行星空间物理

课程编码：070802M05004H 英文名称：Planetary Space Physics 课时：50 学分：3.00 课程属性：专业普及课 主讲教师：戎昭金等

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。

核心课《空间物理概论》等

第一章 绪言及学科发展简史 2学时 戎昭金
第1节 行星空间物理概述
第2节 行星空间物理发展简史
第二章 日球层空间等离子体环境 2学时 戎昭金
第1节 太阳及其表面活动特征
第2节 太阳风及其行星际空间环境
第三章 地球空间环境 2学时 戎昭金
第1节 地球空间环境各等离子区域及变化特征
第2节 地球及各行星轨道的太阳风变化特征
第四章 卫星数据分析方法 2学时 戎昭金
第1节 单点分析方法
第2节 多点分析方法
第五章 常见空间探测仪器及其工作原理 2学时 戎昭金
第1节 行星空间等离子体探测
第2节 磁场与电离层遥感探测
第六章 水星空间环境 4学时 戎昭金
第1节 水星探测计划
第2节 水星磁层研究进展
第3节 水星探测计划
第4节 水星磁层研究进展
第七章 气态行星磁层空间 2学时 戎昭金
第1节 木星、土星磁层
第2节 天王星、海王星磁层
第八章 月球空间环境 2学时 戎昭金
第1节 月表电学环境
第2节 月球的空间等离子体环境
第九章 行星磁场 2学时 戎昭金
第1节 行星及卫星的基本磁场环境总概
第2节 行星磁场的起源、变化、及对粒子逃逸的影响
第十章 行星空间物理研究方法 2学时 戎昭金
第1节 设计研究课题的基本思路
第2节 实行研究计划的方法
第十一章 金星和火星探测意义 2学时 柴立晖
第1节 金星探测目标和意义
第2节 火星探测目标和意义
第十二章 金星和火星探测历史 2学时 柴立晖
第1节 金星探测卫星和历史
第2节 火星探测卫星和历史
第十三章 金星空间环境 2学时 柴立晖
第1节 金星磁层和等离子体环境
第2节 金星研究前沿和热点
第十四章 火星空间环境 2学时 柴立晖
第1节 火星磁层和等离子体环境
第2节 火星研究前沿和热点
第十五章 泰坦空间环境 2学时 柴立晖
第1节 泰坦磁层和等离子体环境
第2节 泰坦研究前沿和热点
第十六章 彗星和小行星空间环境 2学时 柴立晖
第1节 彗星和小行星探测意义和历史
第2节 彗星和小行星的空间环境和研究前沿
第十七章 行星空间环境的数值模拟研究 4学时 柴立晖
第1节 行星空间数值模拟研究简介
第2节 行星空间数值模拟的实现过程和演示
第3节 火星和金星的全球数值模拟研究
第4节 水星和彗星等小星体的数值模拟研究
第十八章 土星和木星的磁层环境：带电粒子 2学时 袁憧憬
第1节 内磁层及辐射带
第2节 中磁层、外磁层及环电流和等离子体片
第十九章 土星和木星的辐射带 2学时 袁憧憬
第1节 土星和木星辐射带的基本结构
第2节 土星和木星辐射带的变化性
第二十章 土星和木星辐射带的加速和输运机制 2学时 袁憧憬
第1节 绝热加速：径向输运
第2节 非绝热加速：波粒相互作用和极光区加速
第二十一章 土星和木星辐射带的磁层内部耦合过程 2学时 袁憧憬
第1节 卫星和环对辐射带的作用
第2节 磁层电流体系对辐射带的作用
第二十二章 行星际空间环境对土星和木星辐射带的作用 2学时 袁憧憬
第1节 太阳风和行星际磁场
第2节 宇宙线
第二十三章 项目考核与指导 2学时 袁憧憬
第1节 检查学生项目设计进展，并进行指导调整。

戎昭金，男，1982年10月出生，贵州盘县人。2004年7月在大连大学获理学学士学位；2009年7月在中国科学院国家空间科学中心获理学博士学位；2009年-2012年在中国科学院地质与地球物理研究所从事博士后研究工作。现任中国科学院地质与地球物理研究所副研究员；中国科学院大学岗位教授；中国地球物理学会行星物理专业委员会秘书长。曾在瑞典空间物理研究所长期访问。主要从事太阳风与地球、行星相互作用的相关基础研究工作，对于行星磁场方面的研究有较多涉及。先后主持过国家自然科学基金（面上、青年），博士后基金特别资助等多项科研项目。曾获得2015年中国地球物理学会“傅承义青年科技奖”。多次应邀在重要国际会议上作口头报告和特邀报告。
柴立晖，女，1988年出生，中国科学院地质与地球物理研究所副研究员。2008年在中国科学技术大学地球与空间科学学院获空间物理学学士学位，2013年在中国科学技术大学地球与空间科学学院获空间物理学博士学位，2012年在德国马普太阳系研究所做联合培养博士生一年，2018年在美国加利福尼亚大学洛杉矶分校做访问学者一年。主要从事行星磁层空间环境的观测和数值模拟研究，致力于研究行星各种磁层空间结构中的物理规律。发现并系统研究了火星、金星、土卫六和彗星上的全球性环形磁场；系统研究了金星的弓激波结构位形和其授课因素。已在ApjL，JGR等学术刊物发表15篇SCI论文。
袁憧憬，女，1987年出生，中国科学院地质与地球物理研究所副研究员。2009年在兰州大学大气科学学院获大气科学学士学位，2014年在北京大学地球与空间科学学院获空间物理学博士学位。2012年在美国加利福尼亚大学伯克利分校做访问学生一年。2019年在德国马克斯普朗克太阳系研究所做访问学者一年。先后主持过国家自然科学基金（面上、青年），博士后基金一等面上资助等多项科研项目。主要从事地球与行星磁层空间环境的观测分析，系统研究了太阳风和行星际磁场环境对地球辐射带高能带电粒子的作用，系统研究了土星和木星辐射带的相对论电子动态变化和动力学机制。已在JGR等学术刊物发表13篇SCI论文。