Space physics

Введение

Исследование естественно возникающей плазмы в атмосфере Земли и космосе Космическая физика, также известная как космическая физика плазмы, - это изучение естественно возникающих плазм в верхних слоях атмосферы Земли и остальной части Солнечной системы. Включает в себя темы аэрономии, полярных сияний, планетарных ионосфер и магнитосфер, радиационных поясов и космической погоды (в совокупности известных как солнечная земная физика). Она также охватывает дисциплину гелиофизики, которая изучает солнечную физику Солнца, его солнечный ветер, проблему коронального нагрева, солнечные энергетические частицы и гелиосферу. Космическая физика - это как чистая наука, так и прикладная наука, с применением в радиопередаче, эксплуатации космических аппаратов (особенно спутников связи и погоды) и в метеорологии. Важные физические процессы в космической физике включают магнитное воссоединение, синхротронное излучение, кольцевые токи, волны Альфвена и нестабильность плазмы. Он изучается с использованием прямых измерений на месте с помощью зондирующих ракет и космических аппаратов, косвенного дистанционного зондирования электромагнитного излучения, производимого плазмами, и теоретической магнитогидродинамики. Близко связанные области включают физику плазмы, которая изучает более фундаментальную физику и искусственные плазмы; физику атмосферы, которая исследует более низкие уровни атмосферы Земли; и астрофизические плазмы, которые являются естественными плазмами за пределами Солнечной системы.

История

Физика космоса может быть прослежена до китайцев, которые открыли принцип компаса, но не понимали, как он работает. В 16 веке Уильям Гилберт в своей книге "De Magnete" впервые описал магнитное поле Земли, показав, что Земля сама по себе является большим магнитом, что объясняет, почему игла компаса указывает на север. Отклонения магнитного отклонения иглы компаса были зафиксированы на навигационных картах, и подробное изучение отклонения вблизи Лондона часовым Джорджем Грэмом привело к открытию нерегулярных магнитных колебаний, которые мы теперь называем магнитными бурями, так названными Александром фон Гумбольдтом. Гаус и Уильям Вебер очень тщательно измерили магнитное поле Земли, которое показало систематические изменения и случайные колебания. Это предполагало, что Земля не является изолированным телом, но находится под влиянием внешних сил, особенно от Солнца и появления солнечных пятен. Связь между отдельными полярными сияниями и сопутствующими геомагнитными возмущениями была замечена Андерсом Цельсием и Олофом Питером Хиортером в 1747 году. В 1860 году Элиас Лумис (1811-1889) показал, что наибольшая частота полярных сияний наблюдается внутри овала 20 25 градусов вокруг магнитного полюса. В 1881 году Герман Фриц опубликовал карту "изохазма" или линий постоянного магнитного поля. В конце 1870-х годов Анри Беккерель предложил первое физическое объяснение статистических корреляций, которые были зарегистрированы: солнечные пятна должны быть источником быстрых протонов. Они направляются к полюсам магнитным полем Земли. В начале двадцатого века эти идеи привели Кристиана Биркеланда к созданию террелла, или лабораторного устройства, которое имитирует магнитное поле Земли в вакуумной камере, и которое использует катедовую трубку для имитации энергетических частиц, которые составляют солнечный ветер. Началась теория взаимодействия магнитного поля Земли и солнечного ветра. Однако космическая физика не начала развиваться всерьез до тех пор, пока в начале 1950-х годов не были сделаны первые измерения на месте, когда команда во главе с Ван Алленом запустила первые ракеты на высоту около 110 км. Гейгеры на борту второго советского спутника, "Спутника-2", и первого американского спутника, "Эксплорера-1", обнаружили радиационные пояса Земли, позже названные поясами Ван Аллена. Граница между магнитным полем Земли и межпланетным пространством была изучена "Эксплорером 10". Будущие космические корабли будут путешествовать за пределы орбиты Земли и изучать состав и структуру солнечного ветра гораздо более подробно. К ним относятся WIND (космический аппарат), (1994), Advanced Composition Explorer (ACE), Ulysses, межзвездный исследователь границ (IBEX) в 2008 году и Parker Solar Probe. Другие космические аппараты изучали бы Солнце, например, STEREO и Солнечная и гелиосферная обсерватория (SOHO).

Space physics can be traced to the Chinese who discovered the principle of the compass, but did not understand how it worked. During the 16th century, in De Magnete, William Gilbert gave the first description of the Earth's magnetic field, showing that the Earth itself is a great magnet, which explained why a compass needle points north. Deviations of the compass needle magnetic declination were recorded on navigation charts, and a detailed study of the declination near London by watchmaker George Graham resulted in the discovery of irregular magnetic fluctuations that we now call magnetic storms, so named by Alexander Von Humboldt. Gauss and William Weber made very careful measurements of Earth's magnetic field which showed systematic variations and random fluctuations. This suggested that the Earth was not an isolated body, but was influenced by external forces – especially from the Sun and the appearance of sunspots. A relationship between individual aurora and accompanying geomagnetic disturbances was noticed by Anders Celsius and Olof Peter Hiorter in 1747. In 1860, Elias Loomis (1811–1889) showed that the highest incidence of aurora is seen inside an oval of 20 25 degrees around the magnetic pole. In 1881, Hermann Fritz published a map of the "isochasms" or lines of constant magnetic field. In the late 1870s, Henri Becquerel offered the first physical explanation for the statistical correlations that had been recorded: sunspots must be a source of fast protons. They are guided to the poles by the Earth's magnetic field. In the early twentieth century, these ideas led Kristian Birkeland to build a terrella, or laboratory device which simulates the Earth's magnetic field in a vacuum chamber, and which uses a cathode ray tube to simulate the energetic particles which compose the solar wind. A theory began to be formulated about the interaction between the Earth's magnetic field and the solar wind. Space physics did not begin in earnest, however, until the first in situ measurements in the early 1950s, when a team led by Van Allen launched the first rockets to a height around 110 km. Geiger counters on board the second Soviet satellite, Sputnik 2, and the first US satellite, Explorer 1, detected the Earth's radiation belts, later named the Van Allen belts. The boundary between the Earth's magnetic field and interplanetary space was studied by Explorer 10. Future space craft would travel outside Earth orbit and study the composition and structure of the solar wind in much greater detail. These include WIND (spacecraft), (1994), Advanced Composition Explorer (ACE), Ulysses, the Interstellar Boundary Explorer (IBEX) in 2008, and Parker Solar Probe. Other spacecraft would study the sun, such as STEREO and Solar and Heliospheric Observatory (SOHO).