中国太阳物理学 --- 骄人的历史 严峻的现实 光明的未来

中国科学院国家天文台邓元勇

历史 ---60 年代前后：播种希望

• 应用需求– 黑子观测、色球观测– 太阳活动预报，人卫服务

• 太阳物理由南京向北（北京）向西（昆明）推进

• 尝试自主研制设备

历史 ---70-80 年代：辛勤耕耘

• 工欲善其事必先利其器– 太阳塔– 太阳磁场望远镜

• 随着改革开放大潮走向世界– 学习先进、崭露头角

• 一流的科研、技术队伍初见雏形• 新生代人才培养

南大太阳塔 中国第一座太阳塔 多波段光谱诊断 其研制斩获 1985 年首届国家科技进步二等奖

1979 年建成1982 年投入使用

太阳磁场望远镜 时为国际最先进的三台磁像仪之一 太阳矢量磁场和视向速度场成像 1988 年国家科技进步一等奖

60 年代后期酝酿1984 年建成1986 年投入使用

历史 ---90 年代 -05 ：开花结果• 在太阳物理某些前沿领域，与欧美鼎足而立

– 矢量磁场演化、活动区物理、小尺度磁场– 磁非势性、螺度与活动周、螺度与太阳爆发– 三维磁场、磁拓扑– NLTE 太阳大气辐射转移理论……

• 太阳仪器研制水平跃上新台阶– 双折射滤光器研制成为头号强国，出口– 提出自主研制空间太阳望远镜等重大项目……

• 国际交流频繁– 双边多边会议、知名学者来访、协助培养国外年青学

者、国内年轻学者进入国外顶尖研究机构……

• 在太阳活动观测、研究、预报及应用的坚实基础上，把握国际态势，推动 CME 等热点研究，从而迈入空间天气学这一重大前沿和交叉领域– 延续三期的 973 项目

• 太阳剧烈活动和空间灾害天气• 日地空间灾害性天气的发生、发展和预报研究 • 日地空间天气预报的物理基础与模式研究

– 中国太阳物理起步于应用，在这一方向上回归于应用

太阳射电频谱仪：太阳射电爆发及其精细结构

太阳射电爆发主要包含 I、 II、III和 IV等爆发类型，其辐射频率、源区高度及爆发时间序列的大致情况，如下图所示。

　　在射电爆发中，尤其 IV连续谱爆发中，还常叠加有诸多射电爆发精细结构，例如尖峰爆发、斑马纹结构、纤维结构、快速准周期脉动结构、花边纹结构、鱼群结构、类手型结构等。下图为三组观测事例。

　　太阳射电爆发精细结构，反映了射电辐射源区复杂的磁场结构和运动特征、粒子加速过程和传播特征等，能为探索太阳爆发活动的起源和触发机制，乃至发生、发展规律等太阳物理学前沿科学难题，提供非常重要的研究线索。

宇宙学

星系物理

恒星和银河系

太阳物理

行星和行星系统

基础与应用天文

天文技术与方法

总体排名

论文

7

3.8

7

4.8

8

4.4

3

9.1

11

1.1

8

4.9

9

3.57

被引数

9 11 11 6 11 11 11 7

中科院发布的 1998-2009 各分支学科论文和引文情况

数量排名

占国际总数百分比

论文引用的大 H （ mega H ）因子大 H 因子的含义是某单位具有文章 H 因子的人数大于或等于这个数。

例如， mega H =10  表示该单位有 10 个人的 H 因子在 10 以上。虽然各种因子都有这样那样的问题，但还是可以反映出一定的学术地位。

资料表明截止到 2008 年 2 月国际上顶尖太阳物理研究机构的 大 H 因子为：

• 美国高山天文台 (HAO)                            12• 美国斯坦福太阳组 (Stanford Solar Group)      11• 美国国立太阳天文台 (NSO)                                10• 日本国立天文台太阳部 (NAOJ Solar Division)  10• 美国洛 - 马公司太阳和天体物理实验室 (LMSAL) 9• 国家天文台（总部） 9

现在 --- 国际：空间天文开启新纪元

• Hinode （ Solar-B ）日出卫星， 2006– 空间分辨率 0.3 ，优于任何现有地基望远镜可获得的矢

量磁场观测分辨率– 偏振光谱诊断术，磁场测量精度优于地基磁场测量– 时间分辨率方面较差（数十分钟 vs数十秒）– 多波段协同观测

• SDO 太阳动力学天文台， 2010

– 全日面矢量磁场，高时间分辨率、适中的空间分辨率、较低的灵敏度（目前尚不如地基的最好设备）

– 资料连续性、稳定性前无古人– 高空间分辨率色球、过渡区、日冕的多波段协同观测、海量数据

现在 --- 中国：空间天文苦等突破• 科学家有远见卓识

– 超前的空间太阳望远镜 SST计划– 与 Hinode 同时提出– 50cm vs 1m– Stokes 光谱仪 vs 两维实时光谱仪， 各擅胜场

• 不佳的国际合作环境、不佳的工业基础– 高风险

• 政治家的魄力？– 早已 SST完成背景型号预研– 仍在苦等立项机会– SMESE 等项目中途夭折

现在 ---地基：米级太阳望远镜时代

• 瑞典 1米太阳望远镜– 工作 10 多年，超高分辨率资料

• 美国 1.6米 NST– 已开始观测，已有重要成果

• 德国 1.5米 GREGOR

– 试观测

• 抚仙湖 1米太阳塔– 十余年前作为 SST 地基配套项目， 2011 年获

得试观测资料

严峻的现实

• 一度把鸡蛋装在了一个篮子里（ SST ），忽略了磁场望远镜和太阳塔等设备之后的接力；抚仙湖太阳塔由于是 SST的配套项目，在后者未能立项的情况下，举步维艰

• 文章数量仍在增长、质量大幅提高，但以我为主的优秀论文锐减，逐渐变成一些先进设备的高级打工者– 我们仍在前进，但步伐赶不上国际车轮– 我们仍在闪光，但光辉逐渐被更耀眼的光芒淹没

• 怀柔基地为例– 用多通道望远镜数据产出的 SCI/EI 论文由 06-08 年的 87篇锐减至

09-11 年的 20篇– 从“国际上最好的设备之一”成为“国际地基太阳观测的重要基

地之一”

严峻现实中的闪光点

• 研究方面– 原有优势领域仍继续巩固（就算是打工者，也是值得尊重的打工者 )

– 布局了新的学科增长点（发电机、太阳爆发模型、日震…… )

• 观测方面– 抚仙湖太阳塔，不亚于国际最好台址的观测条件，最大

口径的真空太阳望远镜– 日像仪：宽谱段覆盖、频谱成像最好的射电日像仪– 国台、云台的太阳活动监测纳入到国家空间天气监测预警系统框架下，为现有设备的高质量运行提供了经验

未来 --- 前途是光明的• 学科小，基础不错• 坚持太阳物理全国一盘棋• 清醒认识到了目前的差距• 研究方向清晰定位

– 太阳物理核心科学问题– 天体物理、行星物理等的交叉融合– 空间环境监测预报的国家需求

• 实测设备发展目标明确– 确保现有地基设备高质量运行和有限发展– 集中有限人力、物力做有影响的“大事”– “一天一地”的具有国际领先水平的重点项

目

“一天”• 深空太阳天文台 DSO （ SST 的升级版），引

领作用 （太阳磁场基本结构、空间天气…）– SST 目前仍是同类最先进的在研项目– 通过升空探测计划发射到 L1点后，其科学和应用产出进一步得到增强

• 一箭五星（空间天气）、太阳风暴动态成像（空间天气）、极轨飞行器（太阳活动起源、空间天气）……

• 力争早日实现以我为主的对太阳“近距离、多卫星、全波段、全方位三维立体观测 ”

“一地”• 建设以大口径红外 / 光学望远镜 --- 中国巨型太阳望远

镜 CGST 为核心的世界领先的太阳天文台（高分辨、精确矢量磁场、电场… )

– 8米分辨率、 5米聚光能力– 核心指标和科学目标在相当一段时间内可能未有竞争

– 美国正在建设 4米 ATST ，欧洲正在推动 4米 EST计划

• 并结合大口径日冕仪 ( 日冕磁场 ) （ COMOS -C ）等的建设使之成为综合功能的国际化实测太阳物理中心

恭祝王先生

生日快

乐身体健

康