《空间环境科学》PPT课件

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1、近代物理概论山东轻工业学院主讲:刘玉波1空间环境科学一、空间环境科学概述环境是指围绕着人类的外部世界。是人类赖以生存和发展的社会和物质条件的综合体。可分为自然环境和社会环境。研究环境的目的是利用环境，空间环境也不例外，利用空间环境为人类造福也是研究的重要目的。2中性大气对航天活动的影响：一是对航天器飞行轨道的影响。二是中性大气中的原子氧成分对航天器表面的腐蚀作用。1.中性大气环境二、空间环境要素2.电离气体——等离子体环境等离子体是由等量的电子和正离子组成的气体，它和固体、液体、中性气体并称为物质的四态

2、。等离子体是宇宙的主要成分，占宇宙物质的99%以上。3高能带电粒子是指能量极高的电子、质子、离子和原子核。3.高能带电粒子环境来源于太阳的高能带电粒子又称太阳宇宙线。磁场能控制带电粒子的运动，在空间环境过程中磁场起很重要的作用。4.磁场环境空间的电磁辐射主要来自太阳，它有很宽的能谱,从波长很长的无线电波到能量很高的γ辐射。5.电磁辐射环境4空间天然的固体微粒是流星体，空间碎片是人为遗弃在空间的物体。6.固体微粒环境三、空间环境分区空太阳表面连续喷发出的等离子体以每秒数百公里到一千多公里的速度吹向地球，充

3、斥整个日地空间，被称为“太阳风”，它所携带的太阳表面磁场形成了行星际磁场。1.太阳风和行星际磁场目前空间环境科学研究的空间范围主要是太阳和地球之间的空间，一般称为日地空间。56地磁场的分布近似为偶极子磁场，地球磁场不是平面磁场，它的边界不是平面，而是形成一个被太阳风包围的区域，称为“磁层”。在磁层内磁场被压缩，太阳风不能进入，在磁层外是太阳风，地磁场被屏蔽,它们之间的界面为“磁层顶”。磁层形状大致如图6-3。2.地球的磁场和磁层7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

4、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。3.地球大气8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

5、均分子量不随高度变化。9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。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。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)。10四、空间环境探测1.空间环境探测的手段地基探测是将探测设备安放在地球表面对空间环

6、境进行的探测。(1)地基探测特点：长期定点连续探测；随地球运动过程可对一定的时间和空间范围进行探测；可以按需要组网；易维护、成本低；遥感方式受大气的影响。火箭探测是近地空间探测的重要手段之一，它能把探测仪器带到一百至几千公里的高空进行测量。(2)火箭探测11天基探测是指以卫星和其他轨道上的航天器为载体，在空间进行的现场测量，或者用遥感的方法进行的成像观测。(3)天基探测特点：直接探测；受航天技术制约，费用昂贵，研制周期长；高空间分辨率；对太阳的遥感成像不受大气的干扰；大视野成像观测。2.中性大气探测在数

7、百公里高度处的高层大气虽然已经十分稀薄,但是对航天器的轨道仍然有阻尼作用，是航天器最后陨落的主要原因。12中性大气的直接探测多采用电离真空规。它是一种通过对环境大气收集取样并用电离真空规测量大气压力换算大气密度的方法。高层中性大气成分探测主要采用质谱计的方法。质谱计通常用电子束离化大气中的气体样品，再分析所产生的离子并测定样品中包含的各种成分的浓度。3.中性大气探测一种是电波法，即利用空间等离子体对通过它传播的电波的效应进行相关测量，给出空间等离子体的有关参量的探测空间等离子体的方法。两种测量方法：13

8、目前带电粒子的探测主要是利用它和物质相互作用时发生的电离、激发效应和切伦柯夫辐射。依据所应用的原理，电波法又可以划分为短波雷达类、信标类、散射雷达类等。另一种是探针法，它从环境中得到电子或离子，由于电子质量远小于离子，且粒子能量相当低，故产生的电流取决于探针所处的环境及所加电位。它可用来测量等离子体的电子密度、电子温度及离子参量。4.高能带电粒子探测14常用的磁场探测仪器有磁通门磁强计、探测线圈、质子旋进磁强计、光泵磁强计。5.空间磁场探测