| 北京大學地球與空間科學學院焦維新
我國將于本月發射雙星計劃中的一顆衛星，第二顆衛星于明年發射升空，將對地球空間環境進行探測。
為什麼要探測地球空間
地球空間是指距地球表面大約60公裡以上到幾十個地球半徑的區域。它不同于緊靠地面、產生各種天氣過程的低層大氣，因為地球空間的氣體是部分或完全電離的，也不同于行星際空間，因為地球空間的物質主要源于地球，是地球大氣的一部分。
地球空間的中性氣體非常稀薄，適合于各類衛星運行。但氣體的狀態直接受太陽活動的影響，氣體溫度和密度在短時間內會發生很大的變化，因此影響衛星的軌道和壽命。及時了解地球空間的狀態關系到衛星安全運行和導航、通信和定位的質量，也關系到人類的生存環境。為了時時或接近時時地掌握地球空間環境變化的規律，能像日常的氣象預報那樣，預報地球空間環境短時間內的變化，即進行空間天氣預報，就需要對地球空間進行廣泛的探測。
衛星遙感探測
如果衛星所攜帶的儀器是遙感器，則衛星可以探測距離衛星一定範圍內空間環境的物理參數。目前在地球空間進行遙感探測的衛星主要有“極區”(POLAR)衛星、“成像”(IMAGE)衛星、TIMED衛星以及與全球定位系統衛星(GPS)相配合的低軌衛星星座。
極光是地球空間一道亮麗的風景線。但我們研究極光是為觀察和判斷整個地球空間受太陽活動影響的程度。拍攝一部分區域的極光照片不難，難的是同時拍攝整個極光區。這要求衛星的遠地點在兩極(北極或南極)，且遠地點高度必須達到一定值，否則不能看到極光的全貌。例如，“極區”衛星上的照相機就可以提供整個極區的圖像。
IMAGE意思是對磁層頂到整個極光成像探測，IMAGE成像衛星在可見光、紫外線、Χ射線和射電波段能量對磁層成像，還利用能量中性原子成像技術揭示磁層的特性。
在太空探索中，GPS系統也初露鋒芒。GPS由24顆衛星組成，每顆衛星都不斷地發射信號。如果另發射一顆攜帶GPS接收機的低軌(LEO)衛星，當GPS衛星信號被大氣層遮掩時，信號被大氣折射，大氣密度越高，折射越嚴重。因此，根據大氣折射情況就可以推算出大氣壓強和密度等參數。
GPS系統與LEO衛星星座組合的無線電掩星技術，具有傳統探測方法無法實現的覆蓋全球、連續、穩定、時空分辨率高等獨特優點，可滿足實時和接近實時的軍事氣象和軍事空間天氣保障需求。
雙星探測計劃
我國雙星探測計劃包括兩顆小衛星，赤道衛星的近地點為550公裡，遠地點為66970公裡，軌道傾角為28.5(計劃于本月底發射)；極區衛星的近地點為700公裡，遠地點為39000公裡，傾角為90(計劃于2004年6月發射)。這兩顆衛星相互配合，構成獨立的探測體系。
地球空間的狀態和變化直接受太陽活動的影響，一些爆發性太陽活動可在地球空間產生磁暴、磁層亞暴、極光亞暴和電離層亞暴等空間暴。不同的空間暴在地球的赤道地區和極區有不同的表現形式，通過雙星探測，可以揭示各種空間暴的觸發機制和發展過程。雙星探測與國外目前正在進行的團星探測相配合，可以獲得大尺度的磁層動態特性。由于增加了兩個完全分離的探測點，使得地球空間探測成為兩點加一團的探測，增大了可探測的空間範圍。
未來空間地球空間探測
衛星星座是確定地球空間三維結構的一種理想形式，特別是大數量的衛星星座，在地球空間的各個關鍵位置都設置衛星，這樣可以同時了解整個地球空間的變化，這對于弄清許多懸而未解的重要理論問題是非常重要的。計劃中的地球空間探測以星座探測為主體，且星座的規模比“團星”的更大。
|
