姊妹校。學術交流凱發K8旗艦廳AG。空間天氣(學)又稱太空天氣(學),是人類從20世紀90年代跨入21世紀,對發展空間技術的依賴性與日俱增的歷史背景下,迅速發展起來的一個相對新的科學領域。
它研究地表對流層之上直至太陽大氣整個日地空間環境中最富變幻全國聯網排列3、對空間技術系統最具危害性的天氣變化,它包括有關電磁輻射、帶電粒子、等離子體和中性大氣中的突發性的、短時間尺度的、動態易變的暴時變化現象的基本過程和變化規律,建立以此為基礎的各類空間天氣模式,預測空間天氣變化及其效應,保障人類諸多活動如航天、通信、導航、定位、資源考察、災害監測、搶險救災、輸電、油氣輸運、金融、貿易等的安全、高效運行,以及宇航員和極區高空飛行機組和乘客的健康與生命安全等。
正如美國宇航局2006年至2016年的戰略計劃中特別指出的,“空間天氣對人類的危害越來越明顯,因此認識並降低空間天氣對人類的危害效應迫在眉睫”。空間天氣(Space Weather)一詞始見于20世紀70年代初美國一位空間物理學家M.Dryer博士的《太陽活動觀測和預報》的序言。1995年,美國制定國家空間天氣戰略計劃之後開始流行該詞,我國空間物理學家也大體同時提出這個概念,並受到國家自然科學基金委地球科學部和政府有關部委的關注。
空間天氣也是一個專業術語,按美國科學家給出的定義,指的是“太陽上太陽風、磁層、電離層和熱層中可影響天基和地基技術系統的正常運行和可靠性,危及人類健康和生命的條件或狀態”。它是空間物理學經過數十年發展,開始成為一門為社會發展作出切實貢獻的“硬”科學(Hard Science),也是進入科學與應用緊密結合的發展新階段的一種表征。
綜觀目前的認識,我們提出:空間天氣學是一門以日地空間物理為學科基礎凱發k8國際,聚焦研究、預報日地空間環境乃至太陽系中突發性的全國聯網排列3、急劇的、高度動態易變的、短時間尺度的條件變化及其對天基、地基技術系統和人類健康與生命的危害效應,探索空間天氣變化奧秘,保障人類空間活動安全的科學。空間天氣學的誕生與發展的主要驅動力是社會發展空間技術的應用需求以及了解空間天氣變化奧秘的科學探索,科學與應用的結合是空間天氣學的靈魂和價值體現。
我國對空間天氣科學的關注也有數十年的歷史全國聯網排列3,特別是從事太陽活動、電波傳播和地磁活動研究的單位,只是那時不用空間天氣一詞。如今,伴隨我國航天、通信事業的發展,他們不斷作出自己的貢獻。如果從1997年5月在國家自然科學基金委地球科學部資助與組織下,在北京召開的第一次全國空間天氣學研討會算起,我國空間天氣研究在國家科技部、發改委和基金委的關注和大力推動下,通過中國科學院、信息產業部、教育部、中國地震局、中國氣象局等的直接參與,以及我國科技界和國際空間科學家們的熱情支持,經歷了一個不平凡的十年(1997年~2007年)起步跨越發展的十年。回顧這十年的歷程,不僅會給我們一些重要的啟示、經驗和教訓,也將激勵我們揚起風帆,去實現未來十年保障能力的跨越發展。下面就空間天氣的發展歷程、過去十年的進步和未來十年的發展作一些回顧與展望。
隨著1957年人造衛星上天,人類進入空間時代。一些旨在了解日地空間知識而進行科學探索的衛星計劃,比如國際日地物理計劃(ISTP)出台了,作為民用空間天氣服務機構的美國空間環境實驗室也于1965年正式成立。大體上,從1965年到1994年,可看作國際空間天氣起步的30年,那個時期多稱空間環境。這30年中,一大批衛星進入從太陽到地球這一廣闊空間,如IMP(行星際監測)凱發k8國際、GOES(地球同步環境)、Helios(太陽神)、Yohkoh(陽光)、Equator(赤道)、UARS(高層大氣研究)、FAST(快極光快照)、Geotail(地球磁尾)、WIND(太陽風)、Interball(地球空間耦合)、Polar(極區)以及Voyager1&2(旅行者1、2)等衛星,對日地系統的基本現象、過程和結構進行了探索和研究。
這是一個以認識自然現象全國聯網排列3、獲取空間知識為主線的發展階段。在此期間,1989年3月一次特大的空間災害性天氣事件發生,使天基、地基技術系統和宇航員安全遭受巨大損失和嚴重威脅全國聯網排列3。如致使太陽峰年科學衛星提前隕落,大約6000個目標跟蹤丟失,低緯無線電通信幾乎完全中斷,輪船、飛機的導航系統失靈凱發k8國際,磁法控制姿態發生困難,加拿大魁北克輸電系統燒壞,600萬居民停電9個小時之久,星上指令系統受幹擾甚至失效或永久損壞,航天員和高空飛機乘客遭受危險輻射等。這次事件震驚了國際社會全國聯網排列3,引起了有關政府和社會各界的高度關注。人們如何進一步發展日地空間探測和研究,並將所獲知識用于減少和避免空間災害性天氣帶來的巨大損失?這一重大課題提到了有關國家政府和空間科技界的面前。這給空間天氣科學的問世和迅速發展帶來了新的歷史機遇。
空間天氣關系社會發展凱發k8國際,是20世紀90年代人們才認識到的新事實。早在1849年,英國人Barlow就注意到極光出現時電報受幹擾的現象。第二次世界大戰期間,有關政府為發展無線電通信開始資助類似的空間天氣預報中心,但作為一種科學的認識提到議事日程上,還是1989年3月特大空間災害性天氣事件之後的事。如前所述,那次事件造成了十分廣泛的影響,第一次使人類認識到空間災害性天氣會給人類的航天、通信、導航凱發k8國際、電網、宇航員健康與空間安全等高科技領域的活動帶來巨大損失和嚴重威脅。其後的觀測與研究表明,上述這類重大的空間災害性事件幾乎每年都有發生。因此,空間天氣作為關系社會發展、科技進步和空間安全的一個新興領域,在一些歐美發達國家作為一種國家行為而得到高度關注。
美國是最關注空間天氣的國家之一,正如一些美國政要所認為的:“空間系統是我們的安全、社會和經濟的重要組成部分”,“要保衛太空活動能力,我們必須採取的一個步驟是更多地了解那裡的情況”,等等。為此,美國把對空間狀況的認知作為其發展軍事空間力量的兩大基石之一。
除此之外,歐空局也十分關心空間天氣效益。歐空局在歐洲空間天氣計劃的效益分析報告中指出,空間天氣計劃關系歐洲實體、政府、軍隊、跨國公司、中小企業和個人用戶等的多方面利益。它們包括:
戰略利益提高歐洲工業、軍事、技術和科學的獨立性。如降低在空間天氣的預報、警報、效應與損傷分析方面對非歐洲資源的依賴性,改善歐洲防務力量的效率和獨立性全國聯網排列3,更好地使用雷達系統來改善空軍和海軍的安全性和軍事效能;增長歐洲工業在信息系統、空間平台、探測器、發射服務和地基設備等高技術領域的發展機遇。
經濟利益將提高用戶商業競爭力。如降低衛星運行成本,增加衛星可靠性和延長壽命,提高發射的可靠性,減少航天員的輻射暴露,以降低患癌症的風險,降低飛機安全的風險和機組人員的輻射暴露;降低地面電網中斷的風險,以及提高飛船保險公司的競爭力等。
科技利益促進新產品和新工業的發展。如發展新探測器、新平台技術,如微小衛星以及新數據處理技術;發展開發空間天氣變化以及緩解空間天氣現象的新穎技術;推動廣泛領域內的純基礎的和應用的研究。
教育利益提高人們對科學、空間以及空間天氣將如何影響他們生活的理解。加大在大學課程中的份量,增加學生們對基礎科學和空間問題的認知等。
由此我們看到,空間天氣(學)關系社會發展、科技進步和空間安全已成為人們共識,它是為人類進入空間時代、發展空間技術“保駕護航”的科學。這是它成為當今世界科技熱點之一而蓬勃發展的根本原因。
(魏奉思,中國科學院院士、空間科學與應用研究中心研究員;于晟,國家自然科學基金委地球科學部)
