空间物理学
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3. 空间物理学的分支学科及其研究对象 空间物理学研究的内容主要是大气层和地外空间。
整个大气层按照它 的物理性质可分为对流 层、平流层、中间层、 热层和外逸层；按大气 成份可分为均质层、非 均质层和外逸层。 对流层最靠近地面， 它的主要特征是大气的 对流强烈，在对流层内， 高度越高，温度越低。
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间物理问题。随着高技术的发展，空间环境对人类技
术系统的影响也会越来越重要，解决这些问题也是空 间物理学的任务。
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空间物理学
山东轻工业学院 刘玉波
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数理学院
一、空间物理学概述
1. 空间物理学简史
空间物理学是一门研究发生在宇宙空间里的各种 物理过程的基础科学，这些物理过程对航天事业和人 类的生态环境产生重要的影响，因此它又有重要的应 用价值。 2. 空间物理学的特点 (1) 认识宇宙空间的一门基础学科
空间物理学主要研究太阳活动区、日球、行星磁 层、行星电离层、行星大气等空间区域的物理过程和 规律。
性质，成为人们研究空间的一种工具。
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二、地球大气层
1. 太阳电磁辐射与大气的相互作用 2. 电离层的形成及其对电波传播的影响
3. 极光
极光
三、地外空间
1. 地球磁场 2. 带电粒子在磁场中的运动
3. 太阳的粒子辐射 4. 磁层
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四、空间物理学的研究方法
1. 地面观测 3. 卫星探测 2. 火箭观测 4. 理论研究
平流层内大气比较平稳，温度随高度的增加而增加， 臭氧层是平流层内的一个层次。
中间层里大气温度再次随高度的增加而降低，它的 特点是光化反应十分强烈，发生各种发光现象。 平流层和中间层以合称中层。 热层其温度又一次随高度迅速增加，热层变化十分 复杂，因为影响热层的因素非常多；另外在热层顶温度 又趋于稳定，不再随高度变化。 均质层是指从地面到大约80km高度范围内的大气， 大气的成分基本相同，平均分子量不随高度变化。
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(4) 依赖于航天高技术的学科 空间探测在空间物理研究中的地位，决定了空间物 理学的发展必定强烈地依赖于航天技术。 (5) 在国际合作中发展起来的学科 空间物理研究的领域广阔，空间探测耗资巨大，使
一个国家难以单独执行规模较大的探测计划，地面观测
和卫星数据接收等又需要在全球进行布站，研究的对象 更是超越国界的全球性问题，国际合作在空间物理研究 中起很重要的作用。
空间物理学研究的另一部分是地外空间，包括地球
磁场、太阳的粒子辐射和太阳风和地磁场的相互作用 (磁层)。
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(1) 中高层大气物理学 中高层大气一般指平流层以上的大气层它除受地球 太阳、月球等天体的引力作用外，上面受到来自太阳的 各种波长的电磁辐射，以及来自太空的带电粒子的影响。 下面受地球辐射和天气过得以及各种波动的影响．中高 层大气物理学主要研究在这些外界因素的共同作用下的 光化过程、电离过程、热力学过程、动力学过程。 (2) 电离层物理学 从离地面60 km处往上，来自太阳和太空的电磁辐 射和带电粒子使高层大气电离，从而形成对无线电波传 播有显著影响的电离层。电离层物理学主要研究电离层 及其分层结构的形成机理、电离层的规则变化及电离层 骚扰、无线电波在电离层中的传播过程等问题。 8
五、空间物理学研究的意义பைடு நூலகம்
空间物理学是一门研究空间物理状态和规律的基础 学科，同时又是一门有广泛应用前景的学科。空间物理 学的研究，对一个国家的国民经济建设和科学技术发展 都有广泛影响，特别是对航天技术本身的完善和提高有 重要意义。人类的航天活动要大量应用空间物理学的研 究成果。
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除了对航天器的直接影响以外，电离层对无线电 波的传播的影响，造成短波通讯的中断；地磁场的剧 烈变化，在供电系统中烧毁变压器而造成大面积、长 时间的停电事故等，都是与国计民生有密切关系的空
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(2) 具有重要应用价值的学科 空间物理研究的应用价值表现在两个方面： 一方面它的研究对象作为航天器的运行和工作环 境，对航天器有十分重要的影响。 另一方面，太阳扰动对生态环境产生的重要影响。 (3) 以多种观测手段为基础的学科 观测数据是空间物理研究的基础，既是研究工作的 出发点，也是检验研究工作的唯一的标准，它的特点是 观测手段的多样性。
非均质层成分随高度有明显的变化，主要成份为氮 分子、氧原子、氦、氢等，平均分子量随高度逐渐降低。
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外逸层大气的最外层，这里的大气已经十分稀薄，
分子之间的碰撞可以忽略，如果分子的热运动速度足够 大，它就有可能摆脱地球的引力而飞向宇宙空间。 另外，高层大气中一部分气体分子被电离，由这部 分离子和电子组成了电离层。
由太阳发射的超音速等离子体流(即太阳风)沿径向 向外流动，将恒星际介质排斥于大约100个天文单位的 距离之外，形成一个由太阳风和行星际磁场组成的区域， 被称为日球。
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日球物理学的主要研究课题就是日球的结构、等离
子体激波的传播过程等。 (5) 宇宙线空间物理学 宇宙线是指来自宇宙空间的高能粒子流。它们有的 起源于银河系以外，有的起源于太阳，经过长途旅行， 被地面上的或者地球附近的探测器所探测，它的能谱、 方向和强度等特性反映了宇宙线源头和经过区域的物理
(3) 磁层物理学 磁层是地球通过磁场控制的空间区域。它是研究日 地关系，探索太阳大气—行星际介质—磁层—电离层— 中性大气耦合过程的重要环节。磁层又可进一步分为辐 射带、等离子体层、环电流、磁尾、极隙区等区域。磁 层物理学主要研究磁层的形成、磁层顶的稳定性和太阳 风进入磁层的机制、磁层扰动的原因和过程等问题。 (4) 日球物理学
3. 空间物理学的分支学科及其研究对象 空间物理学研究的内容主要是大气层和地外空间。
整个大气层按照它 的物理性质可分为对流 层、平流层、中间层、 热层和外逸层；按大气 成份可分为均质层、非 均质层和外逸层。 对流层最靠近地面， 它的主要特征是大气的 对流强烈，在对流层内， 高度越高，温度越低。
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间物理问题。随着高技术的发展，空间环境对人类技
术系统的影响也会越来越重要，解决这些问题也是空 间物理学的任务。
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空间物理学
山东轻工业学院 刘玉波
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数理学院
一、空间物理学概述
1. 空间物理学简史
空间物理学是一门研究发生在宇宙空间里的各种 物理过程的基础科学，这些物理过程对航天事业和人 类的生态环境产生重要的影响，因此它又有重要的应 用价值。 2. 空间物理学的特点 (1) 认识宇宙空间的一门基础学科
空间物理学主要研究太阳活动区、日球、行星磁 层、行星电离层、行星大气等空间区域的物理过程和 规律。
性质，成为人们研究空间的一种工具。
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二、地球大气层
1. 太阳电磁辐射与大气的相互作用 2. 电离层的形成及其对电波传播的影响
3. 极光
极光
三、地外空间
1. 地球磁场 2. 带电粒子在磁场中的运动
3. 太阳的粒子辐射 4. 磁层
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四、空间物理学的研究方法
1. 地面观测 3. 卫星探测 2. 火箭观测 4. 理论研究
平流层内大气比较平稳，温度随高度的增加而增加， 臭氧层是平流层内的一个层次。
中间层里大气温度再次随高度的增加而降低，它的 特点是光化反应十分强烈，发生各种发光现象。 平流层和中间层以合称中层。 热层其温度又一次随高度迅速增加，热层变化十分 复杂，因为影响热层的因素非常多；另外在热层顶温度 又趋于稳定，不再随高度变化。 均质层是指从地面到大约80km高度范围内的大气， 大气的成分基本相同，平均分子量不随高度变化。
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(4) 依赖于航天高技术的学科 空间探测在空间物理研究中的地位，决定了空间物 理学的发展必定强烈地依赖于航天技术。 (5) 在国际合作中发展起来的学科 空间物理研究的领域广阔，空间探测耗资巨大，使
一个国家难以单独执行规模较大的探测计划，地面观测
和卫星数据接收等又需要在全球进行布站，研究的对象 更是超越国界的全球性问题，国际合作在空间物理研究 中起很重要的作用。
空间物理学研究的另一部分是地外空间，包括地球
磁场、太阳的粒子辐射和太阳风和地磁场的相互作用 (磁层)。
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(1) 中高层大气物理学 中高层大气一般指平流层以上的大气层它除受地球 太阳、月球等天体的引力作用外，上面受到来自太阳的 各种波长的电磁辐射，以及来自太空的带电粒子的影响。 下面受地球辐射和天气过得以及各种波动的影响．中高 层大气物理学主要研究在这些外界因素的共同作用下的 光化过程、电离过程、热力学过程、动力学过程。 (2) 电离层物理学 从离地面60 km处往上，来自太阳和太空的电磁辐 射和带电粒子使高层大气电离，从而形成对无线电波传 播有显著影响的电离层。电离层物理学主要研究电离层 及其分层结构的形成机理、电离层的规则变化及电离层 骚扰、无线电波在电离层中的传播过程等问题。 8
五、空间物理学研究的意义பைடு நூலகம்
空间物理学是一门研究空间物理状态和规律的基础 学科，同时又是一门有广泛应用前景的学科。空间物理 学的研究，对一个国家的国民经济建设和科学技术发展 都有广泛影响，特别是对航天技术本身的完善和提高有 重要意义。人类的航天活动要大量应用空间物理学的研 究成果。
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除了对航天器的直接影响以外，电离层对无线电 波的传播的影响，造成短波通讯的中断；地磁场的剧 烈变化，在供电系统中烧毁变压器而造成大面积、长 时间的停电事故等，都是与国计民生有密切关系的空
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(2) 具有重要应用价值的学科 空间物理研究的应用价值表现在两个方面： 一方面它的研究对象作为航天器的运行和工作环 境，对航天器有十分重要的影响。 另一方面，太阳扰动对生态环境产生的重要影响。 (3) 以多种观测手段为基础的学科 观测数据是空间物理研究的基础，既是研究工作的 出发点，也是检验研究工作的唯一的标准，它的特点是 观测手段的多样性。
非均质层成分随高度有明显的变化，主要成份为氮 分子、氧原子、氦、氢等，平均分子量随高度逐渐降低。
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外逸层大气的最外层，这里的大气已经十分稀薄，
分子之间的碰撞可以忽略，如果分子的热运动速度足够 大，它就有可能摆脱地球的引力而飞向宇宙空间。 另外，高层大气中一部分气体分子被电离，由这部 分离子和电子组成了电离层。
由太阳发射的超音速等离子体流(即太阳风)沿径向 向外流动，将恒星际介质排斥于大约100个天文单位的 距离之外，形成一个由太阳风和行星际磁场组成的区域， 被称为日球。
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日球物理学的主要研究课题就是日球的结构、等离
子体激波的传播过程等。 (5) 宇宙线空间物理学 宇宙线是指来自宇宙空间的高能粒子流。它们有的 起源于银河系以外，有的起源于太阳，经过长途旅行， 被地面上的或者地球附近的探测器所探测，它的能谱、 方向和强度等特性反映了宇宙线源头和经过区域的物理
(3) 磁层物理学 磁层是地球通过磁场控制的空间区域。它是研究日 地关系，探索太阳大气—行星际介质—磁层—电离层— 中性大气耦合过程的重要环节。磁层又可进一步分为辐 射带、等离子体层、环电流、磁尾、极隙区等区域。磁 层物理学主要研究磁层的形成、磁层顶的稳定性和太阳 风进入磁层的机制、磁层扰动的原因和过程等问题。 (4) 日球物理学