日地空间物理未解决的前沿问题

人类经过了数千年的努力，从陆地走向海洋，飞上蓝天。以1957年成功地发射第一颗人造地球卫星为标志，人类进入了太空，开始了太空时代。近50年来人类发射了几千颗卫星，为人类提供了通讯、导航、气象、资源勘探等方面的服务，已经成为人类生活不可缺少的部分。 <p>　　</p><p>　　然而，肩负重任的各类卫星在太空却面临及其严酷的环境，卫星不断被破坏。就像地面上有电闪雷鸣，刮风下雨一样，地球空间中也有类似的现象。例如地球磁层亚暴过程中，大量的带电粒子象疾风骤雨一样从地球磁尾（即背离太阳一侧）向地球冲过来。这些电子能够导致卫星充电，严重时可以将卫星充电到几万伏高压，最后导致卫星放电被烧毁。地球磁暴过程中，围绕地球形成了一个巨大的电流环，其强度可以达到几百万安培。这个巨大的电流通过地磁场的剧烈变化可以在地面上感应出巨大电流，将地面上输油管道，供电线路烧毁。伴随着磁暴产生的高能粒子，可以象子弹一样击毁卫星上部件。例如： </p><p>　　</p><p>　　1991年7月7日，欧洲遥感卫星上的CMOS器件被烧毁，精确测速测距装置破坏，卫星停止了工作。 </p><p>　　</p><p>　　1997年1月11日，美国AT&amp;T公司的Telstar401卫星被太阳活动引起的空间环境扰动损坏，导致北美的寻呼机和长途电话大范围中断，通讯中断的影响甚至波及到了金融、股票正常的运行。 </p><p>　　</p><p>　　1998年5月的一次太阳耀斑爆发后，当日冕物资抛射/磁云扫过地球时，在地球磁层(L=2-7)引起了持续几周的新的相对论性电子辐射带，德国科学卫星EQUATOR－S和美国商业卫星GALAXY－4遭受高能电子的轰击而深层充电，于5月1日和19日先后报废。 </p><p>　　为了避免和减少人类航天活动的损失和危险，就需要对空间环境发生的各种物理过程有一个深入的了解，进而就像预报地面上刮风下雨一样，实现对空间环境中各种重要灾害性事件进行监测和预报。 </p><p>　　</p><p>　　所以地球空间并不是静止的，它是太阳活动的影响下经常处于剧烈的扰动状态中，称为地球空间暴。其中磁层空间暴(包括磁层亚暴，磁暴和磁层粒子暴等)是地球空间暴的最重要部分，也是一些其它地球空间暴的产生源头。在地球两极地区发生的极光就是磁层亚暴的一种表现形式。这些与人类活动密切相关的磁层空间暴的产生机制和发展规律目前还不为人类所了解。以刘振兴院士为首的中国科学家提出的地球空间双星探测计划的科学目标就瞄准了这一最有挑战性的重大科学问题。 </p><br />