Космическая физика , также известная как физика космической плазмы , представляет собой исследование естественной плазмы в верхних слоях атмосферы Земли и остальной части Солнечной системы . Он включает в себя темы аэрономии , полярных сияний , планетарных ионосфер и магнитосфер , радиационных поясов и космической погоды (известных под общим названием солнечно-земной физики [1] ). Он также включает в себя дисциплину гелиофизики , которая изучает физику Солнца , его солнечный ветер , проблему нагрева короны , солнечные энергетические частицы и гелиосферу .
Космическая физика — это одновременно чистая наука и прикладная наука , имеющая применение в радиопередаче , эксплуатации космических аппаратов (особенно спутников связи и погодных спутников ) и в метеорологии . Важные физические процессы в космической физике включают магнитное пересоединение , синхротронное излучение , кольцевые токи , альфвеновские волны и нестабильность плазмы . Оно изучается с помощью прямых измерений на месте с помощью зондирующих ракет и космических аппаратов, [2] косвенного дистанционного зондирования электромагнитного излучения плазмы и теоретической магнитогидродинамики .
Тесно связанные области включают физику плазмы , которая изучает более фундаментальную физику и искусственную плазму; физика атмосферы , которая исследует нижние уровни атмосферы Земли; и астрофизическая плазма , которая является естественной плазмой за пределами Солнечной системы.
Космическую физику можно проследить до китайцев, которые открыли принцип компаса , но не поняли, как он работает. В 16 веке в книге «Де Магнете » Уильям Гилберт дал первое описание магнитного поля Земли , показав, что Земля сама по себе является великим магнитом, что объяснило, почему стрелка компаса указывает на север. Отклонения магнитного склонения стрелки компаса фиксировались на навигационных картах, а детальное изучение склонения вблизи Лондона часовщиком Джорджем Грэмом привело к открытию нерегулярных магнитных колебаний, которые мы теперь называем магнитными бурями, названными так Александром фон Гумбольдтом . Гаусс и Уильям Вебер провели очень тщательные измерения магнитного поля Земли, которые показали систематические изменения и случайные колебания. Это предполагало, что Земля не была изолированным телом, а находилась под влиянием внешних сил – особенно со стороны Солнца и появления солнечных пятен . Связь между отдельными полярными сияниями и сопровождающими их геомагнитными возмущениями была замечена Андерсом Цельсом и Улофом Петером Хиортером в 1747 году. В 1860 году Элиас Лумис (1811–1889) показал, что наибольшая частота полярных сияний наблюдается внутри овала 20–25 градусов вокруг полярного сияния. магнитный полюс. В 1881 году Герман Фриц опубликовал карту «изохазм» или линий постоянного магнитного поля.
В конце 1870-х годов Анри Беккерель предложил первое физическое объяснение зарегистрированных статистических корреляций: солнечные пятна должны быть источником быстрых протонов. К полюсам их ведет магнитное поле Земли. В начале двадцатого века эти идеи побудили Кристиана Биркеланда построить терреллу или лабораторное устройство, которое имитирует магнитное поле Земли в вакуумной камере и которое использует электронно-лучевую трубку для моделирования энергетических частиц, составляющих солнечный ветер. Начала формулироваться теория о взаимодействии магнитного поля Земли и солнечного ветра.
Однако космическая физика всерьез не начиналась до первых измерений на месте в начале 1950-х годов, когда группа под руководством Ван Аллена запустила первые ракеты на высоту около 110 км. Счетчики Гейгера на борту второго советского спутника « Спутник-2» и первого американского спутника « Эксплорер-1» обнаружили радиационные пояса Земли, [3] позже названные поясами Ван Аллена . Границу между магнитным полем Земли и межпланетным пространством исследовал «Эксплорер-10» . Будущие космические корабли будут выходить за пределы околоземной орбиты и более подробно изучать состав и структуру солнечного ветра. К ним относятся WIND (космический корабль) (1994 г.), Advanced Composition Explorer (ACE), Ulysses , Interstellar Boundary Explorer (IBEX) в 2008 г. и Parker Solar Probe . Другие космические корабли будут изучать Солнце, такие как STEREO и Солнечная и гелиосферная обсерватория (SOHO).
СМИ, связанные с космической физикой, на Викискладе?