守望浩瀚空间——空间天气学国家重点实验室

地球，人类共同的家园。20世纪50年代，人类走出地球，探索太空，最初的发现之一就是地球大气以外的地磁圈。地磁圈如同一把雨伞，如果没有这把保护伞，地球将和火星一样，大气被太阳风吹走，液态水无法保存。太阳剧烈活动时，来自太阳风的能量会穿过地磁保护伞，在地磁内释放，引起各种能量剧烈爆发的现象，叫作“空间天气”。

随着人类社会步入高科技时代，恶劣空间天气对人类太空活动、通信、导航等方面的影响凸显出来。空间天气学国家重点实验室（以下简称“实验室”）诞生后，主要的研究方向就是探索变幻莫测的空间灾害性天气及其对人类的影响。主要开展日地系统的空间天气基本过程及其规律的探测和研究，空间灾害性天气因果链模式和预报方法研究，发展空间天气探测新概念、新原理、新方法等。

实验室依托中国科学院国家空间科学中心，是我国空间科学领域唯一的国家重点实验室。实验室前身是1999年成立的中国科学院空间天气学院重点实验室，2009年成为国家重点实验室。实验室总体定位是面向国际前沿和国家对空间天气应用服务的需求，开展日地空间和太阳系空间天气变化过程的监测与研究。实验室现有固定人员87人，其中中国科学院院士2名、研究员26名、国家杰出青年3人。拥有科技部重点领域创新团队、基金委创新研究群体和中国科学院科技创新交叉与合作团队。

子午工程二期中高层大气与电离层监测设备建设人员实地考察西藏那曲色尼台站

敢于担当 走出国门

多年来，为了认知空间天气，进而应对空间天气，实验室带着使命，砥砺前行，取得了一系列成果：（1）开辟了我国空间天气研究新的学科方向，成为国际上第一个空间天气学实验室；（2）牵头提出并实施我国第一个空间科学探测卫星计划——“双星计划”，开创了我国空间科学卫星探测新纪元。太阳风-磁层相互作用全景成像卫星（SMILE）计划成为国际合作新的典范；（3）牵头提出并建设子午工程，迈出了我国空间环境综合监测体系建设历史上的第一步。子午工程二期完成后将成为我国地基空间环境监测系统的骨干网。

太阳活动巨大能量和物质抛向地球，引起空间环境发生灾害性变化（空间天气），对人类的高技术活动构成越来越严重的威胁。20世纪90年代后期，空间天气迅速成为国际科技活动的热点和重大前沿领域之一。实验室成立后，开拓了空间天气探测和研究的新领域，是国际上率先以空间天气命名的研究机构，形成了探测-建模-研究的具有国际水准的创新团队，研发的基于物理的空间天气预报模型站在了国际前列。过去5年，发表在本领域权威专业期刊JGR上的文章数在国际同类实验室中排名第二。实验室持续牵头开展国防科工局、自然科学基金委、中国科学院等有关空间物理与空间天气战略的研究，相关战略发展的建议还得到了中央领导的批示。

地球空间双星探测计划（简称“双星计划”）是我国首次基于自主提出的探测计划而开展国际合作的国家重大空间探测项目。两颗卫星分别于2003年和2004年成功发射。双星计划与欧空局的4颗Cluster卫星密切配合，首次形成了人类历史上地球空间的“六点探测”。双星计划的首席科学家是实验室的刘振兴院士。双星计划是我国第一个由科学目标牵引的空间科学卫星计划。由于创新成果在国际上产生了很大影响，2010年双星计划-Cluster获得国际宇航科学Laurels集体成就奖。继双星计划之后，实验室与欧洲等国的科学家团队共同提出了太阳风-磁层相互作用全景成像卫星（SMILE）计划，实验室王赤研究员是SMILE计划的中方首席科学家。该计划将实现人类历史上首次对影响整个空间天气链条的太阳风-磁层相互作用过程的整体成像。2016年工程正式立项，拟于2021年发射。SMILE计划由中欧双方科学家共同提出卫星计划，中欧双方共同实施，是开展深度国际合作的一个新的模式和典范。

“东半球空间环境地基综合监测子午链”（子午工程）是我国空间科学领域第一个国家重大科技基础设施项目。子午工程利用沿东半球120oE子午线附近和北纬30°N附近的15个综合性观测台站, 连续监测我国上空空间环境要素。实验室魏奉思院士是子午工程的主要提出者。实验室牵头推动和完成了子午工程立项和实施，2012年完成建设，并投入运行。运行5年来，为开展空间天气研究和为保障我国重大航天活动提供了自主空间环境要素的数据支撑。在子午工程一期常规监测链的基础上，子午工程二期主要建设由相控阵非相干散射雷达等组成的先进探测系统，形成覆盖全国的“两横两纵”地基监测网。子午工程二期已列为国家重大科技基础设施建设“十三五”规划10个优先项目。

以子午工程为基础，实验室正牵头推动国际空间天气子午圈计划，得到了相关国际组织和科学家的广泛响应，成为美国《太阳与空间物理十年发展规划》的两个重要的国际合作项目之一。中国-巴西空间天气联合实验室是空间天气学国家重点实验室走出国门的又一个里程碑。

实验室十分重视团结国内外有关单位和科技专家共同争取、推动国家重大科研项目，以及开拓新的科学领域。实验室在国家自然科学基金委的大力支持下，在全国日地物理专家们的关心和共同努力下，先后举办了国际、国内十余次学术会议，特别成功地召开了6次全国空间天气学研讨会，为建立和发展我国的空间天气事业做出了积极的努力。

继往开来 再创佳绩

2021年，实验室继往开来，保持水准，在各个方向做出了成果。

实验室科研人员提出解决“太阳风角动量佯谬”方法和思路，论文发表于The Astrophysical Journal Letters，研究结果对于澄清太阳风角动量悖论、理解太阳风加速过程和阿尔芬表面特性这些基本问题，具有重要意义。

在与中国台湾地球科学研究所合作的过程中，实验室研究人员发现一种新的火星磁通量绳产生机制，打破了人们对磁通量绳形成机制的传统认识，有助于人们进一步理解火星电离层的磁通量绳分布特征以及离子逃逸过程。该项研究成果发表在国际著名期刊The Astrophysical Journal上。

实验室科研人员在震前空间静电及气象的研究中取得重要进展。第一次提出利用多点空间静电组网观测在震前3～24小时左右来提前预防地震灾害，有助于解决世界性难题。论文发表在国际期刊Natural Hazards (IF： 2.799)上。

基于一种新近被发现且认识尚浅的火山地貌特征，采用月球表面侵蚀和发展模型等多种定年方法，实验室研究人员为月球上存在10亿年内的年轻火山活动提供了直接证据，同时也列出了发生如此年轻火山作用应该满足的地球物理条件，以及为未来载人或无人探月任务选择科考点提供了参考，特别是为进一步完善或改进已有月球热演化模型提供了约束和依据。该项研究成果发表在国际著名期刊Journal of Geophysical Research： Planets上。

此外，在与瑞典空间物理研究所合作的过程中，实验室研究人员深入研究磁场重联点附近的高混杂波动与电子动力学过程之间的联系，首次给出高混杂波与重联点物理过程直接关联的证据。相关研究成果在线发表于Geophysical Research Letters期刊上。

2021年9月，实验室研究人员通过“太阳风暴在日球空间的传播与演化研究”项目，以唯一完成人身份获得北京市科学技术奖自然科学奖二等奖。