静态与移动介质的Compton散射 I. 传递方程及其矩

非相对论性粒子对光子的Compton散射被认为在许多天体系统的辐射谱形成中发挥重要作用。本文推导了描述静止和运动介质中自发和诱导Compton散射以及吸收和发射的时间依赖光子动力学方程，相应的辐射传递方程及其零阶和一阶矩，分别在系统框架和随介质共运动的框架中。我们指出，必须使用正确的相对论动力学散射截面，才能得到一个在 $\epsilon/m_e$, $T_e/m_e$ 和 $V$ 的一阶修正下正确的光子动力学方程，其中 $\epsilon$ 为光子能量，$T_e$ 和 $m_e$ 为电子温度和静质量，$V$ 为以光速为单位的电子体积速度。我们还演示了通常应该保留二阶 $V$ 项中的项，因为如果辐射能量密度足够大而相对于辐射通量，那么即使 $V$ 小，由二阶 $V$ 项描述的体积Compton化效应也至少与一阶 $V$ 项所描述的效应一样重要。我们的方程适用于任意光学厚度的系统，因此可用于自由光传播和扩散 regimes。我们演示了当辐射场是否各向同性或体积流是否收敛时，电子体积运动的Compton化都会发生，并且当 $V^2 > 3 T_e/m_e$ 时，热Compton化更重要。