空間物理

1957年10月4日，前蘇聯發射了世界上第一顆人造地球衛星，從此，開創了人類航天時代的新紀元。三十多年來，伴隨著空間活動的頻繁發生，逐漸形成了一門獨特的綜合性學科—— 空間科學。

對於高層大氣的研究，最常使用的是激光雷達。

對於日冕的研究，使用的儀器有天文望遠鏡、日冕儀、衛星等。

對於磁場的分析，最主要的是利用計算機實現數值模擬。

隨著空間技術的發展，藉助航天器等新的研究手段和方法，空間物理學的研究必將達到一個新的水平，吸引更多的青少年將來投身於航天事業。

研究距地面50公里到2000公里以上的空間區域的物理現象。復蓋整個地球的大氣質量約為5.3×1021克，其90%聚集在離地表15公里高度以下，99.9%在距地面48公里以內。地球大氣的密度、壓力、組分和電磁特性都隨高度而變化，按不同物理特性可分為對流層、平流層、中層、熱層和外層；按組分狀況可分為均勻層和非均勻層；按電磁特性可分為中性層、電離層和磁層；按化學成份特徵還有臭氧層。地球大氣是人類賴以生存的主要環境，與人類的空間活動、軍事活動和科學研究有著密切的關係。在發展航天事業的同時，人們不能不注意到航天發射對大氣層的破壞，會影響人類健康和全球生態平衡。

研究發生在電離層中的電離過程、動力學和光化學等物理過程。地球高層大氣中的分子和原子受太陽產生的電磁輻射與粒子輻射的作用，其外層電子會脫離分子和原子的束縛而電離出來，從而使大氣中出現大量的自由電子、正離子和負離子，形成從宏觀上仍然是中性的等離子體區域，叫電離層，它處在離地表大約60公里至幾千公里高度的一個確定空間。由於電子密度不同，電離層可分成D層、E層和F層。電離層中的帶電粒子在外加電磁場的作用下會發生振動，產生二次輻射，同原來的無線電波外加場矢量相加，使電波向下折射而傳播。超短波（30～300兆赫）的散射傳播會穿透電離層，可用於地面和空間飛行器之間的跟蹤定位、遙測、遙控和通信聯絡。等離子體技術在空間技術（例如等離子體推進）、氫彈及受控熱核反應、磁流體發電等各個方面都有實際應用。

我們知道地球是一個磁體，地磁場與一個棒狀磁體的磁場（偶極場）相似，地磁軸與地球自轉軸的交角為11°。地磁場的主要部分約佔99%的磁場，稱為基本磁場，來源於地球內部；另一部分稱為短期變化磁場，來源於外部，主要是由太陽風與地磁場之間相互作用和高空電流體系引起。太陽風以350～70O公里/秒的速度流向太陽系空間，因而把地磁場壓縮在一個空間區域，形成磁層，其邊界稱磁層頂。磁層頂在向陽面的邊界距地心約10個地球半徑，在背陽面形成磁尾，一直拖延到100個地球半徑以外的行星際空間。磁層的接近地球部分，在地磁場作用下，隨地球一起共轉，形成等離子體層。

磁層的存在對人類進行空間活動有很大的影響。磁層中的粒子（主要成份是質子和電子）與物質發生作用時。可以引起電離、原子位移、化學反應和各種核反應。從而容易損傷空間飛行器、人體和材料等。為了確保航天飛行的安全，必須加強對磁層的研究。

行星際空間是太陽系內行星之間的空間，研究行星際物質的分佈、密度、溫度和磁場等物理性質，是這門學科的主要內容。它闡述太陽風（太陽拋出的高速帶電粒子流）和太陽磁場的形成、運動、在行星際空間的分佈以及對其他行星際物質的作用，這些對推測太陽系的起源、演化都有重要的作用。

研究太陽系中行星大氣層的組成結構以及物理效應。太陽系中，水星、金星、木星、火星、土星、天王星、海王星周圍，都有一定的大氣環繞，其分層類似地球大氣分層。冥王星有無大氣，至今不能斷定。

由於太陽風與行星磁場的相互作用，行星磁場就被限制在一定的空間區域，形成行星磁層。行星磁層就是行星磁層物理學的研究對象。

來自宇宙空間的各種高能微觀粒子——質子（氫原子核）、α粒子（氦原子核），電子、中微子和高能光子（X射線和γ射線）稱為宇宙線。宇宙線物理學研究的是宇宙線的來源、傳播及與星際空間的相互作用，它是我們研究天體演化的一個重要途徑。

太陽物理學包括太陽大氣研究、日震學、天體物理學等各個方面。空間物理學主要研究日冕物質拋射的形成、演化過程以及對行星際磁場和地球磁層、電離層的影響。主要的研究手段就是使用人工日食或者利用衛星觀測的方法研究日冕的變化以及位形，利用編程技術重構日冕模型，得到三維的日冕結構圖像，作進一步分析。