02.29 双星计划发起者:走出大气看“天气”

在空间科学中,有一个概念叫“空间天气”。“空间天气”与发生在对流层内、影响人类生活、生产的地面天气不同,是发生在距离地面30公里以上的,由太阳活动引起的短时间尺度的变化。

那些我们能够看到、感受到的阴晴冷暖,都是发生在对流层之内。而在此之外的空间天气,存在于地球与太阳之间,同样发生着剧烈的变化,并且与我们的生存、发展息息相关。而人类对空间天气的监测,离不开科学探测卫星的研制。

提到中国的空间科学探测卫星,就不得不提到“地球空间双星探测计划”首席科学家、著名空间物理学家刘振兴院士

双星计划发起者:走出大气看“天气”


好奇作帆勤作浆,掷地有声科学路

1929年9月14日,刘振兴出生于山东省昌乐县营子村的农户家庭,是一对双胞胎中的弟弟。

他从小就对各类自然现象表现出了强烈的好奇心和求知欲。打雷闪电时,他会追问雷电的来历;喂蚕、抓蝌蚪时,他会对动物的变态发育过程产生浓厚兴趣。

法国作家法郎士说,好奇心造就科学家和诗人。刘振兴的科学之路就从好奇心开始。

由于战乱不断,刘振兴的学习几经中断、不停辗转。有一次由于日本鬼子大扫荡,母亲带着他们兄弟俩前往姑妈家避难,行至半道,他们同行的一位老人被日本鬼子的流弹击中,当即殒命。这次亲身经历给了刘振兴极大的震撼,让小小年纪的他对惨绝人寰的日本侵略军非常憎恨,立志用知识救国。

双星计划发起者:走出大气看“天气”

1950年,刘振兴的国立山东大学教务处学生学历总表


1950年,刘振兴与哥哥双双考入山东大学物理系。选专业时,他跟哥哥同时被“呼风唤雨”的气象学所吸引,认为这是一个培养对国家和社会有用人才的好专业,毫不犹豫地选择了物理系气象专业组。之后不久,该组被合并到南京大学气象系。

1955年,兄弟俩大学毕业,哥哥刘振隆前往沈阳中心气象台工作,刘振兴到中国科学院地球物理研究所任研究实习员。之后他又被录取为地球物理所所长赵九章的研究生。

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1955年,刘振兴(一排左七)在南京大学气象系一九五五年毕业纪念照片


1958年,刘振兴参加了中科院组织的包括多学科的西北固沙考察队。在不到两个月的时间内,他写了两篇关于我国西北风沙问题的研究论文,后经导师赵九章推荐发表。这是首次对我国西北的风沙问题进行观测和理论相结合的研究,对当时的固沙工作有着相当的参考价值。

毕业后,刘振兴进入磁暴研究组,从事磁暴期间地球辐射带变化的研究。从此,他又从高层大气跨入了磁层物理和太阳风的研究领域。

1967年,刘振兴参加了我国第一颗卫星“东方红一号”空间粒子环境模拟试验的任务。他和团队研究制定的空间粒子环境参数标准,对卫星的研制、发射和运行安全起了一定的作用。在此基础上,他撰写了《人造地球卫星环境手册》一书中的粒子辐射部分。

1975年后,刘振兴开始在国内开展太阳风研究,并提出太阳风—磁层—电离层—高层大气耦合的概念。

1980年5月至次年9月,刘振兴赴美国马里兰大学进行木星磁层理论模式等方面的研究,提出一个新的木星磁层磁盘模型——

“刘氏模型”

美国著名空间物理学家A.J.Dessler教授称:“这项研究表现出重大的发展,可能成为这方面的经典著作之一。”

1986至1988年,刘振兴首次提出流体涡旋诱发磁场重联的新概念,并建立涡旋诱发重联理论模型。1994年在国际磁层顶物理学术讨论会上,刘振兴提出的模型与多X重联模型、单X重联模型被公认为通量传输事件的三个基本模型。在此基础上,他首次提出流体涡旋诱发磁场重联的新机制,建立起一个新的磁场重联理论,为研究磁场重联开辟了一条新的途径。

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1991年4月,刘振兴的《空间物理研究进展和瞻望》手稿


天作棋盘星作子,一声惊雷共赢局

1990年11月,刘振兴代表中国科学院空间科学与应用研究中心向欧空局递交了一份关于申请加入欧空局Cluster卫星科学数据系统的提案,并顺利通过。1993年11月24日,中国与欧空局在北京正式签署了中欧科学研究合作协议,推出Cluster计划,自此打开了中国空间科学的国际合作之路。

1997年,刘振兴提出地球空间双星探测计划(简称“双星计划”)。这是首个由中国科学家提出的以中方为主的空间探测国际合作计划,也是中国与欧洲合作的第一个科学探测卫星项目。它包括两颗以大椭圆轨道绕地球运行的微小卫星,分别对地球近赤道区和极区两个地球空间环境变化最为重要的区域进行宽能谱粒子、高精度磁场及其波动的探测。

欧空局充分肯定“双星计划”的开创性,并将其纳入国际探测任务。计划中的赤道区卫星“探测一号”(TC-1)于2003年12月30日在西昌卫星发射中心由“长征二号丙/SM”型运载火箭成功发射,极区卫星“探测二号”(TC-2)于2004年7月25日在太原卫星发射中心发射成功。

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2000年11月,刘振兴(一排左四)与工作人员在西昌卫星发射中心合影


“双星计划”的成功实施为我国空间物理研究获取了大量先进的探测数据;提高了我国多点卫星探测数据的分析能力,并取得了创新性研究成果;提升了我国空间探测仪器的研制水平;提高了我国卫星技术的研制水平;为我国培养了一支高水平的空间科技队伍;提高了我国在空间物理界的地位和作用。

刘振兴曾形象地比喻说:“这就像下棋,位置非常关键,就空着两个地方,你下了这个棋子,这盘棋就活了。”

博识作海情作旋,融会贯通创新生

刘振兴认为,基础很重要,要夯实基础,培养自己的独立思考能力和创新意识,才能在科学的发展中做出更好的成绩。

回忆起难忘的读书岁月,他语重心长地对母校昌乐一中新一代的学子们说:

“基础坚实,发展才有潜力,良好的习惯,使人受益终生,在一中这段学习生活,对我以后的研究实在是太重要了。上世纪80年代初,‘流体涡漩诱发磁场重联’概念雏形时期,我不断考虑,不断认识、思索,并从新的观测数据中得到启发,不断地自我否定、自我修正、自我检查,常常是坐在办公室,站在实验室,走在上下班的路上,躺在床上,连续思考,不间断地论证,直到上世纪80年代末正式在国际上首次提出。这一切,都得益于在昌乐一中的学习。”

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2008年10月,刘振兴参加母校昌乐一中建校70周年庆典活动并与校友合影留念(右一为刘振兴)


而同行提起刘振兴,也是对他渊博的学识和融会贯通的思维赞叹不已。北京大学地球与空间科学学院教授濮祖荫说:

“刚接触他的时候,我就觉得他这个人思想很活跃。他的特点就是脑袋瓜里的想法很多。你看他原来是学气象的,后来又做了大气物理,从气象跨到大气物理,做的第一个工作就是低层大气物理方面的研究。他跨得很快,思路很敏捷,善于把不同学科的东西揉合在一起建立新的内容。他经常把气象方面的、大气物理方面的一些概念,融合到空间物理里面来,所以思路敏捷,反应很快,经常有新东西。”

1961年,刘振兴获中国科学院地球物理研究所副博士学位;1984年,他被批准为我国第一批中青年有突出贡献专家;1992年,他获法国图鲁兹市(欧空空间城市)市长勋章。

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刘振兴的《我在空间中心35周年》手稿


2016年3月23日,刘振兴因病在京逝世,享年86岁。

斯人已逝,幽思长存。他把毕生的心血都献给了中国空间科学事业的发展,他所做出的辉煌成绩也将永远照耀在广阔的宇宙时空,带领更多的科研人创新未来,到达更远的地方。

刘振兴

(1929.9-2016.3)

著名空间物理学家

中国科学院院士


参考文献:

1.《五秩共赢双星璨——濮祖荫教授访谈录》,中国科技史杂志

2.《从“星簇计划”到“双星计划”――中欧空间科学合作的发端》,中国科技史杂志

3.《太空“弈星”刘振兴》,中国科学报

4.《刘振兴院士详解"空间风暴计划":一箭三星同步探测空间"天气"》,海南日报

5.《飞天梦·院士路——深切缅怀昌乐一中杰出校友刘振兴院士》,昌乐传媒网

6.本文图片来源于中国科学家博物馆(网络版)

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