行星空间物理  070802M05004H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:戎昭金,袁憧憬,柴立晖
授课时间: 星期二,第3、4 节
授课地点: 教二楼323
授课周次: 3、4、5、6、7、8、9、10、12、13、14、15
授课时间: 星期五,第3、4 节
授课地点: 教二楼323
授课周次: 3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15
授课时间: 星期六,第3、4 节
授课地点: 教二楼323
授课周次: 11
课程编号: 070802M05004H 课时: 50 学分: 3.00
课程属性: 专业普及课 主讲教师:戎昭金,袁憧憬,柴立晖 助教:范开
英文名称: Planetary Space Physics 召集人:

教学目的、要求

行星空间物理是在地球空间物理的基础上发展而来,旨在帮助理解地球空间环境以及太阳系行星空间的普遍规律。本课程遵循这一学科自身发展过程,讲授思路以地球空间环境作为切入点,展开介绍行星空间环境各方面的物理过程,最后带领学生从比较行星学的角度重新思考地球的空间环境。讲授重点为各行星空间环境的共性与差异,及其背后的主要物理过程。


1-2学时 绪言及学科发展简史 (第3周上)
1. 行星空间物理概述
2. 行星空间物理发展简史

3-4学时 日球层空间等离子体环境 (第3周下)
1. 太阳及其表面活动特征
2. 太阳风及其行星际空间环境

5-6学时 地球空间环境(第4周上)
1. 地球空间环境各等离子区域及变化特征
2. 地球及各行星轨道的太阳风变化特征

7-8学时 行星大气的基本结构(第4周下)
1. 扩散平衡与行星大气的基本结构
2. 行星大气中的化学过程

9-10学时 行星电离层的基本结构(第5周上)
1. 行星电离层的产生机制与电离平衡结构
2. 行星电离层中的化学过程

11-12学时 行星大气与电离层中的能量平衡(第5周下)
1. 行星大气的温度结构
2. 行星电离层的温度结构

13-14学时 行星逃逸层与热逃逸(第6周上)
1. 行星逃逸层
2. 金斯逃逸与流体动力学逃逸

15-16学时 行星大气与电离层中的输运过程(第6周下)
1. 行星大气与电离层中的垂直输运
2. 行星大气与电离层中的水平输运

17-18学时 行星大气与电离层中的波动现象(第7周上)
1. 行星大气波动的基本模式
2. 行星大气波动的成分效应及电离层对大气波动的响应

19-20学时 行星电离层的变化性(第7周下)
1. 太阳风-电离层相互作用
2. 磁场对电离层形态的影响

21-22学时 行星空间粒子非热逃逸(第8周上)
1. 非热逃逸的一般物理过程
2. 各行星的非热逃逸过程

23-24学时 行星大气中的辐射过程(第8周下)
1. 行星大气中的气辉现象
2. 行星大气中的极光现象

25-26学时 水星磁层(第9周上)
1. 水星探测计划
2. 水星磁层研究进展

27-28学时 气态行星磁层(第9周下)
1. 木星、土星磁层
2. 天王星、海王星磁层

29-30学时  火星探测(第10周上)
1.火星的探测意义
2.火星过去和未来的探测计划

31-32学时 感应磁层(一) (第10周下)
1.感应磁层的形成机制
2.感应磁层的受控因素

33-34学时 感应磁层(二) (第11周上)
1.金星和火星的感应磁层观测
2.彗星和土卫六等卫星的感应磁层观测

35-36学时 彗星和卫星空间环境(第11周下)
1. 彗星空间环境及其与太阳风相互作用
2. 行星卫星的空间环境

37-38学时 小行星探测 (第12周上)
1. 小行星的探测意义
2. 小行星过去和未来的探测计划

39-40学时 月球空间环境(第12周下)
1. 月表电学环境
2. 月球的空间等离子体环境

41-42学时探测仪器与原理(第13周上)
1. 行星空间等离子体探测
2. 磁场与电离层遥感探测

43-44	学时 行星空间环境的数值模拟(一) (第13周下)
1. 全球三维空间数值模式的介绍
2.数值模拟实现过程和演示

45-46	学时 行星空间环境的数值模拟(二) (第14周上)
1.太阳风与各类星体相互作用的Hybrid模拟
2.太阳风与各类星体相互作用的MHD模拟

47-48学时 行星空间物理研究方法(第14周下)
1. 设计研究课题的基本思路
2. 实行研究计划的方法
本节结束后对学生进行分组,布置研究项目,学生进行调研,并进行工作设计。

49-50学时 互动:项目考核与指导(第15周上)
检查学生项目设计进展,并进行指导调整。

预修课程

核心课《空间物理概论》等

教 材

授课教师根据学生知识水平自行编写讲义。

主要内容

教学思路及重点:行星空间物理是在地球空间物理的基础上发展而来,旨在帮助理解地球空间环境以及太阳系行星空间的普遍规律。本课程遵循这一学科自身发展过程,讲授思路以地球空间环境作为切入点,展开介绍行星空间环境各方面的物理过程,最后带领学生从比较行星学的角度重新思考地球的空间环境。讲授重点为各行星空间环境的共性与差异,及其背后的主要物理过程。

1-2学时 绪言及学科发展简史 (第2周上)
1. 行星空间物理概述
2. 行星空间物理发展简史

3-4学时 日球层空间等离子体环境 (第2周下)
1. 太阳及其表面活动特征
2. 太阳风及其行星际空间环境

5-6学时 地球空间环境(第3周上)
1. 地球空间环境各等离子区域及变化特征
2. 地球及各行星轨道的太阳风变化特征

7-8学时 卫星数据分析方法(第3周下)
1.	单点分析方法
2.	多点分析方法

9-10学时 常见空间探测仪器及其工作原理(第4周上)
1. 行星空间等离子体探测
2. 磁场与电离层遥感探测

11-12 学时 水星空间环境(第4周下)
1. 水星探测计划
2. 水星磁层研究进展

13-14 学时 水星空间环境(第5周上)
1. 水星探测计划
2. 水星磁层研究进展

15-16 学时 金星和火星探测意义 (第5周下)
1. 金星探测目标和意义
2. 火星探测目标和意义
17-18 学时 金星和火星探测历史(第6周上)
1. 金星探测卫星和历史
2. 火星探测卫星和历史

19-20学时 金星空间环境(第6周下)
1.金星磁层和等离子体环境
2.金星研究前沿和热点

21-22学时 火星空间环境(第7周上)
1.火星磁层和等离子体环境
2. 火星研究前沿和热点

23-24学时 泰坦空间环境 (第7周下)
1. 泰坦磁层和等离子体环境
2. 泰坦研究前沿和热点

25-26学时 彗星和小行星空间环境 (第8周上)
1. 彗星和小行星探测意义和历史
2. 彗星和小行星的空间环境和研究前沿

27-28 学时 行星空间环境的数值模拟研究(一)  (第8周下)
1. 行星空间数值模拟研究简介
2. 行星空间数值模拟的实现过程和演示

29-30 学时 行星空间环境的数值模拟研究(二) (第9周上)
1.火星和金星的全球数值模拟研究
2.水星和彗星等小星体的数值模拟研究

31-32学时 气态行星磁层空间(第9周下)
1. 木星、土星磁层
2. 天王星、海王星磁层

33-34学时 土星和木星的磁层环境:带电粒子(第10周上)
1. 内磁层及辐射带
2. 中磁层、外磁层及环电流和等离子体片

35-36学时 土星和木星的辐射带(第10周下)
1. 土星和木星辐射带的基本结构
2. 土星和木星辐射带的变化性

37-38学时 土星和木星辐射带的加速和输运机制(第11周上)
1. 绝热加速:径向输运
2. 非绝热加速:波粒相互作用和极光区加速

39-40学时 土星和木星辐射带的磁层内部耦合过程(第11周下)
1. 卫星和环对辐射带的作用
2. 磁层电流体系对辐射带的作用

41-42学时 行星际空间环境对土星和木星辐射带的作用 (第12周上)
1. 太阳风和行星际磁场
2. 宇宙线

43-44学时 月球空间环境(第12周下)
1. 月表电学环境
2. 月球的空间等离子体环境

45-46学时 行星磁场(第13周上)
1. 行星及卫星的基本磁场环境总概
2. 行星磁场的起源、变化、及对粒子逃逸的影响

47-48学时 行星空间物理研究方法(第13周下)
1. 设计研究课题的基本思路
2. 实行研究计划的方法
本节结束后对学生进行分组,布置研究项目,学生进行调研,并进行工作设计。

49-50学时 互动:项目考核与指导(第14周上)
检查学生项目设计进展,并进行指导调整。

参考文献

授课教师根据学生知识水平自行编写讲义。