漿中的不穩定性是很容易產生的，電漿狀態對熱動平衡有微小的、有時甚至是可能被忽略的偏離，也會導致向湍動狀態轉化。產生不穩定性所需要的對熱動平衡偏離的最小值，稱為不穩定性閾值。對諸如星際物質、太陽風、日冕、類星體外部區域和脈衝星輻射區域的研究表明，在這些天體上，都可能達到不穩定性閾值，並形成電漿湍動狀態。至於第二個問題，天體電漿處於湍動狀態，必然會大大地改變對天體物理觀測所作的傳統解釋。例如。處於湍動狀態中的天體電漿中的快粒子將導致譜線致寬，改變天體電漿的電離度，加熱電漿；湍動狀態的電漿又可將其湍動能轉化為電磁輻射能；等等。
參考書目
K.Schindler ed., Cosmic plasma physics,Plenum,NewYork,1972.
S. A. Kaplan and V. N. Tsytovich, Plasma Astrophysics,Pergamon Press,Oxford,1973.
