从近地层跨入太空的空间物理学家
――记中国科学院刘振兴院士
刘振兴，男，1929年生于山东省昌乐县，空间物理学家，中国科学院院士。1955年毕业于南京大学气象系，1961年获中国科学院地球物理所副博士学位。现为中国科学院空间科学与应用研究中心研究员、博士生导师，担任中国地球空间双星探测计划首席科学家、中国Cluster数据和研究中心主任、国际地磁和高空物理协会（IAGA）中国委员会主席等职。
刘振兴院士早期的成长经历
1955年，刘振兴从南京大学气象系毕业后，被分配到中国科学院原地球物理所工作。1956年，全国首次招收副博士研究生，经过统考，刘振兴被录取为著名科学家赵九章院士和朱岗 教授的副博士研究生。研究方向是近地层大气物理，主要是研究近地层大气的湍流过程对风速、水汽和烟尘等随高度分布的影响。
刘振兴总说赵九章先生是影响他一生的恩师。赵先生不仅是一位气象学家，还是我国空间物理的奠基者和开拓者。赵先生严谨求实的学风、创新开放的思想、给刘振兴以很大的影响。
在赵九章先生提议和指导下，中科院于1959年成立了磁暴研究组，刘振兴成为这个科研小组的成员。1964年，担任该组组长。并于1961年获中国科学院地球物理所副博士学位。
50年代中期至60年代初，在赵九章先生指引下，刘振兴较早在我国开展近地层大气物理和高空大气物理研究，并取得了重要结果：建立了一套陆面蒸发公式，对气候和水文有很高的应用价值；发展了一个较普遍的近地层大气湍流结构函数，能解释近地层风速、水汽和沙尘的传输；最先开展了我国西北风沙问题研究，提出了沙丘运动和沙的传输的理论和计算图表，对防砂有应用价值；最早在我国从理论上研究了磁暴期间地球辐射带的变化；参加了我国第一颗卫星地面环模试验，负责提供空间粒子环境数据，作为高能粒子环模试验的标准；利用稀薄气体动力学方法，提出一个新的流星理论和气体动力学区域划分方法，受到著名力学家郭永怀教授等的好评。
刘振兴早先是研究气象学的，后成为知名的空间物理学家。研究的空间领域从离地面一百米的近地层大气到浩瀚的太空。先后研究过近地层大气物理、高空大气物理、磁层物理和行星际物理。屡次的专业变化并未影响刘振兴的科研工作，相反的，却使他更加努力去掌握新的专业知识和基础知识，以适应研究课题的需要。也正是由于这种勤奋努力、刻苦钻研的精神，拓宽了他研究的视野,取得了许多创新性的成果。
创立空间物理学科新理论
1981年，刘振兴根据宇宙飞船探测数据，率先在我国开展木星磁层研究。他主要成就之一就是根据新的飞船探测数据建立了一个新的木星磁盘模式。在模式中首次考虑了木星磁盘的波状结构和木星等离子体的不同转速。发现木星磁盘的厚度决定于等离子体的旋转能量与热能之比，阐明了木星等离子体片厚度的变化规律和结构特性。美国J.Geophys.Res.评论员和著名空间物理学家A.J.D essler教授书面评价说：“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。”主要结果写入Dessler主编的、剑桥大学出版的《Physics of the Jovian Magnetosphere》中，并称其为"刘氏模式"。被国外作者多次引用，对推动木星磁盘模式研究做出突出贡献。这项研究1987年被中科院推荐为国家级重大科技成果。1984年，他被批准为我国第一批有突出贡献的中青年专家。
1985年，刘振兴开始研究磁场重联，磁场重联是空间物理和空间等离子体物理中最重要的基本现象之一。刘振兴冲破三十多年来磁场重联的传统观念，首次提出流体涡旋诱发磁场重联的新概念，创立了系统的涡旋诱发重联（VIR）理论，为研究磁场重联开辟了新的途径。VIR理论与目前国际上两种主要的瞬时重联模型（多X线重联（MXR）模型和爆发单X线重联（BSXM）模型）相比，在重联的机制、物理过程、磁场和流场的拓扑性质等方面都很不同，这是一项独创的新理论。这项理论在空间物理和空间等离子体物理中有着广泛的应用前景，除可应用于地球磁层外，还可应用于其他行星磁层、行星际和星际空间以及太阳大气的某些区域。对研究日地系统的能量传输及太阳风、磁层和电离层的耦合过程，了解地球空间环境的变化机理等有重大科学意义。由于他在空间研究中做出了突出贡献，因而获国际空间界的“2000 Vikram Sarabbai奖”
此外，早在1975年，他就认识到日地系统各层次相互联系的重要性，首先全面的提出了太阳－磁层－电离层－高层大气耦合的概念，并率先在我国开展磁层与各层次耦合的研究。利用磁流体力学和等离子体物理方法，最先研究了太阳风的湍谱结构，建立了一套描述太阳风湍谱分布的表达式，理论结果与观测数据相符合。1987年他与美国阿拉斯加大学李罗权教授合作提出的等效电路磁层亚暴模型，该模型将国际上长期争论的两种观念“太阳风直接驱动”和“卸载过程”统一起来，很好的解释了磁层亚暴期间场向电流和AE指数等要素的观测特性，理论与观测符合很好，在美国国家报告（1987－1990）中作了评述，并多次引用。
地球空间探测的一个新台阶
我国是一个空间大国，但还不是一个空间强国。我国空间物理界一直在盼望能提出我国自己的具有创新特色和在国际上具有地位和影响的空间探测计划，推动我国空间科学和技术的发展，为了加强中国空间物理界与国际的合作，推动我国空间物理探测的迅速发展，1990年，刘振兴向欧空局Cluster科学数据系统（CSDS）提交了一份合作提案。该提案被"欧空局"科学评审委员会通过，同意与我国开展空间科学合作。经双方努力，1993年11月双方正式签署了合作协议，在中国成立了中国Cluster数据和研究中心，刘振兴任该中心的主任。
1997年1月，刘振兴院士又提出了 “地球空间双星探测计划”（简称双星计划）。双星计划一提出，立即受到国际空间界的重视。欧空局和国际空间机构协调组（由美国宇航局、欧洲空间局、俄罗斯和日本的空间局组成）在他们的工作会议上专门对中国的双星计划进行了讨论，对双星计划的科学构想给予很高的评价。欧洲空间局14个成员国全部投票同意和中国开展“双星计划”合作，主动提出愿意用他们的Cluster的四颗卫星和双星计划的两颗卫星相配合。2001年7月中国国家航天局局长栾恩杰和欧空局局长A.Rodata在巴黎欧空局本部正式签署了地球空间双星探测计划合作的协议，正式打开了在这一领域国际合作的大门。2000年12月，国务院批准该计划列入“十五”计划。2001年2月，该计划开始全面启动，刘振兴院士任首席科学家。
双星计划包括两颗小卫星：一是近地赤道卫星，近地点500km，远地点60000 km，倾角28.5°；另一颗是极区卫星，近地点700km，远地点40000km，倾角90°。每颗卫星上放有8台探测仪器。这两颗小卫星相互配合，运行于目前国际上地球空间探测卫星尚未覆盖的近地空间主要活动区，形成了独成系统、有特色和创新的地球空间探测计划。其主要科学和应用目标是探测和研究近地空间环境中场和粒子的时空变化规律及磁层空间暴的触发机制，建立并发展太空环境的动态模型及物理预报方法。双星计划的近地赤道区卫星计划在2003年12月发射，近地极区卫星计划在2004年6月发射。相信通过双星计划的实施，将会推动我国空间物理和空间探测技术的迅速发展，提高我国的空间科学和技术水平，提高我国在国际空间界的地位和作用。
双星计划是我国第一次以自己提出的探测计划进行以我国为主体的重大国际合作项目，通过双星计划的实施，将提高我国空间探测技术水平、提高年轻科技队伍的素质及空间物理研究和空间天气预报的创新能力、缩短我国与国际上先进国家的差距，使我国的空间探测研究迈上一个新的台阶。
刘院士认为，国际合作和国际竞争，是我国空间探测水平跨越式发展的一种有效途径。通过与欧空局的合作，显著提高了双星计划探测仪器的先进性，并提高了我国探测器研制技术和某些卫星研制技术；双星计划与Cluster II 四颗卫星合作，优势互补，形成了人类历史上第一次对地球空间进行“六点探测”，这将会成为21世纪初国际上地球空间的重要探测计划，提高对我国在国际空间界的地位将起重要作用；通过与欧空局的合作，可扩大双星计划的科学效益，除获得双星计划的大量科学数据外，还可获得Cluster II 四颗卫星上44台探测器的先进科学数据及与Cluster II相配合的全球地面观测数据，这对推动我国空间研究的迅速发展建立了科学数据基础。
在双星计划的执行过程中，他提出了：高效率、高效益、高可靠性、低成本的“三高一低”方针，双星计划各个系统的科技专家们也都自觉的遵守。
双星计划的进展，现已经进入倒计时阶段，刘院士又提出了“质量第一、万无一失”的口号，我们相信在以刘振兴院士为首席科学家的双星计划一定能取得圆满成功。
现在，国际空间物理界正在开始一项21世纪前15年空前规模的日－地空间探测计划（Interational Living With a Star，ILWS），即“人类与日共存”计划。该国际计划的指导委员会主席，主动邀请中国参加这项计划。刘院士在对双星计划严格把关的同时，又在积极努力推动该项大规模的国际空间合作计划。
一分耕耘一分收获，刘振兴院士不断抓住机遇、追求创新取得了丰硕的科研成果，并多次获国内外学术奖，主要有：1993年中国科学院自然科学奖一等奖（第一完成者）；1995年国家自然科学奖三等奖（第一完成者）；2000年国际Vikram Sarabbai奖；2001年何梁何利科学进步奖；2001年国家自然科学奖二等奖（排名第4）；2001年欧空局“对Cluster II做出杰出贡献”奖。
最近，刘先生写了一首自勉的诗：“淡泊以明志，登高而望远；老当身心壮，创新并前瞻。”这可谓是刘振兴院士的真实写照。在此，我们也衷心地祝愿他身体健康、工作顺利！ （陈晓丽）
