在我們的有生之年，很可能見證人類實現星際旅行和星際定居

文/王玲華

如果你真的感興趣，可以堅持你的選擇，它一定會有很多困難，但也一定會獲得很大的回饋，你會覺得非常幸福。

——北京大學地球與空間科學學院研究員 王玲華

我是一個大學老師，我的研究方向是空間物理學。可能很多人并沒有聽說過這個學科，我第一次聽說是在1995年，當我進入北京大學學習的時候。

空間物理學是什么呢？顧名思義，它研究的是太空空間中的物理過程和物理現象。有人可能會問，空間物理學跟天文學有什么區別？空間物理學主要是利用空間飛行器（例如人造衛星和航天器）來研究太空中的物理過程和物理現象，而天文學主要利用的是望遠鏡的遙測手段。

依據觀測手段的不同，空間物理學和天文學的研究空間是有區別的，簡而言之，就是人造衛星現在能夠到達的區域歸我們，人造衛星現在到達不了的區域歸天文學。空間物理學是一個非常年輕的交叉學科，它與整個人類進行太空探索的能力密切相關。

空間物理：人類探索太空的安全保障

1957年，蘇聯發射了世界上第一顆人造衛星，標志著人類空間時代的開啟。1958年，美國也緊跟著發射了它的第一顆衛星——探索者1號。這顆衛星進行了很多重要的觀測，其中一個是它發現在地球附近的一片空間區域中匯集了大量高能帶電粒子，這個區域被稱為輻射帶。

輻射帶的發現，標志著空間物理學的開啟。北京大學空間物理專業也成立于同一年，與國際同步，因為在這一年，美國航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，簡寫為NASA）也成立了。

目前，我們主要研究從太陽到日球層這個范圍。太陽持續地向外吹出太陽風，太陽風和星際介質的相互作用會在整個宇宙空間中吹出一個巨大的空腔結構，這就是日球層。隨著人類太空探索能力的進步，空間物理學能夠研究的范圍也在不斷擴大。

2012年8月，旅行者1號衛星已經穿過日球層邊界，進入了星際介質中，這表明人類正式開啟了星際時代。在我們的有生之年，很可能會見證人類實現星際航行和星際定居。

研究空間物理學有非常重大的意義。學術上，它能幫助我們認知宇宙空間，引領人類對真理和本質的不懈追求。應用上，它可以幫助我們預報和預警災害性空間天氣，保障人類今后太空探索的安全性。

什么是災害性空間天氣？簡單來說，由于太陽的一些爆發性活動，可能會導致地球空間環境的劇烈擾動，從而對空間中的衛星、人類和儀器，或是地面的電力系統、管道系統等造成危害。研究空間物理學可以幫助我們避免和減少此類損失。

空間物理學史上有4個主要的里程碑。

第一個是范艾倫博士通過探索者1號衛星上的儀器數據，發現在距離地球很近的一個空間區域內，聚集有大量高能帶電粒子，這個區域也因此被命名為范艾倫輻射帶。這一發現標志著空間物理學的開啟。

第二個里程碑是對太陽風的首次實地觀測。太陽提供了一個天然的巨大實驗室，幫助我們了解宇宙中的其他恒星系統是如何運轉的。研究表明，太陽會持續地向外吹出徑向的帶電粒子流，被稱為太陽風。諾伊格鮑爾（Neugebauer）博士利用水手2號衛星上的儀器觀測數據，首次在行星系中實地觀測到太陽風，并確認太陽風是超聲速的。這一發現對我們理解太陽風的起源和加速，以及恒星風的本質提供了突破性線索。

接下來說第三個里程碑。 空間物理學還包括行星科學， 基弗森（Kivelson）博士利用伽利略飛船的觀測數據，發現木星的一個名為歐羅巴的衛星冰殼底下存在液態海洋。現在依據我們對生命的了解，認為生命和液態水是密切相關的。這一發現對我們認識生命的起源，或者地球之外是否還存在其他生命提供了重要線索。

第四個里程碑是對太陽微耀斑的發現。宇宙中高能粒子的起源和加速一直是人類追求的前沿課題之一，太陽為我們提供了一個很好的研究機會。林（Lin）博士利用空間觀測數據發現，在太陽大氣中存在一種非常普遍的能量釋放和粒子加速現象。

空間物理學家的職業病：充滿好奇，講邏輯

我的科研經歷非常簡單，首先是依照興趣，在中學選擇了學習理科；其次還是依照興趣，在大學選擇了空間物理這個專業；最后當然還是依照興趣，選擇了自己的研究方向——太陽和日球層高能粒子。

太陽是一個天然的巨大的粒子加速器。當我們把觀測鏡頭從地球附近推近太陽，會看到日面上、太陽大氣中有各種活動出現。在這個區域中，能量被釋放，粒子被加速。粒子和大氣相互作用產生X射線，隨后看到大量物質被拋到行星際空間。爆發性活動中被加速的粒子逃逸到行星際空間，到達衛星附近，在儀器中造成的效應是一種雪花狀斑點。

我研究工作的一個方面是利用衛星的觀測數據，來研究高能粒子的起源、加速和傳播過程中的物理本質，另一個方面則是研制高能粒子探測器。與其他很多物理學科不同，空間物理是靠空間探測來推定的一個學科，也就是說，誰掌握了空間探測儀器的研制能力，誰就決定了學科的發展方向。目前，中國空間物理學發展的一個巨大瓶頸，就是空間探測器的研制能力。我希望自己的工作對突破這個瓶頸能有所幫助。

不同的職業對從業者都會有一些潛移默化的影響。據我觀察，空間物理學家也有一些由“職業病”帶來的共性。

第一，我們通常對生活和世界都充滿好奇。面對困難和挑戰，我們更加積極、樂觀、進取。

這里我想和大家分享一個我的導師和他之前同事的故事。高能太陽分光鏡成像儀衛星屬于NASA 對太陽進行成像的科學計劃，由美國加州大學伯克利分校的空間科學實驗室負責研制，匯集了幾代人的努力和期望。衛星研制成功后，按照慣例，會被送到美國的噴氣推進實驗室進行發射前的振動試驗。但是由于振動平臺的故障，這顆衛星在振動試驗中被意外破壞了。當時它的造價是4000萬美元，而NASA 并沒有預算來重新做一個衛星。

所以當時，很多人（包括NASA）都認為這個衛星探測計劃已經失敗了。但是伯克利的團隊沒有放棄，在衛星的首席科學家，也就是我之后的博導的領導下，科學家和工程師針對損壞的衛星提出了很多大膽的維修方案，最后挑出了一個最佳方案，并且成功說服NASA 出資100萬美元修復了這顆衛星。

大家覺得這可能是故事的終點，其實并不是。當衛星被修復后，卻由于運載火箭的一系列問題，導致它的發射窗口一再被推遲，很多科學家都非常郁悶。大家想知道空間物理學家是如何應對這種郁悶情緒的嗎？

伯克利分校有一位科學家撰寫了一封非常長的電子郵件，有詳細的時間、地點、情節，包括在這一天的什么時刻，這顆衛星在美國的哪個發射中心，搭載哪類型號的火箭發射升空，火箭在什么時候分級脫離，衛星什么時候展開，什么時候成功入軌，發射后記者采訪了哪些科學家，大家熱淚盈眶，表達了非常激動的心情……這是一封非常長的電子郵件，在它的結尾，這位科學家才點明這其實是一個玩笑。

最后，就在4月1日這一天，科學家把這封編造出來的電子郵件群發給空間物理學界，結果收到了來自全世界的祝賀郵件。這就說明，很多人對衛星很期待；同時也說明，很多人在回復電子郵件之前，從來不讀完。

最后，這顆衛星確實在2002年被成功發射，這個故事正好發生在我進入伯克利讀書之前。聽到故事的時候，我當時的感觸有兩點：第一點是，我要是早出生兩年就好了，就可以親自經歷這個事件；第二點是，我也想成為這樣的科學家，面對困難和挑戰，他們互相扶持，不輕言放棄，積極、樂觀、進取。

我們的第二個共性是更喜歡采用邏輯性思維來對待很多事情，獨立做出判斷，不盲從權威和輿論。

我想再跟大家講一個發生在我身邊的故事。網絡上曾廣泛流傳一則消息，說漠河在2019年6月時出現了北極光。這個消息發布在類似官網的公眾號上，引用了大段百度百科的話，說觀測北極光的最好地點包括美國阿拉斯加、加拿大北部，也包括中國的漠河，隨后還放了大量照片。

我相信很多人如果看到這條信息，可能會選擇轉發一下。但是空間物理學家會怎么應對這種情況呢？首先，我們非常好奇，于是對它進行了一系列討論。比如，在北大的空間群里，一位老師首先說這幅照片是Ps 的，而其他圖中所謂的極光其實是氣輝（高層大氣的一種微弱發光現象，肉眼看與極光較難分辨，但在晴夜全球可見，不受緯度限制，有各種顏色）。一群校友表示同意。另外一名校友隨后指出，最大的問題是百度百科上的那句話，說“中國的漠河是觀測北極光的最佳地點之一”，這句話是錯的。就目前而言，漠河在大多數情況下并不能看到北極光。隨后校友們很快找出這些素材的原圖，認為原極光圖可能拍攝于冰島區域。所以，這條消息是假的。

成為科學家：無關性別與年齡

我回國之后，從社會上的一些輿論，甚至從一些家長那兒聽到了這樣的說法，認為女性天生不適合學理科，不適合做科研。同時在和大學生的接觸中，有時我會看到有些女生，她雖然已經成年，但是依然不能按照或是堅持自己的意愿來選擇專業。雖然她們表達出了非常不情愿的情緒，但最后依然服從了父母的意志或其他一些因素，選擇了自己尤其不喜歡的專業方向。

在從事科研的女生中，有的人在我看來，基礎和思維都非常棒。但是可能受到這些言論長期的潛移默化的影響，她對自己非常不自信，導致在做科研結論的時候會非常遲疑。這都是一些非常令人惋惜的情況。

那么，女性到底適不適合學理科，適不適合做科研？在我看來，科學成就跟性別沒有關系，男性和女性都可以完成重大的科學成就。那么，是什么驅動這些科學家完成了這些突破性的成就呢？從我和他們的親身接觸中，發現還有一個共性：他們對自己的研究方向都有著極大的興趣，他們能投入極大的熱情、極高的專注度。

另外，在我看來，科研跟年齡也沒有關系，任何時間都可以是科研的黃金時間。例如上文提到的基弗森院士，她今年已經94歲，依然活躍在科研的第一線。所以我想，科學無關性別和年齡，只關乎興趣。

我本人非常不贊成以性別來簡單地限定一個人的能力和潛力。無論哪種性別，在選擇專業和事業時，希望你都能從興趣愛好或自己的獨立判斷出發，不要盲從于家庭或社會的輿論。

最后我想說的是，我們正處于一個非常幸運的時代，因為我們正在親歷中國空間科學黃金時代的開啟。我想以從高中時代就非常喜歡的一句話作為本文的結束——我們的征途是星辰大海。