新兴的交叉学科--空间天气学

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1、新兴的交叉学科万方数据院士话题空问天气学■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～1982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(s01arPhysics)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

2、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，人类进入了空间时代。宰间科学近50印发展中最重

3、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

4、我wJ知道．从太阳到地球表面，要经过行星际空匈、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、图1不同的日地空间区域示意图J0nu口∥删l万方数据院士话题地球物理、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

5、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。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

6、造成输电线路和设备的损坏，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)的示意图实际上，太阳上发生

7、的耀斑和日冕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2Janua，y2006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