第一講 內(nèi)容概要+近地空間環(huán)境

1、Radio Wave Propagation 無線電波傳播無線電波傳播 第一講第一講 內(nèi)容概要內(nèi)容概要 電波傳播環(huán)境與近地空間電波傳播環(huán)境與近地空間 參參 考考 教教 材材 劉選謀，無線電波傳播，高教出版社，劉選謀，無線電波傳播，高教出版社， 19871987 呂保維，無線電波傳播理論及其應(yīng)用，科呂保維，無線電波傳播理論及其應(yīng)用，科 學(xué)出版社，學(xué)出版社，20052005 焦培南，雷達(dá)環(huán)境與電波傳播特性，電子焦培南，雷達(dá)環(huán)境與電波傳播特性，電子 工業(yè)出版社，工業(yè)出版社，20072007 J. A. Kong, J. A. Kong, 電磁波理論電磁波理論 電波傳播環(huán)境與近地空間電波傳播環(huán)境與近地

2、空間 波動現(xiàn)象與波動方程波動現(xiàn)象與波動方程 電磁波基礎(chǔ)理論電磁波基礎(chǔ)理論 多普勒頻移多普勒頻移 色散色散 介電常數(shù)介電常數(shù) 介質(zhì)類型介質(zhì)類型 內(nèi)容概要內(nèi)容概要 近地區(qū)域中性介質(zhì)中的電波傳播近地區(qū)域中性介質(zhì)中的電波傳播 近地區(qū)域離化介質(zhì)中的電波傳播近地區(qū)域離化介質(zhì)中的電波傳播 電離層中的電波傳播電離層中的電波傳播 電波傳播的應(yīng)用電波傳播的應(yīng)用 內(nèi)容概要內(nèi)容概要 電磁波與無線電波電磁波與無線電波 自然界人為或自然產(chǎn)生的電磁波通過各種不同自然界人為或自然產(chǎn)生的電磁波通過各種不同 媒質(zhì)傳播的過程，稱為無線電波傳播。媒質(zhì)傳播的過程，稱為無線電波傳播。 光波？光波？ 激光通信激光通信 無線電波使用的頻段一

3、般分布在幾赫茲到幾百無線電波使用的頻段一般分布在幾赫茲到幾百 千兆赫茲，波長從極長波到毫米波段千兆赫茲，波長從極長波到毫米波段 電磁波的頻譜電磁波的頻譜 無線電波頻段無線電波頻段 幾個(gè)重要人物：幾個(gè)重要人物： 麥克斯韋麥克斯韋：18311831年年6 6月出生于英國愛丁堡。月出生于英國愛丁堡。 麥克斯韋是繼法拉第之后，集電磁學(xué)大成的麥克斯韋是繼法拉第之后，集電磁學(xué)大成的 偉大科學(xué)家。他依據(jù)庫侖、高斯、歐姆、安培、偉大科學(xué)家。他依據(jù)庫侖、高斯、歐姆、安培、 畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實(shí)畢奧、薩伐爾、法拉第等前人的一系列發(fā)現(xiàn)和實(shí) 驗(yàn)成果，驗(yàn)成果，18731873年建立了第一個(gè)完整的電

4、磁理論體年建立了第一個(gè)完整的電磁理論體 系，系，不僅科學(xué)地不僅科學(xué)地預(yù)言了電磁波的存在，預(yù)言了電磁波的存在，而且而且揭示揭示 了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理了光、電、磁現(xiàn)象的本質(zhì)的統(tǒng)一性，完成了物理 學(xué)的又一次大綜合學(xué)的又一次大綜合。這一理論自然科學(xué)的成果，。這一理論自然科學(xué)的成果， 奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、電子工業(yè)和無線電工業(yè)奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、電子工業(yè)和無線電工業(yè) 的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。 赫茲赫茲：德國物理學(xué)家，生于漢堡。德國物理學(xué)家，生于漢堡。 赫茲對人類最偉大的貢獻(xiàn)是赫茲對人類最偉大的貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的 存在。存在。 18881888年年1 1月，赫茲

5、將他的研究成果總結(jié)在月，赫茲將他的研究成果總結(jié)在論動電效論動電效 應(yīng)的傳播速度應(yīng)的傳播速度一文中。赫茲實(shí)驗(yàn)公布后，轟動了全世一文中。赫茲實(shí)驗(yàn)公布后，轟動了全世 界的科學(xué)界。由法拉第開創(chuàng)，麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，界的科學(xué)界。由法拉第開創(chuàng)，麥克斯韋總結(jié)的電磁理論， 至此才取得決定性的勝利。至此才取得決定性的勝利。 18881888年，成了近代科學(xué)史上的一座里程碑。赫茲的年，成了近代科學(xué)史上的一座里程碑。赫茲的 發(fā)現(xiàn)具有劃時(shí)代的意義，它不僅證實(shí)了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)具有劃時(shí)代的意義，它不僅證實(shí)了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的 真理，更重要的是開創(chuàng)了無線電電子技術(shù)的新紀(jì)元。真理，更重要的是開創(chuàng)了無線電電子技術(shù)的新紀(jì)元。

6、 赫茲對人類文明作出了很大貢獻(xiàn)，正當(dāng)人們對他寄赫茲對人類文明作出了很大貢獻(xiàn)，正當(dāng)人們對他寄 以更大期望時(shí)，他卻于以更大期望時(shí)，他卻于18941894年元旦因血中毒逝世，年僅年元旦因血中毒逝世，年僅 3636歲。為了紀(jì)念他的功績，人們用他的名字歲。為了紀(jì)念他的功績，人們用他的名字“赫茲赫茲”來來 命名各種波動頻率的單位。命名各種波動頻率的單位。 馬可尼馬可尼：人類無線電通信的創(chuàng)始人人類無線電通信的創(chuàng)始人意大利的意大利的 馬可尼（馬可尼（Marconi,G.W., 1874Marconi,G.W., 187419371937）與俄國的與俄國的 波波夫（波波夫（oo,A.C. 1859oo,A.C.

7、 185919061906）成功地進(jìn)成功地進(jìn) 行了世界上最早的無線電通訊活動行了世界上最早的無線電通訊活動，開創(chuàng)了人類，開創(chuàng)了人類 通訊的新紀(jì)元。通訊的新紀(jì)元。 意大利意大利人馬可尼人馬可尼19011901年向新來臨的年向新來臨的2020世紀(jì)奉世紀(jì)奉 獻(xiàn)上的珍貴禮品是一項(xiàng)科技創(chuàng)新與發(fā)明獻(xiàn)上的珍貴禮品是一項(xiàng)科技創(chuàng)新與發(fā)明成功成功 地進(jìn)行了地進(jìn)行了首次無線電通訊首次無線電通訊，無線電技術(shù)的大發(fā)展，無線電技術(shù)的大發(fā)展 從而成為從而成為2020世紀(jì)的熱門事情。世紀(jì)的熱門事情。19061906年，美國物理年，美國物理 學(xué)家費(fèi)森登發(fā)明無線電廣播學(xué)家費(fèi)森登發(fā)明無線電廣播，使無線電波進(jìn)入千，使無線電波進(jìn)入千

8、家萬戶，預(yù)示著一個(gè)信息時(shí)代的肇始。家萬戶，預(yù)示著一個(gè)信息時(shí)代的肇始。 無線電通訊是利用電磁波的輻射和傳播、經(jīng)過空間傳送信息的通信方式。無線電通訊是利用電磁波的輻射和傳播、經(jīng)過空間傳送信息的通信方式。 18311831年，英國法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)年，英國法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)。18651865年，英國麥克斯韋從理論上預(yù)言了年，英國麥克斯韋從理論上預(yù)言了 電的任何波動可以在遠(yuǎn)處產(chǎn)生感應(yīng)即電的任何波動可以在遠(yuǎn)處產(chǎn)生感應(yīng)即電磁波的存在電磁波的存在、并且電磁波能夠從產(chǎn)生、并且電磁波能夠從產(chǎn)生 的地方以光的速度輻射出去，但他本人未能親自作出實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。的地方以光的速度輻射出去，但他本人未能親自作出實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。188

9、71887年，德年，德 國物理學(xué)家赫茲（國物理學(xué)家赫茲（Hertz,H.R., 1857Hertz,H.R., 185718941894）利用靜電的火花放電實(shí)驗(yàn)，利用靜電的火花放電實(shí)驗(yàn)， 證明了電磁波的存在證明了電磁波的存在，激起了人們利用電磁波的念頭，而赫茲卻英年早逝，激起了人們利用電磁波的念頭，而赫茲卻英年早逝， 未能在電磁波的應(yīng)用技術(shù)方面開展科研工作。敏感的發(fā)明家們已經(jīng)意識到電未能在電磁波的應(yīng)用技術(shù)方面開展科研工作。敏感的發(fā)明家們已經(jīng)意識到電 磁波可以用于無線電通訊。以意大利的馬可尼和俄國的波波夫?yàn)榇淼目茖W(xué)磁波可以用于無線電通訊。以意大利的馬可尼和俄國的波波夫?yàn)榇淼目茖W(xué) 家、發(fā)明家，

10、在前人已掌握的電磁學(xué)和電磁波知識的基礎(chǔ)上，大膽探索、奮家、發(fā)明家，在前人已掌握的電磁學(xué)和電磁波知識的基礎(chǔ)上，大膽探索、奮 勇實(shí)踐，開啟了電磁波應(yīng)用的大門并開創(chuàng)了無線電通信這門新技術(shù)。勇實(shí)踐，開啟了電磁波應(yīng)用的大門并開創(chuàng)了無線電通信這門新技術(shù)。 意大利人馬可尼意大利人馬可尼19011901年向新來臨的年向新來臨的2020世紀(jì)奉獻(xiàn)上的珍貴禮品是一項(xiàng)科技世紀(jì)奉獻(xiàn)上的珍貴禮品是一項(xiàng)科技 創(chuàng)新與發(fā)明創(chuàng)新與發(fā)明成功地進(jìn)行了首次無線電通訊，成功地進(jìn)行了首次無線電通訊，無線電技術(shù)的大發(fā)展從而成無線電技術(shù)的大發(fā)展從而成 為為2020世紀(jì)的熱門事情。世紀(jì)的熱門事情。19061906年，美國物理學(xué)家費(fèi)森登發(fā)明無線電

11、廣播，使無年，美國物理學(xué)家費(fèi)森登發(fā)明無線電廣播，使無 線電波進(jìn)入千家萬戶，預(yù)示著一個(gè)信息時(shí)代的肇始。線電波進(jìn)入千家萬戶，預(yù)示著一個(gè)信息時(shí)代的肇始。 電波傳播方式電波傳播方式 地球高層大氣的垂直分層結(jié)構(gòu)地球高層大氣的垂直分層結(jié)構(gòu)地球空間環(huán)境概述地球空間環(huán)境概述 對流層：溫度以每公里大約對流層：溫度以每公里大約1010 的梯度隨高度遞降，的梯度隨高度遞降， 直至直至10-12 km10-12 km，達(dá)到溫度極小值，對應(yīng)對流層頂。，達(dá)到溫度極小值，對應(yīng)對流層頂。 平流層：又稱同溫層，事實(shí)上，平流層的溫度隨高平流層：又稱同溫層，事實(shí)上，平流層的溫度隨高 度上升而平緩增高，由于臭氧對太陽紫外輻射的吸度上

12、升而平緩增高，由于臭氧對太陽紫外輻射的吸 收，在約收，在約50 km50 km高度有一個(gè)溫度極大值，對應(yīng)平流層高度有一個(gè)溫度極大值，對應(yīng)平流層 頂。頂。 中層：溫度再次隨高度而遞降，至中層：溫度再次隨高度而遞降，至80-85 km80-85 km，又出，又出 現(xiàn)一個(gè)溫度極小值，對應(yīng)中層頂。現(xiàn)一個(gè)溫度極小值，對應(yīng)中層頂。 熱層：中層之上，太陽紫外輻射導(dǎo)致溫度梯度為正熱層：中層之上，太陽紫外輻射導(dǎo)致溫度梯度為正 值，稱作熱層。隨高度上升，最終熱層溫度僅隨時(shí)值，稱作熱層。隨高度上升，最終熱層溫度僅隨時(shí) 間變化而基本上不隨高度變化，同時(shí)溫度很高，一間變化而基本上不隨高度變化，同時(shí)溫度很高，一 般達(dá)到般

13、達(dá)到10001000 K K以上，這是大氣層最熱的部分。以上，這是大氣層最熱的部分。 中性大氣的垂直分層中性大氣的垂直分層 地球空間環(huán)境概述地球空間環(huán)境概述 電離層和磁層電離層和磁層 地球電離層地球電離層指地球高層大氣中被部分電離的指地球高層大氣中被部分電離的 區(qū)域，通常指地面以上區(qū)域，通常指地面以上60-100060-1000公里的高度公里的高度 范圍。按照國際無線電工程師協(xié)會范圍。按照國際無線電工程師協(xié)會(IRE)(IRE)的的 定義，電離層是地面定義，電離層是地面60km60km以上到磁層頂之間以上到磁層頂之間 的整個(gè)空間，在那里的整個(gè)空間，在那里“存在著大量的自由電存在著大量的自由電

14、子，足以影響無線電波的傳播子，足以影響無線電波的傳播”；而；而磁層磁層則則 是是“地磁場對電子運(yùn)動有決定性影響的那部地磁場對電子運(yùn)動有決定性影響的那部 分電離層分電離層”。電離層與磁層沒有明確的分界，。電離層與磁層沒有明確的分界， 通常把通常把10001000公里作為電離層上邊界。公里作為電離層上邊界。 地球空間環(huán)境概述地球空間環(huán)境概述 電離氣體和中性氣體密度的高度變化電離氣體和中性氣體密度的高度變化 地球偶極磁場示意圖地球偶極磁場示意圖 地球空間環(huán)境概述地球空間環(huán)境概述 地球空間環(huán)境概述地球空間環(huán)境概述 地球空間被運(yùn)行在行星際空間中的地球空間被運(yùn)行在行星際空間中的“太陽風(fēng)太陽風(fēng)”包圍著。包圍

15、著。 地球磁層地球磁層示意圖示意圖 磁層頂磁層頂 磁鞘磁鞘 弓激波弓激波 磁層頂磁層頂 被太陽風(fēng)包圍著的地磁空腔被太陽風(fēng)包圍著的地磁空腔 地球空間環(huán)境概述地球空間環(huán)境概述 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn) 和重要物理過程和重要物理過程 電離層的發(fā)現(xiàn)電離層的發(fā)現(xiàn) 自從自從1901年年Marconi成功進(jìn)行了跨越大西洋的無成功進(jìn)行了跨越大西洋的無 線電傳輸試驗(yàn)，科學(xué)工作者就開始解釋電波傳播線電傳輸試驗(yàn)，科學(xué)工作者就開始解釋電波傳播 的方式。的方式。 1902年，年，Kennely與與Heaviside獨(dú)立提出存在一獨(dú)立提出存在一 個(gè)由自由電荷組成的、能反射電磁波的導(dǎo)電層。個(gè)由自由電荷組成的、能反射電磁

16、波的導(dǎo)電層。 對于這種導(dǎo)電層的理論，存在了近對于這種導(dǎo)電層的理論，存在了近20年的爭議。年的爭議。 1924年年Appleton和和Barnet利用無線電波實(shí)驗(yàn)，利用無線電波實(shí)驗(yàn)， 證明電離層的存在，并確定了電離層的高度。證明電離層的存在，并確定了電離層的高度。 1925年年Breit和和Tuve確認(rèn)了確認(rèn)了Appleton的實(shí)驗(yàn)，并的實(shí)驗(yàn)，并 研制出最早的電離層無線電探測設(shè)備：垂測儀，研制出最早的電離層無線電探測設(shè)備：垂測儀， 一直沿用至今。一直沿用至今。 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 電離層的發(fā)現(xiàn)成為空間物理學(xué)發(fā)端的標(biāo)志。電離層的發(fā)現(xiàn)成為空間物理學(xué)發(fā)端的標(biāo)志。

17、在電離層的發(fā)現(xiàn)和無線電波傳播理論的在電離層的發(fā)現(xiàn)和無線電波傳播理論的 發(fā)展中，發(fā)展中，Appleton的貢獻(xiàn)最為突出。的貢獻(xiàn)最為突出。 因?yàn)樗囊驗(yàn)樗摹皩τ谕鈱哟髿馕锢憩F(xiàn)象的探索，對于外層大氣物理現(xiàn)象的探索， 特別是阿普爾頓層的發(fā)現(xiàn)特別是阿普爾頓層的發(fā)現(xiàn)”，Appleton于于 1947年榮獲年榮獲 諾貝爾物理學(xué)獎諾貝爾物理學(xué)獎 空間物理學(xué)研究領(lǐng)域的唯一諾貝爾獎獲得者空間物理學(xué)研究領(lǐng)域的唯一諾貝爾獎獲得者 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 電離層的發(fā)現(xiàn)電離層的發(fā)現(xiàn) 太陽風(fēng)的發(fā)現(xiàn)太陽風(fēng)的發(fā)現(xiàn) 大約大約100年前，人們發(fā)現(xiàn)在太陽出現(xiàn)大耀斑之后年前，人們發(fā)現(xiàn)在太陽出現(xiàn)大耀斑

18、之后1-2 天，地磁場會發(fā)生顯著變化，從而認(rèn)識到太陽有動天，地磁場會發(fā)生顯著變化，從而認(rèn)識到太陽有動 力學(xué)輸出的第一個(gè)證據(jù)。這力學(xué)輸出的第一個(gè)證據(jù)。這1-2天的滯后時(shí)間表明在天的滯后時(shí)間表明在 日地之間的運(yùn)行速度約為日地之間的運(yùn)行速度約為1000km/s，這使人們想到，這使人們想到 這種輸出可能是太陽的粒子發(fā)射。這種輸出可能是太陽的粒子發(fā)射。 1930-31年，年，Chapman和和Ferraro提出從太陽提出從太陽偶爾偶爾 發(fā)射出的粒子流會壓縮地磁場，地磁場在太陽風(fēng)中發(fā)射出的粒子流會壓縮地磁場，地磁場在太陽風(fēng)中 形成一個(gè)地磁空腔，后來叫做形成一個(gè)地磁空腔，后來叫做“磁層磁層”。 1958年年

19、Parker理論上證明太陽大氣是理論上證明太陽大氣是連續(xù)不斷連續(xù)不斷地向地向 外膨脹的。外膨脹的。1959年年“月球月球1號號”衛(wèi)星首次測到太陽風(fēng)，衛(wèi)星首次測到太陽風(fēng)， 1961年年“探索者探索者10號號”也觀測到太陽風(fēng)。也觀測到太陽風(fēng)。 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 磁層的一系列重要發(fā)現(xiàn)磁層的一系列重要發(fā)現(xiàn) 19571957年年1010月月4 4號，前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星號，前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星 Sputnik-ISputnik-I。19581958年初美國發(fā)射了年初美國發(fā)射了“探索者探索者1 1號號” 衛(wèi)星，之后一大批人造衛(wèi)星發(fā)射升空。衛(wèi)星，之后一大批人造

20、衛(wèi)星發(fā)射升空。 19581958年年“探索者探索者1 1號號”發(fā)現(xiàn)地磁赤道上空有一個(gè)發(fā)現(xiàn)地磁赤道上空有一個(gè) 高能質(zhì)子密集帶，也就是內(nèi)輻射帶（高能質(zhì)子密集帶，也就是內(nèi)輻射帶（Van Allen Van Allen BeltBelt），同年），同年“先鋒先鋒3 3號號”發(fā)現(xiàn)外輻射帶。發(fā)現(xiàn)外輻射帶。19591959 年年LUNIK-2LUNIK-2衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)等離子體層，衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)等離子體層，19681968年年OGO-1OGO-1和和 OGO-3OGO-3衛(wèi)星觀測到磁層等離子體片。衛(wèi)星觀測到磁層等離子體片。 19621962年年“探索者探索者1212號號”觀測到磁層頂，觀測到磁層頂，19631963年年

21、 IMP-1IMP-1衛(wèi)星做出第一幅磁尾結(jié)構(gòu)圖，衛(wèi)星做出第一幅磁尾結(jié)構(gòu)圖，19831983年年ISEE-ISEE- 3 3衛(wèi)星探測到遠(yuǎn)磁尾。衛(wèi)星探測到遠(yuǎn)磁尾。 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 磁層結(jié)構(gòu)示意圖磁層結(jié)構(gòu)示意圖 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 日地能量傳輸日地能量傳輸 19611961年年DungeyDungey首次提出磁層頂?shù)氖状翁岢龃艑禹數(shù)拇艌龃艌?重聯(lián)重聯(lián)理論，認(rèn)為地磁場和起源于太陽理論，認(rèn)為地磁場和起源于太陽 的行星際磁場在特定條件下可以互相的行星際磁場在特定條件下可以互相 聯(lián)通，形成開放磁力線，太陽風(fēng)通過聯(lián)通，形成開放磁力

22、線，太陽風(fēng)通過 開放磁力線向地球空間傳輸物質(zhì)和能開放磁力線向地球空間傳輸物質(zhì)和能 量，這對于理解量，這對于理解日地能量傳輸過程日地能量傳輸過程 至關(guān)重要。至關(guān)重要。 1978-19791978-1979年，年，ISEEISEE系列衛(wèi)星證實(shí)了向系列衛(wèi)星證實(shí)了向 陽面磁層頂?shù)姆€(wěn)態(tài)重聯(lián)過程，并發(fā)現(xiàn)陽面磁層頂?shù)姆€(wěn)態(tài)重聯(lián)過程，并發(fā)現(xiàn) 瞬時(shí)重聯(lián)產(chǎn)生的通量傳輸事件。瞬時(shí)重聯(lián)產(chǎn)生的通量傳輸事件。 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 地球磁層中的對流地球磁層中的對流 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 能量儲存和耗散能量儲存和耗散 太陽風(fēng)與磁層相互作用過程中，太陽風(fēng)的

23、動能太陽風(fēng)與磁層相互作用過程中，太陽風(fēng)的動能 不斷向磁層輸運(yùn)，并以磁能形式儲存在磁尾。不斷向磁層輸運(yùn)，并以磁能形式儲存在磁尾。 在背陽面，磁力線被拉伸成尾狀，處于不穩(wěn)定在背陽面，磁力線被拉伸成尾狀，處于不穩(wěn)定 位型，在一定條件下，這些輸入的能量會突然位型，在一定條件下，這些輸入的能量會突然 釋放，以激烈的方式耗散，極光帶電離層、磁釋放，以激烈的方式耗散，極光帶電離層、磁 層和等離子體層以及磁尾整體受擾，表現(xiàn)出光、層和等離子體層以及磁尾整體受擾，表現(xiàn)出光、 電磁、等離子體等多方面現(xiàn)象。電磁、等離子體等多方面現(xiàn)象。亞暴亞暴就是這種就是這種 磁層能量釋放的過程，是磁尾的一種激烈而頻磁層能量釋放的過程

24、，是磁尾的一種激烈而頻 繁的運(yùn)動形式。繁的運(yùn)動形式。 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 極極 光光 磁尾的高能粒子（主要是電子）沉降到磁尾的高能粒子（主要是電子）沉降到 極區(qū)電離層高度，撞擊中性大氣，使其極區(qū)電離層高度，撞擊中性大氣，使其 產(chǎn)生受激輻射而發(fā)光。極光一般發(fā)生在產(chǎn)生受激輻射而發(fā)光。極光一般發(fā)生在 極區(qū)極區(qū)100-400100-400公里高度，經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)生公里高度，經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)生 極光的區(qū)域形成一個(gè)環(huán)狀的帶，稱為極極光的區(qū)域形成一個(gè)環(huán)狀的帶，稱為極 光橢圓帶，大約在地磁緯度光橢圓帶，大約在地磁緯度67-7767-77度，度， 但在強(qiáng)磁暴時(shí)也可能在低緯看到。但在強(qiáng)

25、磁暴時(shí)也可能在低緯看到。 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理

26、過程 aurora.mov 一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 磁磁 暴暴 磁暴磁暴是全球性強(qiáng)烈的地磁擾動，持續(xù)時(shí)間十是全球性強(qiáng)烈的地磁擾動，持續(xù)時(shí)間十 幾到幾十個(gè)小時(shí)。磁暴起因于劇烈的太陽活幾到幾十個(gè)小時(shí)。磁暴起因于劇烈的太陽活 動，包括太陽耀斑爆發(fā)和日冕質(zhì)量拋射等動，包括太陽耀斑爆發(fā)和日冕質(zhì)量拋射等。 隨著磁暴的發(fā)生，全球熱層風(fēng)場和熱層中性隨著磁暴的發(fā)生，全球熱層風(fēng)場和熱層中性 大氣成分發(fā)生劇烈的變化，形成大氣成分發(fā)生劇烈的變化，形成熱層暴熱層暴。 同時(shí)也引起全球電離層各種電離參量的劇烈同時(shí)也引起全球電離層各種電離參量的劇烈 變化，形成變化，形成電離層暴電離層暴。 一

27、些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程一些標(biāo)志性發(fā)現(xiàn)和重要物理過程 地球空間環(huán)境與人類生活地球空間環(huán)境與人類生活 地球空間環(huán)境與人類生活地球空間環(huán)境與人類生活 地球空間環(huán)境與人類生活地球空間環(huán)境與人類生活劇烈太陽活動劇烈太陽活動對對地球空間環(huán)境可能造成的影響地球空間環(huán)境可能造成的影響 耀斑的電磁輻射（比如耀斑的電磁輻射（比如X X射線）射線）9 9分鐘就可以到達(dá)地分鐘就可以到達(dá)地 球球, ,并引起整個(gè)向陽面的短波中斷。并引起整個(gè)向陽面的短波中斷。1-21-2小時(shí)之后，小時(shí)之后， 高能粒子到達(dá)地球，對太空中的宇航員帶來致命傷高能粒子到達(dá)地球，對太空中的宇航員帶來致命傷 害，一些敏感的衛(wèi)星也會造成毀滅性破壞。

28、害，一些敏感的衛(wèi)星也會造成毀滅性破壞。 一次日冕物質(zhì)拋射可以攜帶一次日冕物質(zhì)拋射可以攜帶1010億噸的物質(zhì)并加速到億噸的物質(zhì)并加速到 數(shù)百萬公里數(shù)百萬公里/ /小時(shí)小時(shí), ,其其2 2小時(shí)內(nèi)的能量可以提供美國小時(shí)內(nèi)的能量可以提供美國 1010萬年的電力。萬年的電力。 地球空間環(huán)境與人類生活地球空間環(huán)境與人類生活 太陽風(fēng)暴歷史重大災(zāi)難事件太陽風(fēng)暴歷史重大災(zāi)難事件1 1 1859年9月1日早晨，英國天文學(xué)家理查德卡林頓用 裝著過濾器的望遠(yuǎn)鏡觀測太陽表面時(shí)，他發(fā)現(xiàn)太陽表 面噴射出了一道明亮的閃光。然而卡林頓不知道的是， 那團(tuán)明亮的斑點(diǎn)是一團(tuán)帶著電荷的等離子云，它正朝 著地球的方向疾速飛來。48小時(shí)后

29、，“超級太陽風(fēng)暴” 就襲擊了地球，導(dǎo)致熱帶地區(qū)的夜空都能看到極光， 這些極光是如此明亮，以至于人們在午夜時(shí)分不用點(diǎn) 燈都能閱讀報(bào)紙。“超級太陽風(fēng)暴”導(dǎo)致當(dāng)時(shí)的許多 電報(bào)機(jī)都癱瘓。此次太陽風(fēng)暴是有記錄以來強(qiáng)度最大 的一次，不過在1859年，世界主要還依靠蒸汽機(jī)和肌 肉勞力在運(yùn)轉(zhuǎn)，所以當(dāng)年的“超級太陽風(fēng)暴”并沒有 給人類帶來過于嚴(yán)重的災(zāi)難。 地球空間環(huán)境與人類生活地球空間環(huán)境與人類生活 太陽風(fēng)暴歷史重大災(zāi)難事件太陽風(fēng)暴歷史重大災(zāi)難事件2 2 19891989年年3 3月發(fā)生了近代科學(xué)史上罕有的災(zāi)害性空間天氣事月發(fā)生了近代科學(xué)史上罕有的災(zāi)害性空間天氣事 件。在此期間，大量飛行物軌道改變，造成跟蹤辨認(rèn)困難；件。在此期間，大量飛行物軌道改變，造成跟蹤辨認(rèn)困難； 對地靜止通信衛(wèi)星為維持其正常姿態(tài)，兩天內(nèi)所耗的燃料對地靜止通信衛(wèi)星為維持其正常姿態(tài)，兩天內(nèi)所耗的燃料 相當(dāng)于正常運(yùn)行一年的用量；電離層暴使低緯度無線電通相當(dāng)于正常運(yùn)行一年的用量；電離層暴使低緯度無線電通 訊幾乎完全失效，輪船、飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)失靈；高能粒子流訊幾乎完全失效，輪船、飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)失靈；高能粒子流 的突然增加，致使日本同步氣象衛(wèi)星指令系統(tǒng)一半失效或的突然增加，致使日本同步氣象衛(wèi)星指令系統(tǒng)一半失效或 永久損壞，宇航員眼睛的視網(wǎng)膜受到高能粒子轟擊而閃光；永久損壞，宇航員眼睛的視網(wǎng)膜受到高