空間天氣（學(xué)）又稱太空天氣（學(xué)），是人類從20世紀(jì)90年代跨入21世紀(jì)，對(duì)發(fā)展空間技術(shù)的依賴性與日俱增的歷史背景下，迅速發(fā)展起來的一個(gè)相對(duì)新的科學(xué)領(lǐng)域。

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　　它研究地表對(duì)流層之上直至太陽(yáng)大氣整個(gè)日地空間環(huán)境中最富變幻、對(duì)空間技術(shù)系統(tǒng)最具危害性的天氣變化，它包括有關(guān)電磁輻射、帶電粒子、等離子體和中性大氣中的突發(fā)性的、短時(shí)間尺度的、動(dòng)態(tài)易變的暴時(shí)變化現(xiàn)象的基本過程和變化規(guī)律，建立以此為基礎(chǔ)的各類空間天氣模式，預(yù)測(cè)空間天氣變化及其效應(yīng)，保障人類諸多活動(dòng)如航天、通信、導(dǎo)航、定位、資源考察、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、輸電、油氣輸運(yùn)、金融、貿(mào)易等的安全、高效運(yùn)行，以及宇航員和極區(qū)高空飛行機(jī)組和乘客的健康與生命安全等。

　　正如美國(guó)宇航局2006年至2016年的戰(zhàn)略計(jì)劃中特別指出的，“空間天氣對(duì)人類的危害越來越明顯，因此認(rèn)識(shí)并降低空間天氣對(duì)人類的危害效應(yīng)迫在眉睫”?？臻g天氣（Space Weather）一詞始見于20世紀(jì)70年代初美國(guó)一位空間物理學(xué)家M.Dryer博士的《太陽(yáng)活動(dòng)觀測(cè)和預(yù)報(bào)》的序言。1995年，美國(guó)制定國(guó)家空間天氣戰(zhàn)略計(jì)劃之后開始流行該詞，我國(guó)空間物理學(xué)家也大體同時(shí)提出這個(gè)概念，并受到國(guó)家自然科學(xué)基金委地球科學(xué)部和政府有關(guān)部委的關(guān)注。

　　空間天氣也是一個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，按美國(guó)科學(xué)家給出的定義，指的是“太陽(yáng)上太陽(yáng)風(fēng)、磁層、電離層和熱層中可影響天基和地基技術(shù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和可靠性，危及人類健康和生命的條件或狀態(tài)”。它是空間物理學(xué)經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，開始成為一門為社會(huì)發(fā)展作出切實(shí)貢獻(xiàn)的“硬”科學(xué)（Hard Science），也是進(jìn)入科學(xué)與應(yīng)用緊密結(jié)合的發(fā)展新階段的一種表征。

　　綜觀目前的認(rèn)識(shí)，我們提出：空間天氣學(xué)是一門以日地空間物理為學(xué)科基礎(chǔ)，聚焦研究、預(yù)報(bào)日地空間環(huán)境乃至太陽(yáng)系中突發(fā)性的、急劇的、高度動(dòng)態(tài)易變的、短時(shí)間尺度的條件變化及其對(duì)天基、地基技術(shù)系統(tǒng)和人類健康與生命的危害效應(yīng)，探索空間天氣變化奧秘，保障人類空間活動(dòng)安全的科學(xué)?？臻g天氣學(xué)的誕生與發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力是社會(huì)發(fā)展空間技術(shù)的應(yīng)用需求以及了解空間天氣變化奧秘的科學(xué)探索，科學(xué)與應(yīng)用的結(jié)合是空間天氣學(xué)的靈魂和價(jià)值體現(xiàn)。

　　我國(guó)對(duì)空間天氣科學(xué)的關(guān)注也有數(shù)十年的歷史，特別是從事太陽(yáng)活動(dòng)、電波傳播和地磁活動(dòng)研究的單位，只是那時(shí)不用空間天氣一詞。如今，伴隨我國(guó)航天、通信事業(yè)的發(fā)展，他們不斷作出自己的貢獻(xiàn)。如果從1997年5月在國(guó)家自然科學(xué)基金委地球科學(xué)部資助與組織下，在北京召開的第一次全國(guó)空間天氣學(xué)研討會(huì)算起，我國(guó)空間天氣研究在國(guó)家科技部、發(fā)改委和基金委的關(guān)注和大力推動(dòng)下，通過中國(guó)科學(xué)院、信息產(chǎn)業(yè)部、教育部、中國(guó)地震局、中國(guó)氣象局等的直接參與，以及我國(guó)科技界和國(guó)際空間科學(xué)家們的熱情支持，經(jīng)歷了一個(gè)不平凡的十年（1997年～2007年）起步跨越發(fā)展的十年?；仡欉@十年的歷程，不僅會(huì)給我們一些重要的啟示、經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，也將激勵(lì)我們揚(yáng)起風(fēng)帆，去實(shí)現(xiàn)未來十年保障能力的跨越發(fā)展。下面就空間天氣的發(fā)展歷程、過去十年的進(jìn)步和未來十年的發(fā)展作一些回顧與展望。

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　　隨著1957年人造衛(wèi)星上天，人類進(jìn)入空間時(shí)代。一些旨在了解日地空間知識(shí)而進(jìn)行科學(xué)探索的衛(wèi)星計(jì)劃，比如國(guó)際日地物理計(jì)劃（ISTP）出臺(tái)了，作為民用空間天氣服務(wù)機(jī)構(gòu)的美國(guó)空間環(huán)境實(shí)驗(yàn)室也于1965年正式成立。大體上，從1965年到1994年，可看作國(guó)際空間天氣起步的30年，那個(gè)時(shí)期多稱空間環(huán)境。這30年中，一大批衛(wèi)星進(jìn)入從太陽(yáng)到地球這一廣闊空間，如IMP（行星際監(jiān)測(cè)）、GOES（地球同步環(huán)境）、Helios（太陽(yáng)神）、Yohkoh(陽(yáng)光)、Equator（赤道）、UARS(高層大氣研究)、FAST（快極光快照）、Geotail（地球磁尾）、WIND（太陽(yáng)風(fēng)）、Interball(地球空間耦合)、Polar（極區(qū)）以及Voyager1&2（旅行者1、2）等衛(wèi)星，對(duì)日地系統(tǒng)的基本現(xiàn)象、過程和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探索和研究。

　　這是一個(gè)以認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象、獲取空間知識(shí)為主線的發(fā)展階段。在此期間，1989年3月一次特大的空間災(zāi)害性天氣事件發(fā)生，使天基、地基技術(shù)系統(tǒng)和宇航員安全遭受巨大損失和嚴(yán)重威脅。如致使太陽(yáng)峰年科學(xué)衛(wèi)星提前隕落，大約6000個(gè)目標(biāo)跟蹤丟失，低緯無線電通信幾乎完全中斷，輪船、飛機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)失靈，磁法控制姿態(tài)發(fā)生困難，加拿大魁北克輸電系統(tǒng)燒壞，600萬(wàn)居民停電9個(gè)小時(shí)之久，星上指令系統(tǒng)受干擾甚至失效或永久損壞，航天員和高空飛機(jī)乘客遭受危險(xiǎn)輻射等。這次事件震驚了國(guó)際社會(huì)，引起了有關(guān)政府和社會(huì)各界的高度關(guān)注。人們?nèi)绾芜M(jìn)一步發(fā)展日地空間探測(cè)和研究，并將所獲知識(shí)用于減少和避免空間災(zāi)害性天氣帶來的巨大損失？這一重大課題提到了有關(guān)國(guó)家政府和空間科技界的面前。這給空間天氣科學(xué)的問世和迅速發(fā)展帶來了新的歷史機(jī)遇。

　　空間天氣關(guān)系社會(huì)發(fā)展，是20世紀(jì)90年代人們才認(rèn)識(shí)到的新事實(shí)。早在1849年，英國(guó)人Barlow就注意到極光出現(xiàn)時(shí)電報(bào)受干擾的現(xiàn)象。第二次世界大戰(zhàn)期間，有關(guān)政府為發(fā)展無線電通信開始資助類似的空間天氣預(yù)報(bào)中心，但作為一種科學(xué)的認(rèn)識(shí)提到議事日程上，還是1989年3月特大空間災(zāi)害性天氣事件之后的事。如前所述，那次事件造成了十分廣泛的影響，第一次使人類認(rèn)識(shí)到空間災(zāi)害性天氣會(huì)給人類的航天、通信、導(dǎo)航、電網(wǎng)、宇航員健康與空間安全等高科技領(lǐng)域的活動(dòng)帶來巨大損失和嚴(yán)重威脅。其后的觀測(cè)與研究表明，上述這類重大的空間災(zāi)害性事件幾乎每年都有發(fā)生。因此，空間天氣作為關(guān)系社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步和空間安全的一個(gè)新興領(lǐng)域，在一些歐美發(fā)達(dá)國(guó)家作為一種國(guó)家行為而得到高度關(guān)注。

　　美國(guó)是最關(guān)注空間天氣的國(guó)家之一，正如一些美國(guó)政要所認(rèn)為的：“空間系統(tǒng)是我們的安全、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的重要組成部分”，“要保衛(wèi)太空活動(dòng)能力，我們必須采取的一個(gè)步驟是更多地了解那里的情況”，等等。為此，美國(guó)把對(duì)空間狀況的認(rèn)知作為其發(fā)展軍事空間力量的兩大基石之一。

　　除此之外，歐空局也十分關(guān)心空間天氣效益。歐空局在歐洲空間天氣計(jì)劃的效益分析報(bào)告中指出，空間天氣計(jì)劃關(guān)系歐洲實(shí)體、政府、軍隊(duì)、跨國(guó)公司、中小企業(yè)和個(gè)人用戶等的多方面利益。它們包括：

　　戰(zhàn)略利益提高歐洲工業(yè)、軍事、技術(shù)和科學(xué)的獨(dú)立性。如降低在空間天氣的預(yù)報(bào)、警報(bào)、效應(yīng)與損傷分析方面對(duì)非歐洲資源的依賴性，改善歐洲防務(wù)力量的效率和獨(dú)立性，更好地使用雷達(dá)系統(tǒng)來改善空軍和海軍的安全性和軍事效能；增長(zhǎng)歐洲工業(yè)在信息系統(tǒng)、空間平臺(tái)、探測(cè)器、發(fā)射服務(wù)和地基設(shè)備等高技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)遇。

　　經(jīng)濟(jì)利益將提高用戶商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。如降低衛(wèi)星運(yùn)行成本，增加衛(wèi)星可靠性和延長(zhǎng)壽命，提高發(fā)射的可靠性，減少航天員的輻射暴露，以降低患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)，降低飛機(jī)安全的風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)組人員的輻射暴露；降低地面電網(wǎng)中斷的風(fēng)險(xiǎn)，以及提高飛船保險(xiǎn)公司的競(jìng)爭(zhēng)力等。

　　科技利益促進(jìn)新產(chǎn)品和新工業(yè)的發(fā)展。如發(fā)展新探測(cè)器、新平臺(tái)技術(shù)，如微小衛(wèi)星以及新數(shù)據(jù)處理技術(shù)；發(fā)展開發(fā)空間天氣變化以及緩解空間天氣現(xiàn)象的新穎技術(shù)；推動(dòng)廣泛領(lǐng)域內(nèi)的純基礎(chǔ)的和應(yīng)用的研究。

　　教育利益提高人們對(duì)科學(xué)、空間以及空間天氣將如何影響他們生活的理解。加大在大學(xué)課程中的份量，增加學(xué)生們對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)和空間問題的認(rèn)知等。

　　由此我們看到，空間天氣（學(xué)）關(guān)系社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步和空間安全已成為人們共識(shí)，它是為人類進(jìn)入空間時(shí)代、發(fā)展空間技術(shù)“保駕護(hù)航”的科學(xué)。這是它成為當(dāng)今世界科技熱點(diǎn)之一而蓬勃發(fā)展的根本原因。

　　（魏奉思，中國(guó)科學(xué)院院士、空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心研究員；于晟，國(guó)家自然科學(xué)基金委地球科學(xué)部）