近二十年來,科學家們逐漸證明了空間天氣變化和地球電磁災害之間的聯繫。他們頻繁警示,如果不採取行動,包括太陽風暴在內的各種空間天氣事件,將對人類的社會生活帶來災難性的破壞。
嚴重的空間天氣災害本身是一種低概率的事件,它對高度現代化的社會(比如北美與歐洲)影響更加顯着。但隨着社會發展,一些發展中國家也開始受到侵襲。
隨着中國社會經濟的發展,以及航天活動的增多,科學家們意識到,必須加強對磁暴、高能粒子等危害的預報能力。中國氣象局國家空間天氣監測預警中心主任王勁鬆說,“爲此,我們制訂了一系列策略,一方面向公衆傳播空間天氣的概念,另一方面通過積累案例尋找空間天氣事件對特定用戶的影響,並針對性地做出預案。”
期盼當代“夸父”
包括中國在內,目前全球科學家的太陽風暴觀測與科研數據大都來自美國的三顆衛星——SOHO、ACE和ISEE。它們處於地日引力平衡點——L1點上,這個最佳位置能24小時觀測太陽風暴變化與地球的實時反應。
令科學家們擔憂的是,ACE探測器正在失效;於1992年發射的SOHO也面臨退役。並且,它們蒐集的信息也並不能做到完全、隨時共享——比如在2003年的美伊戰爭期間美國就暫停了對數據的開放。
在此情況下,中國科學家開始考慮一個新的觀測計劃。
2003年1月24日,在中國國家自然科學基金委地學部“關於推動空間天氣研究座談會”上,北京大學地球與空間科學學院塗傳詒院士公佈了一個名爲“夸父計劃”的大膽構想,提出要建立一個衛星綜合觀測系統,觀測空間天氣事件從太陽到地球的整體、連續變化現象,提高空間天氣災害預報的準確度,服務於航天、通訊等高科技活動。#p#副標題#e#
在此之前,塗傳詒與北京大學地球與空間科學學院教授肖佐、中國東方紅航天衛星公司總工程師張永維和中國科學院院士魏奉思進行了將近一年的討論。這一計劃在那次會議上得到普遍的支持。
隨後,“夸父計劃”成爲中國國家自然科學基金委支持的重點項目。
2007年9月,該計劃通過了國防科工委的相關評審,進入工程立項階段。根據國防科工委建議,“夸父計劃”與中國科學院空間科學與應用研究中心劉振興院士建議的“風暴計劃”進行了整合,最終形成了“夸父—太陽風暴、極光和空間天氣計劃”。
這一計劃鎖定在太陽的深空探測,將採用“L1+極軌”的全新協同軌道設計,由一顆位於日地引力平衡點L1點上的衛星“夸父A”和兩顆沿極軌共軛(南、北極)飛行的衛星“夸父B1”“夸父B2”組成綜合觀測系統,將用於連續監測太陽劇烈活動及其導致的日地空間環境連鎖變化的全過程。
肖佐告訴《中國新聞週刊》,“夸父計劃”將對日地空間天氣系統的兩端——太陽大氣和地球空間——進行前所未有的時空連續、多層次的成像觀測,“三顆衛星能分別同時觀測太陽風暴的形成和地球的即時反應,這是以往的觀測衛星難以做到的”。
2012年至2014年太陽進入活動峯年,更多的太陽風暴將襲擊地球。因此,科學家建議“夸父計劃”三顆衛星在這個時間內發射,將能觀測到新的日地物理現象,進一步揭示日地空間風暴機理,監測行星際擾動傳播,爲災害性空間環境預報提供觀測數據。
認識“空間天氣”
“在空間天氣預警方面,我們主要依靠國外的資料,這與中國相關的探測研究起步晚有很大關係。”中國科學院院士魏奉思告訴《中國新聞週刊》,發達國家的相關部門往往是主動尋求預報,但在中國由於實踐和認識方面的原因,有些部門有可能對空間天氣災害的預估過於樂觀。#p#副標題#e#
美國是最關注空間天氣的國家之一。早在1970年代初,“空間天氣”(space weather)這一詞彙就出現在美國空間物理學家r博士的《太陽活動觀測和預報》的序言中。美蘇爭霸中,美國在“空間疆域”的爭奪中投入巨大。冷戰結束後,空間天氣研究逐漸轉向和平應用。1995年,美國製定國家空間天氣戰略計劃,“空間天氣”也迅速發展爲一個相對新的科學領域。
美國宇航局2006年至2016年的戰略計劃中特別指出,“空間天氣對人類的危害越來越明顯,因此認識並降低空間天氣對人類的危害效應迫在眉睫。”
魏奉思是中國較早關注“空間天氣”的科學家之一。他1991年就提出建立“空間天氣和氣候學”的問題應提到空間物理學家們的議事日程;1993年更指出:“空間天氣學必將在人類跨世紀的步伐中應運而生。”但中國社會對空間天氣科學重要性的認識以及在國家行爲方面相對於美、歐國家滯後,尚處於起步發展階段。
1994年開始的“子午工程”是有關空間天氣研究的一項國家級工程項目。這一工程在2009年～2010年間正式建成,全稱爲“東半球空間環境地基綜合監測子午鏈工程”,旨在瞭解東半球120°E子午鏈上空間環境變化規律,逐步弄清其120°E子午鏈區域性環境特徵與全球環境變化間的關係,爲研究與預測空間天氣變化提供地基觀測數據。航天部門成功實施的地球“雙星”計劃則承擔了一部分空間數據觀測任務。此外,“夸父”空間天氣探測計劃也正進入工程立項的推動之中。據悉,中國也有一些衛星搭載着監測空間環境變化的儀器,提供部分觀測數據。
包括這些項目在內,科學家們正在建議中國應構建空間天氣保障體系。魏奉思告訴《中國新聞週刊》記者,《空間天氣保障能力發展戰略建議》已經呈送,其中空間天氣保障體系建設“三步走”的戰略步驟:夯實基礎,聚焦近地空間(2009-2015);跨進前列,建設地球空間天氣保障體系(2016-2020);引領發展,建設日地系統空間天氣保障體系(2021-2030)。
魏奉思說,當前的核心是加速推進“夸父計劃”和在“子午工程”一期基礎上加速建設子午工程二期,“我們希望從起步開始有一個好的國家體制和機制,可以從成立國家空間天氣計劃協調小組做起,少走分散、重複的發展彎路。”
