守望浩瀚空間
——空間天氣學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

地球，人類(lèi)共同的家園。20世紀(jì)50年代，人類(lèi)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(méi)有這把保護(hù)傘，地球?qū)⒑突鹦且粯?，大氣被太?yáng)風(fēng)吹走，液態(tài)水無(wú)法保存。太陽(yáng)劇烈活動(dòng)時(shí)，來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)的能量會(huì)穿過(guò)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(lèi)社會(huì)步入高科技時(shí)代，惡劣空間天氣對(duì)人類(lèi)太空活動(dòng)、通信、導(dǎo)航等方面的影響凸顯出來(lái)。空間天氣學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱“實(shí)驗(yàn)室”）誕生后，主要的研究方向就是探索變幻莫測(cè)的空間災(zāi)害性天氣及其對(duì)人類(lèi)的影響。主要開(kāi)展日地系統(tǒng)的空間天氣基本過(guò)程及其規(guī)律的探測(cè)和研究，空間災(zāi)害性天氣因果鏈模式和預(yù)報(bào)方法研究，發(fā)展空間天氣探測(cè)新概念、新原理、新方法等。

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

子午工程二期中高層大氣與電離層監(jiān)測(cè)設(shè)備建設(shè)人員實(shí)地考察西藏那曲色尼臺(tái)站

敢于擔(dān)當(dāng) 走出國(guó)門(mén)

多年來(lái)，為了認(rèn)知空間天氣，進(jìn)而應(yīng)對(duì)空間天氣，實(shí)驗(yàn)室?guī)е姑?，砥礪前行，取得了一系列成果：（1）開(kāi)辟了我國(guó)空間天氣研究新的學(xué)科方向，成為國(guó)際上第一個(gè)空間天氣學(xué)實(shí)驗(yàn)室；（2）牽頭提出并實(shí)施我國(guó)第一個(gè)空間科學(xué)探測(cè)衛(wèi)星計(jì)劃——“雙星計(jì)劃”，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)空間科學(xué)衛(wèi)星探測(cè)新紀(jì)元。太陽(yáng)風(fēng)-磁層相互作用全景成像衛(wèi)星（SMILE）計(jì)劃成為國(guó)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(guó)空間環(huán)境綜合監(jiān)測(cè)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(guó)地基空間環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的骨干網(wǎng)。

太陽(yáng)活動(dòng)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(duì)人類(lèi)的高技術(shù)活動(dòng)構(gòu)成越來(lái)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(guó)際科技活動(dòng)的熱點(diǎn)和重大前沿領(lǐng)域之一。實(shí)驗(yàn)室成立后，開(kāi)拓了空間天氣探測(cè)和研究的新領(lǐng)域，是國(guó)際上率先以空間天氣命名的研究機(jī)構(gòu)，形成了探測(cè)-建模-研究的具有國(guó)際水準(zhǔn)的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，研發(fā)的基于物理的空間天氣預(yù)報(bào)模型站在了國(guó)際前列。過(guò)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(guó)際同類(lèi)實(shí)驗(yàn)室中排名第二。實(shí)驗(yàn)室持續(xù)牽頭開(kāi)展國(guó)防科工局、自然科學(xué)基金委、中國(guó)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(cè)計(jì)劃（簡(jiǎn)稱“雙星計(jì)劃”）是我國(guó)首次基于自主提出的探測(cè)計(jì)劃而開(kāi)展國(guó)際合作的國(guó)家重大空間探測(cè)項(xiàng)目。兩顆衛(wèi)星分別于2003年和2004年成功發(fā)射。雙星計(jì)劃與歐空局的4顆Cluster衛(wèi)星密切配合，首次形成了人類(lèi)歷史上地球空間的“六點(diǎn)探測(cè)”。雙星計(jì)劃的首席科學(xué)家是實(shí)驗(yàn)室的劉振興院士。雙星計(jì)劃是我國(guó)第一個(gè)由科學(xué)目標(biāo)牽引的空間科學(xué)衛(wèi)星計(jì)劃。由于創(chuàng)新成果在國(guó)際上產(chǎn)生了很大影響，2010年雙星計(jì)劃-Cluster獲得國(guó)際宇航科學(xué)Laurels集體成就獎(jiǎng)。繼雙星計(jì)劃之后，實(shí)驗(yàn)室與歐洲等國(guó)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)共同提出了太陽(yáng)風(fēng)-磁層相互作用全景成像衛(wèi)星（SMILE）計(jì)劃，實(shí)驗(yàn)室王赤研究員是SMILE計(jì)劃的中方首席科學(xué)家。該計(jì)劃將實(shí)現(xiàn)人類(lèi)歷史上首次對(duì)影響整個(gè)空間天氣鏈條的太陽(yáng)風(fēng)-磁層相互作用過(guò)程的整體成像。2016年工程正式立項(xiàng)，擬于2021年發(fā)射。SMILE計(jì)劃由中歐雙方科學(xué)家共同提出衛(wèi)星計(jì)劃，中歐雙方共同實(shí)施，是開(kāi)展深度國(guó)際合作的一個(gè)新的模式和典范。

“東半球空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)子午鏈”（子午工程）是我國(guó)空間科學(xué)領(lǐng)域第一個(gè)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)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(gè)綜合性觀測(cè)臺(tái)站, 連續(xù)監(jiān)測(cè)我國(guó)上空空間環(huán)境要素。實(shí)驗(yàn)室魏奉思院士是子午工程的主要提出者。實(shí)驗(yàn)室牽頭推動(dòng)和完成了子午工程立項(xiàng)和實(shí)施，2012年完成建設(shè)，并投入運(yùn)行。運(yùn)行5年來(lái)，為開(kāi)展空間天氣研究和為保障我國(guó)重大航天活動(dòng)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(cè)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(cè)系統(tǒng)，形成覆蓋全國(guó)的“兩橫兩縱”地基監(jiān)測(cè)網(wǎng)。子午工程二期已列為國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃10個(gè)優(yōu)先項(xiàng)目。

以子午工程為基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)室正牽頭推動(dòng)國(guó)際空間天氣子午圈計(jì)劃，得到了相關(guān)國(guó)際組織和科學(xué)家的廣泛響應(yīng)，成為美國(guó)《太陽(yáng)與空間物理十年發(fā)展規(guī)劃》的兩個(gè)重要的國(guó)際合作項(xiàng)目之一。中國(guó)-巴西空間天氣聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室是空間天氣學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室走出國(guó)門(mén)的又一個(gè)里程碑。

實(shí)驗(yàn)室十分重視團(tuán)結(jié)國(guó)內(nèi)外有關(guān)單位和科技專家共同爭(zhēng)取、推動(dòng)國(guó)家重大科研項(xiàng)目，以及開(kāi)拓新的科學(xué)領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)室在國(guó)家自然科學(xué)基金委的大力支持下，在全國(guó)日地物理專家們的關(guān)心和共同努力下，先后舉辦了國(guó)際、國(guó)內(nèi)十余次學(xué)術(shù)會(huì)議，特別成功地召開(kāi)了6次全國(guó)空間天氣學(xué)研討會(huì)，為建立和發(fā)展我國(guó)的空間天氣事業(yè)做出了積極的努力。

繼往開(kāi)來(lái) 再創(chuàng)佳績(jī)

2021年，實(shí)驗(yàn)室繼往開(kāi)來(lái)，保持水準(zhǔn)，在各個(gè)方向做出了成果。

實(shí)驗(yàn)室科研人員提出解決“太陽(yáng)風(fēng)角動(dòng)量佯謬”方法和思路，論文發(fā)表于The Astrophysical Journal Letters，研究結(jié)果對(duì)于澄清太陽(yáng)風(fēng)角動(dòng)量悖論、理解太陽(yáng)風(fēng)加速過(guò)程和阿爾芬表面特性這些基本問(wèn)題，具有重要意義。

在與中國(guó)臺(tái)灣地球科學(xué)研究所合作的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)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(duì)磁通量繩形成機(jī)制的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，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(guò)程。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在國(guó)際著名期刊The Astrophysical Journal上。

實(shí)驗(yàn)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(diǎn)空間靜電組網(wǎng)觀測(cè)在震前3～24小時(shí)左右來(lái)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(guó)際期刊Natural Hazards (IF： 2.799)上。

基于一種新近被發(fā)現(xiàn)且認(rèn)識(shí)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(shí)驗(yàn)室研究人員為月球上存在10億年內(nèi)的年輕火山活動(dòng)提供了直接證據(jù)，同時(shí)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?xiàng)l件，以及為未來(lái)載人或無(wú)人探月任務(wù)選擇科考點(diǎn)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(xiàng)研究成果發(fā)表在國(guó)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(guò)程中，實(shí)驗(yàn)室研究人員深入研究磁場(chǎng)重聯(lián)點(diǎn)附近的高混雜波動(dòng)與電子動(dòng)力學(xué)過(guò)程之間的聯(lián)系，首次給出高混雜波與重聯(lián)點(diǎn)物理過(guò)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(shí)驗(yàn)室研究人員通過(guò)“太陽(yáng)風(fēng)暴在日球空間的傳播與演化研究”項(xiàng)目，以唯一完成人身份獲得北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。