探索临近空间的奥秘
本文作者：临近空间的奥秘 临小空
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欢迎来到临近空间的世界
鸿鹄领航，翩翩而起；
云霄直上，飞天振臂。
斗破苍穹，乘风而去；
时而驻留，寻寻觅觅；
同位观测，光怪陆离；
变幻夺目，璀璨绚丽。
时而举头，仰望天际；
昼夜交替，斗转星移。
时而低眉，俯瞰大地；
春风化雨，万物熙熙。
临近空间，浪漫神奇；
科学认知，探索奥秘。
什么是临近空间？
临近空间（Near Space）是指距离地面20km至100km左右的地球空间（美国定义为20km至120km），也被称为“近空间”、“空天过渡区”、“亚太空”或“亚轨道”等，由于其重要的开发应用价值，近年来在国际上引起了广泛的关注。
▲临近空间的概念 | 图片来源：产研智库
临近空间的概念起初是由飞行器的飞行高度定义而来，普通航空飞行器的飞行高度通常在20km以下，而天基卫星的飞行高度通常在100km以上，而在20km-100km的空域范围，飞机和卫星难以长时间驻留。
▲临近空间区域划分 | 图片来源：Ohbot
以下是维基百科的相关介绍：
（原文链接
https://en.wikipedia.org/wiki/Mesosphere）
The term near space is also sometimes used. This term does not have a technical definition, but typically refers the region of the atmosphere up to 100km (65,000 and 328,000 feet), roughly between the Armstrong limit (above which humans need a pressure suit to survive) up to the Kármán line where astrodynamics must take over from aerodynamics in order to achieve flight. The definition of near space can vary depending on the source, but in general near space comprises the altitudes above where commercial airliners fly but below orbiting satellites. Some sources distinguish between the terms ‘near space’ and ‘upper atmosphere’, so that only the layers closest to the Kármán line are called near space.
临近空间为什么引起广泛关注？
相较于相邻大气圈层，临近空间的物质构成、能量输运以及相互作用极其复杂，科学认知有待深入，主权定义仍欠明晰，开发利用尚缺手段，因此成为多个国际科学研究计划热点和世界强国的高技术竞技场。
目前，临近空间日益成为世界大国关注和争夺的焦点，很多国家都纷纷开展临近空间飞行器研制，以求开发利用临近空间、拓展人类活动空间。除此之外，临近空间蕴含着丰富的待探测的物理现象和待发现的科学规律，临近空间的科学探索将为人类揭开临近空间的神秘面纱。
临近空间飞行器长什么样？
所谓临近空间飞行器，顾名思义是指能够飞行在临近空间的一种飞行器，既能比卫星提供更多离地面更近、更精确的信息，并且节省使用卫星的费用，又能执行一般航空器无法完成的特定高度的任务。
那么临近空间飞行器都有哪些类别，通常长什么样子呢？
高空气球
具有较大的气囊，无推进动力装置，依靠空气浮力进入临近空间。
▲零压气球 | 图片来源：NASA
▲超压气球 | 图片来源：Google Project Loon
平流层飞艇
具有较大气囊，有动力，可定点悬停，可进行低速水平飞行，机动性好。
▲平流层飞艇 | 图片来源：Nasa
临近空间无人机
采用太阳能、燃料电池等能源，并依靠空气动力进入临近空间，优点是快速、机动、续航时间长。
▲临近空间无人机 | 图片来源：Facebook
探空火箭
一般为无控制火箭，具有结构简单、成本低廉、发射方便。
▲探空火箭 | 图片来源：Nasa
临近空间可进行哪些科学探索？
临近空间乃至整个大气层神秘而迷人，尽管人类不断探索，不断完善对其典型物理过程的认知，却依然无法解开众多谜团，依然充满好奇。
临近空间是地球空间多圈层的重要组成部分，从科学认知角度看，临近空间对下与中低层稠密大气之间存在紧密的相互耦合关系，对上则通过电离层接受太阳活动的驱动，并反过来影响低电离层的形态，对地球大气的整体认知具有重要学术研究价值。
下面举几个“栗子”：
👉高空特殊物理现象的科学规律探索，比如高空闪电、极光、珠母云等等。
▲Great Salt Lake高空闪电 | 图片来源：Picturecorrect.com
👉大气物质交换过程的关键环境参数探测，如临近空间与电离层的耦合观测（平流层臭氧对太阳紫外辐射的吸收、对流层中的各种剧烈气象活动、以及对流层与海陆地形之间的相互作用，重力波、潮汐、行星波等现象）。
▲南极臭氧层空洞变化 | 图片来源：Nasa
👉再如世界“第三极”——青藏高原上空的气候研究，即临近空间底部平流层与中低层大气耦合过程探测研究。
▲CCTV-10青藏崛起 | 动图来源：青藏科考公众号
👉还有太阳活动对临近空间的影响，如太阳电磁辐射和粒子沉降等等。
▲太阳风暴 | 图片来源：ESA & NASA
临近空间有什么应用前景？
除了科学探索，临近空间还具巨大的应用价值，比如：气象预测、灾后救援快速通讯、天文观测、对地遥感、雾霾监测、卫星载荷的空间预先验证、近太空旅行等等。
这些我们以后慢慢再讲。总之，临近空间仍是一片神秘地带，有待科学家们的进一步探索。🌏
临近空间科学覆盖学科广泛，涉及大气科学、空间物理、飞行器技术、探测载荷技术、天文观测、遥感观测等，"临近空间的奥秘"公众号将为您带来临近空间科学相关新闻及科普知识。
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