“固体地球物理学、测绘学、空间科学”简介、含义、起源、历史与发展

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solidearthgeophysics

用物理学的方法和观点研究固体地球的运动、状态、组成、作用力和各种物理过程的一门学科。所谓固体地球是相对于大气和海洋而言的。其实地球本体之内，也并非全部是固体，例如地球核的外层就处于液态，但它仍属于固体地球物理学的研究范围。

地球物理学这个词，自20世纪初才正式为人采用，但它的内容也包括不少从很久以前就延续下来的科学课题。约到了50年代，由于这门学科的飞跃发展，又进一步分为大气物理学、海洋物理学、宇宙地球物理学和固体地球物理学。它们都是地球物理学的分支，虽各有自己的研究领域，但因总的研究对象是地球，有些问题是跨越学科的，日地关系就是一例。固体地球物理学发展到现阶段已经是一门内容广泛的应用学科，包括地震预测，勘探地下资源，监测地下爆炸，研究地球内部的动力等等。目前这门学科可分为若干分支学科。

大地测量学

固体地球物理学中最老的学科之一。它是研究地球的形状和地面上各地点的空间位置和几何关系的一门学科。从大尺度来看，地面不是平的，甚至不是一个简单的规则曲面，而铅垂线的方向也并不总同真实地面垂直。于是测定远距离地点的方位和高程便不是一个简单的问题，而早已形成一个专门的学科。由于铅垂线的方向决定于重力，所以大地测量学和重力学是分不开的，后者是专门研究地球重力场的分布和成因的一门学科。地球重力场决定于地下物质的分布。重力学除同大地测量学有密切关系外，也同地质构造和矿产分布有关。重力分布是阐明地质构造和勘探有用矿床的一种重要数据。

地震学

固体地球物理学的主要支柱，应用极广。地震学不仅研究天然地震，而且利用由天然地震或人工地震所产生的地震波，来研究地球内部的结构或其他信息，特别是储油构造。地震勘探法主要是利用人工地震的地震波，现在已成为石油勘探最重要的方法之一。除此之外，地震观测还是监视地下核爆炸唯一有效的方法。在取得地球内部信息方面，地震学走在地学各学科的最前列，其潜力也是最大的。

地磁学

也是一门古老的学科。中国在战国时期就已知道磁石的吸铁性和指极性；11世纪以前已发现地磁偏角；约在9世纪至10世纪的时候就已将磁针用于航海。不过对于地磁场的最早解释则是由英国人吉伯(W.G.il-bert)在1600年提出的。然而只是到了1839年，德国数学家C.F.高斯用球谐分析的方法阐明了地磁场的基本特征，地磁学才真正得到系统的发展。地磁学是阐明地球磁场的形态、成因和应用的一门学科。对于解释地质构造，勘探磁性矿床和石油都有一定的作用。由于地面磁场受空间电流影响极大，地磁学同天电学有时是不可分割的。它们都是固体地球物理学同大气物理学或宇宙地球物理学之间的边缘学科。

地磁场有一部分来自岩石的磁性，后者是岩石被地磁场磁化后所形成的。由于地壳的变动，岩石磁化的方向可能同现代地磁场的方向不一致，因此可以利用这一现象来探讨地壳的运动。50年代兴起的古地磁学正是以此为内容的一个学科，它是地磁学的一个分支。

地电学

研究地球物质的电性变化和地内电流分布的一门学科。用于找矿，电法勘探已是一种内容丰富而又有效的技术；但用于解释地球内部的情况，地电学还不能给出精确的结论，还有待进一步的发展。

地热学

研究地球内部热源和温度分布，以及地球发展的热历史的一个学科。近年来，由于地下热能的开发和利用，地热学得到很大的推动，地热地球物理勘探已成为物理勘探的方法之一。和地热学密切相关的还有同位素年代学，这在解释地质现象中有极广泛的应用。

此外，固体潮和地球自由振荡是两个重要的地球物理课题，前者现正发展成为学科，后者常和地震波一起讨论，做为研究地球内部构造的一个重要方法。

上述各学科基本上是根据某种地球物理场来划分的，例如重力场、地磁场、弹性场、温度场、放射性场等等。各学科所用的方法和理论各成体系。不过一个重大的地球物理问题，常常不是以某一种地球物理场为特征，而往往涉及多种地球物理场。用这个观点划分，就有：地球内部物理学，它是研究地球内部的各种物理过程（包括结构和物质组成）的一门学科。大地构造物理学，约在30年代，这门学科只讨论岩石和矿物形成的物理条件和过程，但近年来这个词的涵义已扩大到同固体地球物理学几乎同义。地球动力学，原来是研究地球内部的作用力及其导致的变化过程的一门学科，但现在实际上与大地构造物理学很难区别。大地构造物理学、地球动力学与地球内部物理学不同之处，是前者较侧重地质因素，而后者则侧重物理因素，但实际差别是微乎其微的。应用地球物理学，即勘探地球物理学，它研究所有的地球物理勘探方法。测绘学(卷名：固体地球物理学测绘学空间科学)

geodesyandcartography

研究测定和推算地面点的几何位置、地球形状及地球重力场，据此测量地球表面自然形态和人工设施的几何分布，并结合某些社会信息和自然信息的地理分布，编制全球和局部地区各种比例尺的地图和专题地图的理论和技术的学科。它包括测量和制图两项主要内容。有的国家称它为测量学，有的称为测量与制图学。在中国称为测绘学。

测绘学的应用范围很广。在城乡建设规划、国土资源的合理利用、农林牧渔业的发展、环境保护以及地籍管理等工作中，必须进行土地测量和测绘各种类型、各种比例尺的地图，以供规划和管理使用。在地质勘探、矿产开发、水利、交通等国民经济建设中，则必须进行控制测量、矿山测量和线路测量，并测绘大比例尺地图，以供地质普查和各种建筑物设计施工用。在国防建设中，除了为军事行动提供军用地图外，还要为保证火炮射击的迅速定位和导弹等武器发射的准确性，提供精确的地心坐标和精确的地球重力场数据。在研究地球运动状态方面，测绘学提供大地构造运动和地球动力学的几何信息，结合地球物理的研究成果，解决地球内部运动机制问题。

研究内容

测绘学的主要研究对象是地球及其表面的各种形态。为此，首先要研究和测定地球的形状、大小及其重力场，并在此基础上建立一个统一的坐标系统，用以表示地表任一点在地球上的准确几何位置。地球的外形非常近似于一个椭球，在测绘学中即用一个同地球外形极为接近的旋转椭球来代表地球，称为地球椭球。地面上任一点的几何位置即用这点在地球椭球面上的经纬度和点的高程表示。测绘学中研究测定地球形状及地球重力场，地球椭球参数，以及地面点的几何位置的理论和方法的这一分支学科称为大地测量学。

有了大量地面点的平面坐标和高程，就可以此为基础进行地表形态的测绘工作。其中包括地表的各种自然形态，如水系、地貌、土壤和植被的分布;也包括人类社会活动所产生的各种人工形态，如境界线、居民地、交通线和各种建筑物的位置。由于地表形态的测绘工作是分别在面积不大的测区内进行的，在同一测区内可以既不考虑地球曲率，也不顾及地球重力场的微小影响。研究这种理论和技术的分支学科称为普通测量学。

测绘地表形态，特别是测绘大面积的地表，可以采用摄影方法或电磁波成像的方法，以获得地表形态的信息。然后根据摄影测量的理论和方法，将获得的地表形态信息以模拟的或解析的方式进行处理，使转变为各种比例尺的地形原图或形成地理数据库。这就形成了又一门分支学科──摄影测量学。

各项经济建设和国防工程建设的规划设计、施工和部分建筑物建成后的运营管理中，都需要一定的测绘资料或利用测绘手段来指导工程的进行，监视建筑物的变形。这些测绘工作往往要根据具体工程的要求，采取专门的测量方法，有时需要特定的高精密度或使用特种测量仪器。研究解决这些问题的理论和技术的分支学科，就是工程测量学。

海洋环境中进行的测绘工作，同陆地测量有很大的区别。例如：测量工作主要在船上进行，并且大多采用声学或无线电方法；所以，海面上的定位、海底控制网的建立、海面形态和海底地形测量、海洋重力测量以及海图编制等都不同于陆地的同类工作。此外，海图同陆地的地图在用途上也不尽相同。由此，在测绘学中又形成一个专门学科，称为海洋测绘。

测图过程所得到的成果只是地形原图或海图的原图，还要经过编绘、整饰和制印，或增加某些专门要素，才能形成各种比例尺的地形图或海图以及各种专题地图。为此，必须进行地图投影、地图编制、地图整饰和地图制印等项工作。研究这方面的理论和技术的分支学科称为地图制图学。

发展简史

测绘学有着悠久的历史。古代的测绘技术起源于水利和农业。古埃及尼罗河每年洪水泛滥，淹没了土地界线，水退以后需要重新划界，从而开始了测量工作。公元前2世纪，中国司马迁在《史记·夏本纪》中叙述了禹受命治理洪水的情况：“左准绳，右规矩，载四时，以开九州、通九道、陂九泽、度九山”。说明在公元前很久，中国人为了治水，已经会使用简单的测量工具了。

测绘学的研究对象是地球，人类对地球形状认识的逐步深化，要求对地球形状和大小进行精确的测定，因而促进了测绘学的发展。地图制图是测量的必然结果，所以地图的演变及其制作方法的进步是测绘学发展的重要方面。测绘学是一门技术性较强的学科，它的形成和发展在很大程度上依赖于测绘方法和仪器工具的创造和变革。从原始的测绘技术，发展到近代的测绘学，其过程可由下列3个方面来说明。

人类对地球形状的认识过程

人类对地球形状的科学认识，是从公元前6世纪古希腊的毕达哥拉斯(Pytha-goras)最早提出地是球形的概念开始的。两世纪后，亚里士多德(Aristotle)作了进一步论证，支持这一学说，称为地圆说。又一世纪后，亚历山大的埃拉托斯特尼(Era-tosthenes)采用在两地观测日影的办法，首次推算出地球子午圈的周长，以此证实了地圆说。这也是测量地球大小的“弧度测量”方法的初始形式。世界上有记载的实测弧度测量，最早是中国唐代开元十二年(724)南宫说在张遂（一行）的指导下在今河南省境内进行的，根据测量结果推算出了纬度1度的子午弧长。

17世纪末，英国牛顿（I.Newton）和荷兰的惠更斯(C.Huygens)首次从力学的观点探讨地球形状，提出地球是两极略扁的椭球体，称为地扁说。1735～1741年间，法国科学院派遣测量队在南美洲的秘鲁和北欧的拉普兰进行弧度测量，证明牛顿等的地扁说是正确的。

1743年法国A.C.克莱洛证明了地球椭球的几何扁率同重力扁率之间存在着简单的关系。这一发现，使人们对地球形状的认识又进了一步，从而为根据重力数据研究地球形状奠定了基础。

19世纪初，随着测量精度的提高，通过对各处弧度测量结果的研究，发现测量所依据的垂线方向同地球椭球面的法线方向之间的差异不能忽略。因此法国的P.S.拉普拉斯和德国的C.F.高斯相继指出，地球形状不能用旋转椭球来代表。1849年SirG.G.斯托克斯提出利用地面重力观测资料确定地球形状的理论。1873年，利斯廷(J.B.Listing)创用“大地水准面”一词，以该面代表地球形状。自那时起，弧度测量的任务，不仅是确定地球椭球的大小，而且还包括求出各处垂线方向相对于地球椭球面法线的偏差，用以研究大地水准面的形状。

1945年，苏联的M.C.莫洛坚斯基创立了直接研究地球自然表面形状的理论，并提出“似大地水准面”的概念，从而回避了长期无法解决的重力归算问题。

人类对地球形状的认识和测定，经过了球—椭球—大地水准面3个阶段，花去了约二千五、六百年的时间，随着对地球形状和大小的认识和测定的愈益精确，测绘工作中精密计算地面点的平面坐标和高程逐步有了可靠的科学依据，同时也不断丰富了测绘学的理论。

地图制图的演变

地图的出现可追溯到上古时代，那时由于人类从事生产和军事等活动，就产生了对地图的需要。考古工作者曾经控掘到公元前25世纪至前3世纪画在或刻在陶片、铜板或其他材料上的地图。这些原始地图只是根据文字记述或见闻绘成的略图，不讲求比例尺和方位，可靠性很差。据文字记载，中国春秋战国时期地图已用于地政、军事和墓葬等方面。例如《管子·地图篇》记述:“凡兵主者必先审知地图。公元前3世纪，埃拉托斯特尼最先在地图上绘制经纬线。1973年，在中国湖南省长沙马王堆汉墓中发现的绘制在帛上的地图，是公元前168年之前制作的。这些地图虽是根据已有资料和见闻绘制的，但它已注意到比例尺和方位，讲求一定的精度。公元2世纪，古希腊的C.托勒密所著《地理学指南》一书，提出了地图投影问题。100多年后，中国西晋的裴秀总结出“制图六体”的制图原则，从此地图制图有了标准，提高了地图的可靠程度。16世纪，地图制图进入了一个新的发展时期。中国明代的罗洪先和德国的G.墨卡托都以编制地图集的形式，分别总结了16世纪之前中国和西方在地图制图方面的成就。从16世纪起，随着测量技术的发展，尤其是三角测量方法的创立，西方一些国家纷纷进行大地测量工作，并根据实地测量结果绘制图家规模的地形图，这样测绘的地形图，不仅有准确的方位和比例尺，具有较高的精度，而且能在地图上描绘出地表形态的细节，还可按不同的用途，将实测地形图缩制编绘成各种比例尺的地图。中国历史上首次使用这样的方法在广大国土上测绘的地形图，是清康熙四十七年至五十七年（1708～1718）完成的《皇舆全图》。现代地图制图的方法有了巨大的变革，地图制图的理论也不断得到丰富，特别是20世纪60年代以来，又朝着计算机辅助地图制图的方向发展，使成图的精度和速度都有很大的提高。

测绘技术和仪器工具的变革

17世纪之前，人们使用简单的工具，例如中国的绳尺、步弓、矩尺和圭表等进行测量。这些测量工具都是机械式的，而且以用于量测距离为主。17世纪初发明了望远镜。1617年，荷兰的斯涅耳(W．Snell)为了进行弧度测量而首创三角测量法，以代替在地面上直接测量弧长，从此测绘工作不仅量测距离，而且开始了角度测量。约于1640年，英国的加斯科因(W.Gascoigne)在两片透镜之间设置十字丝，使望远镜能用于精确瞄准，用以改进测量仪器，这可算光学测绘仪器的开端。约于1730年，英国的西森(Sisson)制成测角用的第一架经纬仪，大大促进了三角测量的发展，使它成为建立各种等级测量控制网的主要方法。在这一段时期里，由于欧洲又陆续出现小平板仪、大平板仪以及水准仪，地形测量和以实测资料为基础的地图制图工作也相应得到了发展。从16世纪中叶起，欧美二洲间的航海问题变得特别重要。为了保证航行安全和可靠，许多国家相继研究在海上测定经纬度的方法，以定船舰位置。经纬度的测定，尤其是经度测定方法，直到18世纪发明时钟之后才得到圆满解决。从此开始了大地天文学的系统研究。19世纪初，随着测量方法和仪器的不断改进，测量数据的精度也不断提高，精确的测量计算就成为研究的中心问题。此时数学的进展开始对测绘学产生重大影响。1806年和1809年法国的勒让德(A.M.Legendre)和德国的高斯分别发表了最小二乘准则，这为测量平差计算奠定了科学基础。19世纪50年代初，法国洛斯达(A.Lausse-dat)首创摄影测量方法。随后，相继出现立体坐标量测仪，地面立体测图仪等。到20世纪初，则形成比较完备的地面立体摄影测量法。由于航空技术的发展，1915年出现了自动连续航空摄影机，因而可以将航摄像片在立体测图仪器上加工成地形图。从此，在地面立体摄影测量的基础上，发展了航空摄影测量方法。在这一时期里，由于在19世纪末和20世纪30年代，先后出现了摆仪和重力仪，尤其是后者的出现，使重力测量工作既简便又省时，不仅能在陆地上，而且也能在海洋上进行，这就为研究地球形状和地球重力场提供了大量实测重力数据。可以说，从17世纪末到20世纪中叶，测绘仪器主要在光学领域内发展，测绘学的传统理论和方法也已发展成熟。

从20世纪50年代起，测绘技术又朝电子化和自动化方向发展。首先是测距仪器的变革。1948年起陆续发展起来的各种电磁波测距仪，由于可用来直接精密测量远达几十公里的距离，因而使得大地测量定位方法除了采用三角测量外，还可采用精密导线测量和三边测量。大约与此同时，电子计算机出现了，并很快应用到测绘学中。这不仅加快了测量计算的速度，而且还改变了测绘仪器和方法，使测绘工作更为简便和精确。例如具有电子设备和用电子计算机控制的摄影测量仪器的出现，促进了解析测图技术的发展，继而在60年代，又出现了计算机控制的自动绘图机，可用以实现地图制图的自动化。自从1957年第一颗人造地球卫星发射成功后，测绘工作有了新的飞跃，在测绘学中开辟了卫星大地测量学这一新领域，就是观测人造地球卫星，用以研究地球形状和重力场，并测定地面点的地心坐标，建立全球统一的大地坐标系统。同时，由于利用卫星可从空间对地面进行遥感（称为航天摄影），因而可将遥感的图像信息用于编制大区域内的小比例尺影像地图和专题地图。在这个时期里还出现了惯性测量系统，它能实时地进行定位和导航，成为加密陆地控制网和海洋测绘的有力工具。随着脉冲星和类星体的发现，又有可能利用这些射电源进行无线电干涉测量，以测定相距很远的地面点的相对位置（见甚长基线干涉测量）。所以50年代以后，测绘仪器的电子化和自动化以及许多空间技术的出现，不仅实现了测绘作业的自动化，提高了测绘成果的质量，而且使传统的测绘学理论和技术发生了巨大的变革，测绘的对象也由地球扩展到月球和其他星球。

中国测绘工作简况

自1950年起，中国的测绘事业有了很大的发展。主要成就有：在全国范围内建立了国家大地网、国家水准网、国家基本重力网和卫星多普勒网，并对国家大地网进行了整体平差。参加平差的点数，一、二等三角点和导线点以及部分三等三角点共约5万个，有30万个观测值。在国家水准网中，已完成的一等水准测量约93000公里，国家基本重力网包含约40个基本重力点和百余个一等重力点；卫星多普勒网由分布在全国的37个站组成。为了发展卫星大地测量技术，相继研制了卫星摄影仪、卫星激光测距仪和卫星多普勒接收机，并已投入实际应用。采用航空摄影测量方法在全国范围内测绘了国家基本比例尺地形图，其中已完成了全国1:50000（部分地区1:100000）比例尺的测图工作，正在进行1:10000比例尺的测图工作。在摄影测量技术上已普遍应用电子计算机进行解析空中三角测量，并正在研制解析测图仪、正射投影仪，研究自动测图系统和航天遥感资料在测绘上的应用。在海洋测绘方面，采用了新的海洋定位系统。这些新技术和新仪器的使用，进一步推动了中国测绘事业的发展。空间科学(卷名：固体地球物理学测绘学空间科学)

spacescience

主要利用空间飞行器来研究发生在宇宙空间的物理、天文、化学和生命活动等自然现象及其规律的科学。空间科学与天文学、地球物理学等学科有着悠久的历史渊源，但作为一门独立的综合性科学领域，是在空间技术有了巨大的进展、人类开创了空间时代的条件下，才形成和发展起来的。

发展简史

历史渊源

自古以来，人类就向往着宇宙空间。在漫长的岁月里，先辈学者倾注了很大的精力去观测和研究发生在地球周围空间（近地空间）、太阳系空间及更遥远的宇宙空间的自然现象。如早期对地磁、天体运行、极光、彗尾、太阳黑子、太阳耀斑和超新星爆发的观察等，对陨石进行化学分析，对宇宙物质的某些化学组成的光谱测定等，这些研究积累了人类认识宇宙的宝贵知识。

奠基时期

20世纪以来，短波无线电远程通信试验成功，电离层的发现，宇宙线的观测，磁暴和电离层暴27天重现性与太阳自转有关的发现，以及等离子体振荡的发现等，也促进了理论研究的发展，如S.查普曼和费拉罗(V.C.A.Ferraro)提出了磁穴和环电流的概念，SirE.V.阿普尔顿和哈特里(D.R.Hartree)建立了磁离子理论，朗缪尔(I.Langmuir)提出了等离子体的概念，H.阿尔文预言阿尔文波的存在等。在实验方面，用探空火箭拍摄了太阳的整个光谱，探测了电离层和高层大气结构；光谱分析广泛地用于测定太阳和行星大气的化学组成，据此维尔特(R.Wildt)提出了类木行星由大量氢所组成；对地外生物和地外文明也开始了探索。这些都为空间科学的形成奠定了基础。

形成时期

50年代以后，在大量地面台站、气球和火箭观测及长期理论研究的基础上，迫切要求各相关学科之间密切配合，要求全球性的协同观测以及发展新的探测手段。1956年，在国际地球物理年大会上，美国和苏联宣布将要发射人造地球卫星以增强对地球物理学的研究。1957年，苏联首次发射了人造地球卫星，这标志着人类进入了空间时代。从此，许多国家和团体发射了大量的空间飞行器并进行了广泛的多学科的研究，促使空间科学迅速发展。

20多年来，人们对近地空间环境进行了大量的普查，发现了地球辐射带、环电流，证实了太阳风、磁层的存在，发现了行星际磁场的扇形结构和冕洞等；月球探测器和“阿波罗”飞船载人登月，对月球进行了探测和综合性研究；行星际探测器系列对行星进行了探测，并由对内行星发展到内外行星的探测；天文观测卫星系列对太阳、银河辐射源、河外源，在红外、紫外、X射线和γ射线波段进行了探测。在取得上述进展的同时，空间生命科学也相应地迅速发展起来。例如研究人在空间长期生存的一系列问题，包括在失重、超重、高能辐射、节律改变等条件下人体的适应能力等；空间生物学、医学和生保系统的研究也取得了很大的进展；关于地外生命也在进一步探索。

在70年代后期，空间科学的发展进入了更高阶段。这主要表现为：对重大科学课题的研究更有针对性，并能制定周密的探测与研究计划，同时加强了理论研究；在开展广泛的国际合作下，进行了全球性的协同探测与研究。航天飞机的出现，将开辟空间科学史的一个新纪元，成为空间时代第二阶段的标志。

学科内容

空间科学按照研究对象及研究手段进行学科分类，主要有：空间物理学、空间天文学、空间化学、空间地质学和空间生命科学等学科。

空间物理学

主要研究发生在日球空间范围内的物理现象的学科。它的研究对象，包括太阳，行星际空间，地球和行星的大气层、电离层、磁层，以及它们之间的相互作用和因果关系。

日地物理学（即日地关系）是空间物理学的主要部分，是太阳物理学和地球物理学之间的边缘学科。它研究太阳能量的产生、辐射（包括电磁辐射和带电粒子辐射，尤其着重于它们的变化部分）、在日地空间的传播和对地球所产生的影响等整个过程。太阳中心部分的核聚变所释放的辐射能，经过漫长的热扩散过程传至太阳的外层气体而被吸收，产生对流不稳定性，称为对流区。最后大部分能量作为热能传到光球层而向外辐射，能量主要在可见光波段内，这部分能量比较稳定。

太阳有复杂的磁场结构，黑子的磁场强度达数百至数高斯（1高斯=10-4特斯拉），它们的极性具有准周期性，因而太阳活动及相关地球物理现象也有准周期变化。冻结于对流区等离子体内的磁场随等离子体的对流、湍流运动弯曲扭转，从而产生一些强的磁场活动区，如表现在光球面上的黑子。储存的磁能在适当条件下会被迅速释放，表现为强烈的太阳活动，耀斑是其中最强烈的。对流区内部分等离子体浮涌出光球和色球，受到加速加热而形成日冕和太阳风。太阳风将太阳磁场带入行星际空间，由于太阳的自转和太阳磁赤道面稍有弯曲，从地球赤道上看，行星际磁场呈阿基米德螺旋线状和具有磁极性相同的扇形结构，从太阳活动区浮涌出色球表面的等离子体，一般又重新落到附近表面，形成闭合的穹形磁力线双极结构，但在有些区域可能出现开放的磁力线，伸展致行星际空间，产生沿磁力线流出的高速等离子体流，这样的区域称为冕洞。异常的太阳活动致使电磁辐射和带电粒子流增强，增强的电磁辐射主要在紫外线、X射线、γ射线和射电波段内的非热辐射，这两类增强的能量虽在总输出能量中所占比例不大，但对地球大气层和空间环境都产生巨大的影响。

日地物理学的发展，要求把整个日地系统作为一个有机的整体，进行定量的、综合性的研究。

空间物理学还包括太阳-行星系统的研究。经过比较研究，可更好地理解日地系统的物理过程，从而取得对作为一个整体的太阳系的深刻理解。如地球磁层的概念，同水星、木星、土星的磁层比较；地球的大气结构与金星、火星、木星的大气比较；地球的电离层与金星、木星、土星的电离层比较等。

空间天文学

利用空间飞行器在地球稠密大气外进行天文观测和研究的一门学科。人们通过接收宇宙天体的电磁辐射来研究它们的物理状态和过程。这种电磁辐射波长在108～10-12厘米范围内，但在地面上，仅能从可见光和射电两个大气窗口来观测天体，从而发展成为天文学的光学天文学和射电天文学两个分支。空间技术的发展，开拓了红外天文学、紫外天文学、X射线天文学和γ射线天文学等崭新的领域。

由于大气的湍流运动，使光波经过时产生起伏，造成光学望远镜的频谱分辨率和角分辨率降低。将高分辨率的光学望远镜安装在空间实验室里，能显著地提高它的分辨本领。

高能天体和激烈活动的天体现象，产生着X射线和γ射线，这包括温度达数千万至数亿度的热辐射和在强烈爆发过程中产生的相对论性带电粒子所发出的非热辐射，例如超新星爆发及其遗迹产生的辐射；当一致密星（中子星或黑洞）与一伴星形成双星时，致密星对伴星的吸积而产生的辐射。γ射线天文学直接与核过程、高能粒子和高能物理现象相联系，将日益得到更大的发展。

有些宇宙天体的辐射主要在红外波段内，如原恒星、红巨星、恒星际的气体云和尘埃等。活动星系和类星体既有很强的X射线、紫外线辐射，也有很强的红外线辐射。在恒星际空间发现很多种无机和有机分子，它们的谐振频率在波长较短的微波段内，2.7K的宇宙背景辐射主要在毫米波、亚毫米波波段内。为了进行这些探测，也要利用空间飞行器才最有利。

空间天文学的诞生，使天文学又出现了一次大的飞跃。所研究的星空迥异于地面光学和射电天文观测到的星空。可以说，现代天文学的成就，很多都与空间天文学的发展有关。它改变了对宇宙的传统观念，对高能天体物理过程、恒星和恒星系的早期和晚期演化、星际物质等的了解，加深了对宇宙的认识。

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