守望浩瀚空間

地球，人類共同的家園。20世紀(jì)50年代，人類走出地球，探索太空，最初的發(fā)現(xiàn)之一就是地球大氣以外的地磁圈。地磁圈如同一把雨傘，如果沒有這把保護(hù)傘，地球?qū)⒑突鹦且粯?，大氣被太陽風(fēng)吹走，液態(tài)水無法保存。太陽劇烈活動時，來自太陽風(fēng)的能量會穿過地磁保護(hù)傘，在地磁內(nèi)釋放，引起各種能量劇烈爆發(fā)的現(xiàn)象，叫作“空間天氣”。

隨著人類社會步入高科技時代，惡劣空間天氣對人類太空活動、通信、導(dǎo)航等方面的影響凸顯出來。空間天氣學(xué)國家重點實驗室（以下簡稱“實驗室”）誕生后，主要的研究方向就是探索變幻莫測的空間災(zāi)害性天氣及其對人類的影響。主要開展日地系統(tǒng)的空間天氣基本過程及其規(guī)律的探測和研究，空間災(zāi)害性天氣因果鏈模式和預(yù)報方法研究，發(fā)展空間天氣探測新概念、新原理、新方法等。

實驗室依托中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心，是我國空間科學(xué)領(lǐng)域唯一的國家重點實驗室。實驗室前身是1999年成立的中國科學(xué)院空間天氣學(xué)院重點實驗室，2009年成為國家重點實驗室。實驗室總體定位是面向國際前沿和國家對空間天氣應(yīng)用服務(wù)的需求，開展日地空間和太陽系空間天氣變化過程的監(jiān)測與研究。實驗室現(xiàn)有固定人員87人，其中中國科學(xué)院院士2名、研究員26名、國家杰出青年3人。擁有科技部重點領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊、基金委創(chuàng)新研究群體和中國科學(xué)院科技創(chuàng)新交叉與合作團(tuán)隊。

敢于擔(dān)當(dāng) 走出國門

多年來，為了認(rèn)知空間天氣，進(jìn)而應(yīng)對空間天氣，實驗室?guī)е姑频Z前行，取得了一系列成果：（1）開辟了我國空間天氣研究新的學(xué)科方向，成為國際上第一個空間天氣學(xué)實驗室;（2）牽頭提出并實施我國第一個空間科學(xué)探測衛(wèi)星計劃——“雙星計劃”，開創(chuàng)了我國空間科學(xué)衛(wèi)星探測新紀(jì)元。太陽風(fēng)-磁層相互作用全景成像衛(wèi)星（SMILE）計劃成為國際合作新的典范;（3）牽頭提出并建設(shè)子午工程，邁出了我國空間環(huán)境綜合監(jiān)測體系建設(shè)歷史上的第一步。子午工程二期完成后將成為我國地基空間環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的骨干網(wǎng)。

太陽活動巨大能量和物質(zhì)拋向地球，引起空間環(huán)境發(fā)生災(zāi)害性變化（空間天氣），對人類的高技術(shù)活動構(gòu)成越來越嚴(yán)重的威脅。20世紀(jì)90年代后期，空間天氣迅速成為國際科技活動的熱點和重大前沿領(lǐng)域之一。實驗室成立后，開拓了空間天氣探測和研究的新領(lǐng)域，是國際上率先以空間天氣命名的研究機(jī)構(gòu)，形成了探測-建模-研究的具有國際水準(zhǔn)的創(chuàng)新團(tuán)隊，研發(fā)的基于物理的空間天氣預(yù)報模型站在了國際前列。過去5年，發(fā)表在本領(lǐng)域權(quán)威專業(yè)期刊JGR上的文章數(shù)在國際同類實驗室中排名第二。實驗室持續(xù)牽頭開展國防科工局、自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院等有關(guān)空間物理與空間天氣戰(zhàn)略的研究，相關(guān)戰(zhàn)略發(fā)展的建議還得到了中央領(lǐng)導(dǎo)的批示。

地球空間雙星探測計劃（簡稱“雙星計劃”）是我國首次基于自主提出的探測計劃而開展國際合作的國家重大空間探測項目。兩顆衛(wèi)星分別于2003年和2004年成功發(fā)射。雙星計劃與歐空局的4顆Cluster衛(wèi)星密切配合，首次形成了人類歷史上地球空間的“六點探測”。雙星計劃的首席科學(xué)家是實驗室的劉振興院士。雙星計劃是我國第一個由科學(xué)目標(biāo)牽引的空間科學(xué)衛(wèi)星計劃。由于創(chuàng)新成果在國際上產(chǎn)生了很大影響，2010年雙星計劃-Cluster獲得國際宇航科學(xué)Laurels集體成就獎。繼雙星計劃之后，實驗室與歐洲等國的科學(xué)家團(tuán)隊共同提出了太陽風(fēng)-磁層相互作用全景成像衛(wèi)星（SMILE）計劃，實驗室王赤研究員是SMILE計劃的中方首席科學(xué)家。該計劃將實現(xiàn)人類歷史上首次對影響整個空間天氣鏈條的太陽風(fēng)-磁層相互作用過程的整體成像。2016年工程正式立項，擬于2021年發(fā)射。SMILE計劃由中歐雙方科學(xué)家共同提出衛(wèi)星計劃，中歐雙方共同實施，是開展深度國際合作的一個新的模式和典范。

“東半球空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測子午鏈”（子午工程）是我國空間科學(xué)領(lǐng)域第一個國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目。子午工程利用沿東半球120oE子午線附近和北緯30°N附近的15個綜合性觀測臺站， 連續(xù)監(jiān)測我國上空空間環(huán)境要素。實驗室魏奉思院士是子午工程的主要提出者。實驗室牽頭推動和完成了子午工程立項和實施，2012年完成建設(shè)，并投入運行。運行5年來，為開展空間天氣研究和為保障我國重大航天活動提供了自主空間環(huán)境要素的數(shù)據(jù)支撐。在子午工程一期常規(guī)監(jiān)測鏈的基礎(chǔ)上，子午工程二期主要建設(shè)由相控陣非相干散射雷達(dá)等組成的先進(jìn)探測系統(tǒng)，形成覆蓋全國的“兩橫兩縱”地基監(jiān)測網(wǎng)。子午工程二期已列為國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃10個優(yōu)先項目。

以子午工程為基礎(chǔ)，實驗室正牽頭推動國際空間天氣子午圈計劃，得到了相關(guān)國際組織和科學(xué)家的廣泛響應(yīng)，成為美國《太陽與空間物理十年發(fā)展規(guī)劃》的兩個重要的國際合作項目之一。中國-巴西空間天氣聯(lián)合實驗室是空間天氣學(xué)國家重點實驗室走出國門的又一個里程碑。

實驗室十分重視團(tuán)結(jié)國內(nèi)外有關(guān)單位和科技專家共同爭取、推動國家重大科研項目，以及開拓新的科學(xué)領(lǐng)域。實驗室在國家自然科學(xué)基金委的大力支持下，在全國日地物理專家們的關(guān)心和共同努力下，先后舉辦了國際、國內(nèi)十余次學(xué)術(shù)會議，特別成功地召開了6次全國空間天氣學(xué)研討會，為建立和發(fā)展我國的空間天氣事業(yè)做出了積極的努力。

繼往開來 再創(chuàng)佳績

2021年，實驗室繼往開來，保持水準(zhǔn)，在各個方向做出了成果。

實驗室科研人員提出解決“太陽風(fēng)角動量佯謬”方法和思路，論文發(fā)表于The Astrophysical Journal Letters，研究結(jié)果對于澄清太陽風(fēng)角動量悖論、理解太陽風(fēng)加速過程和阿爾芬表面特性這些基本問題，具有重要意義。

在與中國臺灣地球科學(xué)研究所合作的過程中，實驗室研究人員發(fā)現(xiàn)一種新的火星磁通量繩產(chǎn)生機(jī)制，打破了人們對磁通量繩形成機(jī)制的傳統(tǒng)認(rèn)識，有助于人們進(jìn)一步理解火星電離層的磁通量繩分布特征以及離子逃逸過程。該項研究成果發(fā)表在國際著名期刊The Astrophysical Journal上。

實驗室科研人員在震前空間靜電及氣象的研究中取得重要進(jìn)展。第一次提出利用多點空間靜電組網(wǎng)觀測在震前3～24小時左右來提前預(yù)防地震災(zāi)害，有助于解決世界性難題。論文發(fā)表在國際期刊Natural Hazards （IF： 2.799） 上。

基于一種新近被發(fā)現(xiàn)且認(rèn)識尚淺的火山地貌特征，采用月球表面侵蝕和發(fā)展模型等多種定年方法，實驗室研究人員為月球上存在10億年內(nèi)的年輕火山活動提供了直接證據(jù)，同時也列出了發(fā)生如此年輕火山作用應(yīng)該滿足的地球物理條件，以及為未來載人或無人探月任務(wù)選擇科考點提供了參考，特別是為進(jìn)一步完善或改進(jìn)已有月球熱演化模型提供了約束和依據(jù)。該項研究成果發(fā)表在國際著名期刊Journal of Geophysical Research： Planets上。

此外，在與瑞典空間物理研究所合作的過程中，實驗室研究人員深入研究磁場重聯(lián)點附近的高混雜波動與電子動力學(xué)過程之間的聯(lián)系，首次給出高混雜波與重聯(lián)點物理過程直接關(guān)聯(lián)的證據(jù)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于Geophysical Research Letters期刊上。

2021年9月，實驗室研究人員通過“太陽風(fēng)暴在日球空間的傳播與演化研究”項目，以唯一完成人身份獲得北京市科學(xué)技術(shù)獎自然科學(xué)獎二等獎。