空间科学学科简介

     以1957年第一颗人造卫星升空为标志,人类进入了空间时代。经过50多年的发展,空间科学已发展成为一门与相邻学科紧密交叉、与空间技术相互促进的前沿基础学科,极大地丰富了人类对于自然和宇宙的认识,并越来越显示出其对人类生活和经济发展的重要性。太空已成为国家发展的战略制高点,在航天活动、导航与通信、遥感以及国防等方面,对国家安全、经济发展和人民生活至关重要。随着我国空间科学与技术事业的持续发展,特别是近年来航天技术的进步,国家对空间科学和应用的研究日益重视,在空间科学的多个领域实施了一系列空间探测计划,为空间科学的发展提供了历史性的机遇。

空间科学的主要研究领域包括以下几门学科分支:空间物理学、空间天文学、空间天气学、微重力科学、空间生命科学和空间地球科学等。空间科学的研究对象基本包括了整个宇宙空间及其中各类天体。学科主要特点是交叉性、既有不同基础科学之间的交叉,又与空间技术密切结合。

根据当前空间科学和技术的发展态势,我校将主要发展如下几个专门方向:空间物理与空间天气学、天体物理学、行星科学以及相应的空间探测技术、卫星导航遥感与天体力学。其主要特色是将空间科学最活跃的几个研究领域的基础研究和人才培养作为学科专业的发展重点。 

 

学科方向介绍:

1. 空间物理与空间天气学

空间物理学是空间科学的最重要组成部分,主要研究太阳大气、太阳风和行星际空间、地球空间(包括磁层、电离层、热层和中高层大气)以及其它行星空间中的各种物理过程和规律,涉及日地系统各层次的结构形态以及各层次之间的相互作用和耦合机制。空间物理学与地球物理学、大气物理学、行星科学、天文学和天体物理学等学科共同组成人类认识宇宙的完整体系。

作为空间物理学的直接应用,空间天气科学是研究日地空间环境特征与时空变化,特别是太阳爆发现象、高能粒子、磁暴与磁层亚暴、电离层扰动等灾害性事件的起源和演化规律,并作出预报的一门新兴的交叉学科。随着人类空间技术的进步和空间活动的日益增多,空间天气研究于90年 代后期开始迅速成为国际科技活动的热点和重大前沿领域之一。研究和预报空间灾害性天气变化是人类面临挑战的科学难题之一,减轻或规避空间灾害性天气带给航 天、通讯、导航、定位、国民经济等的严重危害与巨大损失是当今社会发展的紧迫需求。空间天气科学正成为一项为人类造福的和平进步事业。

 

山东大学空间物理与空间天气学学科特点:

山东大学空间物理与空间天气学学科点建于2007年初,是我国空间科学领域最年轻的空间物理与空间天气学科点之一。经过几年的快速发展,该学科点已经拥有了一支非常活跃的优秀科研团队和若干初具特色的研究方向。以该学科点为主要基础的山东省光学天文与日地空间环境重点实验室于2009年获准立项建设,空间物理学于2011年被评为省十二五重点学科。

学科点现有专职教学科研人员16人,包括5位教授和4位副教授。其中,国家基金委杰出青年基金获得者1(陈耀)、优秀青年基金获得者1(史全岐),教育部新世纪优秀人才4(夏利东、陈耀、李波、史全岐),山东大学齐鲁青年学者特聘教授2(李波、张清和),山东省杰出青年基金获得者3(史全岐、李波、张清和),并聘请中科院国家空间科学中心魏奉思院士为特聘兼职教授,紫金山天文台黄光力研究员、英国Aberystwyth大学李醒、美国阿拉巴马大学李刚、夏威夷大学Shadia Habbal博士为客座教授(合作导师)

研究方向主要为日地空间中的主要物理过程及其空间天气学效应和空间探测技术,包括:(1)太阳爆发物理过程;(2)日冕加热与太阳风起源和加速;(3)行星际与地球磁层-电离层动力学过程;(4)空间灾害性天气的模型预报和效应研究;(5)地基和空间探测仪器研制。

 

2. 天体物理学

天体物理学是天文学中最活跃的一个二级学科 它是利用物理学的方法和理论,以天文观测为基础来研究天体的物理性质、化学组成、运动和演化规律等,是人类认识宇宙的窗口。天体物理学包含恒星物理、星系、行星、宇宙学等研究方向。现代天体物理学是交叉学科的典范,是引领近代科学及科技重大发展的前沿学科,同时也是历史最悠久的古老传统学科。

 

山东大学天体物理学学科特点:

山东大学天体物理学科是国内有一定影响的学科点,建有目前大陆高校口径最大、技术水平先进的1米光学望远镜,山东大学威海天文台已建成为“中国科学院空间目标和碎片观测中心威海联合观测站”,是山东省重点实验室“光学天文与日地空间环境”重点实验室的重要组成部分。经过几年的发展,逐步形成了一支年轻奋进,学历层次和科研水平较高,有着很强责任感和事业心的学术团队。团队成员目前由兼职教授和固定研究人员组成。学科点现有固定专职教学科研人员11人,实验技术人员4人,观测助手3人,其中山东大学齐鲁青年学者特聘教授1名,教授3人,副教授5人,另有中国科学院国家天文台、北京大学兼职教授5人。

 

学术团队主要开展以下几方面的研究工作:(1)活动星系核及变源、太阳系外行星系统、星系形成和演化等方面的多波段观测研究工作;(2)开展空间碎片、卫星的应用观测研究工作,满足国家空间安全的战略需求;(3)利用核物理理论和实验方法研究核天体的演化过程,如宇宙能量变迁和元素的来源,中子星的结构和冷却,超新星爆发等。

 

3. 行星科学

行星科学是研究太阳系行星及其卫星、小行星、彗星等天体形成与演化的一门新兴交叉学科。传统上讲,地球与其他行星都曾被天文学和地球科学(地质学、地球物理 等)研究。以阿波罗载人登月为标志,人类开始了走出地球空间的深空(行星)探测活动。行星科学就是伴随这些人类科技进步与探测疆域的扩展而由传统学科凝聚形成的一门新兴学科。行星科学主要研究行星地形地貌、表面物质成分、地质作用、 行星大气与环境等科学问题。行星科学的研究方法早已突破了从地球上所作的各种天文和空间望远镜观测,而主要通过发射各种探测器和宇宙飞船莅临行星体的近距离遥感探测,着陆巡视勘察和行星表面取样返回等手段进行。纵观以包括我国嫦娥探月工程、美国NASA火星好奇号任务等人类数百次深空探测任务中,几乎所有的现代化尖端探测和分析技术都被用于获取行星的资料,进而开展各种有关行星形成与演化的理论研究、实验室分析和计算机模拟研究等。因此一定程度上讲,一个国家的深空(行星)探测的水平体现了其科技发展水平和综合国力的高低。

 

山东大学行星科学学科特点:

山东大学是国内较早开展行星科学研究的高校之一。在我国开展月球、火星等深空探测任务的背景下,2006年山东大学与美国华盛顿大学开始共建行星科学学科,2007年成立国内首家行星数据系统实验室,即山东大学威海PDS实验室。同时建有行星表面物质与环境模拟实验室,是教育部深空探测中心行星光谱与空间天气分中心的重要组成部分,科研活动直接服务于我国月球探测工程和火星探测任务。经过近年来的不断发展,一支年轻富有朝气的行星科学研究队伍成长起来,并逐步形成自己的研究特色。行星科学研究团队现有兼职博士生导师2名,副教授2名,讲师2名,实验师1名。

以行星光谱学为主要研究方向,着重开展以下方面研究:(1) 以月球和火星探测为主,开展行星表面形貌、物质成分的遥感与光谱学研究,揭示行星形成、环境与地质演化历史;(2) 依托行星表面物质与环境模拟实验室,进行各种行星样品(包括陨石)和环境模拟实验,采用先进的行星探测光谱手段(如紫外可见近红外、拉曼、红外光谱等),开展行星遥感光谱与地面实验室光谱数据(地面真值)的联合研究; (3) 开发行星数据存储与共享系统,推动行星数据标准(PDS)在中国深空探测中的应用和发展;(4) 参与探月工程、火星探测有关光谱仪载荷预研工作,开展行星探测微型拉曼光谱仪、激光剥蚀等离子体光谱仪等仪器研发和标定工作。 

 

4. 卫星导航遥感与天体力学 

全球卫星导航系统(GNSS)能够全天候、全天时地为用户提供实时精确的位置、速度和时间信息,在国防建设、资源勘查、能源开发、测绘工程、安全监测、交通运输等领域有着十分广泛的应用,经过短短三十余年的发展,就已迅速成为继通信、互联网之后的又一高新技术产业。随着美国GPS现代化、俄罗斯GLONASS复苏、欧洲Galileo卫星导航系统的启动和我国北斗导航系统的建设,以及遍布全球的各种卫星导航增强系统、区域卫星导航系统的投入使用,卫星导航在传统应用领域的地位得到进一步巩固和加强,并开始与通信和互联网结合,逐步向基于位置的服务(LBS)等新的应用领域拓展,为人们的日常生产、生活提供各种增值信息,形成了全球市场化的发展趋势。

20世纪70年代以来遥感作为一门新兴的科学技术,在促进人们对地球和自然的认知,以及国家经济社会发展、资源开发和利用、环境保护、生态安全、减灾应急、卫生防疫、民生改善等诸多方面取得了明显的成效。近年来,以遥感科学技术为核心的高分辨率对地观测、载人航天和探月、二代卫星导航等国家重大专项的实施,更为我国在这一科学技术领域的跨越发展、跻身于国际前沿提供了空前的机遇。

天体力学作为天文学和力学之间的交叉学科,它应用力学规律来研究天体的运动和形状。天体力学以往所涉及的天体主要是太阳系中的成员,目前已扩展到恒星系。天体力学所研究的运动包括天体质心的轨道运动和绕质心的转动。对日月和行星则是要确定它们的轨道,编制星历表,计算质量并根据它们的自转确定天体的形状等。天体力学研究包括星上精密定轨技术实现研究与应用,开展轨道动力学问题研究,引力助推空间探索轨道设计研究,N体问题理论解研究,星系演化的天体力学机制研究,及其在国家发展建设中的应用研究实现。 

 

山东大学卫星导航遥感与天体力学

山东大学卫星导航遥感与天体力学学科在山东大学建设中,随着卫星导航遥感与天体力学研究团队的组成和卫星导航与遥感实验室的搭建,已形成了一支以许国昌教授和Kaufmann教授为核心的国际化科研团队和若干特色研究方向。目前团队人员有国家“千人计划”特聘教授1人,国家“外专千人计划”重点推荐者特聘教授1人,兼职教授3人,副教授1人,博后4人,实验室主任1人,实验技术人员4人,博士生7名,硕士生3名。

山东大学卫星导航遥感与天体力学组,主要开展:

1GNSS卫星导航精密定轨技术研究工作;

2GNSS动态/静态精密定位及动态监测研究工作;

3)近海海域导航卫星反射信号监测研究工作;

4)卫星遥感理论与应用;

5)星系演化、引力助推空间探索轨道设计等研究工作。