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高层大气模式

  不同时间、不同太阳活动和地磁活动条件下,高层大气参数的空间分布的描述。它的表现形式是图表和公式,也可将计算程序和数据组储存于计算机中,由计算机完成运算。这里的高层大气模式主要是指高层中性大气模式。大气模式主要分为两类,一类是标准大气,标准大气的早期定义是在遵从理想气体定律和流体静力学方程的条件下,假设的一种大气温度、压力和密度的垂直分布,粗略地反映一年内中纬度大气的平均状况。在美国把标准大气的高度逐步扩展后,对标准大气作如下的补充说明:标准大气需要考虑地球的自转,大气参数值是昼夜变化、半年变化以及从活动到宁静的地磁条件和活动到平静的太阳活动条件下的平均值,并且在湍流层顶以上各种气体成分满足各自的流体静力学平衡方程。概括地说,美国标准大气表示的是在中等太阳活动条件下,从地球表面到1000km高度中纬区域理想化的、稳态地球大气平均状态下的剖面,其中最具代表性的是美国标准大气 1962、美国标准大气增补1966和一直延用至现在的美国标准大气 1976。另一类是描述地球中性大气随地理位置、时间及太阳活动和地磁扰动而变化的参考大气。最具代表性的是CIRA、Jacchia(含MET模式)和MSIS系列的参考大气。CIRA系列模式是国际空间委员会(COSPAR)推荐并通过的国际参考大气,到目前为止,这一系列已发展了四个版本。Jacchia系列模式是以卫星轨道衰变推算的大气密度数据为基础建立的,这一系列已发展了五个模式,其中的马歇尔工程用热层模式(MET)是NASA/MSFC全球参考大气GRAM-95的重要组成部分。MSIS系列模式以卫星、火箭质谱计和地面非相干散射雷达测量结果为基础建立的,这一系列已发展了五个版本,COSPAR 选择其中的MSIS 86作为CIRA 1986的热层模式的重要部分,而MSIS 90 把模式的高度范围扩大到地面,主要为了用于跨越几个大气边界的研究。这些模式一般给出了高层大气温度、压力、密度、压力标高和密度标高、各种主要中性气体成分的数密度、总数密度和平均分子量的高层大气状态参数。此外,有的模式给出了风场,其中最典型的是HWM系列高层大气风场模式,已有三个版本。

                        (撰写:田剑华 修订: 审订:都 亨)

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辐射带模式

  利用现代计算机手段对空间探测到的辐射带数据,进行分析、加工和处理,而成的辐射带平均分布状态的数学描述。从60年代初期,美国航空航天局(NASA)就开始利用卫星探测资料编制辐射带模式,包括辐射电子和质子两个模式。随着空间探测的深入,探测数据的覆盖时间、空间和能量分布不断拓宽,辐射带模式得到不断改进和完善,形成了一系列辐射带电子AE和质子AP模式。目前最新的辐射带模式是AE8电子模式和AP8质子模式,它们各自包含太阳活动峰年和低年两个模式。值得指出的是,目前辐射带模式仍存在很大局限性,其空间范围、能量范围还不能彻底涵盖整个地球辐射带。目前的辐射带模式为一静态模式,不能反映辐射带的动态变化,而且辐射带也存在着长期变化,利用七十年代的探测数据制成的模式反映现在的辐射带状况有一定的偏差。

(撰写:都亨、叶宗海 修订:韩建伟)

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电离层模式

  电离层模式是定量给出电离层的参量、变化特征及其分布的模式。它是空间环境模式中出现最早的模式之一,电离层的观测与研究已有近百年的历史,有关电离层的模式多种多样,既有经验模式,也有理论模式;既有具体层区的模式也有具体地理区域上空的电离层模式,但国际上通用的参考性模式是国际参考电离层(IRI)。
  国际参考电离层是一个全球的电离层经验模式,是利用全球地面几百个电离层观测站的及卫星的观测资料,由国际无线电科联和空间研究委员会(URSI /COSPAR)联合从60年代后期开始发展建立的。随着观测数据的不断增多和理论研究的深入,不断推出(Fortran程序)国际参考电离层的新IRI版本。它能提供全球电离层在给定的太阳活动条件各有关特征参量(电子密度,临界频率,电子温度,离子温度,离子成份和相对浓度,碰撞频率以及各层区的最大电子密度或临界频率,相应高度,总电子含量等)月平均的小时值;电子密度剖面; 临界频率变化图;世界范围内某一高度上的电子密度等值线;电子密度在高度-磁纬空间的对数等值线分布图(见附图)。它与具体时刻实测值偏差可达25%。它适用条件是:高度50~2000 km,纬度≤|±60°|的区域,太阳黑子数R12(12个月的流动平均)≤150。不适用于电离层不均匀结构的特征表述。国际参考电离层被广泛应用于科学、工程和教育等领域。                

(撰写:古士芬 修订: 审订:都 亨)

  附图是R12=150,春季(4月)L.T.=20.0h时的电离层电子密度在高度-磁纬空间的对数等值线分布图。

图表出处: 都 亨 叶宗海 主编 《低轨道航天器空间环境手册》北京:国防工业出版社.1996.141(f)

图表出处: 都 亨 叶宗海 主编 《低轨道航天器空间环境手册》北京:国防工业出版社.1996.141(f)

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地磁场模式

  地磁场模式是地磁场参量空间分布的定量描述。地磁场由起源地球内部的基本磁场和起源于地球球附近电流系的外源场组成。因此地磁场模式一般也分为两类,一类是描述基本磁场分布的基本磁场模式,另一类是描述外源场分布的外源场模式。地球的基本磁场可以表达为球谐级数和的形式,根据磁场探测数据拟合得到一组球谐级数的高斯系数,就得到一个基本磁场的分布模式。目前国际上最通用的基本磁场模式是国际参照磁场模式(IGRF)。它是地磁和高空物理协会IAGA每五年根据地磁场的探测数据,给出一组高斯系数表示基本磁场的模式。外源场模式一般通过建立各种外部电流系的电流模型计算外源场的大小和分布。由于外源场变化复杂, 用模式描述与时间相关的外源场很困难, 目前尚无可以反映瞬时情况的外源场模式,只存在若干一定扰动条件下的平均外源场模式。在低轨道空间环境中,基本磁场是地磁场的主要部分,基本磁场模式就可较好的反映空间磁场的分布。6个地球半径以外,必须考虑外源场对地磁场的贡献。
                      

(撰写:师立勤 修订: 审订:都 亨)

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X射线望远镜

  它是观测宇宙天体所辐射的X射线的仪器。由于地球大气对X射线的强烈吸收作用,使得对天体所辐射的X射线的观测只能在地球大气层外进行,也就是说,X射线望远镜是装置在航天器上的观测宇宙天体所辐射的X射线的仪器。它具体有X射线成象望远镜和”爱因斯坦”X射线望远镜 (Ein-stein Observatory X-ray telescope)。

  X射线成象望远镜(X-ray imaging telescope)是一种使天体X射线辐射成象的仪器。由于X射线极易被介质吸收并且介质对于X射线折射率近于1的特性,X射线成像望远镜用反射系统,不用折射系统,常使射线以掠射方式(即入射射线与镜面夹角非常小)射入镜面,因此X射线成像望远镜又叫”掠射式X望远镜”。为了减少象差,望远镜的光学系统由几个同轴共焦的旋转圆锥面叠套而成。望远镜的像成在焦平面上。焦平面上的辐射用辐射接收器接收。常用的辐射接收器有:乳胶、正比计数器和X射线图象转换器等。

   “爱因斯坦”X射线望远镜 ,它是一种直径约58厘米的掠射式X射线望远镜,在0.25-4千电子伏范围工作。望远镜是四个同心圆柱体叠套而成的圆柱体,锥角不大。前面是抛物面,后面是双曲面。集光面积比抛光面积小得多。从锥体出来的X射成象在焦平面上。视场75′。中心区分辨率为2″。焦面平上的象由四架仪器轮流记录。这四架仪器是:(1)高分辨率成象器(照相机):中心视场的像以数学方式记录在”照片上”。(2)大视场正比计数器:分辨率为1′。(3)高分辨率晶体分光计。(4)固体分光计:能量分辨率不高,但灵敏度很高,适宜于探测点源。

                  (撰写:不清 选取:古士芬 审订:都 亨)

参考文献:中国空间科学学会编《空间科学词典》,北京:科学出版社.1987.402

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