Space Physics I
by Ling-Hsiao Lyu / lyu@jupiter.ss.ncu.edu.tw


Useful Web Sites: NRL Plasma Formulary


Lecture

Topics

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極光影片欣賞(延伸閱讀:極光與夜光雲

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Lecture 1: 磁偶極場與磁場線
Lecture 1. 磁偶極場與磁場線 講義下載
(磁偶極場&帶電粒子在磁偶極場中的運動 投影片下載)

2

Lecture 2: GSM & SM Coordinates以及近地磁場分布
(Lecture 2. GSM&SM座標系以及近地面磁場 講義下載)
Ref: K&R Appendix 3

HW

Exercises 1.3, 1.4, 1.5 on page 1-6 (磁偶極場與磁場線
HomeWork 1.1 on page 8 Gyro Motion (磁偶極場&帶電粒子在磁偶極場中的運動 投影片)

3

Lecture 3: 帶電粒子在電場與磁場中的運動
Ref: K&R Chapter 2 (Section 2.2) Chapter 10 (Sections 10.5.1-10.5.6)
Lecture 3: 帶電粒子在電場與磁場中的運動 講義下載
Appendix A. Curvature Drift 講義下載
Appendix B. Grad-B Drift 講義下載

4 Lecture 4: 造成外磁層結構特性的成因
Ref: K&R Chapter 9 & Chapter 10 (Section 10.4)
Lecture 4: 外磁層 講義下載)(不完整)
Moving-Frame Dependent Electric Field
Dawn-to-Dusk E-field 的成因
Plasma Sheet and Tail Lobes 的成因
Review Lecture 3: 磁化電流、逆磁電流、Grad-B飄移所造成的電流
磁層中的邊界層介紹與電流分布的成因
7 磁流體特性介紹、磁流體的歐姆定律
Lecture 7: 磁通量凍結
Ref: K&R Chapter 2 (Sections 2.5-2.6)
Lecture 7: 磁通量凍結 講義下載)(不完整)
同學的上課筆記 下載
Magnetic Reconfiguration and Induction Electric Field
Polar Cap potential drop
Ref: K&R Chapters 3 & 9
4a

Solar Wind & Outer Magnetosphere (投影片下載)
Aurora electron acceleration
Formation of field-aligned potential drop above the E-region ionosphere
velocity shear instability
Formation of shock waves
Bow shock and termination shock

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Inner Magnetosphere (投影片下載)
Lecture 5: 造成內磁層結構特性的成因
Ref: K&R Chapter 10
Lecture 5: 內磁層 講義下載)(不完整)

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Lecture 6: 磁流體電漿物理
Ref: K&R Chapter 11
Lecture 6: 磁流體電漿物理 講義下載
基本方程式:Maxwell's equations&流體方程式
波動之基本參數簡介:相位、波前、波長、頻率、縱波、橫波、平面波、表面波之定義
理想磁流體 fast-mode, slow-mode, Alfven-mode waves之定性說明。
(Draft AWs [1 2][3 4][5 6 7 8 ][9 10 11 12])
均勻背景平衡態之理想磁流體電漿中平面波小擾動之波動方程式、傅利葉轉換將偏微分方程式PDEs轉換成代數方程式Algebra Equations、求線性平面波之頻散關係式
與學生分享我的經驗與心得:
盡信書不如無書,盡信師不如無師。
科學不是宗教,沒有信與不信的問題。
科學要大膽假設,更要小心求證。
求證的重要性;
只有知道如何證證明這個“學說理論”,才能知道它的“適用範圍”,才不會用錯地方!

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Lecture 8: 太陽內外結構與太陽週期
Ref: K&R Chapter 3
Lecture 9: 太陽風、行星際磁場、與激震波
Ref: K&R Chapters 4 & 5
CME事件模擬:http://iswa.gsfc.nasa.gov/downloads/20111126_113000_anim.tim-den.gif
Lecture 10: 磁暴與磁副暴
Ref: K&R Chapters 13 & 14
Lecture 11: 日地關係與太空天氣

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延伸閱讀
極光(英文)

David Newman教授指導之學生報告 學生:Christina Shaw
極光(中文)
呂凌霄(2007),引人追尋的飛舞彩光──橫跨三世紀的極光研究,《科學月刊》第38期 (8):591-599.
日地系統(英文)
Russell, C. T. (1999), Magnetic stress in solar system plasmas, Aust. J. Phys., 52, pp. 733-751.
太空天氣(中文)
呂凌霄(2011),太陽對地球的影響,將於2012年在《天文館期刊》第五十五期 發表
磁副暴簡介(中文)
呂凌霄(2008),(取材自2008年THEMIS研究計畫書部份內容)
太陽標準模型
光子穿過太陽輻射層需要多久時間?我個人的看法