空间物理学介绍

1、空间物理学-专业介绍什么是空间物理所谓空间，是指从太阳到地球、直至整个太阳系的广阔范围；广义上来讲，也就是人类生存的环境。空间物理学是伴随人造卫星成功发射而形成并迅速发展的新兴交叉学科，主要研究广阔的太阳大气和行星际空间、地球和行星的磁层、电离层和中高层大气中的基本物理过程及其演化规律，探讨空间环境的监测、诊断、预报及其在航天、国防、通讯、导航等方面的应用。空间物理学及其研究领域日地空间太阳和太阳大气太阳风和行星际空间地球空间日球空间空间等离子体空间天气空间探测太阳和太阳系太阳及其行星太阳大气和行星际空间地球磁层电离层和中高层大气日地系统太 阳主要能源和扰动源，其活动和爆发影响到整个日地系统太

2、阳大气和行星际空间充满着稀薄等离子体，是太阳活动影响地球空间的中间地带，各种等离子体物理过程起重要作用，且主要受太阳控制磁 层由完全电离的等离子体组成，形态主要由地球和行星的磁场决定，同时受太阳活动影响电离层由部分电离的等离子体组成，太阳辐射、地球磁场和引力场共同起主导作用，对人类活动有着直接的影响中高层大气和低层大气以中性成分为主，也有许多电磁过程和化学过程，同时涉及与低层大气的耦合以及固、液、气和等离子体四态的相互作用地 球地球磁场和地球内部活动影响着空间环境的变化空间物理学的迅速发展20世纪50年代，形成和探索阶段，发展成一门独立的学科。20世纪60年代，以载人飞船和首次登月为代表，对地

3、球空间环境初步了解。20世纪70年代，探测深空，对整个日球层环境的了解。20世纪80 90年代，开展全球合作，从整个日地系统的角度来研究空间物理现象。20世纪90年代末至今，开展空间天气研究，加强探测、研究、预报、应用之间的结合。空间物理学是迅速发展的交叉学科空间物理学是伴随人造卫星成功发射而形成并迅速发展的交叉学科，主要研究广阔的太阳大气和行星际空间、地球和行星的磁层、电离层和中高层大气中的基本物理过程及其演化规律，探讨空间环境的监测、诊断、预报及其在航天、国防、通讯、导航等方面的应用。空间物理学是基础学科空间物理学是人类认识自然的一门前沿性基础学科，广阔的空间环境是难得的天然实验室。有5位

4、科学家，由于对空间物理学发展做出贡献而获得诺贝尔奖（Appleton获1947年物理奖，Alfven获1970年物理奖，Crutzen、Molina和Rowland获1995年化学奖）。空间物理学又是应用学科空间物理学又是应用性极强的学科，与航天、通讯、导航、电力以及人类生存环境和社会发展有着密切的关系。20世纪90年代兴起的空间天气(Space Weather)，指的是太阳、太阳风、磁层、电离层和热层的状况可以影响天基和地基技术系统的运行和可靠性，危及人类的健康和生命；恶劣的空间环境会引起卫星运行、通讯、导航和输电网的事故，造成社会经济损失。太阳内部和太阳大气太阳内部内核辐射区对流区太阳大气

5、光球层色球层(过渡区)日冕太阳的温度Core - Photosphere Chromosphere Transition region Corona4,500 oC1,000,000 oC 15,000,000 oC20,000 oC太阳大气日冕corona光球层photosphere色球层chromosphere过渡区transition region什么是太阳日冕？日冕是太阳的最外层大气，在日食期间或用日冕仪可以看到。从日面附近延伸到几个太阳半径或更远。19911999太阳活动周The current solar cycle (no. 23)29.5.199628.3.2001极紫外日面积

6、分通量SEM (CELIAS) on SOHOVIRGO on SOHO: 太阳总辐照度地球上总的辐照度变化不超过0.1 %!但是，紫外通量的变化是呈倍数的！ 太阳辐照度随活动周的变化低日冕磁场约束等离子体形成可见磁环emission lines ofFe IX / X (17.1 nm) 106 K9. November 2000be careful:light magnetic fieldTransition Region And Coronal Explorer (TRACE), NASA 70 000 km 0.1 R太阳风和行星际空间高速太阳风低速太阳风冕洞行星际空间地球空间（Geo

7、space）太阳风弓激波The most famous and mostly researched shock is the bow shock standing in front of the Earth as result of the interaction of the magnetosphere with the supersonic solar wind, with a high Machnumber, MF 8. Solar wind density and field jump by about a factor of 4 into the magnetosheath.弓激波地

8、球磁层的三维结构极尖区太阳风行星际磁场磁层顶极 光（Aurora)地球大气分层对流层平流层中间层热层中性层电离层磁层无线电波在电离层中的反射地球辐射带空间等离子体物理等离子体物理微观理论动力学理论分布函数宏观理论，磁流体力学流体力学磁场粒子，波，波-粒子相互作用，不稳定性Schematic topography of solar-terrestrial environment空间天气学Xiong, M., H. Zheng, Y. Wang, and S. Wang (2006), J. Geophys. Res., 111, A08105, doi:10.1029/2006JA011593.

9、Xiong, M., H. Zheng, Y. Wang, and S. Wang (2006), J. Geophys. Res., 111, A11102, doi:10.1029/2006JA011901.对空间天气的认识随着高新科技迅速发展和保障人类生存环境的迫切需求，20世纪90年代以来，空间天气研究日益受到人们重视。美国和我国的卫星故障中有40%与空间灾害性天气有关。电离层状态的快速变化，可引起通信质量下降甚至中断。1989年3月13日凌晨，强磁暴产生的强感应电流使得加拿大魁北克水电站变压器损坏，电网瘫痪，600万居民停电9小时，直接经济损失5亿美元。1995年美国发表“美国国家空

10、间天气战略计划”，随后10多个国家纷纷制定了相应计划，成立了相关的管理机构。美国国家空间天气计划什么是空间天气“空间天气”是指太阳、太阳风、磁层、电离层和热层的状况。它可影响天基和地基技术系统的运行和可靠性，危及人类的健康和生命。恶劣的空间环境会引起卫星运行、通讯、导航和输电网的事故，造成社会经济损失。（摘自“美国国家空间天气计划”）空间天气是一门正迅速发展的将日地物理科学与地面和空间技术应用紧密相结合的学科。（美国空间天气工作组主席H.Koskinen)空间天气计划集探测、研究、预报和应用之大成，将空间各层次视为一个整体系统，分析和预报太阳爆发现象引起行星际空间和地球空间环境灾害性事件的演化规律，尽量减少其对空间和地面技术系统的影响，保障人类生存的安全。从太阳大气到近地空间扰动的因果链的变化（艺术构想）在统计观测的基础上，构想出的一次完整的空间天气活动空间探测天基(卫星平台)+地基（观测台站）空间探测的内容： 地球空间探测 太阳及日地行星际空间探测 行星（包括其卫星）及日球层探测人造卫星上天标志着空间时代的到来前苏联第一颗人造卫星Sputnik 11957年10