空間物理

空間物理是1957年人造衞星發射成功後迅速發展起來的一門新興的多學科交叉的前沿基礎學科。近50年來，空間已成為人類生存的第四環境，其重要性日益突出。空間物理主要是利用空間飛行器作為手段來研究發生在宇宙空間的物理、化學和生命等自然現象的一門前沿科學，包括了空間物理學、空間天文學、空間化學、空間地質學、空間材料科學和空間生命科學等分支。

對於高層大氣的研究，最常使用的是激光雷達。

對於日冕的研究，使用的儀器有天文望遠鏡、日冕儀、衞星等。

對於磁場的分析，最主要的是利用計算機實現數值模擬。

研究距地球表面50公里到2000公里的空間區域的物理現象。覆蓋整個地球的大氣質量約為5.3×1021克，其中90%聚集在離地表15公里高度以下，99.9%在距地面48公里以內。地球大氣的密度、壓力、組分和電磁特性都隨高度而變化，高層大氣物理學研究的內容與人類的空間活動、軍事活動和科學研究有着密切的關係。

研究發生在電離層中的電離過程、動力學和光化學等物理過程。地球高層大氣中的分子和原子受太陽產生的電磁輻射與粒子輻射的作用，其外層電子會脱離分子和原子的束縛而電離出來，從而使大氣中出現大量的自由電子、正離子和負離子，形成從宏觀上仍然是中性的等離子體區域，叫電離層，它處在離地表大約60公里至幾千公里高度的一個確定空間。由於電子密度不同，電離層可分成D層、E層和F層。電離層中的帶電粒子在外加電磁場的作用下會發生振動，產生二次輻射，同原來的無線電波外加場矢量相加，使電波向下折射而傳播。超短波（30～300兆赫）的散射傳播會穿透電離層，可用於地面和空間飛行器之間的跟蹤定位、遙測、遙控和通信聯絡。等離子體技術在空間技術（例如等離子體推進）、氫彈及受控熱核反應、磁流體發電等各個方面都有實際應用。

磁層物理學是二十世紀六十年代初誕生的一門重要的新興學科。地球是一個磁體，地磁場與一個棒狀磁體的磁場（偶極場）相似。磁層的存在對人類進行空間活動有很大的影響。磁層中的粒子（主要成份是質子和電子）與物質發生作用時。可以引起電離、原子位移、化學反應和各種核反應。從而容易損傷空間飛行器、人體和材料等。為了確保航天飛行的安全，必須加強對磁層的研究。

行星際空間是太陽系內行星之間的空間，星際物理學研究行星際物質的分佈、密度、温度和磁場等物理性質。它闡述太陽風（太陽拋出的高速帶電粒子流）和太陽磁場的形成、運動、在行星際空間的分佈以及對其他行星際物質的作用，這些對推測太陽系的起源、演化都有重要的作用。

研究太陽系中行星大氣層的組成結構以及物理效應。太陽系中，水星、金星、木星、火星、土星、天王星、海王星周圍，都有一定的大氣環繞，其分層類似地球大氣分層。冥王星有無大氣，至今不能斷定。

行星磁層物理學主要研究的是行星磁層。行星磁層是由太陽風與行星磁場的相互作用，行星磁場被限制在一定的空間區域而形成。

來自宇宙空間的各種高能微觀粒子——質子（氫原子核）、α粒子（氦原子核），電子、中微子和高能光子（X射線和γ射線）稱為宇宙線。宇宙線物理學研究的是宇宙線的來源、傳播及與星際空間的相互作用，是研究天體演化的一個重要途徑。

太陽物理學包括太陽大氣研究、日震學、天體物理學等方面。主要研究日冕物質拋射的形成、演化過程以及對行星際磁場和地球磁層、電離層的影響。太陽物理學的研究手段是用人工日食或者利用衞星觀測的方法研究日冕的變化以及位形，利用編程技術重構日冕模型，得到三維的日冕結構圖像，並作進一步分析。

空間物理研究開始於地基監測，人類很早從極光、氣暉、天電、潮汐等現象開始了地面的觀測研究，隨後利用氣球、火箭進行了臨近空間的探測。空間物理的發展隨着航天技術和空間探測技術的發展而迅速發展起來。從20世紀中期的半個世紀以來，人類發射了數百個航天器用於空間物理探測。國際空間物理探測發展可大體分為三個階段：發現和專門探測階段（20世紀60年代初到80年代末）、將日地系統作為一個整體來研究的階段（20世紀90年代）和將太陽-太陽系作為一個有機整體來研究的階段（21世紀）。 ^[1] 

我國空間物理的觀測與研究，主要是從1957年國際地球物理年以後在我國著名科學家趙九章院士等老一輩科學家的倡導和組織下發展起來的。50多年來，我國空間物理的觀測已發展成了地面、氣球、火箭和衞星的觀測系統，為開展空間物理研究打下了基礎。 ^[2] 

空間物理學屬於地球物理學範疇。地球物理學領域的國內代表性學術期刊有《地球物理學報》等。在美歐日等發達國家，地球物理學領域的知名國際性學術期刊有美國的《地球物理學研究雜誌》（Journal of Geophysical Research）和《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters），歐洲（德國）的《地球物理學年鑑》（Annales Geophysicae）和日本的《地球，行星和宇宙空間》（Earth, Planets and Space）等。 ^[3-6]