三维磁重联观测研究进展

磁重联是等离子体中最主要的能量转换过程, 在耀斑、CME和磁层亚暴等空间等离子体物理和空间天气学过程以及磁约束核聚变的磁流体力学稳定性研究中起着关键作用, 是等离子体物理的一个基本问题. 除周期性边界条件, 如环形磁约束核聚变装置外, 一般情况下三维磁重联都发生在以磁零点为基点的磁场拓扑分形面上. 本文简要介绍三维磁重联中磁零点的理论和卫星观测进展, 并对今后的发展作一简要分析.     

关于扩展的太阳活动周期的概念

任何时候,在太阳上都同时存在两个并行的约22年的周期。这一概念是综合太阳表面小尺度磁场、日冕现象、太阳大尺度速度场、太阳风和地球磁场扰动等不同观测现象的基础上提出的。这一扩展的太阳活动周期,不可能在经典的太阳周期理论的框架内得到解释。     

关于第21世纪起始于何年的意见

我曾在1998年11月15日向中国科学院基础局数力天文处汇报过我的意见,认为第21世纪和第3个千年纪(Millennium)始于2001年1月1日。全国自然科学名词审定委员会和中国天文学会于1996年4月11日曾建议,世纪的起算“今后以‘0’年为起始更好”。但在同一文件中,他们亦指出,“公元从‘1’年起始(无‘0’年),这是公认的历史,按此类推‘世纪’应从1—0,即21世纪为2001年至2100年”。我认为,这后一论述是正确的。关于第21世纪和第3个千年纪应从2001年开始的依据可概述如下：1.现在全世界普遍采用的是公历(Gregorian calendar)即格里历,它是1582年由罗马教皇格里高利十三世颁布的。我国从1912年起采用公历。公历的纪年方法是采用“基督降生”的年份为公元1年。在公元六世纪,罗马的数学家、天文学家和神学家(小)狄奥尼西(Dionysius Exiguus)首先采用了这种纪年法。据此,第21世纪和第3个千年纪理所当然地从2001年1月1日开始。这种世纪的计法已为各国普遍采用。如权威英语词典(Webster's New World Dictionary)在解释什么是世纪时曾举例,“1801 A.D.through 1900 A.D.is the 19th Century”。显然,第21世纪应从2001年到2100年。2.新世纪和新千年从哪年开始,在国际上应遵循约定俗成的原则,与大多数国家一致。英国皇家格林尼治天文台早在1996年3月已发表新闻公告,明确第21世纪从2001年开始。在法国巴黎经度局90年代出版的天文年历中,也明确写明2001年1月1日0时是第21世纪的开始。美国海军天文台1998年9月29日在因特网专辟的版面“第21世纪和第3个千年何时开始”上,明确写明始于2001年1月1日。这三个机构分别是英、法、美发布历算的官方机构,代表了这三个国家的官方意见。美国白宫的网页也明确写明了上述意见。3.有必要指出,我国在谈到世纪时,常常把第21世纪简称21世纪。实际上,如北京天文台罗定江研究员(私人交流)指出,在英语中,总是使用第多少世纪,即世纪是有顺序的,描述世纪的是“序数词”,不是“基数词”。因而,世纪中年代和年也应用序数词,而不用基数词,应当从“1”开始,而不是从“0”开始。关于“Millennium”,我国尚无像“世纪”一样的专用名词,可建议译为“千年纪”,在国际上也采用序数词描述。4.新的千年(或世纪)从哪年开始与从哪年开始庆祝和纪念是两回事。人们希望尽早进入新世纪,提前进行庆典。据初步了解许多国家的庆祝活动将从1999年秋开始,持续到2001年春。在英国皇家格林尼治天文台的因特网网页上明确声明,“新千年正式始于2001年1月1日(计算机危机和纪念开始于2000年1月1日)”,并随后引用英国首相布莱尔1997年6月19日的一句话“在世界各地最令人激动的事将发生在2000年”。5.全国自然科学名词审定委员会和中国天文学会建议2000年为21世纪的开始年的一个最重要的理由,是“‘世纪’和‘年代’的协调一致”,并提出“若21世纪定为2001年,则2000年既不能归入20世纪90年代,也不能归入21世纪初十年代”。我认为,“年代”的记法本来出自英语叙述的方便,如“1990's”指1990～1999年这十年或十年中的某些年。中文与英文并没有严格一一对应的“年代”的说法。诚如国务院研究室综合司黄键同志指出,在中文中每一“世纪”的0～9,10～19年也从来没有“0年代”或“10年代”的用法。中文只有20年代,……,90年代”的通常用法。然而,无论是中文还是英文,都可采用某世纪“第一个十年,……,最后一个十年”的说法记录年代,对两种文字都是标准的精确的语言。因而从‘1’开始作为一个世纪的开端,并无“年代”与“世纪”混淆之言。     

太阳光球磁通量变化的周期性研究

磁场在研究太阳结构和活动中始终扮演着十分重要的角色. 一般而言, 光球总磁通量是一个最能反映太阳整体活动水平高低的物理参量. 目前关于光球磁通量的周期性研究很少, 这可能是因为国际上缺少一个像太阳黑子相对数一样的标准磁通量序列. 首先利用美国国家太阳天文台基特峰观测站的从1975年2月到2003年8月总共383幅太阳综合磁图资料构造了一个比较完整的磁通量序列, 再采用Scargle周期图和Morlet小波变换两种周期方法系统地研究了它的周期性, 发现光球磁通量变化存在4个显著的周期, 它们分别是1050 d周期、500 d周期、300 d周期和160 d周期. 同时我们还详细地分析了这些周期的时变特征, 简单地探讨了它们各自的物理成因.     

磁零点与三维磁重联几何结构的卫星观测研究

地球大气层以外的广袤太空中,99%以上的可见物质都是由局地电荷密度近似相等的离子和电子组成的等离子体.……     

关于磁重联区三维磁零点的卫星观测研究

磁重联是等离子体中磁场能量快速转换为粒子动能和热能的主要途径,是空间物理和等离子体物理中的重要现象.磁重联过程发生在磁场的拓扑分形面上;这种分形面一般是由磁零点附近磁场梯度张量的本征矢量确定的.磁零点的三维特性要求至少空间4点的同时测量.Cluster计划提供了迄今为止唯一的卫星测量手段.基于Poincare指数方法分析Cluster卫星在地球磁尾的探测数据,(1) 找到了磁重联过程中存在4种磁零点的证据;(2) 发现磁零点周围磁场的空间特征尺度大约为离子惯性长度,从而首次揭示霍尔效应可能在三维磁重联中起重要作用;(3) 在重联区找到匹配的磁零点对,并计算出零点连线的长度,确定了所产生的磁场的拓扑分形面;(4) 发现在零点连线附近存在低杂波频率的电磁振荡,这为磁重联过程中可能的电子加速、加热机制提供了观测基础.     

太阳极轨天文台

太阳极轨天文台利用高轨道倾角(≥80°)和小椭偏率轨道,将首次实现正面对太阳极区磁场和速度场高精度成像观测,结合多波段遥感和原位测量,为解决太阳磁活动周起源的世纪难题提供决定性观测,为破解“原始”高速太阳风的起源效应之谜提供直接观测支撑,为理解日球层整体结构突破性创建数据驱动的日球数值模型.     

太阳的立体观测

本文分析了太阳物理研究的核心问题以及观测需求的发展趋势,阐述了对于太阳的立体探测尤其是太阳磁场的立体观测在科学上的必要性,预期了这样的观测对太阳物理研究将产生的重大影响.并同时介绍了我国太阳物理界所达成的未来(2035/2050)太阳活动立体探测计划,该计划将围绕三位一体的立体探测展开,即立体观测太阳磁场、立体观测太阳高能辐射、立体多波段观测太阳耀斑三维结构和日冕物质抛射等.     

发展、培育和呵护我国自己的英文科学期刊

<正>发展、培育和呵护我国自己的英文科学期刊,创办我国有独立知识产权的国际一流学术刊物,是当代中国科学家的责任。常常有同事问我,国际上已经有了那么多一流的学术期刊,我们何必费那么大的力气再去办刊?我不知道该怎样直接回答这一问题。但是,一个不争的事实是,凡是有一流科学期刊的国家或地区,都有一流的自然科学研究;凡是有一流自然科学研究的国家或地区,也总有最好的科学杂志。那么照此逻辑,从国内科学期刊的现状来看,中国就应当在基础科学研究上永远处于二流或三流的地位吗?     

中国天文学发展的机遇、挑战和拼争

 2019年，诺贝尔物理学奖授予了理论宇宙学家詹姆斯·皮布尔斯、天文学家米歇尔·马约尔和迪迪尔·奎洛兹。前者以严谨的数学模型和物理理论来描述和解释宇宙的演化，使宇宙学成为可预测和验证的精准科学；后者采用新的方法发现了第1颗围绕类太阳恒星运转的系外行星，让人类重新认识自身在宇宙中的位置。新世纪以来，已有6个诺贝尔物理学奖归属天体物理学家，其他5个涉及的领域是：宇宙中微子和X射线源、宇宙微波背景不均匀性、宇宙加速膨胀、中微子振荡和引力波的发现。天文学正在迎来一个以理解宇宙的起源和人类自身为目标、以多信使天体物理学发现为特征的新纪元。