地球空間探測 吳季TXT免費下載

1、聲明：本書僅供讀者預(yù)覽,請在下載24小時內(nèi)刪除,不得用作商業(yè)用途;如果喜歡請購買正版圖書! 11月1日 地球空間探測 吳季 主講人簡介 吳季，中科院空間中心研究員，北京航空航天大學(xué)郵電專業(yè)本科畢業(yè)，后考上本校研究生，畢業(yè)后繼續(xù)攻讀博士學(xué)位，然后考入丹麥技術(shù)大學(xué)攻讀博士后，現(xiàn)任空間中心副主任。 內(nèi)容簡介 電離層以外的空間，我們稱它為地球空間。我想，要想觀測地球空間，首先我們要對地球空間進行了解，要了解它的整個的結(jié)構(gòu)，哪些是我們最需要觀測的空間區(qū)域，另外我們就要對地球空間要采用兩種探測技術(shù)，一種就是要在空間進行布局，把衛(wèi)星放到需要探測的空間區(qū)域去，另外，就是要在地面進行相應(yīng)的觀測，通過空間和地面聯(lián)

2、合觀測，能夠反映我們地球空間的特性，另外我們還要使用最先進的探測技術(shù)，包括計算機技術(shù)，以及先進的遙感技術(shù)，對地球空間進行探測，只有這樣才能更完整地了解地球空間。我想，今天簡要跟大家介紹一下地球空間是什么，地球空間的探測方法以及幾個比較重要的地球空間探測計劃，我想人類對地球的認(rèn)識過程總是漸進的，人類對地球空間真正的認(rèn)識，只是從1957年發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星才剛剛開始，在此后的45年中，地球大氣層外的世界，諸如等離子體，內(nèi)外輻射帶等逐漸被發(fā)現(xiàn)，但是未知的東西仍然很多，因此，空間探測成為地球空間和航天技術(shù)緊密結(jié)合的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，實際上我們在探測地球空間的同時，還在探測行星際空間和正在準(zhǔn)備向太陽系以

3、外的一個空間發(fā)射衛(wèi)星，探測技術(shù)，也從就地的探測向遙感成像探測在發(fā)展，相信隨著時間的推移，人類終將徹底認(rèn)識自身生存的世界和外部的世界，并征服它，從而向更為廣闊的未知的空間領(lǐng)域擴展。 全文 今天我想給大家介紹一下，地球空間的探測，地球空間說起來，大家也都（不陌生），這幾個字很熟悉，但是什么叫地球空間，我想先做一些解釋，大家知道了什么叫地球空間，可能更能理解怎么去探測它，這個探測有些什么方法，那么最后，我想再給大家介紹一兩個國際上，和國內(nèi)的空間探測的計劃。 那么地球空間應(yīng)該說是，更為廣泛定義的人類生存的空間，那么它主要是包括太陽、行星際當(dāng)中，整個太陽系當(dāng)中，和地球相關(guān)的這么一個空間范圍，那么待會兒我

4、就要講到，和地球相關(guān)的空間范圍都有些什么東西，有什么結(jié)構(gòu)，那我們知道在遠古的時期，人類曾經(jīng)對地球做過很多奇妙的幻想，說大氣層以外，到底有些什么東西，想像大氣層外面是非常美妙的空間，最開始，進一步的用科學(xué)的辦法來探測大氣層以外到底有些什么東西，確確實實是從上個世紀(jì)初，也就是1900年開始的，那么1900年，意大利的科學(xué)家馬可尼曾經(jīng)用無線電探測過大氣層以外的電離層，在電離層以外，到底有什么，這個是確確實實是最近的時間，也就是1957年人類發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星以后，我們才知道電離層以外有些什么東西，那么電離層以外的空間，我們就稱它為地球空間。 那么這里，大家可以看到，在最低的高度上，左面的坐標(biāo)是

5、高度，那么它是以公里定義的，那么左面坐標(biāo)上的高度可以看到100公里，200公里，300公里，最高到400公里，那么實際上我們現(xiàn)在生活的大氣層，是在20公里以下，是非常貼近地球的，那么也就是說地球（被）一個很薄的一個大氣 包圍著，那么在20公里以上，大氣還剩多少，只剩了5，也就是說絕大部分大氣都在20公里以下，那么我們通常所說的地球空間，往往是從二三十公里再往上，那么這個空間，雖然它只有5的大氣，但是非常復(fù)雜，因為大氣受到陽光的照射，會發(fā)生電離，電離以后大氣的原子就變得帶電了，因為它的電子和它的原子就分開了，分開了就變成原子，帶正電的原子，那么對氫氣來講，就是說有質(zhì)子和電子，那么大家可以看到再往

6、上，我們就有電離層，右邊這條曲線這是一個電離層的曲線，可以看到在60公里到80公里有一個高峰，再往上90到110公里也有一個高峰，再往上還有兩個高峰就是F1層和F2層，那么這個區(qū)間就是我們通常所說的電離層，但實際上電離層，它雖然有個峰，但在這個高度上，實際上大氣基本上都是處在中性和電離兩種狀態(tài)，那么越往上實際上電離的成分越多，電離大氣的比例越多，中性大氣越少，再往上，到了一千公里以上，我們就稱為它是熱層，這時候基本上是完全由電離大氣來組成，因為大氣電離了以后，它變成了帶電的粒子，那么就有電子和質(zhì)子，那么地球又是一個具有磁性的星球，那么它就像一個磁場一樣，兩個像一個永久磁鐵一樣，那么你們可以從這

7、個圖上看到，左面這個半圓是地球，右面這兩條線是代表了兩條地球磁場的磁力線，那么在地球磁場磁力線的作用下，一個自由的電子它不可能做非常自由的運動，它要受到約束，受到約束以后，在某一個區(qū)間里，這個約束就使它（被）限制在一個范圍之內(nèi)，它就跑不出去了，這個我們叫地磁場的捕獲，捕獲以后在這個空間里面就會存在很多電子在運動，那么就形成了輻射帶。 這是一個全球的一個示意，那么電子在全球地磁場的約束下，某一個區(qū)域就會形成一些高峰，那么這里可以看到，內(nèi)側(cè)的內(nèi)輻射帶，是由質(zhì)子組成的，能量比較高，那么外側(cè)還有一個外輻射帶，它主要是電子組成的，所以可以看到，我們離開地球稍稍遠一點以后，它就變成了一個充滿了等離子體，而

8、且這些等離子體又和地球磁場相互作用，那么變成了有輻射帶存在的一個地球空間，從這里也可以看到，這是地磁場的一個耦極模型，藍色的區(qū)域就是內(nèi)輻射帶，紅色的區(qū)域就是外輻射帶，可以看到在（離）地球不遠的地方，我們有兩個充滿了高能電子和高能質(zhì)子的一個輻射帶，這個輻射帶應(yīng)該說是非常不好的，特別是對衛(wèi)星來說，衛(wèi)星在輻射帶里運行，可能會受到高能的電子和質(zhì)子的轟擊，那么衛(wèi)星可能會失效。 我們還退到這張圖，大家可以看到輻射帶是在赤道面的方向最強，那么在極區(qū)的兩個方向上，南極和北極，就會出現(xiàn)磁力線非常密集的地方，那么這些密集的地方就會引入很多高能的粒子從宇宙線，或者從太陽風(fēng)當(dāng)中沉降下來，降到兩極，南極和北極，在南極和

9、北極沉降粒子非常多的時候，那么就會形成，和大氣發(fā)生相互作用，就會形成極光，這就是通常我們看到的極光，極光為什么發(fā)生在南極和北極區(qū)域，就是因為地球的磁場磁力線非常密，在這個地方?jīng)]法屏蔽高能粒子的下降，所以，高能的粒子在這方面和大氣相互作用，就會形成極光，我們也可以看到極光有時候飄動的，那么就因為地磁場也在變化，另外大氣也在變化，那么由（于）大氣和高能電場的作用，就會發(fā)生飄動的極光，顏色也會發(fā)生變化。 那么我們再往遠走一點，從地球通過輻射帶，再往遠走一點，就可以看到我們地球的空間要和太陽相互作用，那這個太陽，不是太陽直接（和地球空間）相互作用，而是太陽所發(fā)出來的粒子，那么我們就叫太陽風(fēng)，這個太陽風(fēng)

10、，這也是在人類1957年以后發(fā)射衛(wèi)星才發(fā)現(xiàn)的，這個太陽風(fēng)，說它是一種風(fēng)，實際上它是一種粒子的流動，這個粒子的數(shù)量是相當(dāng)大的，我們可以想象，在每一個立方厘米里面，要有幾十個太陽風(fēng)的粒子，那么也就是說在宇宙空間當(dāng)中并不是真空的，它有相當(dāng)多的粒子在流動，太陽風(fēng)通常要以每秒500公里左右的速度，從太陽向四面八方發(fā)散，那么當(dāng)太陽風(fēng)遇到地球磁場以后，就會和地球磁場相互作用，因為太陽風(fēng)的粒子也是帶電的，所以它就會在地球磁場作用下，向地球磁場的兩極方向流動，剛才已經(jīng)講了，會發(fā)生極光，另外，在向陽這一側(cè)會形成一個磁層頂，這里大家可以看到，向著太陽這個方向，會有一個弓一樣的，這樣一個弦激波，或者弓激波，那么這個區(qū)

11、域叫磁層頂，一直轉(zhuǎn)過來，這兩邊后面會拖一個很長的磁尾，這是由于太陽風(fēng)吹動粒子，那么和地球磁場相互作用，產(chǎn)生磁尾，這個磁尾會拖多長，這個磁尾可能會拖一百到兩百個地球半徑，那么在向陽面這一側(cè)的 磁層頂?shù)降厍颍ǖ木嚯x），大概有10個地球半徑左右，所以這就是通常我們所說的地球空間的區(qū)域。 在這個地球空間里確實不是很安寧，形成這么一個區(qū)域會發(fā)生很多變化，進一步分析地球空間，可以看到這是三維的一個圖，可看到在地球空間當(dāng)中，我們是一個非對稱的結(jié)構(gòu)，在后面我們有很長的磁尾，前面有磁層頂，那么這兩邊有集其區(qū)，看到這個方向是集其區(qū)粒子從這個方向像漏斗一樣沉降到兩極，有北極和南極，在這個磁尾方面，還有中性片的等離子

12、體，往往還會發(fā)生一些擾動，會引起環(huán)電流向磁層頂這個方向流動，那么還有場向電流等等，這一切都組成了地球空間。 但是這個地球空間并不是一個很安寧的地球空間，這張圖畫得很漂亮，但是它并不是一個固定的一個結(jié)構(gòu)，它往往是在變動的，這是俄羅斯的科學(xué)家在很早以前做的一個地球磁場模擬的實驗，可以看到在模擬的實驗當(dāng)中，他成功模擬了兩極集其區(qū)磁層頂以及磁尾，那么剛才講到地球空間形成了以后，它是受太陽風(fēng)和地球磁場雙重作用而形成的，那么它的特性就非常復(fù)雜，它是非對稱的，另外它是動態(tài)的，另外它主要受行星際條件的影響來控制，所謂行星際的條件就是太陽風(fēng)在來自太陽的時候，它往往是，方向是不同的，也就是說太陽上發(fā)生的變化，能不

13、能影響到地球，我們很難說，因為太陽系是很大的空間區(qū)域，那么太陽發(fā)生一些爆發(fā)，它噴出的一些高速的物質(zhì)它的方向有時候是不一樣的，并不是完全對稱的向四面八方噴射，所以有時候太陽上的活動，可以影響到地球，有時候太陽上的活動又影響不了地球，所以我們通常說對地球空間的影響，是來自于行星際的條件，也就是說和地球空間相接觸的那一部分太陽風(fēng)的條件，一旦太陽風(fēng)引起了行星際的擾動，和地球相接觸的行星際的空間發(fā)生變化，地球磁場馬上就會發(fā)生變化，這是一個特性。 另外一個特性，地球空間它會相互聯(lián)系，也就是說，磁層當(dāng)中的任何一部分發(fā)生變化，整個磁層都會發(fā)生變化，也就是它牽一發(fā)而動全局，另外磁層內(nèi)部也不是很安寧，我們剛才講了

14、有輻射帶，在等離子體層里有輻射帶，而且輻射帶周圍還有一些場向變流，還有環(huán)電流，在磁層內(nèi)部還通常發(fā)生一些啞爆，也就是小的磁場的爆發(fā)，那么這個磁場爆發(fā)的頻（率）一天可以發(fā)生十幾次，所以就像一個中等的地震的能量釋放出來，磁層內(nèi)部也不是很安寧，另外磁層還會發(fā)生日變化，我們知道地球磁場的耦極子，它磁級的方向和地球的自轉(zhuǎn)軸是不同的，有11度的偏角，所以在地球自轉(zhuǎn)的時候，耦極子實際上也在擺動，它是有日變化的，任何變化（都）會引起能量的傳輸，另外剛才提到，粒子的變化會對航天器引起危害，所以地球磁場是一個非對稱的，而且是一個動態(tài)的變化。 下面我給大家講一講，我們怎么來探測地球空間，首先介紹一下我們探測一些什么，

15、主要是兩類東西，一類是物質(zhì)流動的同量，那么它包括中性氣體，帶電粒子的分布，以及它們的流量，這些帶電粒子在地球空間當(dāng)中不是穩(wěn)定的，不是停留在那兒，通常是在變化的，那么要測量它的流量，測量它能量的能譜，最小可以到幾個電子伏特，最大的可以到幾千兆，甚至幾十億電子伏特，所以這里面能量的流動我們要探測的第一個目標(biāo)，而且要探測這些能量流動的空間分布。 第二個需要測量的就是它的電場和磁場，因為電場和磁場是驅(qū)動這些物質(zhì)能量流動的根源，所以要測量它電場和磁場的分布和變化。 第三類就是要探測這兩類物理量隨時間變化的規(guī)律，因為我們剛才講到它是動態(tài)的，那么對一個動態(tài)的地球空間我們必須要了解，是哪些機制驅(qū)動它的變化，它

16、的變化的時間規(guī)律是什么，所以這是我們要做地球空間探測的最主要的幾個方向。 要做地球空間探測，我們首先要用到人造衛(wèi)星，今天我們講的是探測的方法，所以我們不講具體的探測技術(shù)，也就是人造衛(wèi)星，大家都知道人造衛(wèi)星在地球空間進行探測的時候，它要在一個軌道上運行，它要達不到這個軌道的運行速度，它就會掉下來，所以它必須要達到第一宇宙速度，人造衛(wèi)星在運行的時候可以依據(jù)不同的規(guī)律，走幾種軌道，首先一種就是圓軌道，圓軌道當(dāng)中又有太陽同步軌道，太陽同步軌道的意思是，不管地球怎么轉(zhuǎn)動，衛(wèi)星的軌道和太陽的關(guān)系始終是固定的，你比如說這張圖上所畫的太陽同步軌道，是一種晨昏的太陽軌道，也就是說它總是在太陽的早晨和傍晚，這個子

17、午面上來轉(zhuǎn)，所以叫晨昏軌道，自然我們還有子午軌道，如果我們把這個軌道轉(zhuǎn)90度的話，它就正好運行子午軌道上，那么這是太陽同步軌道，這是一個圓軌道。 另外一種圓軌道就是地球同步軌道，地球同步軌道就是說，不管太陽和地球是什么關(guān)系，衛(wèi)星和地球的關(guān)系是同步的，那么也就是說我們在地球上任何一點，比如說在北京看到的衛(wèi)星在這個方向，那么在一天24小時之內(nèi)，這個衛(wèi)星的位置是不會變動，它跟著地球一起旋轉(zhuǎn)，所以這是另外一種圓軌道，這兩種軌道特別適合于做應(yīng)用，比如說通訊，對地觀測，但是不是很適合于做空間探測，為什么，下面我們會看到。 第三種軌道就是橢圓軌道，橢圓軌道有這樣一種特性，它在離地球近的時候，速度非常高，在離

18、地球遠的時候速度非常低，這樣就會出現(xiàn)一種現(xiàn)象，就是說它在遠地點附近運行得非常慢，那么它會長時間的停留在遠地點附近，這樣一種軌道恰好特別適合于我們用來做空間探測，為什么，因為我們要想探測哪個區(qū)域，我們就把遠地點設(shè)計在哪一點，這樣衛(wèi)星就可以（有）大量的時間在遠地點附近運行，達到我們探測的目標(biāo)。 相比之下，圓軌道它在整個軌道上的運行速度是一致的，所以它就不太適合于我們做空間區(qū)域的探測，另外需要考慮衛(wèi)星的軌道，就是我們要考慮它和太陽的關(guān)系，假設(shè)我們用一種橢圓的軌道對地球進行觀測的話，它和太陽的關(guān)系就不是同步的，換句話說，我們在冬天的時候，比如說是這樣一種軌道關(guān)系，那么我們衛(wèi)星的遠地點是停留在背陽面，如

19、果到了春天的話， 遠地點是停留在晨昏兩側(cè)，而不是在向陽或背陽面，到了夏天的時候，遠地點要停留在向陽面，到了秋天的時候，遠地點停在晨昏的另一側(cè)，所以說我們在設(shè)計軌道的時候同時還要考慮到遠地點停留的位置和季節(jié)的影響。 我們利用衛(wèi)星，另外設(shè)計了軌道，就要對空間進行探測，我們最感興趣的區(qū)域在哪兒，從這張圖上可以看到，因為地球空間非常復(fù)雜，我們最感興趣的區(qū)域?qū)嶋H上是在集其區(qū)，也就是這里我們看到的上面這個區(qū)域，另外還有磁層頂，再一個是磁尾，這幾個區(qū)域是我們最感興趣的區(qū)域，也就是地球空間變化，產(chǎn)生變化根源的區(qū)域，為了探測這些區(qū)域，我們希望把探測衛(wèi)星的軌道，遠地點設(shè)計在這些區(qū)域上。 另外一個在地球空間當(dāng)中需要

20、探測的，剛才我已經(jīng)講了，要探測它的時序關(guān)系，也就是說，一旦發(fā)生了什么變化，我們希望在不同的空間位置上，探測到它這個事件變化的時間關(guān)系，這里可以看到，在2000年7月份發(fā)生了一次大的太陽事件，這個太陽事件恰好影響了地球，可以看到，在7月14號的上午10點，我們在地球的同步軌道上，一個衛(wèi)星測到了高能粒子的能量迅速的上升，但是到了15號地磁場還沒有發(fā)生明顯的變化，那么到了15號的晚上，16號的凌晨，地磁場才發(fā)生了劇烈地變化，也就是說地磁暴和太陽的關(guān)系中間差了一天的時間，另外后面還有一個恢復(fù)期，這時候電離層才發(fā)生變化，也就說地球空間的變化它有一個時序的關(guān)系，這個時序關(guān)系搞清楚了，特別有利于我們了解，到

21、底是哪些區(qū)域，助發(fā)了這個空間的變化，所以探測地球空間變化的時序關(guān)系也是我們探測最主要的目標(biāo)之一。 那么這里可以看到，在不同的緯度上，在地磁場的測量上也可以看到它的時序是有一些區(qū)別的，那么前面我們介紹了什么叫地球空間，地球空間怎么來探測，那么下面我想給大家具體地介紹一兩個探測計劃，那么實際上主要要介紹歐空局的星簇探測計劃，那么在英語里面叫Cluster，它是第二個Cluster計劃，那么另外介紹一下中國地球空間的雙星探測計劃，最后再介紹一下我們中國的一個地面的觀測計劃。 那么星簇計劃是歐空局在（20世紀(jì)）80年代，設(shè)立的四顆衛(wèi)星的探測計劃，剛才已經(jīng)講了我們要探測粒子和場的空間分布最好的辦法就是在

22、不同的點來探測，也就是說，我們有四顆衛(wèi)星來探測，就比一顆衛(wèi)星來探測要好得多，所以在1986年的時候，歐空局推出了一個四顆衛(wèi)星編隊飛行的探測計劃，那么這就是Cluster計劃，Cluster有四顆完全一樣的衛(wèi)星，它在一個四邊形的軌道上飛行，這個四邊形的中心沿著一個大橢圓的軌道，圍著地球運動，可以看到，從這張圖上可以看到，它在不同的空間位置，還要調(diào)整四顆星的間距，在有些位置，比較 精細的位置它調(diào)整的間距就變得非常小，在比較遠的時候，空間結(jié)構(gòu)尺度比較大的時候，幾顆星的位置就要拉開，所以這個計劃是非常有意思的計劃，特別適合于做三維精細結(jié)構(gòu)的磁場的探測，這四顆衛(wèi)星是2000年的7月和8月分兩次發(fā)射入軌，

23、目前運行的情況良好。最近大量的數(shù)據(jù)下來，已經(jīng)顯示有很多新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。 那么第二個，我想介紹一下中國的雙星計劃，剛才講了Cluster計劃，Cluster計劃非常好，它可以做三維空間結(jié)構(gòu)的精細尺度的探測，但是也可以看到它四顆衛(wèi)星編隊飛行，它飛過的空間區(qū)域仍然是比較小的空間區(qū)域，四顆衛(wèi)星即使拉開也只能拉開幾千公里，對這么大的尺度的一個磁層空間，我們希望了解它的整體結(jié)構(gòu)，那么只用Cluster計劃很難把整個的磁層空間了解透徹，所以中國的科學(xué)家提出要再發(fā)兩顆小衛(wèi)星，這兩顆小衛(wèi)星主要的目標(biāo)是研究磁層的整體結(jié)構(gòu)，這里大家可以看到，這兩顆小衛(wèi)星都是大橢圓軌道，有一顆集其星，它主要要探測集其區(qū)，它的遠地點就在

24、集其區(qū)附近，這是它的遠地點，另外一顆星是在赤道面上運行，它的遠地點在冬季的時候，它探測的是磁尾，在夏季的時候，它探測的是磁層頂，所以它把重要的，需要探測的空間區(qū)域都覆蓋進來了，那么這兩顆衛(wèi)星再配和上Cluster計劃，就會形成一個非常好的空間探測的整體計劃，這個整體計劃包括了六顆衛(wèi)星，有四顆是歐洲的衛(wèi)星，有兩顆是中國的衛(wèi)星，因為是一個整體計劃，我們對這個計劃，也要把這個軌道進行優(yōu)化，那么這是一個Cluster計劃和雙星計劃軌道同時優(yōu)化的一個結(jié)果，可以看到它在整個壽命期間覆蓋了所有我們關(guān)心的空間區(qū)域。 最后我想給大家介紹一下，中國東半球空間環(huán)境監(jiān)測子午鏈計劃，剛才講的兩個計劃都是空間的探測計劃，

25、我們要測量地球空間，我們不但要測量地球空間的位置，還要測量它的場，在地面上可以很好地測量地球磁場，最好的辦法我們當(dāng)然是把測量的儀器，也就是地磁的測量儀器，沿著子午鏈的方法來布局，同時我們還要布局其他的一些（測量儀器），包括對大氣的觀測，對電離層的觀測，那么現(xiàn)在，這個計劃，已經(jīng)正在推動的過程當(dāng)中，我們可以看到在中國最北面的漠河，以及海南島我們都計劃布局測量站，那么另外，通過國際合作，我們可以跟俄羅斯合作，再往北延伸，也可以和菲律賓，印度尼西亞，以及澳大利亞合作，再往南延伸，直到我們南極的中山站，形成一個完整的子午鏈的觀測計劃，這個子午鏈?zhǔn)窃跂|京120度，如果我們想象在東京120度的另一側(cè)，就是西

26、經(jīng)60度，也布局同樣的地面觀測設(shè)備，會在地球上形成觀測的一個子午圈，這個子午圈非常有意義，子午圈的設(shè)立可以更加完善空間環(huán)境探測，特別是配合了空間探測計劃以后，可以解決很多現(xiàn)在還未知的科學(xué)問題。 我現(xiàn)在再給大家介紹一下探測地球空間需要的設(shè)備以及它們發(fā)展的一些趨勢，剛才講到我們探測地球空間實際上是從本世紀(jì)初，電離層的發(fā)現(xiàn)，也就是用無線電波探測電離層開始，人類開始探測地球空間，但實際上，還有一些更古老的儀器，也就是從一八六幾年的時候，甚至更早一點，人類開始研究磁場的時候，就開始研究地磁場，這里我給大家放的幾張圖可以看到，這個左面的兩張圖是地磁場的探測，那么有很（古）老的地磁的記錄，以及很新的，通過計

27、算機演示出來的很現(xiàn)代化的窗口，顯示地磁記錄，地磁記錄到現(xiàn)在仍然在發(fā)展，另外一個，就是無線電來探測電離層，中間這兩張圖是最（古）老一個，就是我們從本世紀(jì)初開始，馬可尼用來做電離層探測的非常龐大的一個探測天線，但那時候用的頻率非常低，下面一張圖，是很新的一個電離層的探測雷達，這個探測雷達天線非常大，它用的頻率相對來說比較高，已經(jīng)用到了微波波段，另外，我們用的空間的手段，剛才講的兩個都是地面的手段，另外就是空間的手段，空間手段就要用衛(wèi)星，那么右邊這兩張圖可以看到，第一個就是我們國家的“實踐5號”衛(wèi)星，下面一個是國際空間站。 這個探測技術(shù)發(fā)展也非常非?？?，它除了采用了很多新的物理思想以外，在技術(shù)上它現(xiàn)

28、在已經(jīng)采用了很高的計算機的技術(shù)，那么大規(guī)模的集成電路，以及微波，紅外（線），紫外線等等探測技術(shù)，另外，就是非常先進的探測技術(shù)，左邊這張圖大家可以看到，這是我們現(xiàn)在技術(shù)人員怎么來設(shè)計大規(guī)模的集成電路，可以看到集成電路里面的元器件是非常非常多的，一個元器件要集成在很小的一個芯片上，右邊，是一個很大的射電望遠鏡，上面是是一個很大的地面的射電望遠鏡，下面是一個空間探測的衛(wèi)星計劃，剛才實際上已經(jīng)講到，地球空間是由太陽磁場和地磁場相互作用形成的，實際上，地球是浸泡在相當(dāng)多的等離子體，像一個水泡一樣的等離子體空間當(dāng)中，它和太陽相互作用，就形成地球磁層，從這個圖上可以看到，地球的磁層，在向陽面有一個磁層頂，在

29、背陽面有很長的一個磁尾，那么地球的磁層它受到太陽活動的變化，這里可以看到太陽在發(fā)出一個日冕物質(zhì)拋射的時候，它會影響到磁層，可以看到太陽正在拋射出一團物質(zhì)，當(dāng)這團物質(zhì)到達地球磁層的時候，它會引起地球磁層的變化，它可以把磁層頂，向地球方向壓縮，另外，使得地球的高能粒子的流量增加，剛才我們已經(jīng)講到，用一顆衛(wèi)星很難探測到地球磁層的全部，因為地球磁層它總是在變化，要探測一個正在變化的結(jié)構(gòu)，必須要用很多顆衛(wèi)星，這是一個國際上空間的聯(lián)合探測計劃，它用了很多的衛(wèi)星，包括太陽和地球之間，有一個光學(xué)的對太陽的觀測衛(wèi)星，叫搜獲，以及能夠運行于太陽地球磁層和行星際當(dāng)中的一個衛(wèi)星叫溫地，還有很多其他的國際衛(wèi)星計劃，當(dāng)中

30、也包括我們中國即將的發(fā)射的兩顆衛(wèi)星，也就是中國的雙星計劃，這里可以看到雙星計劃以及歐洲的一個星簇計劃軌道的關(guān)系，這里大家可以看到，我們國家提出來的東半球120度一個地球的地面觀測的子午鏈計劃，這里包括漠河的臺站，北京的臺站，武漢的臺站，上海的臺站，海南的臺站，以及我們國家在南極還有一個中山的臺站，這是我們國家的雙星計劃，赤道衛(wèi)星和極軌衛(wèi)星與歐空局Cluster的軌道關(guān)系，那么這是一個原子外的成像儀器，在這個衛(wèi)星上也可以通過這個儀器，對地球的極光帶進行觀測，那么通過極光的變化，可以判斷地球的磁場變化，同樣我們也可以用無線電的手段，在衛(wèi)星上對地球進行成像，在衛(wèi)星圍繞著地球運行的過程當(dāng)中，向地球的磁

31、層發(fā)射電波，通過回波的強弱變化，可以反映出地球的磁層頂，等離子體的密度。 像這樣的手段都屬于遙感的探測手段，此外我們還有，通過地面上也可以通過遙感的探測手段對空間環(huán)境進行觀測，這里面顯示的，是兩個大型的地面觀測設(shè)備，剛才一開始我們也提到，一個是射電的望遠鏡，主要用來觀測太陽，另外一個是無線電的雷達，它主要用來觀測電離層，這幾張圖，就是用剛才顯示的射電望遠鏡觀測太陽的圖，這和我們?nèi)庋劭吹降奶柌灰粯樱玫念l率是C波段的微波，也就是說它的中心頻率是5.7赫茲，用這個頻率看太陽，看到的太陽要相對平靜，但是一旦在太陽發(fā)生爆發(fā)的時候，可以很清楚的看到太陽上面的活動，我們也講到在觀測地球空間的時候，我們

32、使用兩種方法，一種就是對磁場和電磁場進行觀測，另外一個就是對能量粒子進行觀測，用電磁波對地球的磁場和電場進行觀測的時候，我們使用的頻率最低可以到8個赫茲到10個赫茲，最高我們可以到X射線，或者更高，幾乎覆蓋了所有無線電波的活動，對能量粒子進行觀測的時候，我們最低可以觀測到一個億微的電子，一個億微能量的粒子，也可以觀測到100個ME，甚至更高的能量的粒子，那么這個是我們觀測當(dāng)中使用的儀器，那么左邊一個是歐空局星簇計劃使用的一個儀器，它叫電子與電流探測器，這個儀器我們同樣將要在中國的雙星計劃當(dāng)中使用，因為中國的雙星計劃是和歐空局共同合作的一個空間探測計劃，歐空局為中國的雙星計劃提供了八臺探測儀器。 那么右下角這幾個圖是中國研制的各種空間環(huán)境探測儀器，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于不同的衛(wèi)星上，包括中國發(fā)射的“實踐5號”，這張圖大家可以看到，在地面觀測的時候，我們可以觀測到在不同的緯度下，可以觀測到不同磁場的變化，那么也就是說，磁場在變化的過程當(dāng)中，沿著不同的緯度，會有不同的效應(yīng)，這個是在空間觀測的時候，我們發(fā)現(xiàn)了不同的空間位置會有不同的響應(yīng)，在一個太陽事件爆發(fā)的時候，在不同的空間區(qū)域會產(chǎn)生不同的變化，這個是2000年