10*宇宙生命之谜一、教材说明 这篇课文介绍了科学家探索地球之外是否有生命存在的艰难历程，说明到目前为止，地球之外是否有生命存在，仍然是一个未解的谜。 课文从古代神话讲起，引出了“地球之外的太空中是否有生命存在”这个问题；接着概括地说明，从理论上猜测，地球绝不是有生命存在的唯一天体，但是至今尚未找到另外一颗有生命的星球；然后具体地介绍了科学家探索的历程(先研究了生命存在必须具备的条件；再根据这些条件对太阳系除地球之外的其他行星进行了分析，得出了太阳系中唯一有可能存在生命的星球是火星；然后利用宇宙飞船对火星作近距离的观测，又让宇宙飞船在火星登陆，进行了一系列的分析测试)；最后说明，人们至今尚未在地球之外的太空中找到生命，但科学家仍然相信那里存在着生命，因此，地球之外是否有生命存在，仍然是一个谜。 选编这篇课文的主要意图，是通过阅读理解，学习科学家追求真知、不断探索的精神，激发学生爱科学、学科学、探索宇宙奥秘的兴趣，领悟作者采用分析、比较、排除的方法说明问题的表达方法。 科学家根据生命存在的条件探索火星的情况及其成果，是教学这篇课文的重点；学生对有关生命科学的理论、术语的理解是教学这篇课文的难点。 二、学习目标 1.认识“酶、碳、冥、磁”4个字。 2.正确、流利、有感情地朗读课文。 3.读懂课文，了解课文围绕“地球之外是否有生命存在”这一问题讲了些什么，培养爱科学、学科学的兴趣和探索未知的好奇心。 三、教学建议 1.课前，教师要了解银河系、太阳系、火星、生命科学等方面的知识，可制作有银河系、太阳系、火星图片的教学课件。学生可阅读《小学生十万个为什么》，了解与课文内容相关的知识，为理解课文内容作准备。 2.这是一篇介绍科学家探索宇宙生命的科普文章。教学时，教师要让学生进行充分的自学，然后组织学生交流学习收获，提出不明白的问题。在此基础上，师生共同进行梳理归纳，确定重点讨论的问题。 (1)天体上可能存在生命的条件。这个方面的内容写得比较详细，学生阅读理解后，教师引导学生用自己的话说一说。学生对这部分内容的理解，是学习其他内容的重要前提和基础。 (2)科学家探索火星上有无生命的情况及其结论。这是学习这篇课文的重点。教学时，先引导学生认真阅读课文，弄清科学家对火星探索的历程，然后再理解科学家经过观测分析得出的结论：“在火星上生命难以生存”“在飞船着陆的地区，火星表面没有生命存在”。组织学生讨论这个问题的时候，一定要让学生搞清楚，科学家一开始认为火星上有生命存在，是根据生命存在的条件作出的推测；后来得出的结论，是根据宇宙飞船探测到的事实作出的科学判断，从而培养学生科学的思维方法。 (3)地球之外的太空中到底有没有生命存在。这个问题课文没有作出明确的回答。教师要组织学生结合课文内容进行充分讨论，激发学生热爱科学、追求真知的兴趣。教学时，可引导学生从以下两个方面思考：一是科学家的探测只证明火星表面没有生命存在，而未探测出火星岩层中有无生命存在，科学家的疑问“生命物质是否会存在于火星的岩层之中呢?”明确告诉了我们这一点；二是科学家通过对落到地球上的一些陨石的分析，发现太空有有机分子存在，所以，科学家仍然相信“在太空中存在着生命”。因此，文章最后说“地球之外是否有生命存在，是人类一直探索的宇宙生命之谜”。 3.课后可组织学生开展一次语文实践活动。教师可布置学生搜集古今中外人类探索宇宙奥秘的文章、图片，以“宇宙的奥秘”为主题举办一次文章、图片展览，激发学生学科学、用科学的兴趣。 4.对课文中出现的科学术语，如对学生理解课文没有太大影响，教学时可不涉及；如对读懂课文有较大影响，或学生要求解释的，教师可做通俗的解说。 四、参考资料 银河系银河系包含几千亿颗星体，我们的太阳就是其中之一。银河系里大多数恒星集中在一个扁盘状的空间范围内，好像一个铁饼。扁盘密集部分的直径约为八万光年。太阳距离银河中心约三万光年。银河系有三个主要组成部分：银盘、银核和银晕。 太阳系太阳系是一个巨大的天体系统，主要包括太阳和围绕着太阳旋转的九大行星，60多颗围绕着不同行星运转的卫星，数以万计的小行星、彗星、流星体，以及行星际气体和尘埃物质。 火星火星是太阳系九大行星之一，按离太阳由近及远的次序为第四颗，它的体积在太阳系中居第七位。由于火星上的岩石、砂土和天空是红色或粉红色的，因此这颗行星又常被称作“红色的星球”。 蛋白质是一切生物细胞的重要组成部分。没有蛋白质，就没有生命。鸡蛋中的蛋白，是蛋白质的一种。牛肉、猪血、黄瓜、大豆、面粉中，都含有不同数量的蛋白质。在人体中，内脏、肌肉、血液、皮肤、骨骼、毛发中均含有蛋白质。 酶酶是生物体的细胞产生的有机胶状物质，由蛋白质组成。作用是加速有机体内进行的化学变化，如促进体内的氧化作用、消化作用等。 二氧化碳无色无臭的气体，空气中含量约为0�04%。动物呼吸时，吸入氧气，呼出二氧化碳；绿色植物进行光合作用时，放出氧气，吸入二氧化碳。 磁场传递物体间磁力作用的场。指南针指南就是地球磁场的作用。 臭氧层地球的外面包围的气体层，叫大气层。大气层分为对流层、平流层、中层、热层、外层等层次。平流层中臭氧集中的一层，叫臭氧层，距地面20—30公里。太阳射向地球的紫外线大部分被臭氧层吸收。臭氧层具有保护地球上的生物免遭紫外线过量辐射的作用。 紫外线波长比可见光短的电磁波。可使磷光和荧光物质发光，能透过空气，有杀菌能力，对眼睛有伤害作用。 宇宙线也叫宇宙射线。从宇宙空间辐射到地球上的射线。能量极大，穿透力比爱克斯射线和丙种射线更强。
科学家研究表明宇宙中恒星的数量为10的29次方个！ 银河系中有行星的的恒星不到千分之二，而地球于其它行星相比具有二百多个显著特性！ 根据对宇宙其它行星产生过程的研究，计算出地球在宇宙中产生的机率为10的215次方分之一！也就是要有10的215次方个行星才有可能产生一个地球，而这个数字远远大于恒星的数量。 计算结果表明地球的产生可以说是不可能的！科学家们现在也无法解释地球存在的原因！所以很多天文学家都有——“上帝造人”的心理倾向！ 但这些数字都是根据天文望远镜的观察测算出来的，而天文望远镜的误差率为30%。所以对于生命的认识还有待于进一步研究！
恒星形成是宇宙物质由暗（光学意义）到明（恒星及星系）的关键步骤。从1796年拉普拉斯的星云假说开始，过去了两个多世纪后，恒星形成领域终于在20世纪的第一个十年通过开创的宽视场成像（Barnard,1907,1919,ApJ）进入实测（靠谱+有钱）学科。
Barnard认证的“暗云”，至今都是本领域研究的重要对象，例如著名的B68 （Alves et al., 2001,Nature）被揭示具有经典的流体力学压力平衡密度结构Bonnor-Ebert轮廓。又例如基于我们首次捕获到的正在诞生的暗云B227（Zuo et al., 2018 ,ApJ “Catching the Birth of a Dark Molecular Cloud for the First Time”）。这两个工作分别研究了Barnard认证的第68个和第227个暗云。
拉普拉斯及其太阳系星云起源假说示意图
暗云之为暗，是由于尘埃消光，但其主要成分是气体。1951年星际中性原子氢气（HI）的发现，确立了其为星际介质的主要成分之一。20世纪60年代，Hollenbach和Salpeter的研究明确了氢原子在星际尘埃表面‘复合’成为分子氢。60年代四大天文发现之一的星际一氧化碳（CO）分子，使得难以探测的分子氢气得以现形，揭示暗云都是分子云。七八十年代，空间天文兴起，红外巡天确定了年轻恒星诞生于分子云。至此一个恒星诞生的完整图景基本完成。
恒星诞生过程
分子的辐射集中在毫米射电波段。恒星形成领域的天文学家从80年代初就开始推动大型毫米波阵列（MMA），经过几次10年规划、多边国际谈判、无数次高原反应，MMA演化、成长为当今地面天文设备的巨无霸——ALMA。到目前为止，ALMA观测用时最多的领域是恒星形成及星际介质，由最初的新兴成为主流显学。
90年代末，我在纽约上州的农村苦读学位，一把剪刀对付一月头发。现在回想起来，那时的手艺为今年的COVID-19疫情宅做了准备。村里有让胡适挂科的农场，自产牛奶和冰激凌。村边有“手指湖”（Finger Lakes），古冰川凿穿岩石深达数百米，与秋光一起烂漫至天际，非常适合思考恒星形成之三大经典问题：磁场问题、湍流问题、角动量问题。
至今，三大问题无一解决！
三大问题的本质是多数量级尺度跨越中的能量转移机制。从几千光年的弥散星际介质到百万公里腰围的太阳，缩水了几百亿倍。如果星际介质中的磁场在具有一定电离度的气体中冻结，其能量密度将远高于分子云所拥有的重力势能。磁场将阻止恒星形成。星际介质中遍布超音速的湍流。湍动对抗质量相吸的重力，直到在数万天文单位或更小的尺度，热运动才达到或超过湍动，使所谓的致密云核可能整体塌缩，开启新一代太阳的星途。
星际介质包裹中的太阳系
磁场、湍流如何耗散缺乏实证，数值模拟里面普遍直接忽略或者做生硬的量纲假设。人类距离物理解释恒星形成尚远。角动量问题是三大问题中相对简单的一个。大尺度的星际介质包含或者演化成为许多子结构。宏观的角动量不必等于局域角动量之和。
90年代以来，特别是哈佛大学天体物理中心Myers和Goodman关于暗分子云核的系列工作，确立了从分子云核中心向外延展5万亿公里左右（这个尺度范围被称为亚光年尺度），在这个范围内角动量已经远远小于重力势能或磁场能或湍动能，而后三者处于能量均分状态。
能量均分也可能是暗云磁流体的一个基本性质。我们刚刚发表了对北天6个分子暗云中云核角动量的研究（Xu et al., 2020,ApJ）。在计算过程中，考虑了此前同类工作忽视的云核密度分布，因而导出了更为真实、数值更小的角动量，进一步验证了在亚光年尺度角动量已经不再影响云核整体塌缩的动力学。从亚光年尺度到恒星尺度（百万公里），角动量虽然不再影响整体塌缩的动力学，但是依然需要被大量耗散，才能加速物质吸积。一般认为外向流是角动量耗散的重要途径。
星际介质，特别是分子暗云中，各个层级的结构逐步紧实，最终小宇宙爆发点燃核聚变成为恒星。这一句话的星途，包含了多种基本物理、化学过程和环境变化：磁场、湍流、重力、热运动、等离子体、辐射转移、宇宙线、尘埃演化、无机-有机化学等等相互耦合，纠缠不休。
经过了一个世纪和多次新设备之重大突破，恒星形成的科学描述还主要是唯像的：巨分子云集群（Giant molecular cloud complex）到分子云（cloud）到云块（clump）到云核（core）到年轻星周盘（protostellar disk）加外向流(outflow)，最终由于某种神秘力量阻止吸积确定原恒星质量，并且整体达成那个统一的更为神秘的初始质量函数（IMF）。
恒星形成的唯像描述
星际云的形状柔弱多变，但是到了即将塌缩踏上星途的云核，就圆润起来，在物理学家眼里都是球，亦如物理学家眼里的牛。这个叙事过程朴素可爱：“现在的日子是鸡，长大了就变成了鹅；鹅长大了, 就变成了羊；羊长大了, 就变成了牛；等牛长大了, 就是共产主义了......”
物理牛
如何实现太阳诞生这样“共产主义”的理想？2009年，人类 历史 上最大的单体空间望远镜（大过但是轻于哈勃）赫歇尔天文台的发射升空，带来了革命性的进步。
作者近期相关论文发表于：
美国《天体物理杂志快报》Xu et al. 2020, ApJL，DOI:，作者：徐雪芳，李菂, 戴昱等
美国《天体物理杂志》Xu et al. 2020, ApJ，arXiv:，作者：徐雪芳，李菂, 戴昱等
中国《天文与天体物理研究》 Yue et al. 2020, RAA，arXiv:，作者：岳楠楠，李菂, 张其洲等
英国《皇家天文学会月报》 Zhang et al. 2020, MNRAS accepted, arXiv:, 作者：张超，任志远, 吴京文等
参考文献：
Alves, ., Lada, ., & Lada, . Internal structure of a cold dark molecular cloud inferred from the extinction of background starlight. 2001, nature, 409, 159
Barnard . On a nebulous groundwork in the constellation Taurus. ApJ, 1907, 25:218-225.
Barnard . On the dark markings of the sky, with a catalogue of 182 such objects. ApJ, 1919, 49:1-24.
Hacar, A., Tafalla, M., Forbrich, J., et al. An ALMA study of the Orion Integral Filament. I. Evidence for narrow fibers in a massive cloud. 2018, ApJ, 610, A77
Hollenbach, D., Salpeter, . Molecular Hydrogen Formation on Grains in H I Regions. 1969, BAAS, 1, 244
Li, ., Li, D., Qian L. et al. 2015, Outflows and Bubbles in Taurus: Star-formation Feedback Sufficient to Maintain Turbulence, ApJS, 219, 20
Tan, J. C., & McKee, C. F. 2004, The Formation of the First Stars. I. Mass Infall Rates, Accretion Disk Structure, and Protostellar Evolution, ApJ, 603, 383
Xu, X., Li, D., Dai, ., et al. Independent Core Rotation in Massive Filaments in Orion. 2020, ApJL, 894, L20
Xu, X., Li, D., Dai, ., et al. Rotation of Two Micron All Sky Survey Clumps in Molecular Clouds. 2020, ApJ, arXiv:
Yue, N., Li, D., Zhang, Q., et al. Resolution-dependent Subsonic Non-thermal Line Dispersion Revealed by ALMA, 2020, accepted by RAA, arXiv:
Zuo P., Li D., Peek . G., et al. Catching the Birth of a Dark Molecular Cloud for the First Time. ApJ, 2018, 867:13.
作者简介：李菂，国家天文台研究员，从事天体物理和天文技术研究，撰写关于猎户座大质量“宁静”云核的系列论文，在美国天体物理杂志（ApJ）发表。
[ 责编：赵宇豪 ]
我国的宇宙线研究几乎与新中国同龄，1949 年10 月1 日开国大典后的第二个月，中国科学院即在北京成立．半年以后，1950 年5 月19 日在北京成立了中国科学院近代物理研究所，吴有训兼任所长．1951 年开始，即在该所内建立了宇宙线组，由王淦昌、肖健负责．1953 年10 月，近代物理研究所改名为物理研究所，钱三强曾任所长，研究所设有高能研究室，包括宇宙线组和加速器物理实验组，王淦昌、张文裕先后任室主任．1958 年研究所又更名为原子能研究所，由第二机械工业部(以下简称二机部)和中国科学院双重领导，以二机部为主．1972 年，因周总理的批示“这件事不能再延迟了”，指的是要发展高能物理，建造高能粒子加速器，1973 年2 月1 日，原子能研究所一部易名，成立中国科学院高能物理研究所，张文裕为第一任所长，宇宙线室随之成立，以后发展为粒子天体物理中心．这一段时间的机构调整，说明当时国家在考虑如何布局和发展我国的原子能事业和高能物理事业．从那以后的40 年中，我国的宇宙线研究队伍扩大到国内多家高等院校和研究所，其中高能物理研究所始终扮演着排头兵的角色．
建国初期，我国的宇宙线研究队伍虽小，但力量很强，赵忠尧、王淦昌和张文裕先生都是在新中国成立前就已经在核物理、粒子物理或宇宙线领域做出过有重大国际影响的成果，并与国际知名物理学家有过合作或交流的学者．他们三位都领导过我国早期的宇宙线研究．
赵忠尧先生( 见图1)，1902 年出生，1927 年夏赴美国加州理工学院留学，师从1923 年诺贝尔物理奖得主、校长密立根(R. A. Millikan)教授．他是国际上第一个观测到正电子的产生和正负电子湮灭现象的人，他在这段时间的工作曾得到卢瑟福(E. Rutherford) 的高度评价．1945 年，赵先生再次赴美，用多板云室研究宇宙线高能簇射，得到出色的结果．
图1 赵忠尧
王淦昌先生( 见图2)，1907 年出生，1933 年在德国柏林大学获博士学位，导师迈特纳(L. Meitner)， 1941 年，王淦昌在国内生病期间，系统分析研究了当时已经用过的各种探测中微子的方法，1942 年1 月，他的论文《关于探测中微子的一个建议》在美国《物理评论快讯》(Physical Review Letters)上发表．美国的物理学家杰姆斯·阿伦(J. S. Allen)采纳了他的建议后于同年6 月在《物理评论》(Physical Review)上发表了题目为《一个中微子存在的实验证据》的文章，“王淦昌—阿伦实验”是世界上第一个比较确切地验证中微子存在的著名实验．
图2 王淦昌
张文裕先生(见图3)，1910 年出生，1935—1938 年在英国剑桥大学卡文迪什实验室获得博士学位，导师是该实验室主任、诺贝尔物理奖得主卢瑟福(E. Rutherford)．张先生于1944—1949年再次赴美，在美国普林斯顿大学巴尔摩(Pa1mer)实验室访问工作，发现在一定条件下带负电的μ 子会被原子核俘获并释放一个轨道电子，从而形成μ 介原子．1949 年1 月，他在美国《现代物理评论》(Rev. Mod. Phys.)上发表论文，受到实验室主任惠勒(J. A. Wheeler)同期文章的引用，在J. Hiifner 等人的专著《μ子物理》一书中被称作“张辐射”、“张原子”．
图3 张文裕
这三位先生有一个共同特点，就是学风严谨，重视实验，而且亲自动手做实验装置．他们都有一颗强烈的敬业爱国之心，赵先生于1945 年第二次出国是由当时的中央研究院派出，除了做研究工作外，为以后国内的研究做了许多技术准备，新中国成立后，赵先生毅然于1950 年底辗转回国；张先生因在国内无法开展工作于1943 年二次赴美，建国初期由于受到美国麦卡锡主义的迫害，经过了五年时间的努力，于1956 年从美国绕道欧洲才得以回到祖国；王先生则是1934年留学回国，1945年后到美国做宇宙线研究，还和赵先生共同制造一台50cm多板云室带回国内．三位先生是中国科学院最早期的院士，是新中国核科学和高能物理事业的奠基人和开拓者．
还应当提到的一位是肖健先生(见图4)，1920年出生， 1944 年毕业于西南联合大学物理系，1947 年留学美国加州理工学院，成为安德森的研究生．新中国成立，肖健因急于回国放弃了继续攻读博士学位的机会，于1950 年获硕士学位后即刻回国．在我国早期的宇宙线研究中，肖健成为几位前辈的主要助手，他“只管耕耘，不管收获”，在较长的时间是宇宙线研究的学术领导，“文革”期间曾遭受迫害，后转向粒子物理，1980年成为中国科学院院士．
图4 肖健
由于这几位前辈的学问和人格魅力，我国的宇宙线和粒子物理研究结合非常紧密，不分彼此，几十年来宇宙线为加速器和粒子物理培养和输送了不少人才，著名“两弹一星”专家吕敏就经历过宇宙线的早期研究工作的锻炼．由于另有重任，几位前辈在宇宙线方面工作的时间长短不一，相对都比较短暂，我们大家都为有他们作为我国宇宙线事业的第一代学科带头人而自豪．
我国的宇宙线研究大体可以分为三个阶段，从建国初期到1973 年左右，大体可看成宇宙线研究的第一阶段，在前辈们的带领下，侧重于以云雾室为主要探测工具的高能宇宙线相互作用的研究和奇异粒子的寻找．1954 年在云南落雪山海拔3180m处建立了中国第一个高山宇宙线实验室．安装了赵忠尧、王淦昌从美国带回的50cm 多板云室，建造了30cm 磁云室．用这两个小云室探测到700 多个奇异粒子(主要是Λ0超子和K0s(θ0)介子)事例，并对它们进行了全面分析，还研究了宇宙线粒子电磁簇射现象和高能电子直接产生电子对的截面等，发表了一批好文章，例如文献．1958 年，在大跃进形势下，在张文裕、肖健、力一领导下，在原落雪山实验室附近9km处海拔3220m海子头山顶上建设了新的高山宇宙线站，实验设备由三个大型云室组成，上层为靶室，中层为磁云室，下层为多板室，对单电荷粒子的最大可测动量为100 GeV/c，电离测量误差为10％，设备的总重近300 吨，在当时是世界同类装置规模最大、水平最先进的仪器之一．在当时的经济条件下，能建设这样一套大云室系统，已经是很大的投入了．最初，大云室的物理目标放在超过当时加速器能量(几十GeV)的高能物理研究上．因为经历三年困难时期，大云室的建造花了7年时间，到1965 年建成，后又因“文化大革命”，岁月蹉跎，研究工作受到影响，到60 年代末，国际上加速器的能量已提高到与大云室相同的量级，原定的高能物理的研究方向已不具优势．于是，研究组根据当时粒子物理前沿的热点课题，突出了寻找夸克(我国粒子物理理论家曾称为层子)的研究．夸克(quark)可能具有1/3 或2/3 分数电子电荷，大磁云室能够可靠地鉴定分数电荷粒子，但是实验中没有找到分数电荷粒子(以后的研究表明，夸克是存在的，但是被囚禁在强子内，所以找不到)，却在1972 年获得了一个可能的重质量粒子事例．后来研究组又较系统地测量了3220m高度的μ子强度和能谱，测量了π-介子、质子、反质子等的流强以及它们之间的比值，其中反质子流强是当时国际上的首次实验结果．此外，还有高山宇宙线高能粒子形态学的测量，对研究宇宙线在大气层中的传播和超高能核作用模型的检验也具有重要意义．
2分钟了解什么是平行宇宙，平行宇宙理论是如何提出来的
上海科技出版社有《科学》杂志，是关于这方面的。不过需要中文的文章，可以有英文的摘要。
你是在看漫威吗？简单来说，另一个世界发生的不同故事就是平行宇宙，比如你在这个世界是个警察，另一个世界就可能是个匪徒，或者是个教师，也可能是个妹子，当然，甚至都不一定存在，这就是平行宇宙中的你，这么说，明白？
说实话外文期刊，本科学历发表有写困难，可以帮你尝试下。
地球大气层以外的宇宙空间，大气层空间以外的整个空间。 物理学家将大气分为5层：对流层（海平面至10千米）、平流层(10～40千米)、中间层(40～80千米)、热成层(电离层，80～370千米)和外大气层(电离层，370千米以上)。地球上空的大气约有3／4在对流层内，97％在平流层以下，平流层的外缘是航空器依靠空气支持而飞行的最高限度。某些高空火箭可进入中间层。人造卫星的最低轨道在热成层内，其空气密度为地球表面的1％。在万千米高度空气继续存在，甚至在10万千米高度仍有空气粒子。从严格的科学观点来说，空气空间和外层空间没有明确的界限，而是逐渐融合的。联合国和平利用外层空间委员会科学和技术小组委员会指出，目前还不可能提出确切和持久的科学标准来划分外层空间和空气空间的界限。近年来，趋向于以人造卫星离地面的最低高度(100～110)千米为外层空间的最低界限。[编辑本段]领空和外层空间的划分 关于领空(空气空间）和外层空间的划分问题，历来有两种对立的主张。 ①“空间论”，主张以空间的某种高度来划分领空和外层空间的界限，以确定两种不同法律制度适用的范围。 ②“功能论”，认为应根据飞行器的功能来确定其所适用的法律，如果是航天器，则其活动为航天活动，应适用外空法；如果是航空器,则其活动为航空活动,应受航空法的管辖；整个空间是一个整体，没有划分领空和外层空间的必要。 就“空间论”而言，关于确定外层空间的下部界限大致又有以下几种意见： ①以航空器向上飞行的最高高度为限,即离地面30～40公里; ②以不同的空气构成为依据来划分界限。由于从地球表面至数万公里高度都有空气，因而出现以几十,几百,几千公里为界的不同主张，甚至有人认为凡发现有空气的地方均为空气空间，应属领空范围； ③以人造卫星离地面的最低高度(100～110公里)为外层空间的最低界限。 1976年，巴西、哥伦比亚、刚果、厄瓜多尔、印度尼西亚、肯尼亚、乌干达和扎伊尔等8个赤道国家发表《波哥大宣言》,主张各赤道国家上空的那一段地球静止轨道 (离地面35871公里)属于各该国的主权范围。上述主权要求，使外空划界问题进一步复杂化。近年来，一些持“空间论”者逐渐趋向于接受上述第三种意见,即离地面100公里左右为外层空间的下部界限。1975年，意大利在外空委员会提出以海拔90公里为领空(空气空间)的最高界限。1976年，阿根廷、比利时和意大利支持以海拔100公里为界。1979年，苏联建议离海平面100～110公里以上为外层空间,同时各国空间物体为到达轨道和返回发射国领土，有飞越其他国家领空(空气空间)的权利。但另外一些国家，如美国、英国、日本等，则认为从空间科技现状来看，仍无法规定一定高度作为领空(空气空间)和外层空间的界限。他们强调划定外层空间的条件和时机还不成熟。 外空的定义和界限以及地球静止轨道的法律地位问题尚在联合国和平利用外层空间委员会审议之中。外空委员会正在审议卫星直接电视广播、卫星遥感地球，以及在外空使用核动力源等问题，以便草拟有关的法律原则。[编辑本段]在外空使用核动力源问题 外空委员会科学和技术小组委员会在1979年研究报告的结论中称，只要充分履行有关使用核动力源的安全标准和规定，核动力源可以在外空安全使用。现在法律小组委员会正在上述研究报告的基础上审议能否在现有的国际法规范方面，补充有关在外空使用核动力源的规定问题。[编辑本段]外层空间法 联合国和平利用外层空间委员会(简称“外空委员会”)作为永久性机构,于1959年成立。外空委员会设立了法律和科技两个小组委员会，分别审议和研究有关的法律和科技问题。除上述1963年联大通过的宣言外,外空委员会先后草拟了5项有关外空的国际条约，即《关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内外层空间活动的原则条约》(1966，简称《外层空间条约》)、《营救宇宙航行员、送回宇宙航行员和归还射入外层空间的物体的协定》(1967)、《空间物体所造成损害的国际责任公约》(1971)、《关于登记射入外层空间物体的公约》(1974)和《关于各国在月球和其它天体上活动的协定》(1979)，中国于1983年12月加入了《外层空间条约》。 原则和规则 上述条约提出了一些重要原则和规则，对外层空间法的形成起了重要作用，它们包括：外空的利用应为全人类谋利益；外空和天体供一切国家在平等基础上自由探测和利用；任何国家不得将外空和天体据为己有；探测和利用外空应遵守国际法和维护国际和平与安全；禁止将载有核武器或其他大规模毁灭性武器的人造卫星或航天器放置在地球卫星轨道和外层空间；发射国对射入外空的物体及其所载的人员具有管辖权和控制权；对紧急降落的宇航员应给以一切可能的协助，尽力予以营救和送回发射国,发现的外空物体应予归还;发射国为其外空物体对地面上或对飞行中的飞机造成的损害负有赔偿的绝对责任；发射国在切实可行范围内将所发射的外空物体和有关情报通知联合国秘书长；各国探测和利用外层空间应进行合作和互助；在外空进行活动时,应照顾其他国家的利益;从事外层空间活动应避免使外空遭受有害的污染和使地球环境发生不利的变化；月球和其他天体应限用于和平目的,禁止各种军事利用;月球和其他天体及其自然资源为人类共同财产；公平分配这些资源带来的利益并对发展中国家和对探索作出贡献的国家给予特殊照顾，等等。 在国际法上，尽管有些学者曾经提出过领空无限的主张，但由于地球的自转和公转，以及整个太阳系的运动，认为国家主权无限制地延伸到宇宙中去是没有实际意义的。对外空的探测和利用以及数以千计的人造卫星不断地在围绕地球的轨道上运行的事实，表明外层空间依其性质是难以成为国家主权控制的对象的。1963年联合国大会通过的《各国在探索与利用外层空间活动的法律原则的宣言》，确定了外层空间供一切国家自由探测和使用，以及不得由任何国家据为己有这两条原则。 联合国和平利用外层空间委员会(简称“外空委员会”)作为永久性机构，于1959年成立。外空委员会设立了法律和科技两个小组委员会，分别审议和研究有关的法律和科技问题。除上述1963年联大通过的宣言外，外空委员会先后草拟了5项有关外空的国际条约，即《关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内外层空间活动的原则条约》（1966，简称《外层空间条约》）、《营救宇宙航行员、送回宇宙航行员和归还射入外层空间的物体的协定》(1967)、《空间物体所造成损害的国际责任公约》(1971)、《关于登记射入外层空间物体的公约》(1974)和《关于各国在月球和其它天体上活动的协定》(1979），中国于1983年12月加入了《外层空间条约》。由柳洪平创建。[编辑本段]太空武器 太空武器大部分是新概念武器，主要有： “利剑”——激光武器：用激光作武器的设想是基于激光的高热效应。激光产生的高温可使任何金属熔化。同时激光以光速（每秒钟30万千米）直线射出，延时完全可以忽略，也没有弯曲的弹道，因此不需要提前量，简直指哪打哪。另外，激光武器没有后坐力，可以迅速转移打击目标，还可以进行单发、多发或连续射击。激光武器的本质就是利用光束输送巨大的能量，与目标的材料相互作用，产生不同的杀伤破坏效应，如烧蚀效应、激波效应、辐射效应等。正是靠着这几项神奇的本领，激光武器成为理想的太空武器。 “长矛”———粒子束武器：它是利用粒子加速器原理制造出的一种新概念武器。带电粒子进入加速器后就会在强大的电场力的作用下，加速到所需要的速度。这时将粒子集束发射出去，就会产生巨大的杀伤力。粒子束武器发射出的高能粒子以接近光速的速度前进，用以拦截各种航天器，可在极短的时间内命中目标，且一般不需考虑射击提前量。粒子束武器将巨大的能量以狭窄的束流形式高度集中到一小块面积上，是一种杀伤点状目标的武器，其高能粒子和目标材料的分子发生猛烈碰撞，产生高温和热应力，使目标材料熔化、损坏。 “神鞭”——微波武器：由能源系统、高功率微波系统和发射天线组成，主要是利用定向辐射的高功率微波波束杀伤破坏目标。微波波束武器全天候作战能力较强，有效作用距离较远，可同时杀伤几个目标。特别是微波波束武器完全有可能与雷达兼容形成一体化系统，先探测、跟踪目标，再提高功率杀伤目标，达到最佳作战效能。它犹如无形的“神鞭”，既能进行全面毁伤、横扫敌方电子设备，又能实施精确打击、直击敌方信息中枢。可以说，微波武器是现代电子战、电磁战、信息战不可或缺的基本武器。 “飞镖”———动能武器：动能武器的原理十分简单，说白了，它和飞镖伤人的道理完全一样。一切运动的物体都具有动能。根据动力学原理，一个物体只要有一定的质量和足够大的运动速度，就具有相当的动能，就能有惊人的杀伤破坏能力，这个物体就是一件动能武器。所谓动能武器，就是能发射出超高速运动的弹头，利用弹头的巨大动能，通过直接碰撞的方式摧毁目标的武器。这里最重要的一点是动能武器不是靠爆炸、辐射等其他物理和化学能量去杀伤目标，而是靠自身巨大的动能，在与目标短暂而剧烈的碰撞中杀伤目标。所以，它是一种完全不同于常规弹头或核弹头的全新概念的新式武器。
在学习和工作中，大家一定都接触过论文吧，论文是指进行各个学术领域的研究和描述学术研究成果的文章。还是对论文一筹莫展吗？下面是我为大家收集的宇宙的秘密-议论文800字，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。 地球在宇宙中生存了数亿年，而人类，在地球上仅仅生存了数千万年，从远古时代，人们仰望星空，都会想几个问题：我们从哪里来，又将到哪里去，我们的归宿是什么？ 自从非洲的第一批古人走出非洲，到各个大陆上，他们首先要考虑的问题是该怎么生存，当他们解决了衣食住行等问题，进入了工业时代，他们开始思考一个问题：宇宙到底有多大？于是他们发明了天文望远镜，开始观察地球之外的浩瀚宇宙。 因为仅仅是观察还不够，他们就发明了探测器，飞上了月球，但当他们在月球上看地球时，他们的世界观发生了翻天覆地的变化：原来在宇宙中，人类连虫子都算不上。进入了原子时代和信息时代，他们研究了宇宙的结构，发现太阳是由许多能量和原子不断坍缩形成的。在中国的.神话故事中，我们的后羿很称职，射掉了多余的9个太阳，只留下了这一个太阳，使得地球一年有四季，一天有日出日落，形成了恒纪元。 恒纪元到底是什么呢？当我们的行星围绕着其中的一个太阳做稳定运行时，就是恒纪元；当另外一颗或两颗太阳运行到一定距离内，其引力会将行星从它围绕的太阳边夺走，使其三颗太阳的引力范围内游移不定时，就是乱纪元；一段不确定的时间后，我们的行星再一次被某一颗太阳捕获，暂时建立稳定的轨道，恒纪元又开始了。因为我们只有一颗太阳，所以不存在恒纪元和乱纪元，而科幻小说中的三体世界，有时候是很长的黑夜，或者是漫长的白天。 宇宙就是一片黑暗森林，每个文明都是带枪的猎人，像幽灵般潜行于林间，轻轻剥开挡路的树枝，竭力不让脚步发出一点儿声音，连呼吸都小心翼翼；他必须小心，因为林中到处都有与他一样潜行的猎人。如果他发现了别的生命，能做的只有一件事：开枪消灭之。在这片森林中，他人就是地狱，就是永恒的威胁，任何暴露自己存在的生命都将很快被消灭。这就是宇宙文明的基本图景，这就是对费米悖论的解释。 《三体》中有一句话：把海弄干的鱼在海干之前上了陆地，他们从一片黑暗森林奔向另一片黑暗森林。这里把宇宙比喻成黑暗森林，每个文明都随时有可能遭遇毁灭，这是与死亡的赛跑，而死亡，只是为了让人们更好的走在路上。
百度百科：互动百科：以下来自维基百科宇宙是由空间、时间、物质和能量，所构成的统一体。是一切空间和时间的综合。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统，包括其间的所有物质、能量和事件。对于这一体系的整体解释构成了宇宙论。二十世纪以来，根据现代物理学和天文学，建立了关于宇宙的科学理论，称为宇宙学。根据相对论，信息的传播速度有限，因此在某些情况下，例如在发生宇宙爆炸的情况下，时空连续系统中我们将只能收到一小部分区域的信息，其他部分的信息将永远无法传播到我们的区域。可以被我们观测到的时空部分称为“可观测宇宙”、“可见宇宙”或“我们的宇宙”。应该强调的是，这是由于时空本身的结构造成的，与我们所用的观测设备没有关系。宇宙大约是由5%的普通物质，25%的暗物质和70%的暗能量构成[1]。目录 [隐藏]1 中文辞源 2 神话和宗教的宇宙观 3 宇宙的历史 4 宇宙大小 5 宇宙的形状 6 宇宙的命运 7 多重宇宙 8 注释 9 相关条目 10 参考文献 [编辑] 中文辞源《文子·自然》：“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。”《尸子》：“上下四方曰宇，往古来今曰宙。”二字连用，始见于《庄子·齐物论》曰：“旁日月，挟宇宙，为其吻合。”《淮南子·天方训》中关于世界起源的论述：“天地未形，冯冯翼翼，洞洞灟灟，故曰太昭，道始于虚霩，虚霩生宇宙，宇宙生气，气有涯垠，清阳者薄靡而为天，重浊者凝滞而为地。清妙之合专易，重浊之凝竭难，故天先成而地后定，天地之袭精为阴阳，阴阳之专精为四时，四时之散精之万物，”[编辑] 神话和宗教的宇宙观起初古人不愿意承认有其他世界的可能性，甚至认为“山后面没有人”，更不用说到宇宙了。但在地球上探险和征服的活动频繁下，又见到新奇的世界甚至星座的变化，从而想像宇宙整体，虽然这些宇宙观主要是纯思辨的产物，但客观上对于后来探险和观测活动是起了指导的作用。佛教宇宙观 佛经中，大的空间叫佛刹、虚空，小的叫微尘，统称为“三千大千世界”。“佛教宇宙观”主张宇宙系由无数个世界所构成。集一千个一小世界称为“小千世界”，集一千个小千世界称为“中千世界”，集一千个中千世界称为“大千世界”；合小千、中千、大千总称为三千大千世界。但佛经中没有说过地和天空的关系与形成，这些问题被认为是当时无法理解的不可说法。前佛教的印度宇宙观 [编辑] 宇宙的历史物理宇宙学 宇宙 · 大爆炸宇宙的年龄大爆炸年表宇宙的终极命运 显示▼隐藏▲早期宇宙 暴涨 · 核合成引力波背景 · 中微子背景微波背景 显示▼隐藏▲膨胀宇宙 红移 · 哈勃定律空间的度规膨胀弗里德曼方程FLRW度规 显示▼隐藏▲结构形成 宇宙的形状结构形成星系形成大尺度结构大尺度丝状结构 显示▼隐藏▲成分 ∧CDM模型暗能量 · 暗物质 显示▼隐藏▲时间表 宇宙学年表大爆炸年表膨胀宇宙的未来 显示▼隐藏▲实验 观测宇宙学2度视场星系红移巡天 · 史隆数位巡天COBE · 毫米波段气球观天计划 · WMAP 显示▼隐藏▲科学家 爱因斯坦 · 霍金 · 弗里德曼 · 勒梅特 · 哈勃 · 彭齐亚斯 · 威尔逊 · 伽莫夫 · 狄基 · 泽尔多维奇 · 马瑟 · 鲁宾 · 斯穆特 · others 本模板: 查看 • 讨论 • 编辑 • 历史 现代物理宇宙学一般认为宇宙起源于大爆炸，即约亿（±1%）年前由一个密度极大，温度极高的状态膨胀而来。对于大爆炸以前的宇宙，目前只有一些猜测性的理论。而最新的研究则认为宇宙年龄为156亿年[2]，但是这个说法还未得到公认[3]。对于大爆炸以后的宇宙，则可以用较成熟的理论加以描述。一种典型的理论是：10-43秒：宇宙从量子背景出现。 10-35秒：宇宙由夸克-胶子等离子体构成，强相互作用、引力与电磁相互作用/弱相互作用分开。 10-5秒：电子形成，宇宙主要包括光子、电子和中微子，温度约1000亿度。 10秒：质子和中子结合成氘、氦等原子核，温度30亿度。 35分钟：形成原子核的过程（核融合，nucleosynthesis）停止，温度3亿度。 30万年：电子和原子核结合成为原子。物质和辐射脱耦，大爆炸辐射的残余成为今天的3K微波背景辐射。 4亿年：第一批恒星形成。 20亿年：星系形成。 50亿年：太阳系形成。 目前宇宙还在继续膨胀之中，这在观测上为哈勃定律所概括。[编辑] 宇宙大小目前关于宇宙是否无限的问题还有争议。如果整个宇宙的空间部分是有限的，那么可以用一个距离来表示。对于均匀各向同性的宇宙来说，这就是三维空间的曲率半径。但是，即使宇宙整体是无限的，宇宙的可观测部分仍是有限的：由于相对论限定了光速为宇宙中信息传播的最高速度，如果一个光子从大爆炸开始传播，到今天传播的固有距离为93亿光年，由于宇宙在膨胀，相应的共动距离约为其3倍，具体数值与宇宙学参数有关，这一距离称为今天宇宙的粒子视界。另一个在物理学数量级估计中常用来表示宇宙大小的距离称为哈勃距离，是哈柏常数的倒数乘以光速，其数值约为 x 1028厘米，也恰为93亿光年。科普和科技书籍中所说的宇宙的大小常指这个数值。哈柏距离可以理解为四维时空的曲率半径。[编辑] 宇宙的形状 威尔金森探测器测量的宇宙微波背景辐射分布。宇宙的形状是宇宙学中一个未解决的问题。用数学的语言说就是：“哪一个三维形状才能最好地代表宇宙的空间结构？”首先，宇宙到底是不是“平坦空间”，即大范围内遵守欧氏几何的空间还未清楚。目前，大部分宇宙学家认为已知宇宙除了大质量天体造成的局部时空褶皱，是基本平坦的－就像湖面是基本平坦但局部有水波一样。最近威尔金森微波各向异性探测器观测宇宙微波背景辐射的结果也肯定了这一认识。其次，尚未清楚宇宙是否是多重连接。根据大爆炸理论，宇宙是没有空间边界的，然而其空间大小可能是有限的。我们可以通过二维的概念类推：一个球面没有边界，但是它的面积是有限的（4πR2）。它是一个在三维空间有固定曲率的二维表面。数学家黎曼发现了四维空间中一个与此类似的三维球形“表面”，其总体积为有限（2π2R3）但三个方向都朝第四个维度弯曲。他还发现了一个“椭圆空间”和“圆柱形空间”，后者的圆柱形两头互相连接但没有弯曲圆柱本身－这一现象在普通的三维空间是不可想象的。类似的数学例子还有很多。如果宇宙真是有限但无边界的话，人沿着宇宙中一条任意方向的“直线”走下去，最终会回到出发点，其路线长度可认为是宇宙的“直径”（这个直径是现在人类对宇宙的认识所无法想象的，因为它一定要比我们所见的宇宙部分大得多。）。哈勃望远镜拍摄的高清晰度深场照片，显示姿态年龄各异的河外星系。照片片上最小，颜色最红的属于人类看到的最古老的星系，在宇宙年龄约8亿年的时候就已经存在。宇宙有可能具有多重连接的拓扑学结构。如果这些结构足够小的话，人类，就如同在挂了多面镜子的房间里，可能在不同方向看到同一天体的多个影像。而实际的天体数量就会比观测所见少。从这个角度讲，星体和星系应该称作“所观的影像”才合适。这个可能，至今没有被彻底否定，但最近的宇宙微波背景辐射研究结果认为是很不可能的。[编辑] 宇宙的命运根据天文观测和宇宙学理论，可以对可观测宇宙未来的演化作出预言。均匀各向同性的宇宙的膨胀满足弗里德曼方程。多年来，人们认为，根据这一方程，物质的引力会导致宇宙的膨胀减速。宇宙的最终命运决定于物质的多少：如果物质密度（1）超过临界密度，宇宙的膨胀最后会停止，并逆转为收缩，最终形成与大爆炸相对的一个“大坍缩”（big crunch）；如果物质密度（2）等于或（3）低于临界密度，则宇宙会一直膨胀下去。另外，宇宙的几何形状也与密度有关： 如果（1）密度大于临界密度，宇宙的几何应该是封闭的；如果（2）密度等于临界密度，宇宙的几何是平直的；如果（3）宇宙的密度小于临界密度，宇宙的几何是开放的。并且，宇宙的膨胀总是减速的。然而，根据近年来对超新星和宇宙微波背景辐射等天文观测，虽然物质的密度小于临界密度，宇宙的几何却是平直的，也即宇宙总密度应该等于临界密度。并且，膨胀正在加速。这些现象说明宇宙中存在着暗能量。不同于普通所说的“物质”，暗能量产生的重力不是引力而是斥力。在存在暗能量的情况下，宇宙的命运取决于暗能量的密度和性质，宇宙的最终命运可能是无限膨胀，渐缓膨胀趋于稳定，或者是与大爆炸相对的一个“大坍缩”，或者也可能膨胀不断加速，成为“大撕裂”（big rip）。目前，由于对暗能量的性质缺乏了解，还难以对宇宙的命运做出肯定的预言。[编辑] 多重宇宙对于多重宇宙有不同的理解。一种理解是，位于可观测宇宙之外的时空，构成了其它的宇宙。例如，在宇宙暴涨中形成的其它大量时空，或者我们宇宙中黑洞奇点内我们所无法理解的时空。这些不同的时空部分总体构成了多重宇宙。另一种理解则强调这些不同的宇宙不仅仅是时空区的独立，而且其中的表现的物理规律也可能有所不同，例如其中的粒子也许具有不同的电荷或质量，其物理常数也各不相同。有时人们也把平行宇宙与多重宇宙当作同义词。不过，平行宇宙还有一种理解，即量子力学中的多世界解释。这种解释认为，在量子力学中，存在多个平行的世界，在每个世界中，每次量子力学测量的结果各自不同，因此不同的历史发生在不同的平行世界中。
在网上搜搜霍金的果壳中的宇宙
建议你把太阳系中每种星体形成过程写一下，从星云开始写，然后是物质开始聚集，内部发生聚变，初始太阳系形成，行星开始形成，太阳系冷却。只是告诉你一下思路望采纳
一定是什么收费项目，你不小心碰了哪里，就产生这个标记，这些通信公司都这样，要小心。
近日，中日合作西藏ASγ实验观测到迄今为止最高能量的弥散伽马射线辐射，最高能量达957TeV，接近1PeV，即1000万亿电子伏特。这些超高能伽马射线的方向并没有指向已知的低能段伽马射线源，而是弥漫分布在银盘上。这是国际上首次发现“拍电子伏特宇宙线加速器”在银河系中存在的证据。该结果被美国物理学会评论为研究高能宇宙线起源“世纪之谜”的里程碑。相关观测结果将于4月5日在美国《物理评论快报》正式发表并被作为高亮点论文加以推荐。 西藏ASγ实验团队观测到的超高能弥散伽马射线事例在银道坐标系下的分布。这些超高能弥散伽马射线的能量在 400 TeV到 1 PeV 之间，表现出向银盘（图中水平中线）集中分布的特点。灰色阴影区域是ASγ实验无法观测的区域。背景色轮廓显示了银河系坐标中氢原子的分布 宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流，主要由质子和其他原子核组成，能量跨越11个数量级。自1912年宇宙线发现以来，高能宇宙线的起源问题至今未解，已成为一个“世纪之谜”。宇宙线携带着宇宙起源、天体演化、空间环境等宇观信息。宇宙线观测研究是人类 探索 宇宙的最重要手段之一。 通常，低于几个PeV能量的宇宙线，被认为主要产生于银河系内，而能将宇宙线加速到PeV能量的天体，也被称为“拍电子伏特宇宙线加速器”。根据理论模型，超新星遗迹、恒星形成区和银河系中心的超大质量黑洞等，都是候选的“拍电子伏特宇宙线加速器”，但迄今为止并没有任何一个“拍电子伏特宇宙线加速器”得到观测证实。因为带电的高能宇宙线粒子，在银河系传播的过程中，运动方向会被磁场偏转，待它们到达地球时，其方向早已不再指向源头。 幸运的是，高能宇宙线在传播过程中与星际介质碰撞，可以产生能量约为宇宙线母粒子能量十分之一的高能伽马射线。高能伽马射线不带电，沿直线传播，因此观测到伽马射线的到达方向，就是该天体源方向。科学家借此可以寻找到“拍电子伏特宇宙线加速器”所在地。 这次ASγ实验在银盘上发现超高能弥散伽马射线，其能谱特征与PeV能量宇宙线和银河系、分子云碰撞产生伽马射线的模型预言相符，就像是“拍电子伏特宇宙线加速器”在银河系内留下的一串串“足迹”，是拍电子伏特宇宙线加速器存在于银河系的重要证据，也是朝着解开高能宇宙线起源的“世纪之谜”迈出的重要一步。 白色的盒子是西藏ASγ实验表面阵列的单元探测器 西藏ASγ实验位于西藏羊八井，海拔4300米，始建于1989年，1995年被美国《科学》杂志列为中国的25个科研基地之一。2014年，西藏ASγ实验完成重大升级改造。实验团队由28个研究机构所属的91名研究人员组成。实验核心科学目标是 探索 银河宇宙线的起源、传播和加速，并开展相关的高能辐射、天体演化、邻近宇宙线源及暗物质等方面的研究。 监 制：战 钊 宋雅娟 记 者：张梦凡 制 作：肖春芳 出 品：光明网科普事业部
就是一种高能辐射。主要的来源是太阳系以外的星系，然后在撞击大气层的时候就会产生这样的粒子。
1可以自己去维普这类数据库找，肯定能找到相关的论文。自己不想去找的话，可以去淘宝的“翰林书店”店铺，店主应该能帮你下载到这论文 !2中国科学院日地空间环境观测研究网络现状与未来发展 编者按 野外观测研究台站(以下简称野外台站)是开展野外科学观测、试验、研究和示范的基础性平台，在资源、生态、环境领域具有与实验室同等重要的地位，并发挥着不可替代的作用。创新三期，我院将新建“近海海洋观测研究网络”，完善“日地空间环境观测研究网络”、“中国东部城市生态与区域环境监测研究网络”、“中国陆地生态系统通量观测研究网络”。本刊拟从当期开始，以专栏形式介绍上述野外台站网络的建设与发展。 中国科学院日地空间环境观测研究网络现状与未来发展 作者：张鸿翔1 宁百齐2 (1 中国科学院资源环境科学与技术局 北京 100864 2 中国科学院地质与地球物理研究所 北京 100101) 摘要 中国科学院日地空间环境观测网络是在中国科学院地磁台链的基础上建设和发展的，目前涵盖了9个主要的野外站和1个数据中心，它们大部分是国家地球物理台站网络和“子午工程”的骨干站，为我国空间物理和空间天气科学的发展做出了重要贡献。通过院知识创新工程三期的建设，院“日地空间环境观测研究网络”将成为我国日地空间环境观测的研究基地和多学科交叉的研究平台，将在我国日地空间环境地基观测中起到主导和引领作用。 关键词 日地空间环境观测网络，发展 1 发展现状 自上世纪90年代开始，中科院对野外站开始大规模建设，知识创新工程二期是我院野外站重要发展阶段，通过对已有台站资源的整合和完善，重点建成了4大野外台站网络，即中国生态系统研究网络(CERN)、特殊环境与灾害监测研究网络、区域大气本底观测网络与地磁台链。在2006年开始的院创新三期建设中，为应对国内外蓬勃发展的空间物理和空间天气应用研究的需求，以地磁台链现有台站为基础，建立和发展中科院“日地空间环境观测研究网络”是我院野外台站网络建设的一个重要任务。 我院的空间环境台站观测研究始自原中科院地球物理所(现地质与地球物理所)，新中国建立不久，在我国著名大气物理和空间物理学家赵九章先生等老一辈科学家的领导下，建立了地磁、电离层和高层大气观测站网，开拓了我院空间环境观测研究工作。目前我院从事空间环境观测的研究所主要有：地质与地球物理所、大气物理所、测量与地球物理所、高能物理所、空间中心和中国科技大学地球与空间学院等，观测研究内容主要包括：地球磁场、重力场、中高层大气、电离层、磁层和宇宙线等日地空间环境。 近年来在国际空间物理研究和空间天气研究的推动下和我国的应用需求下，国内空间环境观测研究出现了一些新的变化：(1)由中科院牵头的国家重大科学工程“子午工程”已经启动,该工程不仅大大促进了我院空间环境观测能力的建设,也推动了国内有关单位空间环境和空间天气观测研究水平的提高。(2)我国科学探测卫星“双星”系统的成功发射和取得的科学成果以及正在预研的“夸父计划”等科学探测卫星计划，有利地促进了地基空间环境探测的发展，特别是我国一系列应用卫星的发射和应用，空间活动日益频繁，如载人航天计划“神舟”飞船系列，探月计划“嫦娥”系列，自主导航卫星计划“北斗”一代、二代系列以及各种通信，军事卫星，都需要对空间环境及变化进行监测、分析和预报，保障各类航天器的空间环境安全。因此，这些需求有力地促进了空间环境观测研究的发展。 目前我院从事空间环境观测研究的重要野外台站有6个，分别是： 北京空间环境国家野外科学观测 研究站 包含四个站，北京主站：觷E，觷N； 漠河子站：觷E，觷N； 武汉子站：觷E，觷N；三亚子站：觷E，觷N，均依托于地质与地球物理所，是科技部地球物理国家野外科学观测研究站和“子午工程”项目的骨干站。 该站整合了院地磁台链和武汉电离层观测站，沿东经120度子午线，从我国最北端漠河到最南端三亚，纬度间隔约10度均匀布局。从地理位置上看，该台链经过东亚电离层异常区域及蒙古地磁场异常区域，是观测与研究众多地球空间物理现象的“黄金链”。在观测研究内容上，该站以空间环境中涉及的磁层、电离层、中高层大气以及地球磁场为主要观测和研究对象，形成多手段、多参量综合观测，具有同时观测我国空间环境不同经纬度变化、不同空间层次和不同观测参量的能力。其中，设在北京主站的地磁观测于2001年被纳入国际地磁网Intermagnet，是我国首个加入该网的国际基准台；漠河子站对于观测研究来自北极空间环境扰动和能量输入过程有重要作用；武汉子站是观测研究中国电离层地区特性的黄金地带，拥有我国电离层观测60年的连续观测资料，是我国电离层观测历史最长，观测资料最为连续的国际知名台站；三亚子站是观测研究电离层不规则结构和高层大气动力学、电动力学过程的重要区域。该台站以电离层和地磁场变化为主线，具有鲜明的特色和典型的学科与地域代表性。 安徽蒙城地球物理国家野外科学观测 研究站( 觷N, 觷E ) 依托于中国科技大学地球与空间学院，是科技部地球物理国家野外科学观测研究站，并且“子午工程”的重大设备高空激光雷达也将装备在该站。 该站是由中国科技大学和安徽省地震局于2005年11月联合共建。本站将安徽省地震局对地震、重力、GPS、地电、地磁等方面的观测设备与中国科技大学地球和空间学院雄厚的科研实力相结合，该站对于中国东部构造运动的研究具有重要意义，通过长期积累地电、地磁、形变和重力的观测资料，为安徽及邻近省份的地震活动性、地震预报和地球物理学研究提供可靠的资料；同时监测中高空层大气的物理过程，开展太阳物理与磁层物理的研究，实现固体地球、大气层、磁层的整体综合性观测。 武汉大地测量国家野外科学观测研究 站(简称九峰站，觷N, 觷E) 依托于测量与地球物理所，是科技部地球物理国家野外科学观测研究站。 该站是我国一个长期的、综合性的大地测量和地球物理观测研究基地，也是目前中国大陆上唯一的国际地潮中心(ICET)重力潮汐国际基准站，亚洲大陆唯一参加全球地球动力学国际合作计划研究的观测站。九峰站拥有多种国际上先进的重力观测仪器和空间大地测量仪器，如动力大地测量观测仪器(超导重力仪、绝对重力仪及LaCoste G型和ET型相对重力仪、人卫激光测距仪(SLR)、全球定位系统(GPS)接收机、欧洲多普勒卫星定位(DORIS)发射机)，是目前国内同类观测台站中唯一拥有如此齐备观测条件的台站，也是国际上一流水平的动力大地测量实验观测台站。 西藏羊八井宇宙线国家野外科学观测 研究站(觷N, 觷E) 依托于高能物理所，是科技部首批地球物理国家野外科学观测研究试点站。 该站于1995年被美国《科学》杂志列为中国25个科研基地之一及6个可持续发展的大科学计划之一，被誉为国际上最高品质的地面宇宙射线观测站。观测站于1990年由高能物理所与日本东京大学宇宙线所合作建造，目前，AS?酌阵列探测器已拥有833个探测器、占地约30000平方米；1998年从日本理化所宇宙线研究室引进的28支NM ?蛳64型中子监测器是全球所有正在运行的60个中子监测器中海拔最高、计数率最高的中子监测器；2001年6月中意合作ARGO 1万多平方米的实验大厅落成，2006年6月5000平方米RPC“地毯”式探测器正式投入运行。 海南空间天气国家野外科学观测研究 站(觷N，觷E) 依托于空间中心，是科技部地球物理国家野外科学观测研究站，同时也是国家“子午工程”项目的骨干站。 该站拥有一批具有世界先进水平的空间天气综合探测仪器，包括电离层DPS-4测高仪、电离层GPS-TEC监测仪、电离层GPS闪烁监测仪和大气电场仪等观测设备，并取得了多年的探测数据。台站主要探测和研究我国低纬度地区电离层、中高层大气和地磁扰动变化及其对太阳活动风暴响应的物理过程，研究其空间天气因果链过程中的作用，建立电离层和中高层大气扰动变化的模型，研究电离层空间天气的预报方法。为探索低纬度和赤道地区空间天气变化规律和建立相关的空间天气模式提供科学探测数据，为我国的通讯、空间飞行和航天活动提供保障。 河北香河大气物理综合观测研究站 (觷N, 觷E) 依托于大气物理所，国家“子午工程”的骨干设备MST雷达将在本站建设。 该站拥有的大中型观测仪器有VHF/ST雷达、双波长天气雷达、多部流动测雨雷达、GPS臭氧探空系统、小气候观测塔、气球跟踪遥测系统及数个雨量自记仪等。香河站是我国中层大气探测研究的重要基地，同时也是华北大气环境监测和大气探测高新技术自主研发的试验基地。 2 取得的代表性成果 中科院的空间环境观测台站的建立对推动我国空间科学研究和应用的发展做出了重要贡献，取得的主要代表性成果有： (1)通过采用高频多普勒台站和电离层测高仪对电离层的长期观测分析，首次创造性地提出了中国地区电离层扰动与青藏高原地形隆起和低涡天气有密切的关系，揭示了中国中部电离层扰动的地区特性，为解释困扰国际空间界60多年的电离层远东异常这一难题提供了重要依据。 (2)利用我国空间环境台站积累的长达半个多世纪的观测资料，并与国际上的同类观测资料结合，采用先进的统计分析方法，对电离层、地磁扰动等空间气候学中涉及的长期趋势、太阳活动变化以及年变化、半年变化等多个方面进行了系统研究。 (3)在我国青藏高原的羊八井宇宙射线观测站，用宇宙射线广延大气簇阵列成功观测到了“宇宙线太阳阴影”的偏移及其随时间的变化，得到世界上最清晰的阴影图像，反映了太阳活动对日地空间磁场的扰动，从而建立了新的在地面上长期持续监测日?蛳地空间大尺度磁场和太阳活动变化的研究方法，推动了太阳活动变化对地球环境影响的多学科交叉研究，使研究太阳活动和行星际磁场变化的关联及探索用于空间环境预报成为可能。 (4)围绕地球潮汐形变的精密确定、大气海洋与重力场耦合机理、地球简正模及其液核共振和地球自转变化等国际前沿领域，创新性提出的“小参数扰动”方法是国际上3种潮汐理论模拟解法之一，国际同行评价认为，这是考虑地球地幔侧向非均匀性最有效的解法。建立了中国大陆东西重力潮汐剖面及沿海重力潮汐剖面、武汉国际重力潮汐基准和重力仪国际标定系统。 (5)在香河大气综合观测站建立了我国自主研制的首台大型VHF/MST雷达，并利用1/4阵能够开展经常性的探测，先后进行边界性观测实验，上对流层?蛳下平流层区域的综合观测实验和大气环境参数垂直分布的观测研究。 3 有关的日地空间环境研究的重要科 学问题及国家需求 重要科学问题 (1)日地空间系统的整体行为与能量传输过程。研究太阳表面、太阳风和地球空间作为一个整体的形态与变化特性，主要是太阳能量辐射与地球空间的响应，特别强调日地空间整体行为中的能量传输过程。 (2)空间天气的产生与发展，日地空间系统中的暴特性。研究日地空间中灾害性扰动过程，主要是太阳爆发及其引起的行星际扰动和地球空间暴(磁暴、磁层亚暴、电离层暴等)相关的空间现象的产生与演化特性。 (3)日地空间系统中各层次的相互作用与相互耦合。主要研究涉及日冕?蛳太阳风的耦合、太阳风对磁层的作用、磁层?蛳电离层耦合、电离层?蛳热层?蛳中高层大气耦合以及电离层?蛳大气层?蛳地表(岩石圈、海洋)的耦合等发生在空间环境各分界面上的各种复杂物理过程。 (4)空间环境气候学特性与模式化。主要研究空间环境及其特征参量的平均特性与长期变化，采用数学物理方法、数学统计方法等建立描述空间环境分布与变化基本模式，用于空间物理研究与空间环境预报。 (5)空间物理中的基本等离子体物理过程。包括等离子体的加速、辐射、波动、不稳定性、非线性以及相关的磁场重联等日地空间重要现象的基本物理过程。 重大国家需求 (1)航天工程安全保障。空间环境中的辐射增强等剧烈扰动过程破坏飞行器的电子器件、中断飞行器与地面的通信联系、威胁宇航员的安全，已成为航天工程的第一杀手。通过空间环境观测为航天工程提供空间环境预报，以便对空间灾害采取必要的规避与保护措施，避免造成了大量的经济损失和人员牺牲。 (2)地面技术系统的安全。空间环境的剧烈扰动可导致高危地区地面电力传输线、输油管道以及通信电缆的损坏。特别是在我国与俄罗斯远东地区的能源联系日渐密切的情况下，这类空间环境的破坏性尤应引起我们的重视。 4 未来发展 日地空间环境观测研究网络的定位 根据国内外日地空间环境观测研究发展情况和趋势，我院的“日地空间环境观测研究网络”的定位是：以地基台网观测研究我国地球空间环境(同时考虑太阳活动和全球变化)，形成横跨我国南北具有地磁基本场和变化场、各种尺度电离层结构、不同高度中高层大气物理场的多手段综合观测网络，并具有宇宙线、地球重力和大地动力高精度测量综合观测能力。该网络将成为开展我国地球磁层动力学，电离层结构与扰动传播，中高层大气波动激发与传播，磁层、电离层、中高层大气耦合以及地球各圈层耦合，空间环境预报模式研究等空间物理研究的基础研究平台和长久性观测研究基地。“日地空间环境观测研究网络”的实现，将使我院地球物理、空间物理有关研究内容拓宽，观测研究能力提升，通过观测与研究紧密相结合，使有关学科基础研究在国际上的影响进一步扩大，科研创新能力和竞争能力进一步提升。该网络将成为一个技术综合、管理先进、特色鲜明，在国际有重要影响，在我国日地空间环境地基观测研究上具有引领作用和不可替代地位的“日地空间环境观测研究网络”。 日地空间环境观测研究网络的发展模 式 院“日地空间环境观测研究网络”的实施采取两步走的方式：首先建成由我院的北京空间环境国家野外科学观测研究站(北京主站和漠河、武汉、三亚三个子站构成)，安徽蒙城地球物理国家野外科学观测研究站，武汉大地测量国家野外科学观测研究站和北京数据中心构成的网络，它以地球经圈为主线，布局合理，由地磁观测、中高层大气观测、电离层结构观测和电离层TEC观测4种可长期连续观测手段，能对我国空间环境有效观测。在仪器实现数字化和自动化综合观测基础上，通过现代网络通信技术，开发相应的数据分析处理软件，实现各台站与北京网络中心的数据实时传输和网上显示能力，将北京数据中心建成一个具有数据收集、处理和共享的交换平台，并与中国地球系统科学数据共享平台等联网。 在第二步发展规划中，将西藏羊八井宇宙线国家野外科学观测研究站、海南空间天气国家野外科学观测研究站和香河大气综合观测站纳入院“日地空间环境观测研究网络”，在羊八井观测站增加电离层、中高层大气与地磁观测，建成世界上最高的具有中国地域特色的空间环境综合观测研究站。将位于海南富克的空间天气观测站与海南三亚的地磁站一道，形成对我国低纬地区空间环境综合观测研究基地。整合香河大气综合观测站等北京地区空间环境相关的台站资源，在北京地区形成从大气、中高层大气、电离层和磁层综合观测研究系统。 日地空间环境观测研究网络未来开展 的工作 (1)利用多点连续，具有高度剖面的电离层结构和扰动观测数据，在中国电离层不同尺度扰动及传播特性，特别是电离层对固体地球和大气各圈层活动响应过程，电离层远东异常成因等重要科学问题上，取得原创性的研究成果。 (2)利用形成的中层大气综合观测网络提供的具有空间、时间和高度变化的数据，揭示出我国中高层中重力波、潮汐、行星波等大气波动激发与传播特性，在中高层大气波动激发传播，中层顶动力过程等有关学科前沿的研究上做出重要创新贡献。 (3)利用综合地球动力测量资料，获得武汉国际重力潮汐基准、中国南北和东西重力潮汐等剖面，结合国际上的地球动力测量数据，在全球重力场潮汐和非潮汐变化特征研究，地球潮汐形变的精密确定、大气海洋与重力场耦合机理、地球简正模及其液核共振和地球自转变化等地球动力学基础研究上取得突破和创新性成果。同时为国家重大工程“中国地壳运动观测网络”中绝对重力测量和我国微伽级绝对重力基准网建立与完善，做出重要贡献。 (4)在院“日地空间环境观测研究网络”所具有的观测数据实时联网和处理的基础上，结合物理模式和数据同化方法，开展我国空间环境，特别是与导航、通信等空间工程密切相关的电离层空间环境的现报和预报方法研究，建立有关示范系统，为我国空间工程应用，满足国家需要做出重要贡献。 总之，院“日地空间环境观测研究网络”通过对有关学科的有机结合，将成为我国和我院日地空间环境观测研究基地和多学科交叉的基础研究平台，在我国日地空间环境地基观测上起到主导和引领作用，在我国所处的中低纬地区的近地空间环境研究，地球各圈层耦合及相互作用的基础性研究中发挥不可替代的作用，并为国民经济发展和国防建设的应用研究做出贡献。 张鸿翔 男，中国科学院资源环境科学与技术局固体地球科学处副处长，副研究员。1972年出生。2001年获得中科院地质与地球物理所地球动力学博士学位。主要从事地幔地球化学和环境地球化学研究，先后参加过国家科技部攀登计划预选项目“地质流体作用及其成矿效应研究”和杰出青年基金“流体-岩石反应体系中稀土元素(和钇)的地球化学”等项目的研究工作，发表科研文章16篇。2002年到中科院机关工作，先后作为主要执笔人撰写报告30余份，发表管理文章10余篇。