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空间探测

王朝百科·作者佚名  2009-11-13  
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空间探测

空间探测的基本认识空间探测(space exploration),对地球高层大气和外层空间所进行的探测。空间科学的一个分支。以探空火箭、人造地球卫星、人造行星和宇宙飞船等飞行器为主,与地面观测台站网、气球相配合构成完整的空间探测体系。

空间探测的历史发展人类虽然一直向往广漠的宇宙空间,但真正有意义的行动始于1783年施放的第一个升空气球,限于当时的技术条件,不可能上升很高,探测的局限性很大。第二次世界大战后发射的V-2探空火箭,最高也只达到约160千米的高度。20世纪50年代,由大量的地面台站、气球和火箭等组成全球协同的观测体系,但并未取得突破性成果。1957年10月4日第一颗人造地球卫星发射成功,从此人类跨进了宇宙空间的大门,开始了空间探测的新时代。在随后的30多年间,对月球、行星和行星际空间进行了有成效的探测,探测领域不断扩大。

空间探测的主要对象主要探测对象包括:

①中性粒子

地球、某些行星以及少数卫星具有大气层,大气主要由中性原子和分子组成,在行星际空间也存在少数的中性粒子。探测主要由质谱仪直接取样并分析中性粒子成分和密度。

②高能带电粒子

宇宙空间存在大量的电子 、质子和重离子等高能粒子。使用的探测仪器主要有利用 气体电离作传感器的盖革-缪勒计数器、正比计数器和电离室;闪烁计数器;半导体计数器;切连科夫探测器。

③等离子体

宇宙空间的绝大部分物质以等离子体形式存在 ,电离层 、太阳风等都由等离子体组成,磁层中也有几个等离子体密集区,探测仪器主要有法拉第筒、减速势分析器、离子捕集器以及探针。

④微流星体

在太阳系内,除大量较大的星体外,还存在大量颗粒状的微小物质,质量一般都在10-3毫克以下。但它们速度一般都很高 ,最大的可达70千米/秒,有很大的贯穿本领。因此,对它的测量具有实际意义。

⑤低频电磁波和等离子体波

空间等离子体的不稳定过程和电磁场的变化,将会激发各种频率的电磁波和等离子体波。它们既是空间物理过程的产物,也是探测空间环境状态的手段。对于变化频率在几赫以下的波动,一般用磁强计测量,对于较高频率的波动,用接收机测量。

⑥磁场

是重要的物理场。空间各个区域磁场强度相差很大,如地球表面的磁场强度比行星际空间强几个数量级。探测磁场的仪器,主要有线圈式磁强计、磁通门磁强计、质子旋进磁强计和光泵磁强计。

⑦电场

电荷的积累和磁场的变化都能产生电场。但由于空间等离子体有很高的电导率,空间电场一般都比较小。

空间探测的主要内容①近地空间探测

主要指对地球高层大气 、电离层、磁层等区域所进行的探测。探空火箭是近地空间探测的重要手段,它能把探测仪器带到几十至几千千米的高空进行直接测量。人造地球卫星的成功发射,使得对地球磁层可进行详尽的探查,地球辐射带的发现就是人造地球卫星的第一个重大发现,并证实地球磁层的存在。人造地球卫星围绕地球以圆形或椭圆形轨道运行,根据不同的探测目的可选择不同的轨道类型:一是极地圆轨道,对赤道面的倾角约为90°。在高层大气、电离层和高空磁场测量中,常采用这种轨道。二是大扁度轨道,它的远地点高度要比近地点高度高得多,这种轨道容易获得磁层的完整的剖面资料。三是同步轨道,当卫星在赤道面上高度为 3.6万千米的圆轨道运行时,卫星绕地球一周恰好与地球自转一周的时间相等,相对于地球是静止的。这种卫星的测量结果容易与地面观测结果配合起来分析。但实际中对近地空间的探测,多采用卫星系列进行。

②行星际空间探测

主要是探查行星际空间的磁场、电场、带电粒子和行星际介质的分布及随时间的变化。探测证实了太阳风的存在,发现了行星际磁场的扇形结构。探测行星际空间的飞行器可以有4种轨道类型 :一是地心轨道 ,围绕地球运行的卫星,只要以远地点超出磁层,就能进入行星际空间进行探测。二是日心轨道,利用围绕太阳运行的飞行器来探测行星际空间十分理想,并且常与行星探测结合起来。三是飞离太阳系的轨道,当飞行器达到第三宇宙速度时,就能克服太阳的引力作用,沿抛物线轨道飞往星际空间,就能够直接探测太阳系在地球轨道以外的部分。四是平衡点轨道,在太阳和地球的联线上有一个平衡点,太阳和地球的引力在这里恰好相等,飞船可以在通过这一点和日地联线相垂直的平面上沿椭圆轨道运动。对于定点监视行星际的物理状态十分理想。

③月球和行星的探测

月球是离地球最近的天体,人们对月球的探测比较早,也比较详尽 。1969 年7月16日发射的阿波罗11号第一次载人登上月球,进行实地考察并采集月岩、月壤样品 400多千克。行星际探测器系列对行星进行了探测 ,并由对内行星发展到外行星的探测。

 
 
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