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空間物理探測
鎖定
空間物理探測 （space physics exploration）為研究地球大氣層外的空間物理現象和過程而進行的探測。空間物理探測及其結果是空間物理學研究的主要手段和依據。在地面設立觀測台進行觀測雖是空間物理探測的重要方面，但是它不能直接探測，不能定量地描繪空間各種物理量和它們之間的關係。火箭的出現，使人們能把各種儀器送入空間進行直接探測，使得空間物理迅速發展成為一門獨立的學科。
- 中文名
- 空間物理探測
- 外文名
- space physics exploration
- 應 用
- 空間物理學
- 地 位
- 成為一門獨立的學科
目錄
空間物理探測空間物理探測發展的兩個階段
火箭和衞星空間物理探測的發展大致經歷了兩個階段。
第一階段是對空間物理現象作定量的描述，主要是瞭解空間物理的平均狀態，利用比較簡單的儀器測量地球大氣層、電離層、磁層和行星際空間的基本結構，在這個基礎上建立了高層大氣模型、電離層模型、輻射帶模型和太陽光譜，發現了行星際磁場的扇形結構，建立了太陽風的模型。
第二階段是對空間物理過程的規律進行分析，瞭解空間物理狀態形成和變化的原因。除擴大探測範圍，提高儀器探測水平外，還從單個衞星孤立地進行探測發展為多個衞星聯合探測。
多顆衞星聯測的好處是：
①可以區分被測物理量是隨時間變化還是隨空間變化；
②可以判斷物理量是靜止的還是移動的,並測出它移動的方向和速度；
③可以對不同區域同一時間的測量結果進行分析，研究兩個區域物理量之間的因果關係。
第二階段還進行了主動式實驗,即用人工方法破壞空間物理環境的平衡狀態,然後觀測它恢復平衡的動力學過程。這種方法有利於從眾多的物理參數中突出某一個或少數幾個加以研究，發現其規律。
空間物理探測空間物理探測的主要對象
空間物理探測中性粒子
地球、某些行星和少數衞星的大氣層主要是由中性的原子和分子組成的。行星際空間中也有少數中性粒子。探測的方法是用質譜儀直接取樣，分析中性粒子的成分和密度，或根據大氣阻力造成衞星軌道的變化來推算大氣密度。美國曾發射過專門測量大氣密度的衞星。
空間物理探測高能帶電粒子
空間存在着大量的電子、質子和重離子等能量很高的帶電粒子。使用的探測儀器有：
①利用氣體電離作用的蓋革-繆勒計數器正比計數器和電離室；
②半導體計數器；
③切侖柯夫探測器。單獨使用它們，能測到帶電粒子的通量和能譜；組合起來可以測量粒子成分和角分佈。早期的空間探測衞星大多帶有測量高能帶電粒子的儀器。
空間物理探測等離子體
太空中絕大部分物質以等離子形式存在。地球的電離層和太陽風都由等離子體組成，磁層中也有幾個等離子體密集區域。由於過去人們對它認識不足，所以等離子體測量工作開展得較晚。直接測量等離子體的儀器分為兩類：一類根據落到傳感器上的帶電粒子產生的電流來推算等離子體的密度和温度，如法拉第筒、減速勢分析器和離子捕集器；另一類是探針，通過在探針上加不同電壓引起的電源變化來推算等離子體參數。
空間物理探測固體顆粒
在太陽系內，除了行星和小行星外，還有大量的、微小的固體顆粒在圍繞太陽的軌道上運動，這些固體顆粒稱為微流星體。常用的測量方法有：
①利用微粒的衝擊產生壓電效應；
②利用微粒通過電容器兩極板之間使電容器放電；
③利用微粒引起物質發光；
④利用微粒穿透擋光片生成小孔透過日光；
⑤利用微粒在塑料薄膜上打出小孔，回收後用顯微鏡分析。
空間物理探測低頻電磁波和等離子體波
空間等離子體不穩定過程和電磁場變化會激發各種頻率的電磁波和等離子體波。頻率為幾赫以下的波動一般用磁強計測量，頻率較高的波動用接收機測量。
空間物理探測磁場
磁場是空間環境的重要參數之一。探測磁場的儀器有線圈式磁強計、磁通門式磁強計、質子旋進式磁強計和光泵磁強計。
空間物理探測電場
與其他項目比較，空間電場的測量工作開展較晚，因為空間電場強度一般只有幾毫伏/米,而飛行器相對周圍等離子體的電位一般高達幾伏，使得直接測量極為困難。電場測量原理是：從衞星上對稱地伸出兩根杆子，測量桿子兩端的電位差就能求出電場強度。主動式實驗有釋放鋇雲的方法，根據鋇離子在電磁場作用下的漂移速度推算出電場的方向和大小。
空間物理探測中國空間物理探測路線圖
中國科學院院士、中國“雙星”計劃首席科學家劉振興稱，中國2007年——2022年的未來十五年間，空間探測將在“雙星”計劃探測基礎上，重點開展繞月探測、全面實施“夸父計劃”、實施繞火星探測計劃、進入行星際空間探測等。
在中科院最新推出的《二○○七高技術發展報告》中，劉振興撰文《空間探測技術研究新進展》披露了上述信息，並詳細提出中國未來十五年空間物理探測路線圖——
“十一五”期間，在“雙星”計劃基礎上，圍繞“夸父計劃”空間風暴和極光探測進行綜合論證和預研究，將探測空間區域擴展至一百五十萬公里的拉格朗日點。同時開展國家重大專項的繞月探測工程，並與俄羅斯合作進行火星探測。
“十二五”期間，全面實施“夸父計劃”，通過三顆衞星的聯合探測，實現從太陽上層大氣至地球空間的空間天氣因果鏈探測。“十二五”後期，發射磁層-電離層-熱層耦合的小衞星星座計劃，探測和研究太陽風-磁層-電離層-熱層大氣的連鎖變化過程。
“十三五”至“十四五”期間，空間物理探測進入行星際空間，準備進行太陽極軌就地或遙感探測日地空間太陽風和行星際日冕物質拋射事件的傳播與演化過程。着重實施繞火星探測計劃，瞭解火星環境、火星表面水的消失過程和火星氣候演化過程。
為實現上述路線圖，這位權威空間科學家提出加強空間探測儀器預研究、提高空間探測儀器標定精度和探測精度、加強空間探測數據接收設備建設提高接收能力、加強綜合的空間環境數據庫和應用服務平台的能力建設等四項建議。
到2007年3月止，“雙星”計劃兩顆探測衞星運行正常，星上各項儀器工作良好，數據流和指令流暢通。從二○○五年七月起，中國“雙星”已各延長壽命一點五年，根據雙星運行情況和科研需求，現正考慮再次延壽，計劃自2007年一月起雙星各延壽九至十二個月。
