第一章 空间环境概况

近地空间环境
地球磁场
地理的北极与地磁的南极夹角11.5度，地球磁场范围上至几万千米，下至地球 深部。地磁的强度不大，磁极处的强度为磁赤道处的两倍。地磁场常有突然的 无规则扰动，且呈现全球性，这种扰动称为磁暴。在太阳风的作用下，地球磁 场被限制在一定范围内，这个范围称为磁层。
近地空间环境
地球磁场
火星拥有两个天然卫星，分别为火卫一和火卫二，其形状不规则，可能是捕获 的小行星。
深空空间环境
木星空间环境
木星的大气层主要由氢分子和氦分子组成，同时也包含少量甲烷、氨、硫化氢 和水。木星大气层从低到高，大气层依次为对流层、平流层、热层和散逸层。
木星具有全球性磁场，其磁场强度为地球的14倍。木星磁场的来源主要用两个 部分，一部分来自行星发电机效应产生的内部磁场，另一部分来自硫、氧和氢 离子旋转产生的电流片磁场。
根据研究工作的不同需要，可采用地球形状的各级近似： ➢ 球形近似：研究卫星在地球中心引力场中的运动规律，二体问题。 ➢ 旋转椭球体近似：一个椭圆绕其短轴旋转而得到的椭球，地球位函数与时间无关 ➢ 三轴椭球形近似：赤道为椭圆形，南北稍短、中间略鼓，地球位函数与时间相关
近地空间环境
地球自转
使得地球产生了昼夜交替，自西向东自转；自转作为时间计量的基准；自转 的不均匀性表现在自转速度的不均匀、自转轴空间方向的变化、自转轴在地 球表面上位置的变化。
土星拥有146颗已知的卫星，其中土卫六为土星系统中最大的卫星，其具有稠 密大气；土卫五是土星的第二大卫星，其具有一层微弱的大气。同时，土星也 具有行星环，其主要由水冰组成。
深空空间环境
天王星空间环境
天王星的大气主要由氢气和氦气组成，同时还有较多的甲烷气体，因此天王星 呈青色，除此以外还包含微量的其他碳氢化合物。
深空空间环境
海王星空间环境
海王星的大气主要由80%的氢气和19%的氦气组成，也存在微量的甲烷，使得 海王星呈现蓝色。海王星大气层可主要分为对流层、平流层、热成层和散逸层。
海王星具有全球性磁场，其磁场与天王星磁场相似，同样具有较大的倾角，相 对自转轴倾斜47°。海王星磁场具有复杂几何形状，其中包含较大的非偶极分量。
近地空间环境
地球空间环境
地球大气的主要成分为氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气和稀有气体，按大气高 度可以分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。
地球具有全球性磁场，磁矩大小为7.91×1015 T∙m3，其可以偏转太阳风粒子， 保护地球表面不受太阳风直接照射。地球磁场内存在范艾伦辐射带，其中大部 分粒子来自被地球磁层捕获的太阳风粒子。
天王星具有全球性磁场，但天王星磁场不同于其他行星磁场，其具有极大的倾 角，相对于自转轴倾斜59°，因此天王星磁层高度不对称。
天王星具有27颗已知卫星，其中最大的卫星半径只有不到月球半径的一半，且 五颗主要卫星的总质量还不及海王星最大卫星海卫一的一半。同时，天王星也 具有行星环，其主要由大小不同的暗粒子组成。
➢ 地球自转速度的不均匀性表现在： 1）长期变化，自转在逐渐变慢，每百年日长 增加1.6ms； 2）季节变化，自转春季较慢，秋季较快的周 年变化，幅值20~25ms； 3）不规则变化，时而快，时而慢。
近地空间环境
地球自转轴在空间上的变化：类似于陀螺在外力作用下发生进动和章动。 ➢ 岁差：由于地轴的进动，春分点沿着黄道缓慢的向西退行，出现回归年比恒星 年短的现象；由月球和太阳对地球赤道隆起部分的摄动引起的。 ➢ 章动：叠加在进动上的微小的不规则运动。 ➢ 极移：地球自转轴在地球内部的移动。
地球拥有一颗天然卫星月球，两者共同组成地月系统。
深空空间环境
火星空间环境
火星大气层相对较薄，平均地表气压约为600帕。火星大气成分为95%的二氧 化碳，3%的氮气，1.6%的氩气，同时还有少量氧气和水汽。
火星不具有全球性磁场，但火星表面磁性岩石矿物以剩磁的形式记录下了火星 早期存在全球磁场的证据。火星的岩石磁场会显著影响太阳风与火星大气的互 相作用过程，造成火星复杂的空间环境特征。
深空空间环境
行星系统空间环境介绍
围绕各行星系统，受各行星系统磁场、引力场和电磁辐射等所控制的空间范围 内的环境，叫做行星系统空间环境。行星系统空间环境主要有引力场，磁场，中性 大气，等离子体，宇宙射线，太阳电磁辐射，流星体等构成。
行星磁场
行星引力场 星际介质、引力场
木星拥有95颗卫星，其中四颗伽利略卫星是木星系统中最大的卫星，且木卫一、 木卫二和木卫三的轨道形成了拉普拉斯共振。与此同时，木星还具有一个由尘 埃组成的行星环。
深空空间环境
土星空间环境
土星的外层大气包含96.3%的氢气和3.25%的氦气，同时还包含少量氨、乙炔、 乙烷、磷化氢和甲烷等。
土星具有全球性磁场，其磁场强度比地球略弱，该磁场同样由行星发电机效应 和离子旋转产生，且较为简单对称，其可以有效偏转来自太阳的太阳风粒子。
深空空间环境
金星空间环境
金星具有太阳系类地行星中最浓厚的大气层，其中96%为二氧化碳，还有少量 的氮气、水蒸气以及二氧化硫。
金星不具有全球性磁场，仅存在的微弱磁场是由金星大气层和太阳风相互作用 产生的，这种侵蚀导致大气层内的水分子不断解离，低质量的氢、氦和氧离子 不断被太阳风吹离，导致金星失去大部分水。
海王星具有14颗已知卫星，其中海卫一具有最大的质量，占海王星轨道质量的 99.5%以上。海王星具有一个暗淡的行星环，环中尘埃的比例较高。
太阳，中等恒星，巨大的辐射源。太阳发射从波长到超长波的各种电磁波， 其中可见光部分辐射强度最大，可见光和红外光通量占到90%以上。
黑子活动是太阳活动的基本标志，耀斑是另一种太阳活动的现象。太阳电 磁辐射作用于物体表面而产生的辐射压力成为光压。
近地空间环境
地球形状和引力位函数
地球形状接近于梨形。表面形状不规则，陆地占1/4，最高峰8848m， 海洋面积占3/4，最深海沟11022m。
深空空间环境
水星空间环境
水星没有大气层，只有一层由氢、氦、氧、硫、钙和钾等元素组成的外逸层。 外逸层并不稳定，其中的原子会不断地流失并从不同来源处得到补充。
水星具有全球性磁场，大小约为地球磁场的1.1%。水星的磁场足够偏转太阳风， 创造出磁层，同时也可以将太阳风的等离子体束缚在内，促进了水星表面的太 空风化。
第一章 空间环境概况
近地空间环境
近地空间环境：地面上100km左右到10个地球半径的地球周围空间。对人类航 天活动有影响的近地空间环境包括地球大气、地球磁场、太阳电磁辐射、地球 电离层和空间粒子辐射等，通常仅研究对航天器轨道姿态动力学有影响的地球 大气、地球磁场、太阳辐射。 地球大气：大气密度、大气温度、大气压力、大气成分 大气总质量的99.9%在50km以内，在2000km以外极其稀薄向外层空间过渡、 没有明显的上界。
近地空间环境
地球大气
➢ 按温度垂直分布特性：
对流层(0~11km左右)，同温层(11~50km), 中间层(50~85km), 热层(85~500km) 和外大气层(500km~)
➢ 按大气组成来分：
均匀层(120km以下)和非均匀层 (120km以上)
➢大气密度：
➢ 120km以下,每升高16km， 密度降低1个量级，200km，密 度降低了10个量级 ➢ 还随时间、纬度季节和太阳活 动而变化
地球磁场可防止宇宙来的高能带电粒子直接冲击地球表面。这些带电粒 子被地球磁场俘获，在地球附近形成了大量带电粒子的区域，称为辐射带。 ➢ 内辐射带在赤道上大约1~2个地球半径之间，主要是高能质子，又分为天
然辐射带和人工辐射带。 ➢ 外辐射带在赤道上大约3~4个地球半径，主要是电子。
近地空间环境
太阳辐射