新兴的交叉学科--空间天气学

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新兴的交叉学科

空问天气学

■方成中国科学院院士

方成，１９５９年毕业于南京大学天文系。１９８６年被评为南京大学博士生导师和教授。１９９５年被选为中国科学院院士。ｌ９８０年～

１９８

２年在法国巴黎天文台做访问学者。曾任中国高等科学技术中

心天支和天体物理分中心主任、南京大学天丈系主任、中国天文学会理事长、攀登计划“天体剧烈活动的多波段观测和研究”首席科

学棠、中国科学院数理学部常委、闻际太阳物理（ｓ０１ａ

ｒ

Ｐｈｙｓｉｃｓ）

鳊委。现任国际天文学联合会（Ｉ＾ｕ）副王席、中国天文与天体物理

（ｃｈＪ从，英文）杂志主编，南京走学学术委员会副主任等职。

方成院士主持设计和研制了我国第一座口径６０ｃⅢ塔式太阳

望远镜，在时间和光谱分辨率的综合指标上位于国际前列。方成院士还乐统地运用非局部热动平衡理论，与合作者一起

建立了太阳耀斑大气演化、白光雏斑．日珥和太阳黑子的半经验模型；提出由光谱诊断耀斑非热高能粒子的方法；首次

提出用太阳大气低层磁重联解释第１Ｉ类白光耀斑和“壤勒曼炸弹”等的新机制，提出太阳ＥＩＴ渡的新模型。方成院士曾荻国家科技进步二等奖、国家自然科学三等契、国家教委科技进步一．二等奖等（均为第一完成人）。ｊ９９８年被评为全国教育系统劳动模范，被授予全国模范教师称号。２００４年获何梁何利奖。

自从１９５７年第一颗人造卫星上天，宰间大气变化的起源和规律、并做出预报的一门学科ｉ它是一门新兴的交叉学科，近年柬由于圆防和国民经济的需要，特别是高科技垃展的需要，牢间天气学得到了蓬勃的发展。

充满挑战和机遇的空间天气学

我ｗＪ知道．从太阳到地球表面，要

活动驱动源的巨大能量和物质的突然释放，通过日冕和行星际空间的传输，在地球审间系统中的耗散、传输和转换，最终引起地球空间环境的灾变。它是一个涉及太阳物理、行星际物理、磁层物理、电离层物理、中高层大气物理、

人类进入了空间时代。宰间科学近５０印发展中最重大的成就之是使人们认识到除了地球的固体、海洋和大气环境外，还存在－－个日地空间环境，与人

类的生存和发展息息相关。

住这个日地空间环境中，太阳上出现的耀斑和日面物质抛射（ｃ。Ⅲｎ缸Ｍ孙ｓＥⅢｈ。ｎ，ｃＭＥ）等剧烈活动常常给地球磁层、电离堠和中高层大气、卫星运行和安全、以及人类活动带来严重影响和危害ｈ“。人们把这种由太阳活动引起的短时司尺度的变化，称之为空间天气（ｓ口ａｃｅｗｅａｔｈｅｒ）。宰问天气学就是研究

经过行星际空匈、地球磁层、电离联、以及地球大气层这样一些物理状态很不相同的空间区域（图】）。在这个空间区域中，物质密度的变化可相差达２０个量级，温度变化达４个量级，ｌ趁场变化

达６个量级。空１ｈＩ天气研究涉及从太阳

图１不同的日地空间区域示意图

万方数据　

Ｊ０ｎｕ口∥删ｌ

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地球物理、等离子体物理以及非线性科

学、信息科学、材料科学和计算机科学等多学科交叉的重大前沿科学领域；它跨越由物理性质小同的空间Ⅸ域绡成的日地耦合系统，是地面无法模拟的特

失灵，使＿ｌ！星轨道变化和高度降低；威胁宇航员的安全；造成地磁暴和电离层

暴，从而严重影响导航和通讯等；强大的感应电流甚至可以造成输电线路和

民经济产生严重的影响。

此外，地球平均气温的变化、臭氧

含量变化以及人类健康和心血管疾病等与空间天气变化的关系也日益受到科学家们关注。

正是由于人类社会面临发展高科技以及国家安伞的巨大需求，卒间天气学研究止迅速成为国际科技活动的热点之一。除美国外，欧洲牢间局、法国、德围、英国、意大利、俄国、加拿大、甘本、澳大利亚等数十个国家都制定了空间灭气起步计划，把它作为关系国家发展的、具有战略性、前瞻性和基础性的

设备的损坏，造成输油管的锈蚀和损坏等。太阳活动还会影响地球的气候和人

类的健康等。图３是太阳耀斑和日冕物质抛射等太阳活动对地球及人类活动产生的一些影响的示意图。

１９８９年３月太阳上发生很强的耀斑和ｃＭＥ事件，造成历史上罕见的空例灾害性天气事件，造成卫星提前陨

殊实验室，是多种间断面、多种非线性

和激变过程共存的系统，充满着自然科学经典理论无法解决的新问题，是有待探索的重大基础科学前沿［２］。

具有重大战略需求的空间天气学

日地空间环境是人类生存发展的

重要活动场所，但是，太阳活动巨大能量和物质抛向地球，引起空Ｉ、日Ｊ坏境发生

灾害性变化，给人类活动带来巨人损失ｈ“。图２是太阳上发生的日冕物质抛射在目地空间产生巨大扰动并影响地球磁层的示意图。

落、无线电通信中断、轮船、飞机的导航

系统失灵、美国核电站变压器烧毁、加

重大优先科学领域来安排。国际上许多

科学组织积极推进国际合作，如组织实施国际日地能量计划（ｓＴＥＰ）、太阳剧研究计划（Ｉｓｃｓ）、“国际与星同在”（ＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌＬｊｖ衲ｇｗｉｔｈ

ａ

拿大北部电网严重损坏，致使６００万居

民停电９ｈ，损失２００亿ｗ，直接经济损

失达５亿美元，引起国际社会的震惊。从这以后，各国加强了对太阳活动和日

地空间扰动的监视、观测和研究，发现几乎每年都有重大的空间灾害性事件发生，如１９９８年５月美国的银河４号通信卫星失效，造成美国８０％的寻呼业务停顿，金融交易陷入混乱等。据统计，目前４０％的航天故障与口地空间环境中的灾

ｓｔａｒ）、“日地

系统空间气候和天气计划”（ｃＡｗｓＥｓ）

等，加大了空间天气的研究力度。

蓬勃发展的空间天气学在许多国家政府大力投入和科研

部门的集中努力下，近几年来，空间天

气学得到了迅速的发展，取得了许多重

要的成果。一些国家相继发射了一系列有关空间天气的卫星，如ｃｌｕｓｔｅｒ、ｓｏＨｏ、ＡｃＥ、ＴＲＡｃＥ、ＲＨＥｓｓＩ等和正

图２太阳（左方）上发生的日冕物质抛射在日地空间产生巨大扰动并影响地球磁层（右方）的示意图

间天气

实际上，太阳上发生的耀斑和日冕

的灾害性变化还造成电离层扰动，严重影响短波通讯和导航等。它可以使短波测向和雷达系统性能严重下降，例如，使共低频无线电导航定位误差可高达几十海里，ＧＰｓ定位误差可高

此外，空

变有关。

物质抛射等剧烈活动，不仅伴随有很强的

紫外线、ｘ射线和伽玛射线辐射，而且还产生了许多高能粒子（包括电子、质子和重离子等），还可抛射出大量携带着磁场的等离子体物质，产生强大的激波和各

种扰动。所有这些都会严重影响到地球

及其附近空间的物理状态，从而产生一系列严重的后果。例如，造成人造卫星上仪器和太阳能板的损坏，使卫星控制

达百米，且随机变化。所

有这些都会对国防和国

图３太阳耀斑和日冕物质抛射等太阳活动

对地球及人类活动产生的一些影响的示意图

万方数据　２

Ｊａｎｕａ，ｙ２００６

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束，朝气蓬勃的发

构；如果ｃＭＥ到达地球附近时媾带有

南向磁场分最，９１｜Ｊ很可能会造成较大的

鹱时期。…… 此处隐藏：5240字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……