北京大学地球与空间科学学院焦维新

　　我国将于本月发射双星计划中的一颗卫星，第二颗卫星于明年发射升空，将对地球空间环境进行探测。

　　为什么要探测地球空间

　　地球空间是指距地球表面大约60公里以上到几十个地球半径的区域。它不同于紧靠地面、产生各种天气过程的低层大气，因为地球空间的气体是部分或完全电离的，也不同于行星际空间，因为地球空间的物质主要源于地球，是地球大气的一部分。

　　地球空间的中性气体非常稀薄，适合于各类卫星运行。但气体的状态直接受太阳活动的影响，气体温度和密度在短时间内会发生很大的变化，因此影响卫星的轨道和寿命。及时了解地球空间的状态关系到卫星安全运行和导航、通信和定位的质量，也关系到人类的生存环境。为了时时或接近时时地掌握地球空间环境变化的规律，能像日常的气象预报那样，预报地球空间环境短时间内的变化，即进行空间天气预报，就需要对地球空间进行广泛的探测。

　　卫星遥感探测

　　如果卫星所携带的仪器是遥感器，则卫星可以探测距离卫星一定范围内空间环境的物理参数。目前在地球空间进行遥感探测的卫星主要有“极区”（POLAR）卫星、“成像”（IMAGE）卫星、TIMED卫星以及与全球定位系统卫星（GPS）相配合的低轨卫星星座。

　　极光是地球空间一道亮丽的风景线。但我们研究极光是为观察和判断整个地球空间受太阳活动影响的程度。拍摄一部分区域的极光照片不难，难的是同时拍摄整个极光区。这要求卫星的远地点在两极（北极或南极），且远地点高度必须达到一定值，否则不能看到极光的全貌。例如，“极区”卫星上的照相机就可以提供整个极区的图像。

　　IMAGE意思是对磁层顶到整个极光成像探测，IMAGE成像卫星在可见光、紫外线、Χ射线和射电波段能量对磁层成像，还利用能量中性原子成像技术揭示磁层的特性。

　　在太空探索中，GPS系统也初露锋芒。GPS由24颗卫星组成，每颗卫星都不断地发射信号。如果另发射一颗携带GPS接收机的低轨（LEO）卫星，当GPS卫星信号被大气层遮掩时，信号被大气折射，大气密度越高，折射越严重。因此，根据大气折射情况就可以推算出大气压强和密度等参数。

　　GPS系统与LEO卫星星座组合的无线电掩星技术，具有传统探测方法无法实现的覆盖全球、连续、稳定、时空分辨率高等独特优点，可满足实时和接近实时的军事气象和军事空间天气保障需求。

　　双星探测计划

　　我国双星探测计划包括两颗小卫星，赤道卫星的近地点为550公里，远地点为66970公里，轨道倾角为28．5（计划于本月底发射）；极区卫星的近地点为700公里，远地点为39000公里，倾角为90（计划于2004年6月发射）。这两颗卫星相互配合，构成独立的探测体系。

　　地球空间的状态和变化直接受太阳活动的影响，一些爆发性太阳活动可在地球空间产生磁暴、磁层亚暴、极光亚暴和电离层亚暴等空间暴。不同的空间暴在地球的赤道地区和极区有不同的表现形式，通过双星探测，可以揭示各种空间暴的触发机制和发展过程。双星探测与国外目前正在进行的团星探测相配合，可以获得大尺度的磁层动态特性。由于增加了两个完全分离的探测点，使得地球空间探测成为两点加一团的探测，增大了可探测的空间范围。

　　未来空间地球空间探测

　　卫星星座是确定地球空间三维结构的一种理想形式，特别是大数量的卫星星座，在地球空间的各个关键位置都设置卫星，这样可以同时了解整个地球空间的变化，这对于弄清许多悬而未解的重要理论问题是非常重要的。计划中的地球空间探测以星座探测为主体，且星座的规模比“团星”的更大。