天体物理中的辐射机制.ppt

场的单色振幅E(?)和E(t)的关系： 将积分变数t改为t’=t-r/c [ 可得 利用 得到电子辐射谱公式 只要知道电子运动情况 ，即可求出其谱分布 对非相对论电子，vc， ?~0，K=1，可由辐射场E(t)简便算出单色振幅E(?), 谱分布公式也较简便。 ?表示 与n间的夹角 非相对论电子的谱分布： 此即偶极矩辐射的谱分布公式，是一般谱分布公式的非相对论极限 --各单色成分辐射的强弱取决于该频率的偶极矩分量的大小 偶极辐射在单位频率间隔中辐射的总能量为： 2 有介质存在时-电子在折射率为nr的等离子体中的辐射 介质对辐射谱的影响： 改变了辐射的相速度 对辐射电子产生屏蔽作用 周期运动粒子辐射的谱分布 对一周期中沿单位立体角辐射的能量作谱分解： 利用Parseval定理 一周期T中频率为 的单色波的平均辐射功率 周期运动粒子辐射谱公式： 只要知道电子运动方程 就可由上式求出一周期T中频率为 的单色波辐射沿给定方向单位立体角的平均功率 类似，可求出一作周期运动的非相对论电子的谱分布公式 如偶极子做单色运动，其辐射也是单色的，辐射强弱由偶极矩大小决定 《天体物理中的辐射机制》vega.bac.pku.edu/~wuxb/radiation.htm 授课教师：吴学兵（北大天文系） wuxb@bac.pku.edu 研究生课程 2012.10.19 10月19日复习题 1 、写出描述偏振的Stokes参量I，Q，U，V的定义式，并写出任意偏振波总偏振度II，线偏振度IIL，圆偏振度IIC，偏振面方位角?，以及其中椭圆偏振波成分的椭率?与Stokes参量的关系。 2、何为Faraday磁光效应？引起这种效应的物理原因是什么？在高频情况下磁等离子体中电磁波线偏振面的偏转角与哪些因素有关？Faraday磁光效应在天体物理中有何重要意义？ 3、写出等离子体频率和Lamor频率的表示式。如磁场强度B为1000高斯，电子密度为1010cm-3 ，试计算这两种频率的值。 经典辐射理论 2、偏振(polarization)与Stokes参量 理想椭圆偏振波(elliptically pol.) 线偏振波： (linearly pol.) 圆偏振波： (circularly pol.) E1?E2 (+?/2：右旋；-?/2：左旋) 如给定 ，即唯一决定一椭圆偏振光 其全部偏振特性由强度 ，方位角 ，旋向以及长短轴比(扁率)给定 但 作为偏振参量并不恰当，因为实测中很难测定 需要定义一组具有强度量纲的偏振参量 Stokes参量： 对完全偏振光，四参量并不独立 偏振参量(I，Q，U，V)的实测办法： 实际过程是测量强度I作为方向角?和一个任意固定相移?的函数。测量时需要一个线偏器(偏振片)和一相移器。 只要测定不同方位?(至少需4个)上的方向强度I，即可得出Stokes参量(I，Q，U，V)值，确定偏振状态。 对实际椭圆偏振波，Stokes参量可理解为时间平均量 任意偏振波的Stokes参量 任意偏振波：如部分偏振波、完全非偏振的自然波等 振幅及相位是不规则变化的，且比值 及相差 都不一定是时间恒量， 但仍有： Stokes参量(I，Q，U，V)为时间平均量 若辐射束是几支独立波的混合，混合波的Stokes参量等于各独立波束相应的参量之和。 实际测量无法区分由相同Stokes参量表示的两束波， 无法区分一支波到底由几支独立波混合而成及各支 波本身的偏振状态 -用(I，Q，U，V)描述偏振的不确定性使我们可以 对任意偏振波做人为的分解。 波的分解：以完全非偏振波--自然波为例 对自然波，强度I不依赖于方向?和给定的相移? 两束独立的理想椭圆偏振波有可能合成自然波，如果这两束波强度相同、扁率相同但旋向相反且两者长轴互相垂直。 任一部分偏振波可表示为两束强度不等的、相反偏振波的混合(长轴互相垂直，扁率相同但旋向相反) 部分偏振波常表示为一无偏振的自然波和一椭圆偏振波的混合 偏振度(degree of polarization) 一般，(I，Q，U，V)四量之间的普遍关系： 按Stokes参量的相加性，对一由(I，Q，U，V)描写的任意偏振波，可看成是两束具有不同Stokes参量的独立波的混合，如： 即一完全非偏振的自然波和一完全偏振波(椭圆偏振波) 量 就是任意偏振波中完全偏振部分的强度Ie 任意偏振波的偏