对行星际空间的探测
太阳系内的广阔行星际空间﹐到处充满着物质﹑辐射和力场。它们具有极为复杂的时空分布特性。在行星周围空间,由于行星及其大气和磁场的影响,物质﹑辐射和力场的分布特性与远离行星的空间颇不相同。
行星际空间的特点是存在着低密度的等离子体,充满着所有波长的天体电磁辐射和不同能量的粒子辐射,并渗透着行星际磁场。行星际空间探测的任务是弄清整个太阳系内等离子体﹑电磁辐射的分布变化以及同行星的相互作用。行星际空间探测也是研究太阳系起源和演化的重要手段。
20世纪60年代初期,美国和苏联发射了多种行星和行星际探测器,分别探测了金星、火星、水星、木星和土星,以及行星际空间和彗星。在行星际空间探测方面,取得了如下一些发现。
行星周围的磁场和辐射带
由于太阳风的作用﹐地球磁场被限制在一定区域内﹐这个区域称为地球磁层。向日面磁力线被太阳风压向地球﹐这个方向的磁层边界(称为磁层顶)离地面8~11个地球半径( 1个地球半径约为6371. 3千米) 。背日面磁力线被太阳风吹散﹑拉长﹐像彗星尾巴那样散布在空间,延伸到几百个地球半径之外﹐称为磁尾。
行星际监测站1号首先证实磁层顶之外有地球弓形激波存在﹐并发现磁尾存在中性片(即电流片) 。在这不大于1个地球半径的中性片内,磁场方向陡然改变。对于太阳系其他行星的磁场和辐射带也进行过探测。最初的月球探测器和探测金星﹑火星的“水手号”曾得出月球、金星﹑火星没有辐射带和磁场(或几乎没有磁场)的结论。后来﹐“阿波罗”11号和“阿波罗”12号以及苏联“月球号”都证实月球有一个极小的磁场。
苏联“火星”2号和“火星”3号的探测表明,火星赤道磁场强度约为地球磁场强度的千分之一。对金星的探测也表明,金星有弱磁场。据“水手”10号探测的初步分析,水星磁场比月球强得多,约为地球磁场的百分之一。根据“先驱者”10号探测,木星存在相当强大而复杂的磁场,木星辐射带延伸广度也大大超过地球辐射带。
太阳风
20世纪50年代﹐人们根据对彗星尾迹的研究﹐曾提出太阳不断发射出稳定的粒子流﹐在耀斑爆发期间还发射附加的带电粒子。1958年,人们把这种稳定粒子流定名为太阳风。
对太阳风的直接测量﹐在苏联是从1959年发射“月球”2号和“月球”3号开始的﹐美国则是从1961年发射“探险者”10号和“探险者”12号开始的。
“探险者”10号证实了苏联的太阳风观测。“探险者”12号不但证实太阳风始终存在﹐而且还观测到太阳爆发后若干分钟到达地球的高能粒子和两天后相继到达的能量大于3兆电子伏的微粒,这些粒子叠加在太阳风上。1962~1969年期间﹐ “探险者”12号对太阳风的静态特性和时空变化进行了大量的测量。这些测量表明﹐太阳风同太阳活动有最密切的关系﹐几乎观测到的全部太阳风参量(通量﹑成分﹑电子与质子的密度﹑电子与质子的温度﹑磁场强度等)都有起伏,这是太阳活动造成的太阳风的空间不均匀性和随时间的变化。另外,在太阳风中还观测到日地间激波和磁流间断等现象﹐这是行星际等离子体和流体相似的证据。观测表明,它们可能是流入太阳系的星际中性气体。
行星际的固体物质
包括微流星和质量更小的宇宙尘。利用空间飞行器很容易记录到质量甚至小于10-15克的粒子,并可从100千米以上高度处直接获得流星粒子样品,决定其物理化学性质。
据“火星”1号得到的直到离地球4500万千米的流星撞击记录,发现空间流星物质分布很不均匀。在没有已知流星雨影响时,质量大于10-7克的粒子平均每秒内每平方厘米撞击2 ×10-5次,而在空间一定区域的有限时间内,可低于10-6~10-7次,在流星雨中则增大到10-1~10-5次。据目前一些探测记录,月球附近和地球周围的宇宙尘密度似乎比行星际高。原来预计小行星带内宇宙尘密度会相当大,但“先驱者”10号穿过小行星带时,仪器并没有记录到尘埃密度的明显变化。
行星际磁场
空间飞行器观测获得的资料说明行星际磁场方向的特征是扇形结构。行星际监测站1号的观测首先揭示﹐行星际磁场先在连续几天之内有一个主要方向(朝向太阳或背离太阳) ,几天以后又改变为另一个主要方向﹐因而呈现出扇形结构。两个扇形之间的边界非常薄(不大于15万千米) 。行星际监测站1号观测以及行星际监测站3号与“先驱者”6号的同时观测都得出如下结果﹕扇形结构随太阳旋转﹐呈现27天的周期性。当扇形边界扫过地球时﹐观测到辐射带﹑地磁活动等方面有相应的变化。