空间物理

2007年4月
空间物理
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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
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太阳和太阳系

太阳及其行星
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太阳大气和行星际空间
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ຫໍສະໝຸດ Baidu球磁层
空间物理学
-专业介绍
郑惠南 地球和空间科学学院 中国科学院基础等离子体物理重点实验室
http://space.ustc.edu.cn/
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。
Transition Region And Coronal Explorer (TRACE), NASA
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太阳风和行星际空间
高速太阳风
冕洞 低速太阳风
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行星际空间
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地球空间（Geospace）
弓激波
太阳风
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地球上总的辐照度变化不超过0.1 %!
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但是，紫外通量的变 化是呈倍数的！
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低日冕磁场约束等离子体形成可见磁环
~ 70 000 km ~ 0.1 R emission lines of
Fe IX / X (17.1 nm)
106 K
9. November 2000
be careful: light magnetic field
以中性成分为主，也有许多电磁过程和化学过程，同时 中高层大气 涉及与低层大气的耦合以及固、液、气和等离子体四态 和低层大气 的相互作用
地 球
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地球磁场和地球内部活动影响着空间环境的变化
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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 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。
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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。
1991
1999
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太阳活动周
…
29.5.1996 28.3.2001
The current solar cycle (no. 23)
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空间物理
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太阳辐照度随活动周的变化
极紫外日面积分通量 SEM (CELIAS) on SOHO VIRGO on SOHO: 太阳总辐照度
空间物理
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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.
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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）。
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电离层 和中高 层大气
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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
充满着稀薄等离子体，是太阳活动影响地球空间的中间 太阳大气和 地带，各种等离子体物理过程起重要作用，且主要受太 行星际空间 阳控制
磁 层 电离层 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 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
20,000 oC
1,000,000 oC
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太阳大气
光球层
photosphere
日冕
色球层
corona
chromosphere 过渡区
transition region
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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。
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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。
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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
光球层 色球层 (过渡区) 日冕
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太阳的温度
Core - Photosphere – Chromosphere – Transition region – Corona
15,000,000 oC 4,500 oC