太空概览.DOC

第一章 太空概览 §1 绚丽多彩的太空 什么是太空 从距离地球表面大约60km处一直到宇宙边缘，这个广袤的空间区域称为太空。 根据人类目前的认识，宇宙的边缘可达120多亿光年。将太空内边界定义在大约60km，是考虑到在这个高度以上，地球稀薄的中性大气开始电离，它们的状态除了受地球引力场支配外，还受太阳电磁辐射和粒子辐射的直接影响。另一方面，从研究方法来看，描述中性大气的流体力学方法已不完全适用，必须结合电动力学的知识，也即用磁流体力学方法。 由于太空包含的范围巨大，而且其中各个区域的特性也有很大差别，通常将太空划分为几个层次，由近到远依次为地球空间（Geospace）、日地空间（Sun-Earth space）、日球（Heliosphere）和宇宙。 地球空间由高层大气（Upper Atmosphere）、电离层（Ionosphere）和磁层（Magnetosphere）构成，是人类生存与进行空间活动的区域。其外边界为磁层顶，是太阳风与地磁场相互作用形成的。在向阳面，磁层顶大约7~8个地球半径，在背阳面，太阳风将地球的磁场拉到100多个地球半径，形成磁尾。 日地空间包括太阳、太阳大气、太阳风、行星际磁场（IMF）与地球空间。太阳与地球之间的平均距离定义为一个天文距离单位1AU（1AU=1.496(108km），这是一个常用的数据。日地物理学（Solar-Terrestrial Physics）主要研究这一区域的特性。 日球是太阳风、行星际磁场与星际风相互作用形成的边界所包围的区域，也是我们通常所说的太阳系。日球顶到太阳的距离大约是100AU。 太阳系由太阳、九大行星及其93个卫星、大量的小行星和彗星以及行星际介质组成。在太阳系中，太阳是中心天体，其质量占太阳系总质量的99.8%，但角动量只占1%左右。除了太阳之外，太阳系主要成员是九大行星，即水星、金星、地球、火星、木星、土星、海王星、天王星和冥王星。按相对于太阳的位置，九大行星可分为内行星(水星、金星、地球、火星)和外行星(木星、土星、海王星、天王星和冥王星)。按行星的组成分类，可分为类地行星和类地行星。类地行星包括水星、金星、地球和火星，基本上是由岩石和金属组成的，密度高、旋转缓慢、固体表面、没有环、卫星少；类木行星包括木星、土星、海王星、天王星。主要由氢和氦等物质组成，密度较低、旋转快、深的大气层、有环、大量的卫星；此外还有冥王星。九大行星都在接近同一平面的近圆形轨道上，朝着同一方向绕太阳公转。但各行星轨道不完全共面，对不变平面有不大的倾角；太阳也朝同一方向自转，太阳赤道平面对不变平面的倾角为556。 小行星是指沿椭圆轨道绕太阳公转的固态小天体。大多数分布在火星和土星轨道之间的小行星带内。从巡天观测的照片中估计，小行星总数有上百万颗。彗星大多数是沿扁长轨道绕太阳公转的小质量天体，有云雾状的独特外貌。彗星在远离太阳时，呈朦胧雾状小斑点，在走近太阳时生出扫帚状的长尾巴。至今已观测到的彗星有1600多颗，地球上平均每年可见几课彗星，多数是重复出现的“老彗星”，只有1～2颗是第一次来到内太阳系的“新彗星”。 与地球最近的恒星(太阳，仅仅是一个普通星系(银河系中几千亿颗恒星中的一员。所谓星系，就是由几十亿至几千亿颗恒星和星际气体以及尘埃物质等组成，占据几千光年（1光年=63239.8AU）至几十万光年的空间的天体系统。而星系又是星系团的成员，星系团的直径超过上亿光年。许多星系团组合在一起，形成超星系团，而总星系，则是比超星系团更高一级的天体层次，它就是目前所能观测到的宇宙。 太空中的奇妙景象 在人类所居住的地球上，有许多令人陶醉的奇妙景象。如壮丽的山川河流、奇异的花草树木；变化莫测的风雨雷电、浪漫神奇的海市蜃楼((。茫茫太空，既不象神话小说描写的那样富丽堂皇，也不象某些文人墨客描写的那样虚无缥缈。太空不是天堂，也不是真空，它充满着可见与不可见的物质，发生着有时平常、有时惊人的变化，呈现出许多太空特有的奇妙景象。 从光学现象看，太空有绚丽多彩的极光、神奇莫测的红闪与蓝急流；有肉眼看不见的气辉，还有在远离地球才能看见的地冕；地球的极光在高纬地面就可以看见，在太空看极光是什么景象？九大行星的其它8个成员有极光吗？如果有，能与地球极光比美吗？红闪与蓝急流是伴随着地球大气雷暴而发生的发光现象，但本身不是闪电，它们至今还有许多秘密未被破解。火星、木星有闪电吗？如果有，是什么形态？恒星发出的光都与太阳一样吗？超新星爆发是一种什么景象？ 地球大气层的云千姿百态，小学课文有一篇专门描写“火烧云”的文章，将云的变化写得惟妙惟肖。火星也有淡淡的白云，形态变化莫测。星云则五彩缤纷，令人眼花缭乱。 地面上的风是多种多样的，有微风、飓风、龙卷风和台风。地球的高层大气有高空风，它对卫星的轨道和战略导弹的精度有