[拼音]：kongjian tance

[外文]：space exploration

利用探空火箭、人造卫星、人造行星和宇宙飞船等航天运载工具，对地球高层大气和外层空间进行的直接探测。

在过去的数百年间，人类为了实现对宇宙空间的直接探测，曾进行过许多努力和尝试。1783年施放了第一个升空气球，可以从空间观测地面和近地面的大气活动，但限于当时的技术条件和大气对气球的漂浮作用，气球不可能上升很高，探测的局限性很大。第二次世界大战以后，美国在德国火箭技术的基础上，发射了V-2探空火箭，也只达到160公里的高度。1957年10月4日苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，人类才真正跨进了宇宙空间的大门，开创了空间探测的新时代。在随后的20多年时间里，随着运载工具的进步，空间探测迅速向前发展，成果显著，不仅在离地球最近的月球上留下了人类的足迹，而且已有探测器飞越十几亿公里以外的土星，正在广阔无垠的太空中继续向前探索。

现在以空间探测为主要手段，配合在地面和大气中进行的测量，已构成了一个由地面观测台、气球、火箭、人造卫星、人造行星和宇宙飞船组成的完整的观测体系。

磁场的强度和方向是空间环境中的重要参数。较强的空间磁场可控制带电粒子的运动，较弱的磁场也能改变等离子体的性质，甚至磁场强度近似于零的中性点附近，磁场结构也起着很重要的作用。空间各个区域的磁场强度相差很大，如地球表面为3～6万纳特，而木星表面强达150万纳特，行星际空间只有几个纳特。

探测磁场的仪器有 4种基本类型：

（1）线圈式磁强计。利用线圈在磁场中运动时产生的感应电动势来测量磁场强度。

（2）磁通门磁强计。当铁磁性物质做成的磁心被外加交变磁场交替饱和磁化时，在次级线圈中输出的信号中有偶次谐波成分。谐波的辐度与被测磁场成正比。

（3）质子旋进磁强计。质子有磁矩，在外磁场中会作进动，其频率与被测的外磁砀成正比。

（4）光泵磁强计。受激原子跃迁回基态时，磁场会使谱线分裂，分裂的宽度与被测磁场成正比。

电荷的积累和磁场的变化都能产生电场。只是由于空间等离子体有很高的电导率，电场强度一般比较小，在电离层中较大只有几十毫伏每米，磁层中只有几毫伏每米。由于紫外辐射和空间等离子体都会使卫星和探测器充电，飞行体相对于等离子体的电位差以及飞行体各部分之间的电位差可达几伏或更高，成为电场测量中很严重的障碍。

直接探测电场的仪器，是从卫星本体伸出两根很长的杆，在端点安装两个导体球，测量两个球体之间的电位差，将电位差除以两球体间的距离，就是电场强度。两个导体球尽可能做得对称，以减少等离子体或紫外辐射导致的差异。另一种广为应用的间接测量方法，是由等离子体的漂移速度来求电场。用卫星或火箭将金属钡送到高空，在太阳光照射下钡被气化并电离，离子复合时会发出光，如果在曙暮时分进行此种实验，从地面就可以在黑暗的天空背景上观测到钡云发出的光。倘若有电场存在，离子云就会漂移，其速度为，知道了当地磁场强度B，就可以计算出该处的电场强度E。

宇宙空间中存在大量高能带电粒子，除电子、质子等基本粒子外，还有各种重粒子(Z＞2)，能量很高的达每核子1019电子伏。在空间使用过的高能带电粒子探测器种类非常多，几乎地面上所使用过的各种类型的探测器都曾在卫星和飞船上使用过。主要的有以下几种：

（1）利用气体电离作传感器的探测器　高能带电粒子能使气体电离，外加电压时可形成电脉冲，所加电压和气体压力不同，电脉冲形成方式也不同。外加电压很高，被电离气体雪崩式地电离，形成很强的电脉冲，就构成盖革-弥勒计数器。电压较低时，电场能使电荷倍增，但不形成雪崩式的电离，电脉冲幅度与入射粒子能量成正比，即正比计数器。电压更低时，电场不引起电荷倍增，只起收集电离电荷的作用，即电离室。

（2）闪烁计数器　粒子在闪烁体（如含铊的碘化钠晶体）中可以产生微弱的光脉冲，光电倍增管将它变成电信号并加以放大，成为可以测量的电脉冲。

（3）半导体计数器　带电粒子通过p-n结的时候，由于电离而产生电子-空穴对，从而输出一个可供测量的电脉冲。

（4）切连科夫探测器　高能粒子的速度高于介质中的光速时，会发出切连科夫辐射，用光电倍增管将此光信号转换成电信号，并放大成可测量的电脉冲。

上述探测器单独使用时，只能测出通过探测器的粒子数目和能量，要区分粒子的成分并测量粒子的角分布时，经常把这些探测器组合起来使用。

宇宙空间的绝大部分物质以等离子体形式存在，它的密度差别很大，在电离层中，每立方厘米达106个电子-离子对，在行星际空间只有几对。组成等离子体的电子和离子能量都很低，不能用高能带电粒子探测器来测量，探测时也容易受飞行体和探测器电位的影响。用来直接探测等离子体的仪器分两类：一类是根据落到传感器上的带电粒子所构成的电流来推算等离子体的密度和温度等参数，如法拉第筒、减速势分析器和离子捕集器等；另一类是探针，通过测量在探针上加不同电压时所引起的电流的变化，按照电流和电压的关系（即所谓伏安特性）来推算等离子体参数。当等离子体密度足够大时，利用电波在其中传输时所受到的影响来探测等离子体的参数，也是重要的方法。在地面上接收从卫星发出的信号，根据卫星偏振面的旋转可以测出从卫星到接收天线之间的总电子含量，这样的仪器叫偏振仪。当探测行星的飞行器绕到行星背后和从行星背后出来时（即所谓掩星过程），从飞行器发出的无线电信号经过行星大气和电离层以后才能到达地球，根据这些信号的传播路径和特征，可以获得行星大气和电离层的一些参数。在地面上测量来自遥远星空的无线电信号时，行星际介质的不均匀性和运动状态也能引起被测信号的变化（即行星际闪烁），它们也携带了丰富的行星际等离子体状态的信息。

空间等离子体的不稳定过程和电磁场的变化，会激发各种频率的电磁波和等离子体波，它们既是空间物理过程的产物，也是探测空间环境状态的手段。当它们与带电粒子相互作用时，还能严重改变空间的物理状态，通过测量波中的电场、磁场和等离子体变化，都可以了解这些波的特征。对于变化频率比较低的波动（例如在1周每秒以下的脉动），一般用磁强计测定波中的磁场较为方便。而对较高频率的波动，则采用环状探测线圈来测量磁场的变化率，或者用鞭状天线来接收电场变化的信号。

在地球和其他行星上，甚至某些卫星上都存在着中性大气，在行星际空间也存在少量中性粒子。直接取样分析中性粒子成分和密度的仪器主要是质谱计，它先把中性粒子电离成带电的离子，然后对离子进行质量分析。利用某些核反应过程，可以测量特殊成分的中性粒子密度， 例如测量α 粒子和14N原子核反应（卢瑟福反应）产生的质子， 可以测得14N的密度。也可以用α 粒子和γ射线反向散射强度来计算周围粒子的密度。

在太阳系内，除了巨大的星体以外，还存在一些很小的以颗粒形式存在的物质，叫微流星体。它们的质量很小，一般在10-6克以下。小的只有10-9克。但它们的速度很高，较大可达70公里／秒，因而具有很大的贯穿本领。它们对宇宙航行是一严重威胁，是空间飞行器设计中应考虑的一个很重要的问题。

微流星体以很高的速度和探测器碰撞，会产生电离、冲激波、发声、发光、气化等过程，都可以成为测量它们的物理基础。常用的方法是：

（1）利用压电效应直接将微粒的冲击转换成电信号。

（2）微粒在通过电容器两平板之间时，造成的电离使电容器被击穿发出电信号；用两个或几个电容器组合起来，还可以测量微粒的飞行速度。

（3）微粒能引起某些物质发光（如硫化镉），用光电倍增管将光信号转换成电信号并加以放大。

（4）在光电池外覆盖薄的挡光片，微粒使挡光片烧蚀成小孔而透光，太阳光透过小孔产生的光电流也可用来测量微流星体。

（5）将塑料薄膜在空间展开，微流星体在薄膜上打出小孔后，将薄膜回收，用显微镜分析小孔。

探空火箭是近地空间探测的重要手段之一，它能把探测仪器带到一百至几千公里的高空进行测量。为了减少稠密大气的阻力以达到较大的高度，探空火箭一般都是垂直向上发射的，在到达很高点附近时，通过一个短短的弧线运动转为往下的自由降落。因而每一发探空火箭都能得到一个垂直的从上到下的剖面。为了延长探测时间，获得更多的探测数据，往往把仪器舱从火箭体分离出来，仪器舱依靠降落伞减速降落，进行回收。探空火箭虽然飞行时间比较短，一般只有十几分钟，但它比较机动，能够根据研究课题的要求随时发射，而且它的成本低，技术上也较容易实现，因此它和卫星成为两种互相补充的探测手段。

探空火箭还是用来进行主动试验的良好工具。例如在50年代初就已开始发展起来的钡云实验，用火箭将含钡的物质带到高空，用爆炸的方法将它撒到空间，太阳紫外光使之电离而成钡云，根据钡云的运动可以推测高空的电场，研究高层大气的运动和发光现象，以及等离子体的不稳定现象。利用探空火箭也可以将加速器带到高空，通过它所喷射出来的高能电子在空间运动的规律，可以研究地磁场的结构、测量电场、了解高能电子与高层大气相互作用过程。

以人造地球卫星为飞行器对空间进行的探测。卫星围绕地球以圆形或椭圆形轨道运行。轨道的大小、形状、方位，轨道面的取向，和卫星的位置，由6个轨道根数确定，即长半径、偏心率、升交点赤经、倾角、近点角和过近点时刻。根据不同的探测目的可选择不同的轨道，主要有3种类型：

（1）极地圆轨道　对赤道面的倾角约90°。由于地球的自转和地球质量分布不均匀引起的交点进动，使这种轨道上的飞行器扫过所有的经度和纬度，能较快得到各种物理量的全球分布。在电离层、高层大气和磁场测量中，常采用这样的轨道。

（2）大扁度轨道　它的远地点高度要比近地点高度高得多，在卫星绕地球一周的过程中，就可以测量参数随高度分布的剖面。如“欧洲空间局” (ESA)发射的专门测量磁层的“大扁度轨道卫星”，它的近地点只有405公里，远地点达24万公里，绕地球一周即可获得磁层的完整的剖面资料。

（3）同步轨道　当卫星在赤道面上高度为 36000公里的圆轨道运行时，卫星绕地球一周恰好与地球自转一周的时间相等，相对于地球是静止的。这种卫星的观测结果，很容易和地面观测结果配合起来分析。

在近地空间探测中，两颗或更多的卫星同时配合进行探测，比一颗卫星单独进行测量更为优越。因为，根据单个卫星的测量结果，常常无法分辨空间变化和时间变化。多星同时观测，可以在不同区域获得同一时刻的数据，便于进行这些区域之间的相关分析研究。卫星同时观测的结果，还能确定被测的物理现象是静止的还是在空间运动的，或者是从一个区域向另一个区域传播的，并测出它们的运动或传播的方向和速度。这些特点在研究近地空间动力学过程时更为重要。所以，从60年代末以后，越来越多地注意发射“姐妹卫星”（或“娘俩卫星”）和卫星组。

探测近地空间物理参数的卫星系列很多，有综合性的系列，对电离层、高层大气和磁层等各领域进行综合探测；也有较小的研究单一领域的卫星系列。

（1）综合性探测卫星系列　主要有美国国家航空和航天局发射的“探险者”、“轨道地球物理观测台”系列，苏联发射的“宇宙号”系列等。“探险者”卫星系列共由55颗卫星组成，从1958年1月31日发射的“探险者”1号起，一直延续到1975年11月20日发射的第55号卫星止，是美国较大的科学卫星系列。在它以下又按照不同的探测目的分为许多小卫星系列，如“大气探险者”、“行星际监测台”等。“轨道地球物理台”系列由1964～1969年发射的6颗卫星组成。其中第1、3和5号为低倾角大扁度轨道，又称扁轨地球物理观测台，主要研究磁层；第2、4和6号为极地圆轨道，又称极地轨道地球物理观测台，主要研究高层大气、电离层和极区的物理过程。

（2）高层大气探测卫星系列　探测高层大气结构的卫星系列，主要有：1972～1974年美国和联邦德国联合发射的2颗大气卫星；1961～1968年美国发射的5颗“大气密度”探测卫星系列；1963～1975年美国发射的 5颗“大气探险者”卫星系列，它们都携带了仪器，直接测量高层大气的密度、成分、光辐射和带电粒子能谱。此外，1971年8月7日美国空军发射了一组7颗卫星，它们分别具有不同的质量-截面比，比值较大的是“炮弹”，直径66厘米，重700公斤，小的是镀铝“气球”直径2米，重4公斤。这组卫星在大气作用下以不同的加速度陨落，根据这些卫星的轨道数值可以推算出高层大气密度。

（3）电离层探测卫星系列　主要有：1962～1965年美国和加拿大联合发射的2颗“百灵鸟”和 1969、1971年发射的 2颗“国际电离层研究卫星”；1964～1971年美国和意大利联合发射的3颗“圣马科”卫星;美国国家航空和航天局发射的 3颗“信标探险者”卫星；1961～1974年美国海军发射的 5颗“英琼”卫星系列；1976～1978年日本发射的 2颗命名为“梅”（又称“电离层探测卫星”）的探测卫星。它们的探测方法可分为 3种类型：第一种是在卫星上安装直接测量电子和离子的密度、温度或能量的仪器；第二种是从卫星上发射电磁波，并接收从电离层反射的回波，它所得到的是顶部电离层的信息；第三种是从卫星上发射电磁波，在地面接收信号，根据信号通过电离层所发生的变化来推断电离层的特征。

（4）磁层探测卫星系列　主要有欧洲空间局在1977～1978年间为配合国际磁层研究发射的两颗对地静止卫星，第1颗未进入同步轨道，第2颗定位于东经9°～35°之间，与斯堪的纳维亚的地面观测站配合进行观测研究；美国和欧洲发射的 3颗互相配合同时进行探测的“国际日地探险者”系列，其中两颗沿大扁度高倾角的轨道运行，主要探测磁层参数，第3颗在日地连线上围绕太阳和地球引力平衡点作椭圆轨道运动，主要监视太阳风和行星际磁场的扰动。

（5）微流星体探测卫星系列　从60年代开始虽然利用人造地球卫星对微流星体进行了大量的测量，但大多和其他项目同时进行，而专门的探测卫星系列只有编入“探险者”系列中的4颗“微流星体探险者”和3颗“飞马座”两个卫星系列。“飞马座”带有两块面积很大的帆板（4.27米×14.63米），安装有208块面积为0.5米×1.0米的测量微流星的传感器，由于外形像希腊神话中带翼的马，故称飞马座。它可以测量微流星的大小、频率和入射方向。

主要目的是了解行星际空间的磁场、电场、带电粒子和行星际介质的分布及随时间变化。探测行星际空间的飞行器可以有 4种轨道，即地心轨道、日心轨道、飞离太阳系轨道和平衡点轨道。

磁层顶在向阳面离地心的距离大约10～15个地球半径，磁尾的直径约40个地球半径。围绕地球运动的卫星只要它的远地点超出磁层，就能进入行星际空间进行探测。美国国家航空和航天局发射的“行星际监测台”(IMP)系列的10个飞行器中，除IMP-6进入围绕月球的轨道以外，其余9颗都以地球为中心，或者是大扁度轨道，或者是大圆轨道。由开普勒第二定律可以知道，卫星在远地点附近的线速度最慢，因此卫星的大部分时间在磁层顶外面。显然，这种轨道的飞行器是随同地球一起运动的，它只能测到距日心1天文单位距离上太阳风和行星际的一些参数，而不能获得整个行星际空间的特征。但这些资料对于研究太阳风、行星际磁场与磁层、电离层、高层大气的关系时，是十分有用的。

利用围绕太阳运动的飞行器来探测行星际空间是十分理想的，并且常常和行星探测结合起来。以这种轨道来探测行星际空间的飞行器，主要有美国国家航空与航天局发射的“先驱者”系列，美国和联邦德国发射的“太阳神”系列。“先驱者”系列共由11艘宇宙飞船组成。前 3艘由于运载工具发生故障而未能进入预定轨道，4号和 8号在离太阳1天文单位附近进行探测，5号、6号和9号在地球和金星之间进行探测，7号的测量范围是地球和火星之间，10号和11号一直飞到木星和土星进行探测。“太阳神”由 2艘宇宙飞船组成。它们的近日点大约为0.3天文单位，远日点大约为1天文单位，是迄今最靠近太阳的探测器。这样的轨道使它有可能在较大的范围内研究不同距离上太阳风的特征及其传播过程。它绕太阳的周期约为地球的一半，这使得它有一半时间和地球位于太阳的同一侧，另一半时间和地球位于太阳的两侧，这对了解太阳风在两个经度上的差异是有利的。

若飞行器的速度达到第三宇宙速度时，它就可以克服太阳的引力作用，沿抛物线轨道飞往星际空间，就能够直接探测太阳系在地球轨道以外的部分。在地面以上 200公里高空，第三宇宙速度等于16.539公里／秒，如果恰当地选择轨道，就能使飞行器在与某个行星交会时，利用行星的引力和速度来获得所需要的速度。“旅行者”宇宙飞船就是这样的轨道。

又称“哈罗”轨道。在太阳和地球的连线上有一个平衡点，太阳和地球的引力在这里恰好相等，它离地球约150万公里，飞船可以在通过这一点和日地连线相垂直的平面上沿椭圆轨道运动。“国际日地探险者”3号就是这样的轨道，它的长半轴约40万公里，短半轴约20万公里，周期178天。这种轨道对于定点监视行星际的物理状态是十分理想的。而且它在地球的上游，太阳风或行星际磁场的扰动先到达这点，再经过约一小时才能到达地球。它离地球的距离足够远，可以忽略地球的影响，在技术上也易于实现。

探测方式　根据探测的目的和要求、空间技术所能达到的水平，探测月球和行星的方式有以下几种：

（1）飞越　宇宙飞船离开地球以后，在行星际空间飞行过程中，经过月球和行星时，对星体及其环境进行测量。这种探测方式在技术上较易实现，不需要在深空作机动飞行来改变轨道，这种方式常常和行星际空间探测结合起来进行。

（2）硬着陆　宇宙飞船直接击中月球或行星，在与星体相撞之前，沿途对星体的大气、磁场和粒子环境参数进行测量，还能对星体作近距离的观测，拍摄降落区附近高分辨率的照片。

（3）环行　宇宙飞船进入所测量的星体的引力作用范围以后，改变飞行状态，进入环绕星体的轨道，在星体周围作长时间的飞行，直接测量星体的环境参数，并对星体表面的广大区域进行摄影、遥感探测。精确测定飞船轨道，还能推算星体引力场的分布和大气密度，利用围绕星体运动时的掩星过程，通过无线电波的传播，研究星体的大气层和电离层。

（4）软着陆　采用制动技术使飞船平稳地降落在星体表面，长时间对星体表面和大气层进行自动的物理学、化学、地质学和生物学的探测。为了扩大探测的范围，常以探测车在星体表面行驶。

（5）取样返回　飞船在星体表面采集星体和大气的样品，然后自动返回地球，在地面实验室中对各种样品进行各种分析。

（6）载人登陆　宇航员在星体上着陆，对星体进行直接探测。人在月球上登陆已于1969年实现。

月球是距离地球最近的一个天体，苏联和美国都对它进行了广泛的探测，也是以所有的方式探测过的惟一星球。

苏联于1959年1月2日发射的“月球”1号飞船是第一个月球探测器，在距月球表面5029公里处飞过，第一次对月球的磁场和高能粒子环境进行了测量，并飞越月球背面，揭示了月球背面的秘密。同年9月12日发射的“月球”2号击中了月球，成为降落在月球表面的第一个人造物体。它们的探测证明了月球磁场很弱，周围没有很强的辐射。到1965年12月共发射了 8艘飞船飞越或命中了月球。1966年2月3日“月球” 9号第一次在月球表面软着陆成功。同年3月，“月球”10号进入绕月轨道，近月点高度350公里，远月点高度1017公里，倾角为 71.9°。1970年9月12日发射的“月球”16号，第一次成功地自动挖取月球样品并自动返回地球。

美国的月球探测是以载入登月为目的的，由“徘徊者”、“勘察者”、“环行者”和“阿波罗” 4个飞船系列分别完成各个阶段的任务。

“徘徊者”系列是由9艘飞船组成的，它的主要任务是实现在月球表面硬着陆，在下降过程中用电视摄像机拍摄月球表面的近景。每艘飞船上都携带了 6台电视摄像机，两台装备广角镜头，4台装备望远镜头。这一计划从1961年8月开始执行，但前6艘都没能进入预期的轨道。只有“徘徊者”7号、8号和9号3艘飞船进入了轨道。

“勘察者”系列是在月球软着陆的飞船系列。从1966～1968年共发射了7艘，有5艘成功地实现了软着陆，前4艘在月球赤道附近，之后1艘在月球的南半球。每一艘飞船上都装有一个可伸缩的铲子，用它来挖掘月面岩样并进行放射性分析来确定化学成分。探测结果查明，月球表面并不像早先人们担心的那样，覆盖着很厚很松的“灰尘”，以致宇航员和飞船会淹没在“灰尘”之中。月球表面的强度足以支撑宇航员和宇宙飞船。月球土壤的密度大约为1.5克／厘米3，由2～60微米大小的颗粒组成，化学成分和地球上的玄武岩相近。

“环行者”系列由 5艘进入围绕月球轨道的飞船组成。任务是取得月球表面的高质量照片，供选择载人登月时的着陆地点之用。前 3艘飞船的轨道平面与赤道面相近，后两艘则是近极地轨道。大约99.5％的月球表面被拍摄成照片。

“阿波罗”系列是规模较大的月球探测系列。前 6艘是不载人的，主要试验飞行技术。1968年10月11日发射的“阿波罗”7号是这个系列中第一艘载人飞船，它在地心轨道上试验了飞船的性能。同年12月21日发射的“阿波罗”8号携带了3名宇航员绕月球飞行了10圈后返回地球，试验了飞船在绕月轨道上的性能。1969年3月3日发射的“阿波罗”9号，模拟了在月球降落与返回的全部过程。同年5月18日发射的“阿波罗”10号，使载有两名宇航员的登月舱下降到离月球表面只有15公里的高度。1969年7月16日发射的“阿波罗” 11号第一次载人登上了月球。到1972年底，除“阿波罗”13号因发生故障外，其余6次都载人登月成功。采集月岩、月壤样品400多公斤。

水星是太阳系中最靠近太阳的一颗行星，离太阳的平均距离只有0.387天文单位，从地面上观测水星时，它相距太阳最远时角度只有28°，它常常湮没在强烈的太阳光背景下而无法对它进行观测。

只有一艘飞船对水星进行过直接探测。即美国1973年11月3日发射的“水手” 10号。它也是第一艘连续探测两颗行星的飞船。1974年2月5日飞越金星上空（距金星约5740公里）后，利用金星的引力改变飞行轨道，进入近日点在水星轨道上的日心轨道，成为人造行星，公转周期为176天，正好是水星公转周期的2倍，因此在1974年3月29日与水星第一次相遇（距水星表面703公里）后，1974年9月21日第二次在离水星48069公里处飞过，1975年3月16日又第三次飞过水星，距水星327公里。

“水手”10号主要是探测水星的环境，探测水星的表面和大气的物理特性，同时也测量了水星和地球之间的行星际空间状态。飞船上装有两台电视摄像机，对水星表面进行了详细观察，第三次飞越水星时，拍摄的照片分辨率达204米，从照片看，水星表面与月球表面非常相似，布满了陨石冲击坑。测量结果表明，水星表面磁场只有地球表面磁场的百分之一，因而水星磁层顶离水星表面约0.6个水星半径，并且不足以捕获高能粒子形成辐射带。水星在正午时表面温度达700K，在夜晚时仅100K，除了薄薄的一层氦离子外，不存在长久性的大气层。

金星是离地球最近的一颗行星，它的大小、质量和密度等许多方面与地球相近，稠密的大气和厚厚的云层，使人们无法从地球上看清金星的面目。

美国1962年8月26日发射“水手”2号，它于1962年12月14日到达金星附近。星载微波辐射计测得大气深处的温度为400K，红外辐射计测得云层顶部的温度为240K，磁强计的测量结果表明金星磁场很弱，在它的四周不存在辐射带。1967年6月12日苏联发射的“金星”4号的飞行舱于同年10月18日利用降落伞首次进入金星大气层，取得了金星表面25公里以上的大气特性数据，测到大气的主要成分为一氧化碳。“水手” 5号绕到金星背面的掩星过程中，根据无线电信号通过大气层后的特征，测得金星大气的压力和温度剖面，其表面温度为760K，大气压力为地球表面大气压力的100倍左右。1975年6月苏联发射的“金星”9号和10号在同年10月抵达金星，它们都由一个环绕金星的轨道舱和一个降落在金星表面的登陆舱组成，从发回的第一张金星表面的照片可以看到，在着陆点附近是有棱角的石头。还测定了金星表面的风速约 2米／秒，太阳辐射通量约为大气层外辐射通量的百分之一。

1978年美国发射了“先驱者金星”1号和 2号。1号于1978年12月4日进入了围绕金星运行的轨道，距金星的高度最近为150公里，最远为66900公里，轨道面对金星赤道面的夹角为 105.6°。它上面共安装了12台探测仪器，分别探测金星的表面形状、大气、云层和电磁等各种物理特性。2号由一个公用舱和降落在金星表面的4个探测器组成，主要任务是探测大气的垂直结构、低层大气特性和大气环流模式。它们所装备的主要是测量大气成分、温度和压力的仪器。

火星的大气稀薄而又透明，距离地球较近，能够从地面上考察它的固体表面结构，多年来的观测发现了许多有趣的特征，如随季节而收缩或扩大的极冠，窄长的“运河”等。它也是人们曾经认为最有可能存在高等动物的一颗星球。这些都促使人们去进行直接探测（见地外生物学）。美国在1964年11月28日发射了“水手”4号，8个月以后，它在距火星9790公里处飞过。从它拍摄的照片，看到火星表面有许多陨石坑。利用掩星法测量了火星大气的性质，发现它的气压很低，只有地球表面气压的百分之一，主要成分是二氧化碳。“水手”7号（1969年3月27日发射）测到火星极区的温度约160～170K。第一个围绕火星运行的人造卫星是1971年5月30日发射的“水手”9号，它在飞往火星途中就发现了火星大气中的尘暴，它所拍摄的照片上除了可以看到陨石坑以外，还看到许多火山。磁场测量结果表明，火星的磁矩很弱，最多只有地球的百分之二，它既不能形成磁层，也不能捕获高能粒子形成辐射带。

在火星表面着陆的只有美国“海盗号”系列的两艘飞船，它们分别于1975年8月20日和9月9日发射，都由环行舱和登陆舱两部分组成。环行舱的远火星点为30000公里，近火星点为1520公里左右，后来更降到300公里。登陆舱以考察火星表面的“地貌”，搜寻生命的痕迹为主要目的。探测结果表明，火星上没有任何有机质的痕迹，不可能存在生命。

类木行星包括木星、土星、天王星和海王星，它们与地球、水星、金星和火星等组成的类地行星有许多不同之处。除了具有体积大、自转快、大气层厚和卫星多的共同特点以外，像木星的大红斑、土星的光环、天王星奇特的自转方向等，都吸引人们去探测它们。由于类木行星离地球十分遥远，使得对它们的探测十分困难，至今只有4艘飞船飞越过木星，只有3艘飞船飞越过土星，飞越天王星以远还是以后的事。由于它们离太阳太远，利用太阳能作动力已不可能，都采用同位素热电池作能源；为了保证和地面的无线电联系不致中断，都装有一个极大的抛物面天线。

最早探测木星的是“先驱者”10号，它发射于1972年3月2日，在1973年12月3日在相距130000公里处飞越木星。1973年4月6日发射的“先驱者”11号，在1974年12月3日飞越木星时，利用木星的引力场改变飞行轨道飞往土星，在1979年9月飞越土星，向太阳系以外飞去。

“旅行者”系列由2艘完全相同的飞船组成，“旅行者”1号的目的是对木星和土星进行联测(有利的发射时机每20年才有1次)，2号则是对木星、土星和天王星进行联测（有利的发射时机每 45年才有1次）。利用它们可以对从 1天文单位距离到日球外边界的整个行星际空间进行探测。

“旅行者”飞船共进行11个项目的科学研究，研究领域十分广泛。包括用电视摄像机研究星球表面特征；通过偏振光和紫外光谱测定大气成分；利用红外辐射计测量星体大气温度分布；测量宇宙空间和星球的磁场和带电粒子环境等。此外，因为飞船最终将飞离太阳系进入浩渺的星际空间，期望有朝一日能为像人类一样有智力的动物所捕捉，因此在飞船上还携带了许多介绍人类历史和现代情况的照片和录音。（见彩图）

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