1、太空探索的复习题。 名词解释地球空间：靠近行星地球、受太阳辐射变化直接影响的空间区域，是大气层的一部分，从距地表面约 60 公里开始扩展到几十个地球半径以外的空间。其外边界是太阳风与地磁场相互作用形成的。地球空间包括高层大气、电离层和磁层。电离层突然骚扰：一种来势很猛但持续时间不长（一般为几分钟至几小时）的扰动，它仅发生在日照面电离层的 D 层。这种扰动由太阳耀斑引起，耀斑区发出的强烈远紫外辐射和 X 射线，大约 8 分钟后到达地球，使地球向阳面电离层特别是 D 层中的电子密度突然增大。这种现象称为电离层突然骚扰。辐射带：地球周围空间大量高能带电粒子的聚集区称为地球辐射带，又称为 Vallen
2、 辐射带，它分为内外两个带，它们在向阳面和背阳面各有一个区，内辐射带是离地面较近，其中心位置到地心的距离约 1.5 个地球半径，而外辐射带离地面较远，中心离开地心距约在 34 个地球半径。向阳面和背阳面的内外辐射带的粒子环境在空间上并不是完全对称的。地磁活动指数：描述一定时间段内地磁扰动强度的一种分级指标，或某类磁扰（见地球变化磁场）强度的一种物理量。时间段均按世界时划分。磁暴：当太阳表面活动旺盛，特别是在太阳黑子极大期时，太阳表面的闪焰爆发次数也会增加，闪焰爆发时会辐射出 X 射线、紫外线、可见光及高能量的质子和电子束。其中的带电粒子（质子、电子）形成的电流冲击地球磁场，引起全球范围内地磁场
3、剧烈扰动，扰动时间持续十几小时到几天。太阳耀斑：太阳耀斑（Solar flare）定义为发生在太阳表面局部区域中突然和大规模的磁能释放过程。一次大耀斑释放的能量很高，持续时间从几十秒到几小时不等。主要特征是电磁辐射急剧增大在很强的耀斑期间，紫外和 X 射线辐射可增强 100 倍。在太阳活动高年，每周大约能观测到一次耀斑。日冕物质抛射：即 CME，日冕物质抛射是从太阳的日冕层抛射出来的物质以超过逃逸速度的速度飞向星际的现象，通常可以使用日冕仪在白光下观察到抛射出来的物质主要是电子和质子组成的等离子体（此外还有少量的重元素，例如氦，氧和铁）伴随着日冕磁场。太阳风：太阳风是一种连续存在、来自太阳并以
4、 200-800km/s 的速度运动的等离子体流。这种物质虽然与地球上的空气不同，不是由气体的分子组成，而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子质子和电子等组成，但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似，所以称它为太阳风。行星：通 常 指 自 身 不 发 光 、 环 绕 着 恒 星 的 天 体 。1、必须是围绕恒星运转的天体；2、质量必须足够大,它自身的吸引力必须和自转速度平衡使其呈圆球状；3、必须清除轨道附近区域,公转轨道范围内不能有比它更大的天体。一般来说，行星的直径必须在 800 公里以上，质量必须在 5 亿亿吨以上。柯伊伯带（kuiper belt）：即开珀带，在海王星轨道以外的太
5、阳系边缘地带，充满了微小冰封的物体的一个带状区域，它们是原始太阳星云的残留物，也是短周期彗星的来源地。1. 地球空间的主要特征：它是受太阳风和地球磁场双重作用而形成的，特性非常复杂。它是非对称的，是动态的；它主要受太阳风和行星际条件的影响来控制，所谓行星际的条件就是太阳风引起了行星际的扰动，和地球相接触的行星际的空间发生变化，地球磁场就会间接地被影响而发生变化。地球空间各层次之间相互联系，磁层当中的任何一部分发生变化，整个磁层都会发生变化。另外磁层内部也不是很安宁，例如辐射带周围有一些场向变流，还有环电流，在磁层内部还通常发生一些亚暴，即小的磁场的爆发，这样的爆发的频率一天可以发生十几次，所以
6、就像一个中等的地震的能量释放出来，此外磁层还会发生日变化。地球空间变化对技术系统的影响：地球大气层在太阳辐射的紫外线、X 射线等作用下形成电离层，无线电通讯的无线电波就是靠电离层的反射向远距离传播的。当太阳活动剧烈，特别是耀斑爆发时，在向阳的半球，太阳射来的强 X 射线、紫外线等，使电离层 D 层变厚，造成一些短波却在穿过时被 D 层强烈吸收受到衰减甚至中断，这就是“电离层突然骚扰”。这些反应几乎与大耀斑的爆发同时出现，因为电磁波的传播速度就是光速，大约 8 分多钟即可由太阳到达地球表面，所以反应非常快。经过一段肘间以后耀斑产生的带电的高能粒子逐渐到达地球，它们受地球磁场的作用向地磁极两极运动
7、，因而影响极区的电离层，造成高纬度地区的雷达和无线电通讯的骚扰，甚至中断。这被称为“极盖吸收”和“极光带吸收”，它的影响时间较长。扰动地球磁场，产生磁暴现象。磁暴是地磁场的强烈扰动，磁场强度可以变化很大，地球空间的磁层顶面可由距地心 811 个地球半径被压缩到 57 个地球半径，磁暴的发生对人类活动，特别对与地磁有关的工作都会受到影响。它会使罗盘磁针摇摆，不能正确指示方向，影响到海上航行之船、空中正在飞的飞机。对航天活动的影响：大耀斑出现时射出的高能量质子，对航天活动有极大的破坏性。高能质子达到地球附近肘，特别是容易到达无辐射带保护的极区，会影响极区飞行；如遇卫星则对卫星上的仪器设备有破坏作用
8、；太阳能电地在高能质子的轰击下，性能会严重衰退以至不能工作；如遇在飞船外工作的宇航员将危及生命。2. 太阳的爆发性活动及其对地球的影响：太阳的爆发性活动有太阳耀斑和日冕物质抛射。 对地球影响最大的太阳活动现象是耀斑的爆发。其定义为发生在太阳表面局部区域中突然和大规模的磁能释放过程。一次大耀斑释放的能量很高，持续时间从几十秒到几小时不等。主要特征是电磁辐射急剧增大在很强的耀斑期间，紫外和 X 射线辐射可增强 100 倍。在太阳活动高年，每周大约能观测到一次耀斑。耀斑的高能电磁辐射和粒子辐射会在地球空间产生强烈的地球物理效应，主要有电离层突然骚扰、地磁效应、地磁暴等。大的太阳耀斑会对地球空间进行三
9、轮“攻击”。首先，耀斑所产生的 X 射线暴以光速飞向地球，使向阳面电离层的电离增强，短波通信受到干扰甚至完全中断。其次是质子和电子以接近于光速的速度，在耀斑发生 30 分钟左右到达地球空间，破坏卫星功能。1998 年 5 月，一个强的高能电子暴使美国的通信卫星“银河 4 号”失效，导致美国部分州之间的信用卡业务中断，部分地区的电视节目中断。高能粒子还会危害航天员的健康，并且对航空飞行员和旅客也会带来损伤。第三轮攻击是太阳风，它们在耀斑发生 2 天至 3 天到达地球的磁层，可在地球空间产生磁暴。由于日冕气体温度很高，足以克服太阳引力而离开太阳，这个外流的等离子体称为太阳风，主要由质子和电子组成。
10、磁暴是全球范围内地磁场的剧烈扰动，扰动持续时间在十几小时到几十小时之间。磁暴能够破坏输电系统。1989 年 3 月，一个强磁暴使加拿大魁北克的一个巨大电力系统损坏，6 百万居民停电达 9 小时，光是电力损失就达 2 千万千瓦，直接经济损失约 5 亿美元。另外，太阳耀斑产生的紫外线和 X 射线以光速运动，在离开耀斑位置仅 8 分钟就到达地球。高层大气对太阳耀斑产生的紫外线和 X 射线暴的直接响应，是几分钟到几小时的时间内在向阳半球电离的突然增加，短波和中波无线电信号立即衰落甚至完全中断，这种现象为突发电离层骚扰，电离层扰动严重影响通讯的例子屡见不鲜。1989 年 3 月的大磁暴期间，在低纬的无线
11、电通讯几乎完全失效，轮船、飞机的导航系统失灵。太阳强粒子辐射还会对人类生存环境产生影响。1965 年 2 月和 1972 年 8 月曾发生过两次大的质子事件，前一次使地面的中子数约增加了 90 倍，大气中的碳 14 同位素增加了 10%，后一次使平流层中的臭氧长时期地减少 15%。而高能电子在大气层会产生氮的化合物，直接影响全球臭氧的分布。耀斑对气象和水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响。日冕物质抛射，即 CME，是太阳低日冕中的物质瞬时向外膨胀或向外喷射的现象。在太阳活动峰年，太阳每天大约发生 3 次 CME ；在太阳活动低年，大约每 5 天发生一次 CME。当它们与地球的磁层相遇时，会
12、使磁层产生强烈地扰动。CME 有时伴随耀斑，但通常单独发生。耀斑有时伴随 CME，但有时也单独发生。CME 通常是产生大的非重现性磁暴的源。日冕物质抛射对地球空间的影响主要有磁暴、高能电子暴及太阳能量质子事件。大的非重现磁暴通常伴随着 CME 产生的太阳风扰动。太阳能量质子事件则起因于 CME 驱动的行星际激波加速太阳风粒子，并且在激波前、后以及 CME 本身常发现强磁场。当周围的风或在 CME 中压缩的磁场有相当大的南向分量时，将产生大的地磁暴。抛射物抵达地球可能会扰乱地球磁层，使地球层压缩延伸成尾状，并将大量能量注入地球上层大气，此过程会造成特别强的极光。日冕物质抛射事件伴随着耀斑，会破坏
13、无限电的传输，造成能量耗损，并对人造卫星和电力传输线造成损害。3. 近年来火星探索获得哪些关于火星有水的新证据？1.极盖水冰成分：极区表面最上层是水冰和干冰以及尘埃的极冠，冰极冠下面是层状沉积。2.雷达观测结果：火星南极富含冰的沉积层厚度分布观测结果沉积区主要由水冰构成，根据观测结果，沉积层内总的水冰体积等效于覆盖整个火星 11 米深的水层。3.陨石坑底部的证据：散布在火星崎岖表面的撞击坑显示，火星快车在赤道附近发现有次表层水冰。这些水冰的纯度可能高达 99%，而不是科学家以前认为的由肮脏的灰尘和冰构成的混合物。4. 火星大气成分观测：火星大气一些区域含有水蒸气和甲烷4. 另外还有表明火星历史
14、上存在水的证据：外流河道外流河道在源区有几十公里宽，下游可扩展到几百公里。流量率估计是地球最大河流密西西比河的 1 万倍。陨石坑被冲刷痕迹根据在 Chryse 盆地产生的水流冲击的情况，估计古代火星上有大量的水，现在也许渗到地下。如果是这样，那么当火星温度升高时，将会流出来。还有一些陨石坑可能是在软的、浸水的地面形成的，因为陨石坑有突起的图形围绕着，说明在陨石撞击时，这些地方是潮湿或浸透水的。含水矿物。根据“机遇”号提供的证据”，火星岩石中含有硫酸盐、岩石中的洞（一些扁平的洞穿过岩石，表明在岩石中曾存在含盐矿物的晶体，后来在水的冲蚀下形成了洞。）、岩石交错层（形成交错层只有三种可能：风、火山尘
15、埃和水；这些层不总是平行的，称交错层，某些层的厚度不超过手指，还有凹进去的特征。因此，这些层很可能是溶于水的矿物经沉积而成。）、“蓝莓果”（原来解释有三种可能：漂浮的大气中的火山灰、流星撞击产生的熔化岩石凝结、水带着溶解的矿物，沉积成颗粒。若是前两种情况，小球的分布应具有某种方向性。但小球不是集中在外露岩石特殊层内，而是不规则的，前两种可能性比较小。）。还有勇气号发现的赤铁矿和针铁矿，还有一小块火星土壤中富含硅石（只有在有水的环境中，土壤中的硅石含量才可能如此之高。），也是说明火星上存在水的证据。泥石流、多边形地形、沟壑等由水造成的物理特征也说明了火星上可能存在水。4. 新时期月球探索的意义和
16、科学目标：重返月球是在现有和未来可以实现的技术条件下，重新对月球进行全球性、综合性和整体性的探测，进而载人登月。重返月球要对月球进行深入的研究。同时还要开发和利用月球资源、能源及特殊环境，建立月球基地，以月球为跳板逐步开展深空探测。 具体说来有以下意义：科学意义：月球本身的科学价值、利用月球的特殊环境开展的科学活动、人类重返月球产生的新学科；探索准备：验证新技术、将月球作为探索更远天体的中转站；开发资源：月球上有氦-3，是由太阳风带来的。这些 He-3 数十亿年来在月壤中越积越多，现在大概有 100 万吨到 500 万吨。 中国一年的发电量，只需要不超过 10 吨的 He-3 ，而全世界的需求
17、约在 100 吨左右。月球可以提供人类社会用上万年的能源需求，这是有巨大前景的一种资源。激励学生：一个有活力的太空探索计划能吸引公众，激发生探索太空的热情，有利于培养高科技人才，迎接未来的挑战。月球探索的科学目标：新时期的月球探测：嫦娥奔月计划（中国，启动于 2007.10)；月球勘察轨道器（美国，2008.10）；Chadrayan-1（印度,2008)；美国计划 20182020 年载人探月；英国与德国准备独自探月（英国科学家称，英国将很快开始其首次探月行动，可能在 2010 年前单独向月球发射探测器。2007 年 3 月 3 日，英国泰晤士报披露了德国的探月计划，称德国计划于 2013年
18、左右向月球发射高精度轨道探测器）5. 太空灾害的类型及其特点：1、灾害性空间天气：威胁在轨航天器安全、影响通信、导航、定位、破坏扰乱地面输电系统、影响地下管线、威胁人类生存环境。特点：受太阳活动影响较大，有一定的周期性。2、轨道碎片：来源于人类进行太空技术实践例如运载火箭箭体、废弃的卫星、解体的航天器、反卫星武器试验，分布于地球周围的球面空间，密密麻麻。这些轨道碎片威胁现有航天器的安全，减轻危害的措施有减轻太空碎片影响的措施（1）跟踪观测（2）建模与预报（3）回收（4）在大气层内烧毁。3、流星体：来自行星际空间的尘粒和固体块称为流星体(Meteroite)。流星体闯入地球大气圈同大气摩擦燃烧产
19、生的光迹称流星(Meteor)。每天都约有数十亿、上百亿流星体进入地球大气，它们总质量可达 20 吨。流星的种类：单个流星、火流星、流星雨几种。单个流星的出现时间和方向没有什么规律，又叫偶发流星。火流星属偶发流星，它出现时非常明亮，像条火龙且可能伴有爆炸声，有的甚至白昼可见。流星体的坠落可能威胁人类社会安全。4、近地天体撞击：可能撞击地球的近地天体有近地小行星和短周期彗星，统称作近地天体 NEOs，另外 10%是长周期的彗星（周期大于 200 年）。当然太阳系外不速之客也有可能撞击地球。其危害程度与星体大小有关，概率也不同：星体撞击地球表面前破碎，动能耗散在大气中，产生的影响是局域的；星体直接
20、撞击地球表面，形成陨石坑；其影响也主要是局域的。大的星体直接撞击地球表面，形成全球性扩散的灰尘，对气候产生重要的、短期的影响，对碰撞地区还有由于爆炸所产生的破坏性影响。一般是直径大于 10m 的 NEO 才能撞击地球表面，其破坏力相当于广岛原子弹的几倍；出现几率：每 10 年一次；直径大于 50m 的 NEO 撞击地面时，释放的能量相当于 12 千万吨级核弹；出现几率：每 300 年一次；直径约 100 米的星体平均每千年撞击地球数次，其动能相当于亿吨 TNT 当量；造成全球灾难的 NEO 直径的临界值是 1 km；发生几率：每 3050 万年一次。6. 探索太空的航天器的主要类型、各自的特点
21、和用途类型划分：根据是否载人分为：载人航天器：载人飞船、航天飞机和空间站；不载人航天器：卫星、飞船（行星探测器）；根据目标和飞行方式分为：科学卫星（Satellite）：用于对地球空间、行星际空间和太阳进行科学观测种类:地球空间探测卫星、太阳和太阳风观测卫星和空间对地观测卫星。其中地球空间探测卫星，按探测方式分: 就地(in situ) 和遥感探测。就地探测的优点是: 探测仪器直接与待测的对象接触,准确度比较高；缺点是:(1)如果是单星探测 ,只能探测沿卫星轨道的物理参数 (2)不能区分物理量的空间变化和时间变化。遥感探测的优点是:可同时获得距离卫星不同区域的物理参数；缺点是:探测结果与理论模
22、式有关,准确度受到限制。空间站（Space station）：长期生活和工作的基地，有利于进行持续的空间探索试验。飞越飞船（Flyby spacecraft）：例如旅行者、星尘、水手系列、先锋系列、冥王星-开泊带快车，通过飞越一个天体的方法实现对其观测。轨道器（Orbiter ）：围绕行星运行的航天器，典型代表有：卡西尼土星轨道器、火星勘查轨道器、麦哲伦金星轨道器，主要用途是更换、修理航天站上的仪器设备。补给消耗品，从航天站取回资料和空间加工的产品等。由于它专门来往于各个空间站，又被称为“太空拖船”。大气层探测器（Atmospheric Probe）：例如惠更斯探测器、伽利略大气层探测器，探测
23、各个天体的大气成分；着陆器（Lander）：例如 Viking（海盗）Mars Landers 、Venera 13（金星）Venus Lander、猎兔犬 2 号，可以实现对行星表面的探测。漫游器（Rover ）：例如火星探路者、勇气号与机遇号，实现全方位的、可移动的、可遥控的行星表面的探索；穿进器（Penetrator）：Deep Impact (深度撞击)、Ice Pick (探测欧罗巴) 、Lunar-A (探测月球)太空观测台(Observator )： 例如哈勃空间望远镜、钱德拉 X-射线观测台、康普顿射线观测台等等，太空观测台的目的是进行空间天文观测，但并没有将其发射到观测目标附近，而是位于以地球或太阳为中心的轨道。跟踪与数据中继卫星（Tracking and Data Relay Satellite ）：转发地面站对中、低轨道航天器的跟踪、遥控信息和转发航天器发回地面的数据的通信卫星。例如我国的天链一号。
