磁层亚暴的概念提出及发展

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地球磁层扰动的一种表现。这个概念是1968年提出的。这种扰动在其发展过程中会随时间、空间而发生一系列变化，尤其是在极区的反应最为激烈。

磁层亚暴的典型物理过程，首先是从行星际磁场方向反转开始的。观测表明，不少亚暴发生在行星际磁场方向由北向南反转以后。由于向南的行星际磁场和地磁场相互耦合，引起磁力线的重联，从而使磁尾中磁场强度增加，积累起大量的磁能；接着，由于磁力线重联，磁流体发电机作用加强，横越磁尾的电场和电流也增强。在将近一小时内,磁尾的等离子体便开始向地球方向运动。这时,“极光卵”赤道的侧边缘处极光突然增亮，并开始向极区移动，这就开始出现极光亚暴。与此同时，整个磁尾的等离子体片的厚度开始变薄。伴随亚暴发生的另一个过程是等离子体由磁尾向捕获区注入，这种注入是外辐射带电子的主要来源之一，也是极光带电波吸收增强的基本原因。当磁尾中的磁能积蓄到一定程度后，磁尾的磁力线由于某种不稳定性,便会发生重联,形成X型中性线(见电流片)。中性线以外的等离子体以每秒300公里的速度向外运动。毫无疑问，在出现亚暴过程中，粒子的加速过程仍然是一个本质的问题。观测的结果迄今仍很不一致，还不可能对亚暴的物理机制作出明确的说明。从物理学上作出的可能判断是，当磁尾等离子体向着地球方向运动时，为保持粒子磁矩守恒或纵向不变量守恒，电子回旋加速机制和费密加速机制均可能起重要作用，而在亚暴开始时刻，横越磁尾的横向电场加速也是极为重要的。

关于磁层亚暴的机制，如今的看法并不完全一致。有人认为行星际磁场由北转向南是亚暴发生的原因。但是也有人不同意这种观点，认为这种方向的改变只能控制亚暴出现的强度和纬度，对亚暴的触发和能量的释放不会有明显的影响。这些问题的解决有待于建立亚暴事件全过程的正确时间序列，以及对亚暴的形态建立一个正确的物理图像。磁层亚暴对人类的活动有很大影响。它可以影响高纬度地区的通讯，可以在长距离电缆和跨海洋的电缆中诱发感应电流，也可引起同步卫星发生强烈真空放电和高压电弧（有时甚至会导致一颗卫星的完全损坏），因而对磁层亚暴的研究有重要的实际意义。

（即日地关系）是空间物理学的主要部分，是太阳物理学和地球物理学之间的边缘学科。它研究太阳能量的产生、辐射（包括电磁辐射和带电粒子辐射，尤其着重于它们的变化部分）、在日地空间的传播和对地球所产生的影响等整个过程。太阳中心部分的核聚变所释放的辐射能，经过漫长的热扩散过程传至太阳的外层气体而被吸收，产生对流不稳定性，称为对流区。最后大部分能量作为热能传到光球层而向外辐射，能量主要在可见光波段内，这部分能量比较稳定。

太阳有复杂的磁场结构，黑子的磁场强度达数百至数高斯（1高斯=10-4特斯拉）,它们的极性具有准周期性，因而太阳活动及相关地球物理现象也有准周期变化。冻结于对流区等离子体内的磁场随等离子体的对流、湍流运动弯曲扭转，从而产生一些强的磁场活动区，如表现在光球面上的黑子。储存的磁能在适当条件下会被迅速释放，表现为强烈的太阳活动，耀斑是其中最强烈的。对流区内部分等离子体浮涌出光球和色球，受到加速加热而形成日冕和太阳风。太阳风将太阳磁场带入行星际空间，由于太阳的自转和太阳磁赤道面稍有弯曲，从地球赤道上看，行星际磁场呈阿基米德螺旋线状和具有磁极性相同的扇形结构，从太阳活动区浮涌出色球表面的等离子体，一般又重新落到附近表面，形成闭合的穹形磁力线双极结构，但在有些区域可能出现开放的磁力线，伸展致行星际空间，产生沿磁力线流出的高速等离子体流，这样的区域称为冕洞。异常的太阳活动致使电磁辐射和带电粒子流增强，增强的电磁辐射主要在紫外线、X射线、γ射线和射电波段内的非热辐射,这两类增强的能量虽在总输出能量中所占比例不大，但对地球大气层和空间环境都产生巨大的影响。

日地物理学的发展，要求把整个日地系统作为一个有机的整体，进行定量的、综合性的研究。

空间物理学还包括太阳-行星系统的研究。经过比较研究，可更好地理解日地系统的物理过程，从而取得对作为一个整体的太阳系的深刻理解。如地球磁层的概念，同水星、木星、土星的磁层比较；地球的大气结构与金星、火星、木星的大气比较；地球的电离层与金星、木星、土星的电离层比较等。 利用空间飞行器在地球稠密大气外进行天文观测和研究的一门学科。人们通过接收宇宙天体的电磁辐射来研究它们的物理状态和过程。这种电磁辐射波长在108～10-12厘米范围内，但在地面上,仅能从可见光和射电两个大气窗口来观测天体，从而发展成为天文学的光学天文学和射电天文学两个分支。空间技术的发展,开拓了红外天文学、紫外天文学、X射线天文学和γ射线天文学等崭新的领域。

由于大气的湍流运动，使光波经过时产生起伏，造成光学望远镜的频谱分辨率和角分辨率降低。将高分辨率的光学望远镜安装在空间实验室里，能显著地提高它的分辨本领。

高能天体和激烈活动的天体现象，产生着X射线和γ射线，这包括温度达数千万至数亿度的热辐射和在强烈爆发过程中产生的相对论性带电粒子所发出的非热辐射，例如超新星爆发及其遗迹产生的辐射；当一致密星（中子星或黑洞）与一伴星形成双星时，致密星对伴星的吸积而产生的辐射。γ射线天文学直接与核过程、高能粒子和高能物理现象相联系，将日益得到更大的发展。

有些宇宙天体的辐射主要在红外波段内，如原恒星、红巨星、恒星际的气体云和尘埃等。活动星系和类星体既有很强的X射线、紫外线辐射,也有很强的红外线辐射。在恒星际空间发现很多种无机和有机分子，它们的谐振频率在波长较短的微波段内，2.7K的宇宙背景辐射主要在毫米波、亚毫米波波段内。为了进行这些探测，也要利用空间飞行器才最有利。

空间天文学的诞生，使天文学又出现了一次大的飞跃。所研究的星空迥异于地面光学和射电天文观测到的星空。可以说，现代天文学的成就，很多都与空间天文学的发展有关。它改变了对宇宙的传统观念，对高能天体物理过程、恒星和恒星系的早期和晚期演化、星际物质等的了解，加深了对宇宙的认识。 研究发生在空间的化学过程、宇宙物质的化学组成及其演化的一门学科，又称宇宙化学。

在地球大气层和行星大气层中，有着复杂的化学过程，包括光化学反应过程。

空间化学研究的主要对象，包括太阳系天体、恒星、星系、星际物质和星系际物质。空间化学要研究构成宇宙物质的化学组成，包括元素、同位素、分子等，以及它们的化学演化规律。利用空间飞行器在大气外观测，使频谱分析波段由可见光扩展到了红外线、紫外线、X射线和γ射线范围；在星际空间发现了许多种分子，其中有一些是比较复杂的有机分子，如氰基、氨等；对月球和行星的化学组成进行了分析。这使空间化学研究的内容不断地丰富起来，从而形成了空间化学。

空间化学的发展，对于太阳系的起源、天体的起源和生命的起源等重大科学问题，有着密切的联系。

空间地质学研究月球、行星及其卫星等天体的物质成分、结构，以及形成和演化历史的一门学科。

月球探测器系列和“阿波罗”飞船对月球的土壤、岩石、矿物等进行了综合研究，编制出了月球地质图和构造图。月球是人类在地球以外研究得最充分的天体。其次就是对金星、火星的探测，但仅限于对它们的表面的了解，如地形、山脉、裂谷、火山、峡谷和土壤分析等。所以，空间地质学还是一门较年轻的学科。 研究在宇宙空间的生命现象和探索地外生命、地外文明的一门科学。

在空间时代，人和生物在宇宙空间的活动成了现实。但是，生命在宇宙空间长期生存，就有着一系列需要研究的科学问题。这包括：微重力条件、宇宙辐射环境以及生活节律的改变给人和生物带来的影响。相应地，空间生理学、空间生物学、空间医学以及生命保护系统的研究也取得了很大的进展。总起来说，空间飞行环境对人和生物是极其严峻的，但实践证明，随着空间生物学、医学及生保技术的发展，人是能够在空间飞行环境下较长期地生活和工作的。

利用空间飞行来寻找宇宙中的生命，是十分令人感兴趣的重大科学问题。经过对行星的探测，特别是对火星的探测，尚未发现生命的迹象。但已在空间发现了30多种有机分子，其中有几种属于地球生命的基本物质。科学家们渴望能在星际空间找到更高级的有机分子形式。

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