我科学家探测太空磁重联三维几何结构背后的故事

　　谁持“磁”练当空舞

　　——我国科学家探测太空磁重联三维几何结构背后的故事

　　新华网北京９月５日电(记者吴晶晶、李斌)在浩瀚的太空中，发生着一种十分常见的被科学家称为“磁重联”的物理过程，导致了太阳耀斑、极光、磁暴等自然现象的产生。科学家们上个世纪七八十年代就提出了磁重联的三维理论模型，但至今没有真正观测到过。

　　一个由我国科学家为核心的国际联合研究团队通过卫星观测数据分析，在世界上第一次真实捕捉到了“磁重联”现象这一太空磁场的“天然舞姿”。

　　中国双星探测计划与欧空局“星簇”计划的成功对接

　　随着人类的空间活动越来越频繁，国际上对空间天气的研究出现前所未有的关注。三维空间的磁重联现象是影响甚至主导诸如天体喷流、太阳耀斑、极光和磁暴等天文和空间现象的重要物理过程，是研究空间天气的重要基础课题。

　　近年来，世界主要国家不惜耗费巨资，提出和实施一系列空间和地面探测计划，仅仅发射和计划发射的空间天气研究卫星就不下数十颗，建设了多个基于国家或国际合作的重大基础科学项目和大尺度基础研究平台。

　　伴随着我国步入空间大国的快速进程及对航天安全保障的新的更高更迫切的要求，在中国科学院空间科学与应用研究中心刘振兴院士等的大力推动下，我国实施了第一个空间科学探测计划——“地球空间双星探测计划”，并与欧洲空间局 “星簇”（Cluster）计划开展了合作，形成人类历史上第一个对地球空间的六点立体探测体系，其观测数据和科学成果由双方共享。

　　中国科学院国家天文台副研究员肖池阶介绍说：“我们的成果正是星簇计划四颗间距１０公里至１００００公里、装备相同探测仪器的卫星提供的观测数据得出的，这是迄今为止唯一符合三维空间探测要求的卫星观测手段。”

　　“双星计划的实施和国家自然科学基金的支持提供了国际合作的机遇。”北京大学教授濮祖荫表示。

　　在国家自然科学基金重大项目、“９７３”项目、中国科学院创新项目等支持下，科学家们于２００５年底首次观测到了太空中磁零点的存在。此次三维磁重联几何结构的观测结果更是引起了国际学术界的广泛关注。

　　“以前磁重联的三维几何结构都是理论上的，这一次我们用卫星把所有结构都探测清楚了。”北京大学教授王晓钢说。

　　方法上的突破打开了新发现的“神奇之门”

　　在濮祖荫教授的电脑里，记者看到了海量的数据和纷繁复杂的线条、图表。要在浩如烟海的卫星观测资料中找出规律谈何容易。

　　“最初我们完全没有卫星数据分析的经验，真正是‘白手起家’，边学边做。科学研究的过程也是人才成长的过程。” 濮祖荫说。

　　此前，国内外科学家对太阳上磁重联结构和物理过程的研究一直在进行。国家天文台研究员汪景?和博士研究生赵辉首次用一种被称为“庞加莱指数”的几何方法证明了太阳活动区上空由观测数据外推的磁场有三维磁零点存在。肖池阶等正是得益于这一方法上的突破，使数据分析过程豁然开朗。

　　“我们抓住了空间中的一个磁重联事件，并利用“庞加莱指数”的方法证实了磁重联的三维几何结构。”肖池阶说，“这是学科交叉和团队协作的成果。”

　　说起这支团队，王晓钢很是感慨：“我们因为对同一个科学问题的共同兴趣走到一起，大家都能够沉下心来做学问，发挥各自特长，齐心协力、团结合作才能取得这样的成绩。”

　　这只是漫长过程中的一小步

　　在航天飞行时，大磁暴、高能带电粒子可能会危及航天器的安全和航天员的健康甚至生命；在地球上，一些剧烈的空间天气过程甚至会影响短波通信和手机信号……

　　目前很多国家都在致力于建立空间天气预报模型，但目前基本处于起步阶段。这一研究成果将有助于对磁重联现象进一步深入理解，使得今后建立空间天气预报模型能更加准确。

　　“目前，国内外很多科学家已经开始着手开展三维空间的理论和数值模拟研究。我们一刻也不能懈怠。”濮祖荫说。

　　“接下来，我们还将继续研究磁重联的物理过程具体是怎样发生的、到底是电子还是离子在起主导作用等。”王晓钢说，“这些问题目前国际科学界争议很大，大家都希望尽快通过实验研究和卫星观测得出科学的论断。”

　　“我们只是完成了漫长过程中的一小步。”科学家们对此非常清醒。

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