什么是空间天气（学）

空间天气（学）又称太空天气（学），是人类从20世纪90年代跨入21世纪，对发展空间技术的依赖性与日俱增的历史背景下，迅速发展起来的一个相对新的科学领域。

它研究地表对流层之上直至太阳大气整个日地空间环境中最富变幻、对空间技术系统最具危害 性的天气变化，它包括有关电磁辐射、带电粒子、等离子体和中性大气中的突发性的、短时间尺度的、动态易变的暴时变化现象的基本过程和变化规律，建立以此为 基础的各类空间天气模式，预测空间天气变化及其效应，保障人类诸多活动如航天、通信、导航、定位、资源考察、灾害监测、抢险救灾、输电、油气输运、金融、 贸易等的安全、高效运行，以及宇航员和极区高空飞行机组和乘客的健康与生命安全等。

正如美国宇航局2006年至2016年的战略计划中特别指出的，“空间天气对人类的危害 越来越明显，因此认识并降低空间天气对人类的危害效应迫在眉睫”。空间天气（Space Weather）一词始见于20世纪70年代初美国一位空间物理学家M.Dryer博士的《太阳活动观测和预报》的序言。1995年，美国制定国家空间天 气战略计划之后开始流行该词，我国空间物理学家也大体同时提出这个概念，并受到国家自然科学基金委地球科学部和政府有关部委的关注。

空间天气也是一个专业术语，按美国科学家给出的定义，指的是“太阳上太阳风、磁层、电离 层和热层中可影响天基和地基技术系统的正常运行和可靠性，危及人类健康和生命的条件或状态”。它是空间物理学经过数十年发展，开始成为一门为社会发展作出 切实贡献的“硬”科学（Hard Science），也是进入科学与应用紧密结合的发展新阶段的一种表征。

综观目前的认识，我们提出：空间天气学是一门以日地空间物理为学科基础，聚焦研究、预报 日地空间环境乃至太阳系中突发性的、急剧的、高度动态易变的、短时间尺度的条件变化及其对天基、地基技术系统和人类健康与生命的危害效应，探索空间天气变 化奥秘，保障人类空间活动安全的科学。空间天气学的诞生与发展的主要驱动力是社会发展空间技术的应用需求以及了解空间天气变化奥秘的科学探索，科学与应用 的结合是空间天气学的灵魂和价值体现。

我国对空间天气科学的关注也有数十年的历史，特别是从事太阳活动、电波传播和地磁活动研 究的单位，只是那时不用空间天气一词。如今，伴随我国航天、通信事业的发展，他们不断作出自己的贡献。如果从1997年5月在国家自然科学基金委地球科学 部资助与组织下，在北京召开的第一次全国空间天气学研讨会算起，我国空间天气研究在科技部、发改委和基金委的关注和大力推动下，通过中国科学院、信息 产业部、教育部、中国地震局、中国气象局等的直接参与，以及我国科技界和国际空间科学家们的热情支持，经历了一个不平凡的十年（1997年～2007年） ——起步跨越发展的十年。回顾这十年的历程，不仅会给我们一些重要的启示、经验和教训，也将激励我们扬起风帆，去实现未来十年保障能力的跨越发展。下面就 空间天气的发展历程、过去十年的进步和未来十年的发展作一些回顾与展望。

从认识空间起步

随着1957年人造卫星上天，人类进入空间时代。一些旨在了解日地空间知识而进行科学探 索的卫星计划，比如国际日地物理计划（ISTP）出台了，作为民用空间天气服务机构的美国空间环境实验室也于1965年正式成立。大体上，从1965年到 1994年，可看作国际空间天气起步的30年，那个时期多称空间环境。这30年中，一大批卫星进入从太阳到地球这一广阔空间，如IMP（行星际监测）、 GOES（地球同步环境）、Helios（太阳神）、Yohkoh(阳光)、Equator（赤道）、UARS(高层大气研究)、FAST（快极光快 照）、Geotail（地球磁尾）、WIND（太阳风）、Interball(地球空间耦合)、Polar（极区）以及Voyager1&2（旅 行者1、2）等卫星，对日地系统的基本现象、过程和结构进行了探索和研究。

这是一个以认识自然现象、获取空间知识为主线的发展阶段。在此期间，1989年3月一次 特大的空间灾害性天气事件发生，使天基、地基技术系统和宇航员安全遭受巨大损失和严重威胁。如致使太阳峰年科学卫星提前陨落，大约6000个目标跟踪丢 失，低纬无线电通信几乎完全中断，轮船、飞机的导航系统失灵，磁法控制姿态发生困难，加拿大魁北克输电系统烧坏，600万居民停电9个小时之久，星上指令 系统受干扰甚至失效或永久损坏，航天员和高空飞机乘客遭受危险辐射等。这次事件震惊了国际社会，引起了有关政府和社会各界的高度关注。人们如何进一步发展 日地空间探测和研究，并将所获知识用于减少和避免空间灾害性天气带来的巨大损失？这一重大课题提到了有关国家政府和空间科技界的面前。这给空间天气科学的 问世和迅速发展带来了新的历史机遇。

空间天气关系社会发展、科技进步和空间安全开始成为共识

空间天气关系社会发展，是20世纪90年代人们才认识到的新事实。早在1849年，英国 人Barlow就注意到极光出现时电报受干扰的现象。第二次世界大战期间，有关政府为发展无线电通信开始资助类似的空间天气预报中心，但作为一种科学的认 识提到议事日程上，还是1989年3月特大空间灾害性天气事件之后的事。如前所述，那次事件造成了十分广泛的影响，第一次使人类认识到空间灾害性天气会给 人类的航天、通信、导航、电网、宇航员健康与空间安全等高科技领域的活动带来巨大损失和严重威胁。其后的观测与研究表明，上述这类重大的空间灾害性事件几 乎每年都有发生。因此，空间天气作为关系社会发展、科技进步和空间安全的一个新兴领域，在一些欧美发达国家作为一种国家行为而得到高度关注。

美国是最关注空间天气的国家之一，正如一些美国政要所认为的：“空间系统是我们的安全、社会和经济的重要组成部分”，“要保卫太空活动能力，我们必须采取的一个步骤是更多地了解那里的情况”，等等。为此，美国把对空间状况的认知作为其发展军事空间力量的两大基石之一。

除此之外，欧空局也十分关心空间天气效益。欧空局在欧洲空间天气计划的效益分析报告中指出，空间天气计划关系欧洲实体、政府、军队、跨国公司、中小企业和个人用户等的多方面利益。它们包括：

战略利益——提高欧洲工业、军事、技术和科学的独立性。如降低在空间天气的预报、警报、 效应与损伤分析方面对非—欧洲资源的依赖性，改善欧洲防务力量的效率和独立性，更好地使用雷达系统来改善空军和海军的安全性和军事效能；增长欧洲工业在信 息系统、空间平台、探测器、发射服务和地基设备等高技术领域的发展机遇。

经济利益——将提高用户商业竞争力。如降低卫星运行成本，增加卫星可靠性和延长寿命，提高发射的可靠性，减少航天员的辐射暴露，以降低患癌症的风险，降低飞机安全的风险和机组人员的辐射暴露；降低地面电网中断的风险，以及提高飞船保险公司的竞争力等。

科技利益——促进新产品和新工业的发展。如发展新探测器、新平台技术，如微小卫星以及新数据处理技术；发展开发空间天气变化以及缓解空间天气现象的新颖技术；推动广泛领域内的纯基础的和应用的研究。

教育利益——提高人们对科学、空间以及空间天气将如何影响他们生活的理解。加大在大学课程中的份量，增加学生们对基础科学和空间问题的认知等。

由此我们看到，空间天气（学）关系社会发展、科技进步和空间安全已成为人们共识，它是为人类进入空间时代、发展空间技术“保驾护航”的科学。这是它成为当今世界科技热点之一而蓬勃发展的根本原因。

（魏奉思，中国科学院院士、空间科学与应用研究中心研究员；于晟，国家自然科学基金委地球科学部）