1、空間物理學(xué)Space Physics一、課程基本情況課程類別：專業(yè)任選課課程學(xué)分： 2學(xué)分課程總學(xué)時：32學(xué)時，其中講課：32 學(xué)時，實驗（含上機）：0 學(xué)時，課外0 學(xué)時課程性質(zhì)：選修開課學(xué)期：第5學(xué)期先修課程：高等數(shù)學(xué)，力學(xué)，電磁學(xué)適用專業(yè)：物理學(xué)，應(yīng)用物理學(xué)教 材：自編講義開課單位：物理與光電工程學(xué)院 物理系二、課程性質(zhì)、教學(xué)目標和任務(wù) 近年來，人類的航天、通信、導(dǎo)航、能源輸送等高科技活動越來越依賴于地球大氣層之外的空間狀態(tài)。本課程作為我校物理學(xué)類專業(yè)的特色選修課程之一，以日球?qū)觾?nèi)地球?qū)α鲗右陨系目臻g物質(zhì)的狀態(tài)、性質(zhì)以及運動變化規(guī)律為主線，重點介紹空間等離子體活動的基本現(xiàn)象，包括太陽活動

2、、太陽風(fēng)在行星際空間的傳播，太陽風(fēng)與地球磁層的相互作用、磁層與電離層的耦合等。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生能理解日球?qū)拥入x子體和磁場的基本結(jié)構(gòu)，了解無處不在、形式各異的空間激波；了解到不同高度空間環(huán)境的監(jiān)測技術(shù)及?？臻g物理作為一個研究領(lǐng)域，其開拓性和國際合作性比較強，在本科程的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生可以了解空間物理學(xué)發(fā)展激蕩人心的歷史，增強探索未知的興趣和科學(xué)精神。三、教學(xué)內(nèi)容和要求第1章 空間物理學(xué)簡史（4學(xué)時）1.1 空間觀測歷史（2學(xué)時）（1）了解極光觀測和早期地磁場測量； （2）理解空間物理成為一門科學(xué)的要素； 重點：樸素的空間觀點和科學(xué)的空間物理發(fā)展過程；難點：空間物理科學(xué)觀的要素。1.2 空間探測歷史

3、（2學(xué)時）（1）了解電離層，磁層和太陽風(fēng)的基本圖像； （2）理解行星際物質(zhì)存在的基本形式； （3）掌握日求層各空間區(qū)域劃分規(guī)則。重點：行星際物質(zhì)的等離子體狀態(tài)的基本參數(shù)；難點：宇宙中等離子體狀態(tài)的分區(qū)。第2章 空間等離子體物理基礎(chǔ)（6學(xué)時）2.1等離子體的單粒子運動和集體行為（2學(xué)時）（1）了解無碰撞等離子體中帶電粒子運動的基本特征，及不同層次的描述方式； （2）理解單粒子動力學(xué)方程和粒子集體行為的物理圖像；（3）掌握電磁場中，單粒子牛頓運動方程；等離子體溫度的計算及其統(tǒng)計意義。重點：單粒子軌道；難點：等離子體集體行為。2.2 磁流體力學(xué)（MHD）基本方程及其應(yīng)用（4學(xué)時）了解流體中質(zhì)量、能量

4、和動量守恒律；（2）理解等離子體作為流體的基本條件；MHD中守恒律和Maxwell方程組的基本意義； （3）掌握MHD方程組的基本公式。重點：MDH中的守恒律；難點：MHD方程組及其意義。第3章 太陽活動和太陽風(fēng)（6學(xué)時）3.1 太陽活動的基本概念（3學(xué)時）了解太陽結(jié)構(gòu)，太陽活動的形式，包括太陽黑子、耀斑和日冕物質(zhì)拋射；理解不同太陽活動的觀測特征； （3）掌握太陽活動的主要周期性變化規(guī)律；重點：太陽活動的分類和影響。難點：太陽活動的周期性特征。3.2 太陽風(fēng)的物理特征（3學(xué)時）（1）了解太陽風(fēng)的起源和成份； （2）理解太陽風(fēng)的空間結(jié)構(gòu)特征，包括大尺度結(jié)構(gòu)和小尺度波動； （3）掌握Parker螺

5、旋線方程的推導(dǎo)及其物理圖像；重點：太陽風(fēng)的成份和結(jié)構(gòu)；難點：Parker螺旋線方程。第4章 宇宙射線（4學(xué)時）4.1宇宙線的概念和分類（2學(xué)時）了解宇宙線起源和分類：太陽宇宙線，銀河宇宙線和異常宇宙線掌握地球附近宇宙線通量隨太陽活動變化的規(guī)律。重點：宇宙線分類和起源；難點：宇宙線隨太陽活動的變化規(guī)律。4.2 宇宙線對人類活動的影響（2學(xué)時） （1）了解宇宙射線對航天器、人類健康、大氣環(huán)境和氣候的影響； （2）理解大氣中宇宙線通量的觀測方法；重點：宇宙線的直接和間接效應(yīng)；難點：宇宙線的觀測方法。第5章 磁層與電離層（10學(xué)時）5.1 磁層的起源與形態(tài)（2學(xué)時）（1）了解類地行星的磁層形成原因；

6、（2）理解太陽風(fēng)與行星磁層相互作用的基本等離子體過程； （3）掌握地球磁層的形態(tài)特征。重點：磁層的起源；難點：磁層等離子體和磁場的空間分布和運動特征。5.2 磁暴和亞暴（2學(xué)時）（1）了解磁暴和亞暴的現(xiàn)象； （2）理解磁暴、亞暴產(chǎn)生的物理過程； （3）掌握以Dst指數(shù)為標準的磁暴分類法。重點：Dst指數(shù)為標準的磁暴分類法；難點：磁暴、亞暴產(chǎn)生的物理過程。5.3 輻射帶（2學(xué)時）（1）了解輻射帶的探測歷史，人工輻射帶的構(gòu)建； （2）理解輻射帶的形成機制，及帶內(nèi)粒子的運動規(guī)律； （3）掌握輻射帶的基本特征。重點：輻射帶的探測方法，帶內(nèi)粒子運動規(guī)律；難點：輻射帶的形成機制。5.4 電離層（4學(xué)時）（

7、1）了解電離層的觀測，磁層-電離層耦合機制。（2）理解電離層的形成機制和特征參量； （3）掌握電離層變化的周期性（日、季、年）及其擾動機制（行擾、突擾、閃爍）；重點：電離層形成機制和變化規(guī)律；難點：電離層變化及其對通信的影響，磁層電離層耦合機制。第6章 再回日球?qū)樱?學(xué)時）6.1日球?qū)舆吔纾?學(xué)時）（1）了解日球?qū)拥淖钚绿綔y結(jié)果與預(yù)測； （2）理解日球?qū)禹數(shù)幕靖拍?；重點：日球?qū)拥淖钚绿綔y現(xiàn)狀；難點：日球?qū)舆吔绲奶綔y現(xiàn)象和推論。6.2 日球?qū)有求w概況和等離子體環(huán)境（1學(xué)時）（1）了解太陽和行星探測的最新動態(tài)； （2）掌握日球?qū)觾?nèi)星體特征和空間環(huán)境特點。重點：火星探測與移民；難點：日球?qū)虞椛洵h(huán)境。四、課程考核（1）作業(yè)等：作業(yè)6次，課程論文2篇；（2）考核方式：論文+作業(yè)（3）總評成績計算方式：（平時作業(yè)成績30%、2篇論文各50%）五、參考書目1. Margaret G. Kivelson Christopher T. Russell, Introduction to space physics, Cambr