新中國成立后，在趙九章等老一輩科學(xué)家的組織領(lǐng)導(dǎo)下，我國從上世紀(jì)五十年代就開始了太陽風(fēng)、磁層物理等與空間天氣有關(guān)現(xiàn)象的研究。1957年，我國參與到了第一次國際物理年的全球聯(lián)合觀測中，建立了一批地磁臺、宇宙線臺等觀測臺站，奠定了我國空間天氣與空間物理觀測的基礎(chǔ)。近年來，隨著我國綜合國力的提升和科技事業(yè)的整體發(fā)展，空間天氣領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與業(yè)務(wù)應(yīng)用也取得了長足的進(jìn)步。本文謹(jǐn)選取我國空間天氣事業(yè)中的一些標(biāo)志性成就予以介紹，希望能夠使讀者對我國空間天氣事業(yè)的發(fā)展有一個概略的認(rèn)識。

子午工程構(gòu)建空間天氣監(jiān)測網(wǎng)

1993年，中科院魏奉思院士在起草《中國空間發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃建議書》時，率先提出了建立空間天氣監(jiān)測子午鏈的科學(xué)構(gòu)想。在這個構(gòu)想中，分布在東經(jīng)120度子午線、北緯30度緯度線上的若干空間天氣觀測臺站，將綜合運(yùn)用地磁（電）、無線電、光學(xué)和探空火箭等多種手段，連續(xù)對于空間天氣有關(guān)的圈層進(jìn)行聯(lián)合探測，形成一個大型空間環(huán)境地基監(jiān)測系統(tǒng)。

子午工程一期臺網(wǎng)

由于空間天氣現(xiàn)象的“因”是太陽活動，“果”是地球附近各圈層的空間環(huán)境變化，因此與空間天氣相關(guān)的地球各圈層的狀態(tài)在地球朝向太陽的一側(cè)（日側(cè)）和背離太陽的一側(cè)（夜側(cè)）有較大的不同。以地球磁層為例，在日側(cè)，磁力線被太陽風(fēng)壓縮，形成磁層頂。而在夜側(cè)，磁力線則被太陽風(fēng)向外拖拽，形成長長的磁尾。在磁暴發(fā)生的過程中，磁層頂?shù)拇胖芈?lián)和磁尾的磁重聯(lián)是太陽風(fēng)暴能量進(jìn)入地球系統(tǒng)相繼發(fā)生的關(guān)鍵過程，但這兩個過程的發(fā)生的位置和產(chǎn)生的效應(yīng)，則有著比較大的差異。利用地球的自轉(zhuǎn)，部署在子午線上的臺站能夠?qū)θ諅?cè)和夜側(cè)的空間天氣現(xiàn)象進(jìn)行全球掃描，從而使科學(xué)家們了解地球附近空間天氣有關(guān)現(xiàn)象的全球時空變化。

在項目設(shè)想提出早期，子午工程受到了科學(xué)界一部分人的非議，認(rèn)為這個設(shè)想是天方夜譚，根本不可能實現(xiàn)。然而，在科學(xué)家們的不懈努力下，子午工程由國家批準(zhǔn)立項，并于2008年1月正式開工建設(shè)。2012年，工程竣工并通過國家驗收。除了在15個觀測站部署了87臺觀測設(shè)備外，子午工程的數(shù)據(jù)與通信系統(tǒng)將這些臺站真正連接成了一個整體，觀測臺站獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)能夠自動化的匯集、處理并在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布。而研究與預(yù)報系統(tǒng)則將觀測數(shù)據(jù)的科學(xué)產(chǎn)出與預(yù)報效益最大化。

子午工程甚高頻雷達(dá)

2018年1月，子午工程二期正式獲得立項，二期工程將在一期工程的基礎(chǔ)上，在東經(jīng)100度、北緯40度附近布置監(jiān)測臺站，并對原有監(jiān)測臺站進(jìn)行升級、加密，形成兩縱兩橫的“井”字形空間天氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，通過從太陽大氣到近地空間全鏈條、全國覆蓋、高時空分辨的監(jiān)測，描繪空間天氣事件的傳播、演化和影響我國空間環(huán)境的路徑。

子午工程二期臺網(wǎng)布置圖

以子午工程建設(shè)為契機(jī)，中國科學(xué)家還提出了國際子午圈計劃，通過國際合作實現(xiàn)協(xié)調(diào)全球空間天氣聯(lián)測及共同研究，推動國際空間研究的發(fā)展，促進(jìn)我國和平利用外層空間，實質(zhì)性地提升我國的科技創(chuàng)新能力和中國對人類科學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)度。

“雙星計劃”

地球磁層是太陽風(fēng)暴所攜帶的能量進(jìn)入地球系統(tǒng)的媒介，地磁暴這一地球磁層的劇烈變化會引發(fā)一系列的空間天氣效應(yīng)，因而對地球磁層中發(fā)生的物理過程的研究，對于空間天氣科學(xué)的發(fā)展有著重要意義。上世紀(jì)80年代，中科院劉振興院士提出了關(guān)于磁層中磁場重聯(lián)現(xiàn)象的一個新理論，引起了國際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。此時，恰逢歐空局準(zhǔn)備實施進(jìn)行磁層探測的“星簇”（Cluster）衛(wèi)星計劃。為了使Cluster的科學(xué)產(chǎn)出最大化，歐空局廣邀各國同行一同提出利用“星簇”數(shù)據(jù)進(jìn)行研究的計劃。劉振興院士團(tuán)隊的計劃書以其獨(dú)特新穎的思路而被歐空局的同行們看中。

然而，阿里安火箭首飛失利，星簇計劃首次發(fā)射以失敗告終，但這并沒有動搖歐空局繼續(xù)實施這一計劃的決心。同時，劉院士也發(fā)現(xiàn)星簇計劃和當(dāng)時國際上的其他衛(wèi)星計劃對地球磁層的探測存在盲區(qū)，如果能在環(huán)繞地球極區(qū)和赤道的軌道上各布置一顆衛(wèi)星，則將能夠更全面的探測磁層的變化。這個想法得到了歐洲同行的支持，決定與中國科學(xué)家的衛(wèi)星計劃開展聯(lián)合探測。由于劉院士的探測設(shè)想由兩顆衛(wèi)星實現(xiàn)，因此這個衛(wèi)星項目被稱為“雙星計劃”。在兩顆衛(wèi)星分別于2003和2004年發(fā)射后，雙星計劃也成為我國首個純科學(xué)目的的航天項目。組成雙星計劃的兩顆衛(wèi)星“探測一號”“探測二號”由中歐合作研制，中方負(fù)責(zé)衛(wèi)星平臺和部分科學(xué)載荷，歐方負(fù)責(zé)另一部分科學(xué)載荷，并在衛(wèi)星研制過程中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題上提供幫助。衛(wèi)星由中國火箭發(fā)射，歐空局提供測控支持。與此同時，重新制造的四顆星簇衛(wèi)星也被成功發(fā)射升空，雙星和星簇的探測按照雙方科學(xué)家的設(shè)想緊密配合，形成了“雙星-星簇”計劃，完成了人類歷史上第一次對地球空間的六點(diǎn)探測，并因其取得的豐碩成果而獲得國際宇航科學(xué)院“2010年度杰出團(tuán)隊成就獎”。

雙星計劃的兩顆衛(wèi)星

“雙星-星簇”計劃的成功給中歐空間合作打下了良好的基礎(chǔ)。在空間科學(xué)領(lǐng)域，中國和歐洲的科學(xué)家又提出了對地球磁層進(jìn)行全景式成像觀測的“微笑”（SMILE）衛(wèi)星計劃。中國科學(xué)院和歐空局分別于2016年和2019年批準(zhǔn)了“微笑”計劃，衛(wèi)星于2019年3月正式進(jìn)入工程研制階段。

SMILE衛(wèi)星的運(yùn)行位置

預(yù)報平臺不斷發(fā)展完善

當(dāng)我們每天準(zhǔn)備上班上學(xué)時，一般都會通過手機(jī)、電視等渠道查看當(dāng)天的天氣預(yù)報，決定穿衣的多少。如果收到暴雨、大風(fēng)等天氣預(yù)警，則會在之后的活動中留心防范。而對于航天、通信、供電、民航等部門，也需要及時準(zhǔn)確的空間天氣預(yù)警和預(yù)報，來有效應(yīng)對可能的空間天氣效應(yīng)。

國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心發(fā)布的空間天氣預(yù)報

目前，中國氣象局和中國科學(xué)院所屬的有關(guān)單位，都在開展空間天氣的監(jiān)測預(yù)警與預(yù)報工作。他們將衛(wèi)星和地面臺站的原始觀測數(shù)據(jù)匯總后進(jìn)行分析，形成空間天氣各圈層關(guān)鍵物理參數(shù)的監(jiān)測產(chǎn)品，使我們能夠掌握當(dāng)前的空間天氣狀況。同時，基于當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，相關(guān)工作人員還會借助自身經(jīng)驗或數(shù)值模型，對空間天氣的關(guān)鍵要素作出長期、中期和短期的預(yù)報。在載人航天飛行、探月飛行等重大任務(wù)進(jìn)行期間，他們會針對任務(wù)情況開展定制化的加密預(yù)報。此外，他們針對用戶的實際需求，不斷開發(fā)新的預(yù)報產(chǎn)品，將空間天氣的探測與預(yù)報數(shù)據(jù)加工為用戶能夠直觀理解、直接使用的預(yù)報信息。例如，中國氣象局所屬的國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心，曾經(jīng)利用“風(fēng)云三號”的高能粒子探測資料，準(zhǔn)確預(yù)報了航天員安全的出艙起始時間。而利用電離層的有關(guān)監(jiān)測與預(yù)報數(shù)據(jù)，能夠為探月任務(wù)的測控提供支持。他們甚至還為信鴿協(xié)會量身定制了“信鴿飛行指數(shù)”，在地磁活動比較強(qiáng)烈的時期提示鴿協(xié)不要進(jìn)行放飛活動，以免讓需要地磁場來確定飛行方向的信鴿迷路。