地球轨道空间中的磁场通常也称地磁场。地磁场可以形象地描述为在地球内部存在一个沿地球自转轴方向的被均匀磁化的铁棒。地磁场主要分为三个部分：①主体部分称为基本磁场或偶极子场。在地球表面，基本磁场的磁通量密度在地磁赤道附近的31 000 nT 与磁极的60 000 nT 之间变化。地球基本磁场是由在地球外核流体中的磁流体发电效应形成的。基本磁场的偶极子结构是磁指南针能实现导航应用的主要原因。②第二部分来自岩圈中被磁化的岩石（石质行星的固体外壳），岩圈的厚度从大洋中脊的1.6 km 一直延伸到大洋底壳下130 km。岩圈在地球表面形成的磁通量密度为几百nT。其主要应用于地球物理学研究课题中，如研究地球板块运动理论等。③地磁场的第三部分来源电离层和磁层中的电流系统，电流的瞬间变化产生的磁场以及其在地球内部产生的感应电流的磁场组成了这个部分。这一部分的比重相当小，一般只有1%左右，并且由于受太阳活动影响，这部分磁场强度大小变化十分剧烈。磁场环境是整个空间粒子辐射、俘获以及等离子体分布的重要影响因素，同时也是带电粒子空间传输与应用的基础，这里对磁场环境基础进行初步介绍，后面的小节中会有更详细的讨论。
1.基本磁场
基本磁场是地球固有磁场，它十分稳定，只有极缓慢的长期变化。基本磁场近似为偶极场，地磁的N 极和S 极分别在地球南北极附近，磁轴线偏离地球自转约11.5°。空间地磁场示意图如图4-2 所示，磁力线由地球南极的N 磁极从外部经过赤道到达地球北极的S 磁极。地球表面赤道0 经度处的磁场强度约为31 000 nT，两个磁极附近因磁力线密集，磁场比赤道强约1 倍（约60 000 nT）。
一般情况下，可以估算距地心为r 个地球半径处的磁场强度B 为
式中：B0 为地球赤道表面的场强；r 为地心距离，单位为地球半径；λ 为纬度。磁场强度按随r3 高度减弱。赤道上空1 000 km 高度的磁场强度为19 000 nT。1 个地球半径高度的磁场强度为3 500 nT，地球静止轨道高度的磁场强度一般为80～160 nT，这一高度的磁场已经会受到外源磁场的影响，可能存在很多的变化。必须指出的是，式（4-1）仅仅是一个简单的估算公式，实际上磁场并不是简单的高度和纬度的函数，同一纬度的磁场分布并不均匀，在较精确计算时需要更加精准的模型［3］。
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图4-2 空间地磁场示意图
2.地球磁层
太阳风作用下，地球基本磁场位形改变，向阳面被压缩，背阳面向后伸长到很远的地方。太阳风作用下地磁场存在的空间称为磁层［1，3-4］。磁层之外是太阳风和行星际磁场作用的空间。图4-3 所示为简化的地球磁层剖面示意图。磁层的边界称为磁层顶，那里太阳风动压力与磁层内侧的磁压力大致相等。在朝向太阳的一面，磁层顶被太阳风压向地球，距离地心约10 个地球半径，而背向太阳的方向被拉长，沿太阳风的方向形成很长的圆柱状磁尾，磁力线顺着磁尾伸展，磁尾长度超过地球到月球的距离。
磁层内部结构复杂，磁层中各个区域充斥着不同能量的等离子体，存在着多个电流体系、等离子体层、内外辐射带、等离子体片以及在两极附近的磁层极尖区。电流体系影响着内部的磁场。磁层中的等离子体层从1 000 km 高度开始，它的下面与电离层连接，顶部可达4 个地球半径，层中等离子体能量小于1 eV，层底部粒子密度为104 cm-3，密度随高度降低，到层顶降低到10～100 cm-3。等离子体层随着地球自转而产生空间电场。极尖区是个窄漏斗形的区域，它从磁层顶沿着经线向下延伸到极区的电离层，行星际等离子体可以通过槽区伸展到地球的高层大气。
磁层随太阳风的速度和通量而变化，受行星际磁场强弱和方向变化的影响，太阳活动剧烈时，朝阳面磁层顶高度可压缩到6～7 个地球半径，磁尾拉伸得更长。磁层能量聚积到一定程度便会发生磁层亚暴，此时磁层出现剧烈的扰动，大量热等离子体从磁尾向下注入，在磁场作用下形成背阳面的电子密集区域，这一现象可导致高轨道航天器表面的高电压充电，若防护不当，充电电压可达10 kV 以上，形成强电场，不均匀的电场可造成航天器表面放电，威胁航天器的安全。
图4-3 简化的地球磁层剖面示意图
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