空间天气学重点实验室：探寻天公奥秘

　　记者：徐玢

　　实习生：杨彩霞

　　主任：王赤

　　时间：2008年7月4日

　　地点：空间天气学国家重点实验室

　　-编者按

　　空间天气学是一门结合空间物理科学与应用科学的新兴学科，它具有重大的科学意义和应用前景。首先，日地系统的空间环境是地面上无法模拟的天然实验室，是自然科学原创性新发现的重要区域。同时，它是人类生存发展的重要活动场所，卫星、通信、导航、气象、资源、海洋利用和减灾防灾等领域都因它而获益；另一方面，太阳活动巨大能量和物质抛向地球，引起空间环境发生灾害性变化，对高技术系统和国防安全构成越来越严重的威胁。例如，运行在300—400公里以上高度的卫星很易受到这些空间天气变化的影响。据统计，40%的航天故障都由空间天气变化引起。而定位精度通常在10米左右的民用GPS也可能由于电离层扰动出现几百米的误差。正是由于人类社会面临发展高科技以及国家安全的巨大需求，空间天气研究上世纪90年代后期开始迅速成为国际科技活动的热点和重大前沿领域之一。

　　夏日的北京，一场暴雨常使人猝不及防，人们不禁抱怨天公“变脸”太快。走进位于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，实验室主任王赤告诉记者，会“变脸”的不仅仅是天气，太阳活动的影响也许会带来比狂风暴雨更严重的危害。而忙碌在实验室的科研人员的目标，就是破解空间天气变化的奥秘，并找到有效的预报方法。有朝一日，也许人们能像预报天气一样，早早地就预知、预防磁暴等灾害性空间天气变化。

　　记者：您能简单介绍一下什么是空间天气学吗？

　　王赤：我们知道，刮风、下雨、打雷这些天气现象由高度20公里以下的大气环境变化引起。空间天气学的研究区域是高度在20—30公里以外的日地空间区域，包括中高层大气、电离层、磁层、行星际空间以及太阳大气。受到太阳活动的影响，这个日地系统的空间环境与大气环境一样处于变化中，并常常给地面、空间技术系统的运行、可靠性以及人类健康和生命带来严重危害。人们把这种由太阳活动引起的高度动态的短时间尺度的条件变化称之为空间天气。

　　记者：空间天气学国家重点实验室是在什么样的背景下成立的呢？

　　王赤：我国在21世纪面临着发展高科技、实现国防现代化，建设世界强国的历史重任，减轻和避免空间灾害、建设空间天气保障体系成为一种紧迫的国家需求。2006年发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》将“太阳活动对地球环境和灾害的影响及其预报”列为基础研究的科学前沿问题之一。未来几十年内我国将有大量的各种应用卫星上天，载人航天、探月工程等重大航天活动已经规划到2030年，这也对预报和预防突发灾害性空间天气变化提出了要求。总言之，国家在空间科学事业的发展和航天、通讯等高科技领域的保障要求两方面都对空间天气的研究提出了强烈的需求。

　　记者：实验室研究工作的主要内容是什么，取得了哪些代表性成果呢？

　　王赤：实验室的主要研究方向是空间灾害性天气及其对人类的影响。

　　在空间天气探测方面，实验室首先提出并承担了“地球空间双星探测计划(简称双星计划)”和“东半球空间环境地基综合监测子午链(简称子午工程)”。

　　“双星计划”是我国第一个以科学发现为目标的空间探测计划，包括赤道区卫星和极区卫星。两颗卫星分别于2003年12月和2004年7月成功发射，形成了具有创新特色和独成体系的星座系统。“双星计划”与欧洲空间局(ESA)Cluster的4颗卫星密切配合，首次形成了人类历史上地球空间的“六点探测”。

　　“子午工程”利用我国在沿东经120°子午线、北纬30°纬线附近现有的15个监测台站，运用地磁(电)、无线电、光学和探空火箭等多种手段，连续观测日地空间环境中的地磁场、电场等相关参数。工程已于今年1月开工，预期2010年底完工。基于“子午工程”，实验室提出“国际子午圈计划”建议，并已得到世界十多个国家的支持。

　　利用“双星计划”以及“双星—Cluster”联合观测数据，实验室取得了大量第一手的多空间层次和多时空尺度的探测数据，引发了国际上磁层研究的新焦点，推动了磁层研究的进展。

　　“双星计划”首次探测到磁层亚暴“锋面区”的形成过程、主要特性和亚暴膨胀相开始的触发过程，以及强磁暴期间系列亚暴的“锋面”触发过程。根据上述探测和研究结果，研究人员提出了一种新的磁层亚暴驱动和触发的时序演化过程，使中国科学家在磁层亚暴形成理论研究领域有了自己的声音。

　　“双星—Cluster”联合探测首次发现了弓激波前太阳风中的离子空洞，对太阳风结构有了进一步的了解，首次观测到行星际磁场北向时向阳面磁层顶区的磁场重联，为太阳风能量、物质如何传输到地球空间提供了证据。