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《地球科学概论》（空间科学部分）纲要（2009.10）

基本概念

1.中性大气部分

中间层、热层、臭氧层

2.电离层

极光、电离层不规则性、电离层闪烁、突发电离层骚扰、电离层暴

3.磁层

地球空间、辐射带、地磁活动、磁暴、磁层亚暴、环电流

4.太阳与太阳风

太阳耀斑、日冕物质抛射、太阳活动、太阳风、太阳黑子

重点理解的问题

大气层分层

高层大气状态变化对航天器的影响

无线电波传播的方式

电离层的状态为什么会影响电磁波传播

带电粒子在地磁场中运动的三种方式

地磁活动的原因

磁暴发生的原因

突发电离层骚扰产生的原因

太阳耀斑对地球空间的影响

日冕物质抛射对地球空间的影响

九大行星分类

研究月球的意义,类地行星演变的意义

地球科学概论空间物理部分复习资料

徐旺达

一、地球的中高层大气与电离层

1.地球空间：靠近行星地球的、受太阳辐射变化直接影响的空间区域。内边界大约距离地球表面60公里，外边界是太阳风与地磁场相互作用形成的。

2.地球空间构成：中高层大气、电离层、等离子体层、磁层

3.大气层分层：对流层、平流层、中间层、电离层、热层和磁层。

4.热层的加热源：吸收太阳紫外辐射和X射线（最重要）

带电粒子加热（高纬地区）电离层电流加热（高纬地区）

5.大气密度日变率：40公里以下：〈6%50~100公里：10~25%100公里以上：随太阳活动和地磁活动而变化；在磁暴发生几小时后，密度可增加几倍甚至达10倍。

6.高层大气密度随太阳活动变化原因：太阳紫外辐射增强，且被高层大气吸收。

7.研究临近空间（20~100公里）的大气的重要性：

亚轨道飞行器的飞行范围载人航天器气动加热严重的区域中程导弹飞行空间亚轨道旅游对地观测军事侦察

8.臭氧层：臭氧层是指大气层的平流层中臭氧（O3）浓度相对较高的部分，其主要作用是吸收短波紫外线。臭氧层分布在离地20~50千米的高空，臭氧主要是紫外线产生的。

9.音障：当物体的速度接近音速时，将会逐渐追上自己发出的声波，由于机身对空气的压缩无法迅速传播，将会在飞机迎风面及其附近区域积累，形成一个突变面——激波面。

10.黑障区：导弹和航天器返回舱等再入体返回大气层时，因再入体表面超高速摩擦形成高温等离子区导致无线电信号衰减至中断的飞行区段。

11.高层大气对卫星的影响：卫星轨道、寿命、返回时的加热和回落点以及高层大气风切变影响航天器发射成功率。

12.电离层：地球高层大气的一部分，因受太阳的紫外线、X射线和带电粒子辐射而电离。是地球大气中自由电子密度足以对无线电波传播产生显著影响的区域。60~1000km

13.电离层的基本特性：

具有足够数量的自由电子和离子，显著地影响电磁波传播。

电离度低（~1%），相当多的大气分子和原子未被电离。

电子和离子的运动还部分地受中性风的影响。

14.影响电离层状态的主要因素：

电离过程：增大电荷密度；主要电离源是来自太阳的短波辐射与粒子辐射

复合过程：减少电荷密度；与大气密度、风等因素有关

15.电离层的结构：指电离层电子密度以及离子成分随高度的变化。

①分层结构：

D层：（60~90km）主要电离源：太阳的拉曼a辐射和软X射线辐射

夜间D层基本消失。无线电波在这一层中的衰减严重（原因：大气较稠密，电子与中性粒子和离子的碰撞频繁）

E层：（90~160km）主要电离源：太阳紫外线和软X射线

电子密度峰值出现在105~110km之间。夜间E层的电子密度很低。

F层：（160km以上）是电离层中持久存在、电子密度主极大所在的层次。分为F1和F2。

②不均匀结构（不规则性）

各种空间尺度的高密度“斑”和低密度“泡”，统称为不规则性，或不均匀结构。最显著的不规则性是散见E层和扩展F。

16.电离层扰动：

突发电离层骚扰：太阳耀斑发出的X射线暴使向阳面D区的电离密度急剧增加，短波和中波无线电信号立即衰落甚至完全中断。

电离层暴：地磁场发生全球性变化时，电离层状态发生的急剧变化。

正常形态打乱，使得通信使用频率的选择困难。

17.电磁波在电离层中的传播：

①低频波传播（超视距）②中频波传播（视距）③高频波（短波）传播（天波）④超高频波传播（视距）

无线电波传播的形式：

①直接视距传播（地波）

②地球表面与电离层D层之间的多次反射传播（大气波导）

③在E层或F层反射传播（天波）

④穿过电离层（卫星通信）

18.影响电磁波传播的因素：

电离层不均匀结构：电离层闪烁，信号相位变化，导致导航、定位误差，数字通讯误码，影响无线电波传播路径

（电离层闪烁：当电波通过电离层时