¿Qué es Exploración física espacial?

Exploración para el estudio de fenómenos y procesos físicos espaciales fuera de la atmósfera terrestre. La exploración de la física espacial y sus resultados son el principal medio y la base para la investigación de la física espacial.

Aunque el establecimiento de una estación de observación en tierra para la observación es un aspecto importante de la detección física espacial, no se puede detectar directamente ni describir cuantitativamente varias cantidades físicas en el espacio y sus relaciones.

La aparición de cohetes y satélites terrestres artificiales ha permitido a las personas enviar varios instrumentos al espacio para su detección directa, lo que hace que la física espacial se convierta rápidamente en un tema independiente.

El desarrollo de la exploración física espacial de cohetes y satélites ha pasado aproximadamente por dos etapas. La primera etapa consiste en hacer una descripción cuantitativa de los fenómenos físicos espaciales, principalmente para comprender el estado promedio de la física espacial, y utilizar instrumentos relativamente simples para medir la estructura básica de la atmósfera terrestre, la ionosfera, la magnetosfera y el espacio interplanetario, y establecer en esta base .

El modelo de la atmósfera superior, el modelo de la ionosfera, el modelo del cinturón de radiación y el espectro solar han descubierto la estructura en forma de abanico del campo magnético interplanetario y han establecido un modelo del viento solar.

La segunda etapa consiste en analizar las leyes del proceso físico del espacio para comprender las razones de la formación y el cambio del estado físico del espacio.

Además de ampliar el rango de detección y mejorar el nivel de detección del instrumento, también se ha desarrollado desde una detección aislada de un solo satélite hasta una detección conjunta de múltiples satélites (ver el satélite "Explorador internacional solar-terrestre").

Las ventajas de la medición conjunta de múltiples satélites son: Puede distinguir si la cantidad física medida cambia con el tiempo o con el espacio; Puede juzgar si la cantidad física es estacionaria o en movimiento, y medir su dirección y velocidad de movimiento; Puede ser utilizado en diferentes áreas, se analizan los resultados de la medición al mismo tiempo y se estudia la relación causal entre las cantidades físicas de las dos regiones.

En la segunda etapa, también se llevaron a cabo experimentos activos, es decir, se utilizaron métodos artificiales para destruir el estado de equilibrio del entorno físico espacial, y luego se observó el proceso dinámico de su restauración del equilibrio.

Este método es propicio para resaltar uno o algunos de los muchos parámetros físicos para estudiar y descubrir sus leyes.

Los principales objetos de la exploración de la física espacial incluyen partículas neutras, partículas cargadas de alta energía, plasma, partículas sólidas, ondas electromagnéticas de baja frecuencia y ondas de plasma, campos magnéticos y campos eléctricos.

Partículas neutras "La atmósfera de la tierra, ciertos planetas y algunos satélites se componen principalmente de átomos y moléculas neutrales. También hay algunas partículas neutras en el espacio interplanetario.

El método de detección consiste en muestrear directamente con un espectrómetro de masas para analizar la composición y densidad de las partículas neutras, o calcular la densidad atmosférica en función de los cambios en la órbita del satélite causados por la resistencia atmosférica. Estados Unidos ha lanzado satélites dedicados a medir la densidad atmosférica.

Partículas cargadas de alta energíaHay una gran cantidad de partículas cargadas de alta energía , como electrones, protones e iones pesados en el espacio. Los instrumentos de detección utilizados son: Contador Geiger-Müller, contador proporcional y cámara de ionización por ionización de gas; Contador de semiconductores; Detector Cerenkov.

Úselos solos para medir el flujo y el espectro de energía de las partículas cargadas; en combinación, puede medir la composición de las partículas y la distribución angular. La mayoría de los primeros satélites de exploración espacial tenían instrumentos para medir partículas cargadas de alta energía.

Plasma: la mayor parte de la materia en el espacio existe en forma de plasma. La ionosfera de la tierra y el viento solar están compuestos de plasma, y también hay varias regiones densas de plasma en la magnetosfera. Debido a la falta de comprensión del mismo en el pasado, el trabajo de medición de plasma se llevó a cabo relativamente tarde.

Hay dos tipos de instrumentos que miden directamente el plasma: un tipo calcula la densidad y temperatura del plasma en función de la corriente generada por las partículas cargadas que caen sobre el sensor, como cilindros de Faraday, analizadores de potencial de desaceleración y trampas de iones; el otro tipo son sondas Aguja, a través de los cambios de alimentación provocados por la aplicación de diferentes voltajes en la sonda para estimar los parámetros del plasma.

Partículas sólidas “En el sistema solar, además de planetas y asteroides, también hay una gran cantidad de diminutas partículas sólidas que se mueven en órbita alrededor del Sol. Estas partículas sólidas se llaman micrometeoroides.

Los métodos de medición comúnmente utilizados son: Utilizar el impacto de partículas para generar un efecto piezoeléctrico; Utilizar partículas para descargar el condensador entre las dos placas del condensador; Utilizar partículas para hacer que el material emita luz; Utilizar partículas para penetrar la barrera de luz para generar pequeños agujeros para dejar pasar la luz del sol; Utilice las partículas para hacer pequeños agujeros en la película de plástico y analícela con un microscopio después de reciclarla.

Ondas electromagnéticas de baja frecuencia y ondas de plasma "Elproceso inestable del plasma espacial y los cambios en el campo electromagnético excitarán ondas electromagnéticas y ondas de plasma de varias frecuencias.

Las fluctuaciones con frecuencias por debajo de unos pocos hercios generalmente se miden con un magnetómetro y las fluctuaciones con una frecuencia más alta se miden con un receptor.

Campo magnético El campo magnético es uno de los parámetros importantes del entorno espacial. Los instrumentos para detectar campos magnéticos incluyen magnetómetros de bobina, magnetómetros de compuerta de flujo, magnetómetros de precesión de protones y magnetómetros de bomba óptica.

Campo eléctricoEn comparación con otros proyectos, la medición del campo eléctrico en el espacio se ha realizado tarde, porque la intensidad del campo eléctrico en el espacio es generalmente de unos pocos milivoltios / metro, y el potencial de la aeronave en relación con el plasma circundante es generalmente tan de varios voltios, lo que dificulta enormemente la medición directa.

El principio de la medición del campo eléctrico es: dos polos se extienden simétricamente desde el satélite y la intensidad del campo eléctrico se puede obtener midiendo la diferencia de potencial entre los dos extremos del polo.

El experimento activo tiene un método de liberación de nubes de bario De acuerdo con la velocidad de deriva de los iones de bario bajo la acción de un campo electromagnético, se calcula la dirección y magnitud del campo eléctrico.

Para detectar el entorno físico espacial, Estados Unidos, la Unión Soviética y otros países han lanzado satélites de detección física espacial.