宇宙拓荒前哨站——漫步行星空间

       人类对于物质世界的定量研究总是由近及远的，从脚下的土地，到无际的汪洋，再到头顶的蓝天。但天幕之外的世界又是如何？在清风纤云之外，是有吴刚伐桂、玉兔捣药的婵娟？还是有牵牛织女共渡的天阶鹊桥？“其实，古人并没有这些概念，因而‘太空’这个词在古代典籍中并不常见。当我们谈及‘太空’、‘空间’这一类词语时，要明白其背后所蕴含的是近几个世纪人们对行星空间环境的不懈探索与研究。”19日上午，郝永强教授字斟句酌地为大家介绍学科名词的来由与渊源，并以此为线索将大家引入日地空间的恢弘大门。

       从“不知天上宫阙，今夕是何年”的疑问，到“仰观宇宙之大，俯察品类之盛”的寄托，飞天之梦如一曲绵延千古的旋律，始终回荡在人类文明的长河之中。“1783年热气球的成功发明，标志着人类的探索疆域从地球大气层拓展至日地空间，从此，行星空间成为了人类文明发展的又一前哨站。”娓娓道来之际，郝教授将时间的指针回拨两百余年，定格在人类探索首次突破大气的历史时刻。从热气球的首次升空，到火箭的直冲云霄，人造飞行器的巡航高度一再突破极限；电离计、辐射计与光谱仪在百公里之上的蓝天之上记录下与地表观测截然不同的数据，暗示着这里就是传统大气以外的无垠之境——日地空间。“地球大气密度随高度上升呈指数下降。越过位于约八十千米高度的卡门线后，稀薄的大气、电离的环境、剧变的温度，已不再支持人造飞行器依赖空气动力学原理飞行，这就是人们对于日地空间的初印象。”郝教授将人类过往的探索与如今的成就交织连结，讲述着人类开拓日地空间的传奇诗篇。

       “如何证明‘太空’并不‘空’？我们可以通过高层大气中的独特现象来佐证，比如与我们科创课题密切相关的极光与流星。”随着讲解逐步深入，郝教授为学员们一一解析日地空间中的物质、结构、性质与独特现象。作为重要的能量源与物质源，太阳辐射和太阳风会显著影响日地空间环境：太阳紫外辐射被地球高层大气吸收后，会产生大气的局地增温与抬升，间接影响人造卫星飞行稳定性；在太阳风-地球耦合磁场的作用下，高能带电粒子会沿磁力线注入地球高纬中高层大气、并与高层大气中的粒子碰撞激发，从而产生绚烂的极光。此外，从电离层、逸散层、再到辐射带、都是日地空间环境独特而迷人的区域。如今人类已经对这些区域进行了深入研究与利用，发展出了无线电通讯、航天器返回再利用等技术，也为人类迈向更远深空打下了坚实基础。

       日地空间是人类脱离地心引力的跳板，是探索深空的桥头堡，是人类攻坚宇宙的根据地。从日地空间俯瞰蔚蓝星球，人们可以解析风雨阴晴、测定地动潮涌；从日地空间远眺深邃宇宙，人们可以预报赤乌喧嚣，洞悉星云合散。日地空间所拥有的独特性质和战略位置使其成为地球通向更远宇宙空间的桥梁。如何深入理解日地空间环境性质，如何进一步衔接地球科学、空间科学与深空探测，是年轻一代行星与空间科学人面临的重大课题，也是天元太空探索暑期学校希望带给学员们的启迪。