空間物理學(xué)介紹

空間物理學(xué)介紹第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月2什么是空間物理所謂空間，是指從太陽到地球、直至整個太陽系的廣闊范圍；廣義上來講，也就是人類生存的環(huán)境?？臻g物理學(xué)是伴隨人造衛(wèi)星成功發(fā)射而形成并迅速發(fā)展的新興交叉學(xué)科，主要研究廣闊的太陽大氣和行星際空間、地球和行星的磁層、電離層和中高層大氣中的基本物理過程及其演化規(guī)律，探討空間環(huán)境的監(jiān)測、診斷、預(yù)報及其在航天、國防、通訊、導(dǎo)航等方面的應(yīng)用。第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月3空間物理學(xué)及其研究領(lǐng)域日地空間太陽和太陽大氣太陽風(fēng)和行星際空間地球空間日球空間空間等離子體空間天氣空間探測第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月4太陽和太陽系太陽及其行星第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月5太陽大氣和行星際空間第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月6地球磁層第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月7電離層和中高層大氣第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月8日地系統(tǒng)太陽主要能源和擾動源，其活動和爆發(fā)影響到整個日地系統(tǒng)太陽大氣和行星際空間充滿著稀薄等離子體，是太陽活動影響地球空間的中間地帶，各種等離子體物理過程起重要作用，且主要受太陽控制磁層由完全電離的等離子體組成，形態(tài)主要由地球和行星的磁場決定，同時受太陽活動影響電離層由部分電離的等離子體組成，太陽輻射、地球磁場和引力場共同起主導(dǎo)作用，對人類活動有著直接的影響中高層大氣和低層大氣以中性成分為主，也有許多電磁過程和化學(xué)過程，同時涉及與低層大氣的耦合以及固、液、氣和等離子體四態(tài)的相互作用地球地球磁場和地球內(nèi)部活動影響著空間環(huán)境的變化第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月9空間物理學(xué)的迅速發(fā)展20世紀(jì)50年代，形成和探索階段，發(fā)展成一門獨(dú)立的學(xué)科。20世紀(jì)60年代，以載人飛船和首次登月為代表，對地球空間環(huán)境初步了解。20世紀(jì)70年代，探測深空，對整個日球?qū)迎h(huán)境的了解。20世紀(jì)80～90年代，開展全球合作，從整個日地系統(tǒng)的角度來研究空間物理現(xiàn)象。20世紀(jì)90年代末至今，開展空間天氣研究，加強(qiáng)探測、研究、預(yù)報、應(yīng)用之間的結(jié)合。第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月10空間物理學(xué)是迅速發(fā)展的交叉學(xué)科空間物理學(xué)是伴隨人造衛(wèi)星成功發(fā)射而形成并迅速發(fā)展的交叉學(xué)科，主要研究廣闊的太陽大氣和行星際空間、地球和行星的磁層、電離層和中高層大氣中的基本物理過程及其演化規(guī)律，探討空間環(huán)境的監(jiān)測、診斷、預(yù)報及其在航天、國防、通訊、導(dǎo)航等方面的應(yīng)用。第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月11空間物理學(xué)是基礎(chǔ)學(xué)科空間物理學(xué)是人類認(rèn)識自然的一門前沿性基礎(chǔ)學(xué)科，廣闊的空間環(huán)境是難得的天然實(shí)驗(yàn)室。有5位科學(xué)家，由于對空間物理學(xué)發(fā)展做出貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾獎（Appleton獲1947年物理獎，Alfven獲1970年物理獎，Crutzen、Molina和Rowland獲1995年化學(xué)獎）。第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月12空間物理學(xué)又是應(yīng)用學(xué)科空間物理學(xué)又是應(yīng)用性極強(qiáng)的學(xué)科，與航天、通訊、導(dǎo)航、電力以及人類生存環(huán)境和社會發(fā)展有著密切的關(guān)系。20世紀(jì)90年代興起的空間天氣(SpaceWeather)，指的是太陽、太陽風(fēng)、磁層、電離層和熱層的狀況可以影響天基和地基技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行和可靠性，危及人類的健康和生命；惡劣的空間環(huán)境會引起衛(wèi)星運(yùn)行、通訊、導(dǎo)航和輸電網(wǎng)的事故，造成社會經(jīng)濟(jì)損失。第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月13太陽內(nèi)部和太陽大氣太陽內(nèi)部內(nèi)核輻射區(qū)對流區(qū)太陽大氣光球?qū)由驅(qū)?過渡區(qū))日冕第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月14太陽的溫度Core-Photosphere–Chromosphere–Transitionregion–Corona4,500oC1,000,000oC

15,000,000oC20,000oC第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月15太陽大氣日冕corona光球?qū)觩hotosphere色球?qū)觕hromosphere過渡區(qū)transitionregion第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月16什么是太陽日冕？日冕是太陽的最外層大氣，在日食期間或用日冕儀可以看到。從日面附近延伸到幾個太陽半徑或更遠(yuǎn)。19911999第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月17太陽活動周…Thecurrentsolarcycle(no.23)第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月18極紫外日面積分通量SEM(CELIAS)onSOHOVIRGOonSOHO:太陽總輻照度地球上總的輻照度變化不超過0.1%!但是，紫外通量的變化是呈倍數(shù)的！

太陽輻照度隨活動周的變化第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月19低日冕磁場約束等離子體形成可見磁環(huán)emissionlinesofFe

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(17.1nm)106K9.November2000becareful:lightmagneticfieldTransitionRegionAndCoronalExplorer(TRACE),NASA~70000km~0.1R¤第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月20太陽風(fēng)和行星際空間高速太陽風(fēng)低速太陽風(fēng)冕洞第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月21行星際空間第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月22地球空間（Geospace）太陽風(fēng)弓激波第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月23ThemostfamousandmostlyresearchedshockisthebowshockstandinginfrontoftheEarthasresultoftheinteractionofthemagnetospherewiththesupersonicsolarwind,withahighMachnumber,MF

8.Solarwinddensityandfieldjumpbyaboutafactorof4intothemagnetosheath.弓激波第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月24地球磁層的三維結(jié)構(gòu)極尖區(qū)太陽風(fēng)行星際磁場磁層頂?shù)诙捻?，共三十八頁?022年，8月28日2007年4月25極光（Aurora)第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月26地球大氣分層對流層平流層中間層熱層中性層電離層磁層第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月27無線電波在電離層中的反射第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月28地球輻射帶第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月29空間等離子體物理等離子體物理微觀理論動力學(xué)理論分布函數(shù)宏觀理論，磁流體力學(xué)流體力學(xué)磁場粒子，波，波-粒子相互作用，不穩(wěn)定性第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月30Schematictopographyofsolar-terrestrialenvironment第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月31空間天氣學(xué)Xiong,M.,H.Zheng,Y.Wang,andS.Wang(2006),J.Geophys.Res.,111,A08105,doi:10.1029/2006JA011593.Xiong,M.,H.Zheng,Y.Wang,andS.Wang(2006),J.Geophys.Res.,111,A11102,doi:10.1029/2006JA011901.第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月32對空間天氣的認(rèn)識隨著高新科技迅速發(fā)展和保障人類生存環(huán)境的迫切需求，20世紀(jì)90年代以來，空間天氣研究日益受到人們重視。美國和我國的衛(wèi)星故障中有40%與空間災(zāi)害性天氣有關(guān)。電離層狀態(tài)的快速變化，可引起通信質(zhì)量下降甚至中斷。1989年3月13日凌晨，強(qiáng)磁暴產(chǎn)生的強(qiáng)感應(yīng)電流使得加拿大魁北克水電站變壓器損壞，電網(wǎng)癱瘓，600萬居民停電9小時，直接經(jīng)濟(jì)損失5億美元。1995年美國發(fā)表“美國國家空間天氣戰(zhàn)略計劃”，隨后10多個國家紛紛制定了相應(yīng)計劃，成立了相關(guān)的管理機(jī)構(gòu)。第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月33美國國家空間天氣計劃第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月34什么是空間天氣“空間天氣”是指太陽、太陽風(fēng)、磁層、電離層和熱層的狀況。它可影響天基和地基技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行和可靠性，危及人類的健康和生命。惡劣的空間環(huán)境會引起衛(wèi)星運(yùn)行、通訊、導(dǎo)航和輸電網(wǎng)的事故，造成社會經(jīng)濟(jì)損失。（摘自“美國國家空間天氣計劃”）空間天氣是一門正迅速發(fā)展的將日地物理科學(xué)與地面和空間技術(shù)應(yīng)用緊密相結(jié)合的學(xué)科。（美國空間天氣工作組主席H.Koskinen)空間天氣計劃集探測、研究、預(yù)報和應(yīng)用之大成，將空間各層次視為一個整體系統(tǒng)，分析和預(yù)報太陽爆發(fā)現(xiàn)象引起行星際空間和地球空間環(huán)境災(zāi)害性事件的演化規(guī)律，盡量減少其對空間和地面技術(shù)系統(tǒng)的影響，保障人類生存的安全。第三十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月35從太陽大氣到近地空間擾動的因果鏈的變化（藝術(shù)構(gòu)想）在統(tǒng)計觀測的基礎(chǔ)上，構(gòu)想出的一次完整的空間天氣活動第三十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日空間探測天基(衛(wèi)星平臺)+地基（觀測臺站）空間探測的內(nèi)容：地球空間探測太陽及日地行星際空間探測行星（包括其衛(wèi)星）及日球?qū)犹綔y第三十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2007年4月37人造衛(wèi)星上天標(biāo)志著空間時代的到來前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星Sputnik11957