空间物理学
空间物理学
space physics
概述主要利用空间飞行器直接探测和研究宇宙空间中的物理过程的学科。空间科学的一个分支。由地球物理学、大气物理学和天文学延伸而来。人们最初对高空中所发生的各种物理现象如极光、流星、夜光云等，只能在地面观测。随着科学技术的发展，人们利用气球、火箭等升空工具探测高层大气的成分和密度、高空磁场、高能粒子、等离子体等，逐渐形成高层大气物理学，这是空间物理学形成和发展的基础 。1957年人造地球卫星发射成功，人类首次克服了大气层的障碍，对广漠的宇宙空间进行直接观测，从而进入了空间时代。随着空间科学技术的发展，探测区域由近地空间向外扩展到月球、行星和行星际空间。随着对物理过程的动力学过程的研究，逐渐形成一门独立的学科空间物理学。
研究对象空间物理学的研究对象包括 ：① 高层大气。一般指60千米以上的地球大气层，是空间物理学最先研究的领域。研究高层大气成分、结构和动力学过程的学科，称高层大气物理学 。② 电离层。地球高层大气的一个电离区域，一般认为高度范围约为60～2000千米。电离层由太阳紫外线、X 射线和高能粒子等的作用而形成 。电离层能影响电波传播方向、速度、相位、振幅和偏振状态等。研究电波在电离层中的传播可解决无线电通讯和无线电测速定位中的问题；反过来也可以由电波在电离层中受到的影响如吸收、反射、折射 、散射 、多普勒效应和法拉第效应等来探测电离层状态。研究电波在电离层中传播的基础理论是磁离子理论。③磁层。20世纪60年代开始对地球磁层进行直接探测并进行详细研究。磁层直接与太阳风、行星际磁场连接。太阳风的影响，是通过磁层传递给电离层和中性大气。因此，磁层对探索、研究太阳大气-行星际介质-磁层-电离层-中性大气耦合过程具有重要意义。卫星和飞船的活动都受到磁层的磁场、辐射带和等离子体的影响。④日球。太阳周围、由太阳风及其所携带的行星际磁场起控制作用的空间区域。日球与星际介质的交界面称日球顶。对日球的探测，主要在黄道面附近区域进行。⑤宇宙线。指来自宇宙空间的高能粒子流。一部分来自银河系，一部分来自太阳。宇宙线在日球内的传播过程中，与太阳风、行星际磁场和磁层等相互作用，使宇宙线成为研究这些区域的重要工具。⑥行星及其卫星。对太阳系各行星及其卫星的大气层、电离层、磁层、重力场和磁场强度与地球所进行的对比研究，可对有关太阳系起源、地球某些现象的研究，起到启发和推动作用。
空间物理探测空间物理学是一门观测性很强 的学科 。空间物理探测的主要对象有中性粒子、高能带电粒子、等离子体、固体颗粒、低频电磁波和等离子体波、磁场、电场 。通过对这些物理现象的探测，可了解地球大气层、电离层 、磁层和行星际空间的基本结构，从而建立起高层大气模型 、电离层模型、辐射带模型和太阳光谱，发现了行星际磁场的扇形结构，建立了太阳风的模型。在扩大探测范围深度和广度，取得较长时间的变化规律数据后，进一步对空间物理过程的规律进行分析，了解空间物理状态形成和变化的原因 。空间物理探测手段包括在宇宙空间进行直接探测的人造地球卫星、人造行星和行星际探测器，以及适于地球高层大气的高空探测气球和探空火箭，还有遍布地球表面进行连续测量的地面观测台站网。它们各有所长，互相补充。
空间物理探测卫星在离开地面几百千米或更高的轨道上长期运行，卫星所载的仪器不受大气层的影响，可直接对空间物理环境进行探测，因而成为空间物理探测的主要手段。由于卫星主要探测对象不同，要求探测仪器直接到达广阔空间的各点，以便获得尽可能大的探测范围，因此这类卫星的轨道并不确定，有极轨道，也有低倾角轨道。轨道高度变化范围大，近地点一般在几百千米，远地点可达数千、数万 、十几万千米。由于卫星使用的空间物理探测仪器种类较多 ，对安装位置、探测窗口、温度控制和仪器之间的电磁相容性等要求各不相同，这些都对卫星的形状和结构提出一些特殊的要求，所以空间物理探测卫星外形差别也很大。主要的空间物理探测卫星系列有：探险者号卫星系列、轨道地球物理台系列、国际日地探险者卫星系列、宇宙号卫星系列。中国1981年9月20日用一枚火箭同时发射了3 颗卫星，是中国第一组空间物理探测卫星。