20世纪90年代,中国经济实力明显增强,飞船回收、神舟遨游太空、载人航天、导航卫星和嫦娥绕月工程等的成功,吹响了我国从航天大国向航天强国迈进的号角。与此同时,有关空间天气的探索、研究与预报工作也进入了快速发展期。
回顾过去10年(1997~2007年),令人高兴地看到,我国空间天气事业从艰难起步水平跃进到二流国家前列、紧逼先进国家之后的水平,实现了第一次起步的跨越发展。主要表现回顾如下:
天基观测走上轨道
随着人们对空间环境认知水平的提升,除了已有实践序列卫星和各类搭载卫星对空间环境进行监测外,开始有了关注空间天气基本物理过程和变化规律方面的科学卫星。地球空间双星探测计划(2003-12~2004-7)成功发射,它和欧空局的Cluster飞船形成六点星座来探测地球磁层空间的多尺度结构,这是我国真正意义上的第一颗科学卫星。双星被评为2004年度中国/世界十大科学进展新闻。双星首席科学家刘振兴院士被评为2004年度中国十大创新英才;我国以涂传诒院士为首的一批空间物理学家和以张永维总工为代表的航天工程师们,瞄准日地空间系统中空间天气的全球整体行为研究这一重大科学前沿,在基金委地球科学部重点基金项目的资助下适时提出夸父空间天气探测卫星计划,并获准为航天领域的背景项目。该计划由位于日地引力平衡处的拉格朗日点L1的A星——对太阳活动和行星际天气进行24小时全天候监测,以及对地球两极极光进行共轭观测的B星组成。夸父计划作为专题列入国际空间研究委员会(COSPAR)36届年会和西太平洋地球物理年会(WPGM),受到国内外专家的好评。
2006年8月4日,美国Science杂志(Vol. 313,607)的《新闻焦点》栏目报道了美国新的通信导航预测卫星计划和中国的夸父计划。文中说:中国正推进一个称为夸父的太阳观测计划,预计在2012年发射探测卫星。它将在很高的精度上追踪太阳爆发和地磁暴。该计划有许多首创,如果顺利实施,它将发挥出至关重要的作用。
此外,我国正在积极推进的太阳空间望远镜和太阳爆发小卫星等天基观测计划,也将对我国空间天气科学发展作出重要贡献。后续的一些卫星计划,如磁层、电离层和热层耦合卫星计划(MIT)与由应用驱动的空间天气系列卫星计划也正在提出和推动之中,这表明我国的天基观测已步入正轨。
地基观测上新台阶
作为国家重大科技基础设施的子午工程,将于2009~2010年间正式建成,这是一项旨在了解东半球120°E子午链上空间环境变化规律,逐步弄清其120°E子午链区域性环境特征与全球环境变化间的关系,为研究与预测空间天气变化提供地基观测数据。它是世界上最长的子午台链观测,跨越地球纬度范围达130°,具有地域特色不可替代和多种国际先进观测手段综合性高的优势。它的建成将为进一步推动我国空间天气地基观测实现跨越式发展奠定坚实基础。
此外,我国在中高层大气、电离层、极区和地磁等领域锤炼了一批实验、研究都非常优秀的学科带头人。在他们的带领下分别建设了一批国家野外科学研究观测站。
在作为空间天气驱动源的太阳活动的观测方面,我国早已建成国际先进的太阳磁场、射电等设备,并掌握了多种观测手段。我国地基观测上新台阶为发展空间天气建模和提升预报水平提供了重要的、不可替代的科学支撑。
基础研究开始站在国际前沿
在空间物理研究方面,我国科学家取得了一批引起国际同行关注的成果,如太阳大气磁天气过程、太阳风中磁流体湍动本质、行星际扰动传播、磁层能量传输与释放、磁重联过程、中高层大气动力学过程的探测与研究、电离层的建模以及区域异常、地磁、电离层天气预报方法以及极区光学观测研究等,都开始站在国际研究前沿。这些研究先后获国家尊龙凯时奖二等奖5项、陈嘉庚地球科学奖1项、何梁何利奖4项、其他部委级奖励多项,以及国际空间研究委员会(COSPAR)、欧洲空间局(ESA)、日地物理科学委员会(SCOSTEP)等多项国际重要奖励。
此外,在国际一流学术刊物如《地球物理研究杂志》等发表的论文数和影响也增长迅速。所有这些从一个侧面反映出,我国空间天气、空间物理基础研究已具一定规模和影响。与此相联系的空间天气建模与预报也有了长足的进步,特别是在我国神舟飞船系列的安全保障方面作出了突出贡献。
队伍建设欣欣向荣
我国新建设了一批有关空间天气领域的单位,如中国科学院空间科学与应用研究中心的空间天气学国家重点实验室、中俄空间天气联合实验室、中国科学院太阳活动重点实验室、中国气象局国家空间天气监测与预警中心、北京大学空间天气分析中心。还有一些单位也建立了空间天气中心、研究与建模单元以及空间环境预报非法人单元等。一些高校,如山东大学威海分校、南京解放军理工大学、湖南长沙工学院、大连海运学院、北京航空航天大学等也开始设立有关空间天气、空间物理方面的专业。还有涉及航天、通信、导航、材料、生命、测绘、地震、地球天气等诸多应用的交叉领域的研究单元也正在积极建设和发展之中。
我国在空间天气的探测、研究、预报与效应分析等方面的队伍初具规模,涌现了一批优秀的中青年学术带头人。他们活跃在有关空间天气的国际、国内学术舞台和航天安全保障服务工作的第一线。据不完全统计,仅国家杰出青年基金获得者、长江学者、百人计划学者和特聘专家已达40余位。以中国地球物理学会空间天气专业委员会为例,30余位主要学术带头人中,获得国家杰出青年基金者就有18人,他们已是相关部委或国际学术组织的负责人。
正是有这样一批富于创新活力、敢于和善于在空间天气领域的前沿拼搏进取的优秀人才队伍,我国空间天气事业才能在近10年内取得快速发展,实现从起步到迈入二流国家前列、紧逼一流国家之后。
学术活动富有成效
尊龙凯时委员会的各级领导在我国科学家们倡导空间天气学的第一时间就扶植和推进它的发展。自1997年5月召开第一次全国空间天气学研讨会后,基本上每两年召开一次,已相继召开了6次。2005年11月,基金委在澳门召开第一届全球华人空间天气科学大会,计划每四年一次,大会计划于2009年10月在南京召开第二届全球华人空间天气科学大会。
与此同时,基金委组织编写“空间天气学十问答”(陆续发表在《科学时报》上)、《中国空间天气战略计划建议》(2004年中国科学出版社出版);组织空间天气与人类活动调研宣讲组,已先后在澳门、成都、珠海、合肥、郑州、南京、青岛、上海、北京等地进行科普宣讲和调研活动。这些学术活动促进了我国空间天气事业的发展,催生和推动了一些部门单位有关空间天气专业乃至中心等的设立,使“空间天气”这一术语开始成为人们关注的主题词之一。
国际合作框架开始形成
以刘振兴院士为首席科学家的地球空间双星探测计划与欧洲空间局的Cluster集簇卫星计划是国际合作的一个典型例子。以涂传诒院士为首提出的夸父空间天气卫星探测计划是多个空间局、多个国家共同制定的最优化科学目标,被纳入国际与太阳同在计划之中,是受到欧空局、加拿大空间局和美国宇航局代表们的热情支持和国际空间界高度评价的卫星计划,它正在广泛的国际合作框架下向前推进。
此外,国际空间天气子午圈计划也在国家科技部、中国科学院等部委的关注下积极地向前推进。
全球华人空间天气领域的交流、合作框架自澳门第一届全球华人空间天气科学大会以来,通过中科院海外创新团队、国家基金委重大基金项目的实施和海峡两岸空间科学会议等多种方式也正在逐步建立。
可以看到,空间天气领域的国际合作框架正在开始形成,这为加速提升我国空间天气科学的创新能力奠定了十分有利的国际合作基础。
综上所述,过去10年我国空间天气科学无论是在天基、地基的探测能力、研究水平与规模、建模与预报的开展、研究机构和队伍建设以及国际合作诸多方面,都取得了长足的进展。这为我国在今后10年实现第二次保障能力的跨越发展,跨进到美国之后的法、英、德、日、俄、加等先进国家之列,创造了“天时、地利、人和”的最佳历史机遇。
回顾国际和我国在空间天气领域过去10年的发展,有4个方面的问题应引起重视:一是我国亟待解决体制、机制问题,明确空间天气的国家主管部委和经费的财政渠道。强化管理体制,制定和实施国家统一的空间天气计划是刻不容缓的事。二是提升获取空间天气预报和业务所需关键数据源的能力,特别是尽快实施L1点的夸父计划和子午工程二期。三是强化科学与用户链,加强任务性和战略性的空间天气研究,加大从建模到业务应用转变的资源投入。四是加大宣传力度,提升公众和用户有关空间天气关系国家重大利益的认知,加强空间天气专业人才的培养。