Po nezbytném úvodu věnovaném základům fyziky plazmatu, pohybu částic, vln a magnohydrodynamiky, se postupně vydáme kosmickým plazmatem směrem od Slunce a dostaneme se slunečním větrem a magnetosférou až do ionosféry, s mnoha příklady měření na umělých družicích Země a sondách k jiným planetám.

After an introductory part which contains basic plasma physics and magnetohydrodynamics we will travel from the Sun through the solar wind and magnetosphere down to the ionosphere, with many examples of measurement onboard Earth-orbiting scientific satellites and spacecraft missions to other planets.

Ústní zkouška

Oral exam

• Krall-Trivelpiece: Principles of Plasma Physics

• Chen: Základy fyziky plazmatu

• Stix: Waves in plasmas

• Akasofu-Kamide: The Solar Wind and the Earth

• Gombosi: Physics of the Space Environment

• Kallenrode: Space Physics

• Kievelson-Russell: Introduction to Space Physics

Přednáška

Lecture

Plazma v kosmickém prostoru, škály hustot a energií. Pohyby nabitých částic v magnetických a elektrických polích, gyrační střed, drifty, magnetická zrcadla, adiabatické invarianty. Distribuční funkce plazmatu, Debyeova vzdálenost, plazmatický parametr, plazmové oscilace. Magnetohydrodynamika a důsledky pro kosmické plazma, tlak magnetického pole.

Vlny v plazmatu, disperzní relace, charakteristické frekvence, vlnové módy. Teorie studeného plazmatu, rezonance. Vlny v magnetizovaném plazmatu, polarizace, rezonanční kužel. Alfvénovy vlny, hvizdový mód a módy volného prostoru. Hydromagnetické přiblížení, magnetozvukové vlny. Kinetický přístup.

Experimentální metody kosmické fyzyiky, pozemní pozorování, výzkum pomocí balistických raket a umělých družic. Měření elektrických a magnetických polí, magnetometry a antény. Měření plazmatu a energetických částic, elektrostatické analyzátory. Příklady analýzy dat umělých družic.

Slunce a sluneční vítr, korona. Radiové emise. Emise typu II a III. Model korony. Sluneční vítr, jeho parametry, prostorová struktura a variace. Magnetické pole ve slunečním větru, heliosféra.

Interakce slunečního větru se zemskou magnetosférou. Rázová vlna, její struktura a parametry, přechodová oblast. Magnetopauza, její poloha a proudový systém, cusp. Chvost magnetosféry, neutrální vrstva a plazmová vrstva, laloky,

Plazmosféra, poloha a variace plazmopauzy. Radiační (Van Allenovy) pásy. Kruhový proud. Ionosféra, zdroje ionizace a modely, vrstvy a vodivost. Polární záře, diskrétní a difúzní. Oblasti výskytu a dynamika. Měření variací geomagnetického pole. Geomagnetické indexy a jejich vztah k dynamice magnetosféry. Geomagnetické bouře a subbouře.

Magnetosféry planet sluneční soustavy. Porovnání s magnetosférou Země. Planety bez magnetického pole.

Plasmas in space, characteristic scales. Motion of charged particles in magnetic and electric fields, guiding center, drifts, magnetic mirrors, adiabatic invariants. Plasma distribution function, Debye length,plasma parameter, plasma frequency. Magnetohydrodynamics,consequences for space plasmas, magnetic field pressure.

Waves in plasmas, dispersion relation, characteristic frequencies, wave modes. Cold plasma theory, resonances. Waves in magnetized plasmas, polarization, resonance cone. Alfven waves, whistler mode, and free space modes. Hydromagnetic approximation magnetosonic waves. Kinetic theory.

Experimental methods of space physics, ground-based measurements, sounding rockets and spacecraft. Measurement of electric and magnetic fields, magnetometers, antennas. Measurement of plasma and energetic particles, electrostatic analyzers. Examples of data obtained by scientific spacecraft.

The Sun and solar wind, solar corona. Radio emissions, type II and III. Models of corona, solar wind, its parameters, structure and dynamics. Solar wind magnetic field, heliosphere. Interaction of the solar wind with the magnetosphere. Bow shock, its structure and parameters, magnetosheath. Magnetopause, its position and current system, cusp. Magnetotail, neutral sheet, plasmasheet, and tail lobes.

Plasmasphere, its position and dynamics. Radiation (Van Allen) belts. Ring current. Ionosphere, ionization mechanisms and models, regions, conductivity. Aurorae borealis, discrete and diffuse. Regions of occurrence and time scales. Variations of geomagnetic field, measurement, geomagnetic indices. Magnetospheric dynamics, geomagnetic storms and substorms.

Magnetospheres of other planets, comparison to the Earth. Unmagnetized bodies in the solar wind.