关于2018年度国家科学技术奖提名项目的公示公告

　　2018年度国家科学技术奖提名工作正在进行，为确保奖励的公正性，根据《关于深化科技奖励制度改革的方案》（国办函〔2017〕55号）的精神，按照《国家科学技术奖励条例》及其实施细则、《国家科学技术奖提名制实施办法（试行）》和国家科技奖励工作办公室《关于2018年度国家科学技术奖提名工作的通知》（国科奖字〔2017〕44号）的有关规定，现将中国科学院国家空间科学中心本年度提名国家自然科学奖项目的项目名称、提名者及提名意见、项目简介、客观评价、代表性论文专著目录、主要完成人情况、完成人合作关系说明、知情同意证明在“中国科学院国家空间科学中心”网站上予以公示。公示日期为2018年1月2日-8日。

　　自公布之日起，任何单位和个人若对提名项目有异议，可在公示期内以书面形式向国家空间科学中心科技处提出。异议应当签署真实姓名或加盖单位公章，并注明联系方式，否则不予受理。

　　联系电话：010-62586406

　　联系人：张伊丽

　　Email：zhangyili@nssc.ac.cn 

　　联系地址： 北京市怀柔区杨雁路京密北二街 中科院国家空间科学中心

　　邮政编码： 101499

　　特此公告。

科技处

2018年1月2日

　　2018年度国家科学技术奖提名项目公示内容

　　一．项目名称

　　日球空间太阳风大尺度结构及其动力学过程研究（Study on the solar wind large-scale structure and dynamical processes in the heliosphere）

　　二．提名者及提名意见

　　中国科学院国家空间科学中心认真审阅了该项目提名书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关材料内容均符合国家科学技术奖励工作办公室的填写要求。

　　该项目围绕日球空间太阳风大尺度结构及其动力学过程这一空间物理前沿课题，将数据分析和数值模拟研究有机结合，做出一批具有创新性的科研成果。 8篇代表论文SCI引用325次，SCI他引201次。相关成果作为"旅行者"行星际探测计划重要成果，被美国宇航局收集在CD 光盘中，以纪念旅行者飞船发射和运行25 周年。关于星际空间中性氢原子密度的结果被美国新一代日球边界层探测器IBEX作为科学任务仿真重要输入参数。超级太阳风暴形成机制的论文选为Nature亮点，并作为空间科学重要进展录入NASA空间天气科教宣传片。日球空间太阳风分布特征成果被纳入美国空间物理经典教科书。上述成果系统研究了日球空间太阳风大尺度结构及其动力学过程，对认知地球和太阳系空间环境有重大科学意义，对提升空间天气预报能力和深空探测有重要应用价值。

　　因此，提名该项目为国家自然科学奖二等奖。

　　三．项目简介

　　太阳大气不断向外膨胀形成的快速流动的带电粒子流称为太阳风，受太阳风影响的太阳系空间区域称为日球（Heliosphere）。日球之外的宇宙空间充满了未知的星际介质。在准静态的日球背景环境中存在很多由太阳活动引起的大尺度瞬时扰动结构，称为太阳风暴。太阳风暴源于太阳，随后在日球空间开启其传播旅程，与星际介质相互作用，对所到之处的空间环境产生显著影响。研究太阳风暴和这些现象的物理特性、结构及动力学过程是当今空间物理学重要前沿。对穿行在太阳风中的地球家园和深空探测器而言，太阳风暴因会对地面基础设施、航天器造成严重危害，更是与高科技时代的人类社会息息相关。

　　基于此，本项目对日球空间太阳风大尺度结构及其动力学过程开展系统研究，提供了包含关键物理过程的理论模型和新的学术思想，取得了系列国际学术界公认的原创成果，概括如下：

　　1.建立了多元太阳风磁流体力学新模型，突破了传统太阳风模型在描述太阳风与行星际介质作用方面的局限性，提出了载荷质子优先获得加热的新观点，为揭示日球空间物理新现象提供了重要理论依据。

　　2. 提出了检验太阳风在外日球空间减速的新方法，发展了从太阳风减速量值来反演就尚无就地探测可能的星际介质中性原子密度的新途径，为研究星际空间特性提供了新手段。

　　3. 首次发现了超级太阳风暴的形成机制，提出了“太阳风预调”的重要概念，为准确预测太阳风暴到达地球的时间和速度提供了关键科学依据，为空间天气研究和预报提供了新策略。

　　4.揭示了太阳风暴在整个日地空间的传播规律，阐明了太阳风暴在日球空间传播的普遍特征，突破了对太阳风暴在日球空间传播的传统认识。项目共发表SCI论文76篇，8篇代表论文SCI引用325次，SCI他引201次，发表在空间物理领域最具影响期刊《地球物理研究》（JGR，4篇），天体与日球物理权威期刊《天体物理学报》（ApJ/ApJL, 2篇）、《太阳物理》(Sol. Phys., 1篇)，以及《自然通讯》(Nat. Commun., 1篇)。外日球空间研究成果被列为Voyager飞船重大成果，收集在NASA纪念Voyager飞船25周年CD上。太阳风外日球空间减速成果2003年被美国空间物理战略规划委员会列为之前十年外日球空间六大研究成果之一。星际空间中性氢原子密度结果被美国新一代日球边界层探测器IBEX作为科学任务仿真重要输入参数。超级太阳风暴形成机制论文选为Nature亮点。日球空间太阳风分布特征成果被纳入美国空间物理经典教科书。

　　本项目推动了中欧空间科学联合卫星项目——太阳风-磁层相互作用全景成像卫星计划(SMILE)、“十三五”国家重大基础设施建设项目——子午工程II期的立项，为空间科学先导专项预先研究项目——“星际快车”探测计划方案研究提供了前期理论准备，为推动我国未来的星际空间探测计划奠定了科学基础。

　　四．客观评价

　　1.SCI引用

　　本项目8篇代表论文，发表于空间物理领域最有影响的学术刊物《地球物理研究》（JGR，4篇），日球物理权威期刊《天体物理学报》（ApJ/ApJL, 2篇）、《太阳物理》(Sol. Phys., 1篇)，以及《自然通讯》 (Nat. Commun., 1篇)。根据检索报告，8篇代表性论文SCI他引201次。

　　2．国际评价

　　多元太阳风模型的研究成果克服了传统太阳风模型的局限性，成功解释了星际空间的新现象，被称为“Chi Wang Model”。NASA在轨的THEMIS（亚暴时序过程及相互作用）、MMS（磁层多尺度）等重要空间物理卫星计划仪器首席科学家——美国UCLA(加州理工大学洛杉矶分校)Russell教授，将该模型得出的日球空间太阳风分布特征的成果纳入其编写的更新版美国空间物理学经典教科书《SPACE PHYSICS: AN INTRODUCTION》。NASA行星际物理开拓者之一Burlaga教授多次引用多元太阳风模型结果，在2009年度美国物理年会为纪念太阳风理论奠基人帕克教授而设立的90分钟帕克讲座中，称该日球多元流体太阳风数值模型为“Chi Wang Model”。美国University of Alabama in Huntsville教授Nikolai和NASA空间物理学家Burlaga的课题组在论文中指出我们的模型成功实现了（“accomplished”）预测太阳风暴从到达Voyager 1飞船的时间。

　　本项目提出了检验太阳风减速的新方法，测算了减速量值。太阳风在外日球空间的减速已成为不争的事实，为太阳风大尺度结构在日球空间传播和演化提供了依据。太阳风在外日球空间减速的成果被美国空间物理战略规划委员会列为外日球空间六大研究成果之一。宇宙线和日球物理资深科学家、美国新罕布什尔大学空间科学中心前主任、新墨西哥大学资深科学家Webber教授在他系列工作（Webber, et al., JGR 2004，2005，2011；GRL 2015）中，引用了我们的研究成果，将Wang等的结果作为标杆，把自己的研究结果与Wang的工作进行比较：“我们的工作与Wang et al.(2000, 2003)结果十分相似，他们发现了40-60km/s或10%-15%的减速”。

　　从太阳风减速量值反演的星际介质中性原子密度，为后续大型空间探测任务提供了输入，为了解星际空间特性提供了新手段。2008年10月发射的IBEX飞船的科学任务仿真中输入的中性氢原子密度参数就采用了代表论文3给出的值，IBEX是继Voyager之后唯一针对日球边界进行遥感探测的卫星计划。

　　发现超级太阳风暴形成机制的工作被Nature、Science、NASA等国际权威学术机构特别介绍，提出的“太阳风预调”概念被为认为对于准确预报太阳风暴到达地球的时间至关重要。关于超级太阳风暴形成的论文被Nature 选为亮点研究专门介绍，同时被Nature、Science、NASA等机构予以专题学术报道。SCOSTEP（国际日地物理科学委员会）主席Nat Gopalswamy在其总结近几年国际日地物理研究进展中大篇幅突出介绍了该工作。奥地利University of Graz学者Temmer和美国洛克希德•马丁空间科技高级研究开发实验室科学家Nitta以该工作为基础，进一步分析了同一太阳风暴产生的激波在行星际空间的传播，主要结论之一是支持（“support”）我们的推断结果，并指出我们提出的“太阳风预调”概念的重要性(“importance”)。美国国家海洋和大气管理局空间天气预报中心的国际著名学者Pizzo和Biesecker的研究团队在论文中大篇幅引用本工作，并进一步指出我们提出的“太阳风预调”是影响准确预报太阳风暴到达地球的时间的重要因素(“important factor”)。

　　首次揭示了太阳风暴在整个日地空间的传播规律，被同行认为是空间物理研究的关键结果，有助于改进现有的太阳风暴传播模型。国际著名太阳物理学家日本京都大学教授K. Shibata认为我们首次（“first”）研究了快太阳风暴的日地空间传播特征，并给出其日地空间传播的三相规律；国际天文联合会太阳活动专业委员会主席Schrijver在其关于近三年科研进展的报告中将我们的工作作为关键发现（“key findings”）加以介绍，指出相关研究确定(“establish”)了太阳风暴之间的相互作用是普遍而重要的(“important”)现象；SCOSTEP主席Nat Gopalswamy指出我们的工作可以跟踪太阳风暴和激波，并有能力(“able”)研究太阳风暴之间的相互作用；巴黎天文台科学家Salas-Matamoros和Klein指出我们详细的(“detailed”)分析揭示了(“reveal”)太阳风暴日地空间传播过程，并用以解释他们预测太阳风暴到达地球时间的模型的不足。

　　太阳风暴在日球空间的传播规律工作得到了国内外权威科研机构同行的肯定，并被相关空间探测任务列为重大研究发现。Ulysses飞船仪器首席科学家Balogh教授在其Space Sci. Rev.综述文章中大篇幅总结、引用本项目太阳风暴传播规律系列研究成果。JGR杂志主编、中国科大学汪毓明教授引用本项目系列成果总结介绍太阳风的传播特征，英国帝国理工大学和日本名古屋大学的研究团队曾多次引用该项成果作为太阳风暴在0.3-5.4 AU传播特性的重要依据。该项发现被列为Voyager计划重大研究成果收集在NASA纪念Voyager飞船25周年的光盘上。

　　五．代表性论文专著目录

　　1.Wang, C. and J. D. Richardson. Energy partition between the solar wind protons and pickup ions in the distant heliosphere: A Three-fluid approach, J. Geophys. Res., 106, 29401, 2001.

　　2.Wang, C. J. D. Richardson, and L. F.  Burlaga, Propagation of the Bastille Day 2000 CME Shock in the Outer Heliosphere, Solar Physics, 204, 413, 2001.

　　3.Liu, Y. D., Richardson, J. D., Wang, C., and Luhmann, J. G., Propagation of the 2012 March Coronal Mass Ejections from the Sun to Heliopause, Astrophys. J. Lett., 788, L28, 2014.

　　4.Wang, C. and J. D. Richardson, Determination of the solar wind slowdown near solar maximum, J. Geophys. Res., 108(A2), 1058, doi:10.1029/2002JA009322, 2003.

　　5.Liu, Y. D. et al. Observations of an extreme storm in interplanetary space caused by successive coronal mass ejections. Nat. Commun., 5, 3481 2014.

　　6.Liu, Y. D., Luhmann, J. G., Lugaz, N., Möstl, C., Davies, J. A., Bale, S. D., and Lin, R. P., On Sun-to-Earth Propagation of Coronal Mass Ejections, Astrophys. J., 769, 45, 2013.

　　7.Liu, Y et al., A comprehensive view of the 2006 December 13 CME: from the sun to interplanetary space, Astrophys. J.,689, 563,2008.

　　8.Wang C., D. Du, J.D. Richardson, Characteristics of the interplanetary coronal mass ejections in the heliosphere between 0.3 and 5.4 AU, J. Geophys. Res., 110，A10107，doi:10.1029/2005JA011198, 2005.

　　六．主要完成人情况

　　1.姓名：王赤

　　排名：1

　　技术职称：研究员

　　工作单位：中国科学院国家空间科学中心

　　完成项目时所在单位：中国科学院国家空间科学中心

　　对本项目主要学术贡献：

　　作为本项目的主要完成人，对科学发现1、2、4做出了创造性贡献：发展了新的日球空间多元流体太阳风数值模型；利用多颗卫星的观测数据和数值模型发现太阳风在远日球空间的减速的可靠证据，提供了估计星际介质中性氢原子密度的新途径；发现日冕物质抛射事件及其驱动激波从太阳到外日球空间传播和演化的特性和规律，以及行星际强激波形成的新机制。见代表论文1、2、4、8。

　　2.姓名：刘颍

　　排名：2

　　技术职称：研究员

　　工作单位：中国科学院国家空间科学中心

　　完成项目时所在单位：中国科学院国家空间科学中心

　　对本项目主要学术贡献：

　　作为本项目的第二完成人，对科学发现3做出了创造性贡献，提出了“太阳风预调”的重要概念，为空间天气研究和预报提供了新策略；对科学发现1、4做出了重要贡献，首次揭示了太阳风暴在内日球的传播规律，发现了太阳风暴在外日球空间的演化特征，突破了对太阳风暴在日球空间传播的传统认识。见代表论文3、5、6、7。

　　七. 完成任务合作关系说明

　　王赤（第一完成人）、刘颍（第二完成人）现都为空间天气学国家重点实验室的研究人员，长期从事日球空间太阳风大尺度结构与动力学过程研究。王赤与刘颍先后于美国麻省理工学院物理系获博士学位，从彼时至今一直共同致力于日球空间等离子体数据的分析和数值模拟工作，共同合作了多篇论著（见完成人合作关系情况汇总表）。同时在研究工作中，与Voyager飞船等离子体仪器的PI John. Belcher以及John. Richardson保持了长期的合作关系。

　　八．知情同意证明

　　无。