守望浩瀚空間
——空間天氣學國家重點實驗室

地球，人類共同的家園。20世紀50年代，人類走出地球，探索太空，最初的發現之一就是地球大氣以外的地磁圈。地磁圈如同一把雨傘，如果沒有這把保護傘，地球將和火星一樣，大氣被太陽風吹走，液態水無法保存。太陽劇烈活動時，來自太陽風的能量會穿過地磁保護傘，在地磁內釋放，引起各種能量劇烈爆發的現象，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、導航等方面的影響凸顯出來。空間天氣學國家重點實驗室（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害性天氣及其對人類的影響。主要開展日地系統的空間天氣基本過程及其規律的探測和研究，空間災害性天氣因果鏈模式和預報方法研究，發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院國家空間科學中心，是我國空間科學領域唯一的國家重點實驗室。實驗室前身是1999年成立的中國科學院空間天氣學院重點實驗室，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用服務的需求，開展日地空間和太陽系空間天氣變化過程的監測與研究。實驗室現有固定人員87人，其中中國科學院院士2名、研究員26名、國家杰出青年3人。擁有科技部重點領域創新團隊、基金委創新研究群體和中國科學院科技創新交叉與合作團隊。

子午工程二期中高層大氣與電離層監測設備建設人員實地考察西藏那曲色尼臺站

敢于擔當 走出國門

多年來，為了認知空間天氣，進而應對空間天氣，實驗室帶著使命，砥礪前行，取得了一系列成果：（1）開辟了我國空間天氣研究新的學科方向，成為國際上第一個空間天氣學實驗室；（2）牽頭提出并實施我國第一個空間科學探測衛星計劃——“雙星計劃”，開創了我國空間科學衛星探測新紀元。太陽風-磁層相互作用全景成像衛星（SMILE）計劃成為國際合作新的典范；（3）牽頭提出并建設子午工程，邁出了我國空間環境綜合監測體系建設歷史上的第一步。子午工程二期完成后將成為我國地基空間環境監測系統的骨干網。

太陽活動巨大能量和物質拋向地球，引起空間環境發生災害性變化（空間天氣），對人類的高技術活動構成越來越嚴重的威脅。20世紀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域之一。實驗室成立后，開拓了空間天氣探測和研究的新領域，是國際上率先以空間天氣命名的研究機構，形成了探測-建模-研究的具有國際水準的創新團隊，研發的基于物理的空間天氣預報模型站在了國際前列。過去5年，發表在本領域權威專業期刊JGR上的文章數在國際同類實驗室中排名第二。實驗室持續牽頭開展國防科工局、自然科學基金委、中國科學院等有關空間物理與空間天氣戰略的研究，相關戰略發展的建議還得到了中央領導的批示。

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。兩顆衛星分別于2003年和2004年成功發射。雙星計劃與歐空局的4顆Cluster衛星密切配合，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家是實驗室的劉振興院士。雙星計劃是我國第一個由科學目標牽引的空間科學衛星計劃。由于創新成果在國際上產生了很大影響，2010年雙星計劃-Cluster獲得國際宇航科學Laurels集體成就獎。繼雙星計劃之后，實驗室與歐洲等國的科學家團隊共同提出了太陽風-磁層相互作用全景成像衛星（SMILE）計劃，實驗室王赤研究員是SMILE計劃的中方首席科學家。該計劃將實現人類歷史上首次對影響整個空間天氣鏈條的太陽風-磁層相互作用過程的整體成像。2016年工程正式立項，擬于2021年發射。SMILE計劃由中歐雙方科學家共同提出衛星計劃，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。

“東半球空間環境地基綜合監測子午鏈”（子午工程）是我國空間科學領域第一個國家重大科技基礎設施項目。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, 連續監測我國上空空間環境要素。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，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境要素的數據支撐。在子午工程一期常規監測鏈的基礎上，子午工程二期主要建設由相控陣非相干散射雷達等組成的先進探測系統，形成覆蓋全國的“兩橫兩縱”地基監測網。子午工程二期已列為國家重大科技基礎設施建設“十三五”規劃10個優先項目。

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

實驗室十分重視團結國內外有關單位和科技專家共同爭取、推動國家重大科研項目，以及開拓新的科學領域。實驗室在國家自然科學基金委的大力支持下，在全國日地物理專家們的關心和共同努力下，先后舉辦了國際、國內十余次學術會議，特別成功地召開了6次全國空間天氣學研討會，為建立和發展我國的空間天氣事業做出了積極的努力。

繼往開來 再創佳績

2021年，實驗室繼往開來，保持水準，在各個方向做出了成果。

實驗室科研人員提出解決“太陽風角動量佯謬”方法和思路，論文發表于The Astrophysical Journal Letters，研究結果對于澄清太陽風角動量悖論、理解太陽風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研究所合作的過程中，實驗室研究人員發現一種新的火星磁通量繩產生機制，打破了人們對磁通量繩形成機制的傳統認識，有助于人們進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展。第一次提出利用多點空間靜電組網觀測在震前3～24小時左右來提前預防地震災害，有助于解決世界性難題。論文發表在國際期刊Natural Hazards (IF： 2.799)上。

基于一種新近被發現且認識尚淺的火山地貌特征，采用月球表面侵蝕和發展模型等多種定年方法，實驗室研究人員為月球上存在10億年內的年輕火山活動提供了直接證據，同時也列出了發生如此年輕火山作用應該滿足的地球物理條件，以及為未來載人或無人探月任務選擇科考點提供了參考，特別是為進一步完善或改進已有月球熱演化模型提供了約束和依據。該項研究成果發表在國際著名期刊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點附近的高混雜波動與電子動力學過程之間的聯系，首次給出高混雜波與重聯點物理過程直接關聯的證據。相關研究成果在線發表于Geophysical Research Letters期刊上。

2021年9月，實驗室研究人員通過“太陽風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技術獎自然科學獎二等獎。