地球系统科学导论（行星空间）学习笔记

〇、行星探索的历史

  1. 开普勒定律
    • 第一定律：行星绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳处于椭圆的一个焦点上
    • 第二定律：连接行星和太阳的径向矢量在相等的时间内扫过的面积相等
    • 第三定律：行星绕太阳的公转周期（年）的平方等于轨道半主轴（a，AU）的立方
  2. 拉格朗日点
    • L1：物体的轨道周期恰好等于地球的轨道周期
    • L2：物体的轨道周期恰好等于地球的轨道周期。燃料消耗少。探测器、天体望远镜定位和观测太阳系的理想位置
  3. 会合轨道周期
    • \(\frac{1}{S}=\frac{1}{P}-\frac{1}{P_E}\)（\(P_E\)为地球周期，\(P\)为某行星周期）
  4. 人类探索太空历史
    • 第一个洲际弹道导弹，P-7导弹，苏联
    • 第一个人造卫星，Sputinik 1，苏联
    • 首次登月，阿波罗11号，美国

一、 行星空间环境的源头：太阳

1.1 太阳的内部结构和太阳大气结构

  1. 基本概念（应该背下来）
    • 太阳年龄：\(4.57\times 10^9\ y\)
    • 太阳半径：\(695990\ km=109R_{\oplus}\)（\(\oplus\)：地球）
    • 太阳质量：\(1.989\times 10^{33}\ gm=333000 R_{\oplus}\)
    • 中心温度：\(15600000\ K\)
    • 日核密度：\(150\ g/cm^3=8\rho_{gold}\)
    • 日核成分：\(35\%\ H,63\% \ He,2\%\ Others\)（按质量计）
    • 表面成分：\(70\%\ H,28\% \ He,2\%\ Others\)（按质量计）
    • 表面温度：\(5770\ K\)
    • 表面密度：\(2.07\times 10^{-7}\ g/cm^3=1.6\times 10^{-4} \rho_{air}\)
  2. 能量来源：核聚变
    • pp反应
    • CNO循环反应
  3. 内部结构（由内向外）
    • 日核：核聚变的场所
    • 辐射区：能量通过热辐射向外传播
    • 对流区：能量通过对流运动向外传播
    • 能量由内向外传输，所以由内向外温度逐渐减低，密度逐渐减小
  4. 大气结构（由内向外）
    • 温度密度变化：在过渡区，温度快速上升，密度快速降低
    • 光球层
      • 肉眼可见，地球上\(99\%\)的可见光和红外辐射的源头
      • 只有几百公里厚度
      • 临边昏暗
        • 现象：太阳圆面的亮度从中心向边缘逐渐暗弱
        • 原因：温度密度变化图光球层段有一温度由内向外下降
      • 太阳黑子
        • 黑子处有集中的磁场
        • 强磁场抑制了等离子体向外对流，从而抑制了的热量传导，所以温度较低（颜色黑）
      • 米粒组织
        • 从太阳对流层上升到表面光球层的热气团
        • 直径约为\(1000-3000\ km\)
        • 存在时间大约为\(8-20\ min\)
        • 太阳内部的热量，通过米粒组织的对流向外传递，在米粒中心物质垂直上升，随着能量向外辐射，温度下降，改为向四周水平运动，到米粒组织边缘在垂直下降，重新吸收太阳能量
      • 超米粒组织
        • 一种更大尺度的对流元，直径约为\(20000-30000\ km\)
        • 寿命大约为一天
        • 每个元胞的中心，物质以相对较慢的速度做上升运动，水平流向元胞边界。在边界处，等离子体向下运动将磁场拉回深层对流区
        • 起因暂且未知
    • 色球层
      • 对可见光透明，需要用特定的单色光（红外、紫外）观测
      • \(\sim 2000\ km\)厚
      • 日珥
        • 由于磁环而悬浮在太阳表面的密集物质云
        • 可以静止存在数天甚至数周
      • 暗条：日珥在日面上投影
      • 针状物：遍及色球网络的、小的喷射状爆发（15分钟）
      • 耀斑
        • 太阳亮度突然、快速且强烈的变化
        • 常常伴随日珥爆发和大规模的能量释放过程
    • 日冕
      • 最外层
      • \(\sim 1000000\ km\)厚
      • 覆盖X射线到无线电波的整个电磁波段
      • 极羽
        • 日冕的延伸结构，出现在两极
      • 日冕环
        • 围绕活动区的黑子，伴随太阳表面闭合磁力线
        • 寿命几天到几周
      • 冕洞
        • 日冕的低温，低密度区域
        • 紫外线和X射线波段可见（X射线中暗的区域）
        • 分为：孤立、极区、延伸三种
        • 寿命长

1.2 太阳磁场和太阳周期

  1. 太阳磁场
    • 全球尺度：偶极
    • 表面\(10-100\ Gauss\)
    • 大尺度：极区上为开放区域，赤道上为封闭区域
    • 中尺度：活动区、日珥、（米粒或超米粒）网络，大的偶极群
    • 小尺度：主要与黑子和瞬现区相关联
    • 微小尺度：在米粒间的暗径上形成的
  2. 冕洞磁场
    • 向行星际空间开放的单极
  3. 较差自转
    • 发电机理论：
      • 太阳内部的等离子体环向运动产生极向磁场，形成主体偶极场。
      • 由于太阳的较差自转，极向磁场被拉伸缠绕成环向场形成环绕日冕的环向磁场。
      • 环向磁场上浮时发生扭缠产生小尺度的极向场。穿透光球产生黑子。
  4. 太阳黑子和活动区
    • 形成：内部磁场浮出表面，形成活动区（黑子区域）
    • 黑子往往连接正负磁场
    • 黑子数与活动周
      • 黑子周期长的可达13.3年，短的7.3年，平均10.8年
    • 黑子演化“蝴蝶图”
      • 太阳活动周开始时，黑子主要出现在南北纬约35°处
      • 太阳活动周结束时，黑子通常出现在赤道附近
      • 太阳活动峰年，黑子通常在南北纬约15°处
      • 黑子峰值1-2年后，太阳南北磁场反转
    • 太阳磁极翻转与Hale Cycle
      • 太阳南北磁极一直变化，极性交替之时，黑子数最多，太阳活动最剧烈
      • 反转周期大致是22年（太阳活动周的两倍）

1.3 太阳活动和太阳爆发

  1. 太阳活动
    • 光球层：黑子
    • 色球层：耀斑
    • 日冕：日冕物质抛射
  2. 太阳耀斑
    • 第十个太阳周期时，卡灵顿事件，全球极光记录
    • 分级：
      • A：\(<10^{-7}\ W/m^2\)（X射线峰值流量）小耀斑
      • B：\(10^{-7}-10^{-6}\) 小耀斑
      • C：\(10^{-6}-10^{-5}\) 小耀斑
      • M：\(10^{-5}-10^{-4}\) 中耀斑
      • X：\(>10^{-4}\) 大耀斑
    • 耀斑加速粒子模型：耀斑磁重联模型（CSHKP）
      • 磁重联，重联点辐射硬X射线
  3. 日冕物质抛射（CME）
    • 巨大的、携带磁力线的日冕物质，几个小时内被太阳抛射出来
    • 爆发正对地球时，爆发出的物质在1-3天到达地球后于地球磁场、大气相互作用
    • 形态上有环状、泡状、云状、束流状、射线状等。环状最多
    • 结构上：
      • 亮外环：高密度，足点基本上位于日面固定位置
      • 暗空腔：被环所包围的有较强磁场的低密度区域
      • 亮内核：腔内的由低密度物质构成，通常是日珥物质
    • CME爆发过程
      1. 能量积累
      2. 日珥上升
      3. 磁重联和电流片
      4. 日珥爆发
      5. 恢复平静
    • 也可能有多个CME爆发的过程

1.4 太阳的空间观测卫星

  1. SOHO（1995）
    • 地球与太阳间的L1点，与地球轨道的卫星相比：
      • 连续得对日观测，不会被地球遮挡
      • 避免地球大气对光线的吸收和散射
      • 在地球磁层外，适合局地观测太阳风
    • 仪器
      • 极紫外望远镜（EIT）
        • 研究低层日冕的结构和活动
      • 大角度分光日冕观测仪（LASCO）
        • 通过人造日食来研究日冕的结构和演化
      • 麦克逊多普勒成像仪（MDI）
        • 测量光球中速度和磁场，了解形成太阳内部外层的对流区、控制日冕结构的磁场
      • 紫外日冕观测分光计（UVCS）
        • 测量日冕的温度和密度
      • 日冕诊断分光计（CDS）
        • 测量日冕的温度密度以及速度
      • SWAN
        • 测量太阳风的质量通量，绘制日球层的密度图，并观察太阳风流的大尺度结构
      • CELIAS
        • 研究太阳风的电荷、元素、和同位素分析系统
  2. RHESSI（2002）
    • 研究太阳耀斑的高能粒子
    • 600km地球轨道
  3. HINODE（2006）
    • 9个月连续观测
    • 仪器
      • Solar Optical Telescope（SOT）
        • 光学望远镜（第一台太空大型望远镜）
      • X-ray Telescope（XRT）
        • 不同温度的日冕图
      • Extreme-ultraviolet Imaging Spectrometer（EIS）
        • 测量气体穿越太阳大气层多快
  4. STEREO（2006）
    • STEREO-A(Ahead)、STEREO-B(Behind)
    • 首次观测到太阳360度全景
    • 2014年STEREO-B寄了
    • 仪器
      • 日地关系日冕与日球层观测仪（SECCHI）
        • 拍摄图像，来重建3D的CME形态
        • EUVI（极紫外成像）
        • COR1（内部日冕仪）
        • COR2（外部日冕仪）
        • HI（日球层成像）
      • STEREO/Waves（SWAVES）
        • 测量粒子和波形，研究太阳射电暴
      • In-situ Measurements of Particles and CME Transients（IMPACT）
        • 粒子/日冕物质抛射原位测量仪
      • Plasma and and Superthermal lon Composition（PLASTIC）
        • 局地的等离子体与超热粒子成分分析仪
  5. SDO（2010）
    • 36000km地球同步轨道
    • 仪器
      • 日震与磁成像仪（HMI）
      • 太阳大气成像组件（AIA）
      • 极紫外线变化实验仪（EVE）
  6. Parker Solar Probe（2018）
    • 0.04Au近距离探测太阳日冕
    • 仪器
      • FIELDS：局地太阳风电磁场
      • WISPR：大结构太阳风日冕成像
      • SWEAP：局地太阳风温度、密度、速度、组成成分
      • ISOIS：局地高能粒子：电子、质子、离子
  7. Solar Orbiter（2020）
    • 对太阳南北两极细致成像观测
  8. 羲和号（2021）
    • 我国第一颗太阳探测实验卫星
    • 首次太阳H alpha光谱成像的空间观测
  9. 先进天基太阳天文台（ASO-S）（夸父一号）（2022）
    • 我国第一颗综合性太阳探测卫星
    • 太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射（一磁两暴）的形成及关系

二、行星际空间和空间天气学

2.1 行星和行星际空间的探测卫星

  1. 日球层：向外扩张的太阳风及行星际介质
    • 结构
      • 终止激波
      • 日鞘层
      • 日球层顶
      • 弓激波
    • 银河宇宙线的传播受太阳风和冻结在其中的行星际磁场的影响
  2. Ulysses（1990）
    • 绕太阳运行并在所有纬度进行研究（“快速纬度扫描”）
    • 绕木星的重力辅助机动，使得航天器轨道倾角改变
  3. Helios A/B（1974/1976）
    • 德国宇航局+NASA
    • 近日点在水星轨道之内
  4. Pioneer 10（1972）
    • 研究小行星带、木星、太阳风、宇宙射线等。
    • 首次拜访木星的探测器
    • 首个使用核能源的飞船
    • 第一个离开八大行星范围的人造物体
  5. Pioneer 11（1973）
    • 研究小行星带、木星和土星的环境、太阳风和宇宙射线
    • 首次拜访土星的探测器
  6. Voyager 1/2（1977）
    • 先 2 后 1
    • 旅行者一号是距离地球最远的人造物体
    • 离开了太阳系
  7. New Horizons（2006）
    • 研究伊伯带天体、冥王星
    • 曾被木星重力辅助

2.2 一些基本的磁流体概念

  1. 等离子体压（Plasma Pressure）
    • \(P=nk_BT\)
  2. 磁压（Magnetic Pressure）
    • 理想MHD洛伦兹力：\(\mathbf{J\times B}=-\frac{1}{\mu_0}\mathbf{B}\times(\nabla \times \mathbf{B})\)
    • \(\mathbf{J\times B}=-\nabla(\frac{B^2}{2\mu_0})+\frac{1}{\mu_0}\nabla\cdot(\mathbf{BB})\)
      • 右式第一个是磁场压强，第二个是磁场应力张量
    • \(P_{mag}=\frac{B^2}{2\mu_0}\)
  3. 等离子体β值（Plasma β）
    • 等离子体压/磁压
    • \(\beta\propto\frac{nT}{B^2}\)
      • 光球层：\(\beta>1\)
      • 日冕：\(\beta<1\)
      • 太阳风加速区：\(\beta>1\)
  4. 磁冻结原理
    • 穿过\(S\)面的磁通量是：\(\Psi=\int_S\mathbf{B}\cdot d\mathbf{S}\)
    • 影响\(\frac{d\Psi}{dt}\)的有两个东西：
      • \(S\)保持固定时\(\mathbf{B}\)的变化：
        • \(\frac{d\Psi_1}{dt}=\int_S\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}\cdot d\mathbf{S}=-c\int_S(\nabla\times\mathbf{E})\cdot d\mathbf{S}=-c\oint_C\mathbf{E}\cdot d\mathbf{l}\)
      • \(C\)随等离子体移动时扫出的通量：
        • \(\frac{d\Psi_2}{dt}=\oint\mathbf{B\cdot V}\times d\mathbf{l}=-\oint\mathbf{V\times B}\cdot d\mathbf{l}\)
    • 综上：\(\frac{d\Psi}{dt}=-c\oint_C(\mathbf{E}+\frac{\mathbf{V\times B}}{c})\cdot d\mathbf{l}\)
      • 众所周知，在理想MHD中：\(\mathbf{E}+\frac{\mathbf{V\times B}}{c}=0\)
      • 所以：\(\frac{d\Psi}{dt}=0\)
    • 在理想磁流体中，磁场的变化等同于等离子体流体的变化
  5. 磁重联
    • 磁场线断开并重新联结
    • 磁场线拓扑位形发生变化
    • 磁场冻结条件的局部破坏
  6. 磁镜效应
    • 垂直方向粒子动能：\(W=\frac{1}{2}mv_{\perp}^2\)
    • 磁矩：\(\mu=\frac{W}{B_z}=\frac{mv_{\perp}^2}{2B_z}=const\)
  7. 带电粒子的漂移运动
    • 众所周知，洛伦兹力和磁场和速度都垂直

2.3 太阳风Solar Wind和共转相互作用区SIR

  1. 帕克螺旋线（Parker Spirals）
    • 日冕温度高，日冕气体不断向行星际空间膨胀
    • 等离子体中的太阳磁场被膨胀的等离子体携带到行星际空间形成行星际磁场
    • 由于太阳自转，磁力线被缠绕成阿基米德螺旋线形式
  2. 快速太阳风
    • 太阳风速度达到了~600-700 km/s，称为快速太阳风
    • 部分高速流存在至少4个太阳周期
    • 日冕：高速太阳风的源（开放磁场）
      • 日冕洞是太阳日冕中较冷、密度较低的等离子体的临时区域，太阳磁场在此作为开放场延伸到行星际空间
      • 与日冕大部分区域的封闭磁场相比，日冕洞的开放磁场允许太阳风以更快的速度逃逸到太空中
      • 导致日冕洞位置等离子体的温度和密度降低，以及在行星际空间测量的平均太阳风速度增加
  3. SIR的形成
    • 快速太阳风和前面的慢速太阳风作用，形成压缩的等离子体区域（Stream Interaction Regions）
    • 当SIR存在超过一个太阳自转周期再次被观测到时，被称为CIR（Corotating Interaction Region，共转相互作用区）
    • 局地观测特征：
      • 温度升高
      • 密度增大
      • 磁场增强
      • 太阳风从慢到快
    • SIR随距离的变化：
      • 离太阳越近，高速太阳风的前边界越陡峭
    • 日球层电流片的交界往往在SIR的前方
  4. Observations of Solar wind by Ulysses
    • 太阳极小期附近， 开放磁场 的极地日冕洞会产生快速、低密度的风流，而 封闭磁场 的赤道流光区域会产生缓慢、密集的太阳风
    • 在太阳活动最大值，小的、低纬度的日冕洞产生了快风，各种慢风和快风源导致平均纬度变化很小
    • 接近太阳最小值，活动集中在低空，高速太阳风盛行，磁场是偶极的
    • 接近太阳最大值，太阳风更慢、更混乱，磁场波动
    • 从低纬度到 ~40度（南半球）,太阳风速度逐渐变大
      • 快慢太阳风作用区的特征从增强到逐渐减小
  5. 高能粒子与相互作用区
    • 太阳极小期，高能粒子的流量和周期性高速太阳风流相关性极大
    • 粒子在作用区尾部被加速

2.4 行星际日冕物质抛射ICME

  1. 行星际日冕物质抛射（ICME）
    • CME传到行星际空间就叫ICME
    • ICME前面可能有激波
    • 激波和磁云中形成湍动的鞘层
    • 主要结构：
      • 磁绳（Magnetic Flux Rope）
      • 磁云（Magnetic Cloud）
  2. ICME局地观测特征
    • 判断ICME是否具有磁云结构的特征：
      • 增强的磁场
      • 平滑旋转的磁场方向
      • 相对较低的质子或电子温度
  3. 行星际激波
    • 磁场、速度、密度、温度跳变
  4. ICME数目年变化
    • 太阳活动性越强，ICME数目越多，产生伴随激波比率越大

2.5 太阳高能粒子SEP

  1. 太阳系空间的粒子主要由不同能量的质子组成
    • 高能粒子引发辐射反应
    • 深空辐射的主要粒子：
      • 太阳高能粒子（SEP）
      • 银河宇宙射线粒子（GCR）
  2. 太阳高能粒子（SEP）
    • 伴随着太阳爆发现象产生的高能带电粒子流
    • 能量一般在10 KeV~1 GeV（远小于GCR的能量）
    • 以质子和电子为主，还有少量重离子
    • 两种加速模式：
      • 耀斑加速
        • 通过耀斑磁重联
      • 激波加速
    • 太阳高能粒子在行星际空间的传播：
      • 环绕着磁力线走
    • 粒子流量的空间分布
      • \(\omega=\frac{A}{r^2}\)
      • \(dA=r^2 \sin\theta d\theta d\phi\)
      • \(d\omega=\sin\theta d\theta d\phi\)
      • 对各个方向积分得空间总立体角\(4\pi\)
      • 粒子通过单位面积流量：\(Particles/cm^2\)
      • 粒子在单位立体角内流量：\(Particles/sr\)
      • 粒子流量通常定义为：\(Particles/cm^2/sr/sec/MeV\)
    • SEP分为脉冲型和缓变型
  3. 太阳高能粒子地面增强事件（GLE）
    • 极端SEP事件中，高能粒子能到达地球大气层，并与大气发生级联反应，产生大量次级粒子到达表面

2.6 宇宙射线GCR

  1. 银河宇宙线（GCR）
    • 来自银河系中的一种具有相当高能量的带电粒子流
    • 速度接近光速
    • 大部分为质子，少部分氦离子，剩下的占比很小
    • 宇宙射线在太阳系的传播
      • 宇宙射线粒子在向太阳系内传播的过程中，受行星际磁场影响而产生能谱变化
    • 太阳活动极小年流量大，极大年流量小
    • 由太阳爆发引起暂时调制：福布斯下降
    • 由太阳自转的周期性调制

2.7 空间天气

  2. 地球大气结构（从外到内）：
    • 外层（逃逸层）
      • 在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，大多发生电离
    • 热层
      • 受太阳短波辐射，电子能量增加，部分电离
      • 电离过的离子与电子形成电离层，热层顶部形成极光
    • 中间层
    • 平流层
    • 对流层
  3. 电离层（50km~400km）
    • 可以反射无线电波，被利用进行远距离无线电通信
  4. 极光的形成
    • 太阳风与地球磁场作用引起地球磁场变化，以及产生沿磁力线的电流、电场
    • 空间高能带电粒子以及被地球磁层加速的带电粒子沿着磁力线传播，穿透电离层直到地球大气，与地球分子原子相撞，激发电子态
    • 分子、原子退激发，电子从高能级跃迁到低能级，释放能量，发光
    • 主要颜色：
      • 绿色（O）
      • 紫色（N）
  5. 环电流
    • 可以产生感应磁场
  6. 磁暴
    • 极光是地磁扰动在高纬度区域的特征
    • 低纬度区域会使得磁场的地面测量产生很大的变化
    • 一般会在四个低纬度磁性天文台的地磁场水平分量扰动平均值值中获得该⼩时指数称为地磁指数（Dst），表示磁暴大小
      • Dst<-300nT 超强磁暴
      • Dst<-100nT 大磁暴
      • -100nT~-50nT 中磁暴
      • -50nT~-30nT 小磁暴
    • 1859年卡灵顿事件，超强磁暴
    • 每个太阳周期会有2-3个超强磁暴
    • Kp指数
      • 全球地磁台网中13个地磁台站的K指数计算得到
      • 越大表示地磁扰动越强
        • Kp=5,6 为中小地磁暴
        • Kp=7,8,9 为大地磁暴
      • 在Kp指数基础上定义ap指数，表示磁扰变化幅度，单位为纳特斯拉
        • 8个ap指数平均值称为Ap指数，范围0-400，越大表示地磁扰动越强
  7. SIR到来时：
    • 磁场分量Bz上下波动
    • 磁场南向分量增加时，AE指数增加
    • Dst指数减小
  8. 空间天气效应
    • 航天员
      • 生物学效应
    • 航天器
      • 位移损伤效应
      • 单电子效应
      • 总剂量效应
  9. 空间天气危害
    • 卫星坠毁
    • 影响输电系统
    • 信号中断（地面、卫星、飞机、舰艇）
    • 鸽子导航失误

三、行星科学导论

  1. 水星
    • 离太阳距离：\(0.39AU\)
    • 表面充满陨石坑
    • 没有大气层，有内禀磁场
      • 北半球磁场几乎是南半球的三倍
      • 磁场强度只有不到地球磁场的百分之一
      • 超强的太阳风暴可把水星磁层压缩到表面甚至内部
      • 外逸层长期受到太阳风的侵蚀
    • 水星内核占水星尺度很大（\(80\%\)的尺度），长期冷却，导致水星一直缩小
    • 水星探测：
      • 水手10号
      • 信使号
      • Bepicolombo
  2. 金星
    • 离太阳距离：\(0.73AU\)
    • 表面遍布着上千个火山和岩浆岩
    • 金星表面地势平坦，\(80\%\)的表面高度差在\(±1\ km\)以内
    • 大气中充满电闪雷鸣，反照率太阳系最高，导致超级温室效应
      • 大气转速快（超自旋）
    • 表面温度：\(730K(462^\circ C)\),“最热”的行星
    • 几乎没有磁场
      • 金星夜间电离层通常很弱，主要来源是传输过程
      • 磁重联导致大气逃逸，进而演化成今天的样子
    • 表面大气压：\(\sim 95bar\)
    • \(CO_2\) 占大部分
    • 太阳从西边出
    • 没有卫星
    • 金星探测：
      • 前苏联Venera7首次到达表面
  3. 火星
    • 离太阳距离：\(1.52AU\)
    • 没有内禀磁场, 太阳风与电离层作用
      • 没有大尺度磁层
      • 磁场是壳磁场（剩磁）
    • 火星上有板块运动，有太阳系最大的火山——奥林匹斯山
      • 南半球高原，北半球平原
      • 沙尘暴很频繁，导致土壤含铁量高，也使得火星是红色的
    • 大气很薄，表面压强：\(3-14\ mbar\)
    • 火表辐射受表面成分的影响
      • 水含量高的土壤次级辐射较小
    • 两极有冰盖，有水冰，受季节调控
    • \(CO_2\) 占大部分
    • 两颗卫星
  4. 木星
    • 离太阳距离：\(\sim 5.2 AU\)
    • 表面压力：\(>>1000\ bar\)
    • 最强的行星磁场、有辐射带
    • 氢占主要大气成分
  5. 土星
    • 离太阳距离：\(\sim 9.6 AU\)
    • 表面压力：\(>>1000\ bar\)
    • 磁场强度是地球磁场的578倍
    • 磁轴与自转轴几乎重合
    • 氢占主要大气成分
  6. 天王星
    • 离太阳距离：\(\sim 19.2 AU\)
    • 表面压力：\(>>1000\ bar\)
    • 内禀磁场强度是地球磁场的\(0.75\)倍
    • 磁轴与自转轴夹角：\(58.6\)度
    • 氢占主要大气成分
  7. 海王星
    • 离太阳距离：\(\sim 30.1 AU\)
    • 表面压力：\(>>1000\ bar\)
    • 氢占主要大气成分
  8. 月球
    • 没有内禀磁场，表面有剩磁\(\sim 1\ nT\)
    • 基本没有大气：\(10-14\ bar\)
    • 表面直接到太阳风的侵蚀
    • 月球探测的历程
      • 伽利略用望远镜
      • 前苏联无人火箭
      • “阿波罗11号”人类首次登陆
    • 月海（低地）
    • 高地（比月海高出的部分）
    • 环形山（陨石坑）
      • 大坑形成的早，早期撞击坑的密度高
    • 月球起源四种假说：
      1. 分裂说
      2. 捕获说
      3. 共吸积说
      4. 大碰撞说
  9. 太阳系行星分为类地行星和类木行星
  10. 决定行星和空间作用的第一要素是磁场，第二要素是大气
  11. 行星磁场
    • 太阳风与行星的相互作用
      1. 没有大气层和内禀磁场，且是绝缘体（月球）
      2. 有大气层，但没有磁场（彗星、金星、火星和土卫泰坦）
      3. 没有大气层和内禀磁场，有足够好的导电性（可能木卫Europa和Gallisto壳层下液体导电层）
      4. 有足够强的内禀磁场，行星磁场在太阳风作用下形成磁层（水星、地球、木星、土星）
    • 球谐展开法处理磁场
  12. 电离层分层（从内向外）
    • 白天：D、E、F
    • 晚上：E、F
  13. 地球的辐射带
    • 内辐射带（主要是能量超过10MeV质子）
    • 外辐射带（主要由高能电子组成）
  14. 地球磁场的起源
    • 行星发电机（目前很多东西没搞明白）
Science
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地球系统科学导论（行星空间）学习笔记
https://oybdooo.github.io/2023/03/10/地球系统科学导论（行星空间）学习笔记/
作者
OYBDOOO
发布于
2023年3月10日
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