在我们的有生之年，很可能见证人类实现星际旅行和星际定居

文/王玲华

如果你真的感兴趣，可以坚持你的选择，它一定会有很多困难，但也一定会获得很大的回馈，你会觉得非常幸福。

——北京大学地球与空间科学学院研究员 王玲华

我是一个大学老师，我的研究方向是空间物理学。可能很多人并没有听说过这个学科，我第一次听说是在1995年，当我进入北京大学学习的时候。

空间物理学是什么呢？顾名思义，它研究的是太空空间中的物理过程和物理现象。有人可能会问，空间物理学跟天文学有什么区别？空间物理学主要是利用空间飞行器（例如人造卫星和航天器）来研究太空中的物理过程和物理现象，而天文学主要利用的是望远镜的遥测手段。

依据观测手段的不同，空间物理学和天文学的研究空间是有区别的，简而言之，就是人造卫星现在能够到达的区域归我们，人造卫星现在到达不了的区域归天文学。空间物理学是一个非常年轻的交叉学科，它与整个人类进行太空探索的能力密切相关。

空间物理：人类探索太空的安全保障

1957年，苏联发射了世界上第一颗人造卫星，标志着人类空间时代的开启。1958年，美国也紧跟着发射了它的第一颗卫星——探索者1号。这颗卫星进行了很多重要的观测，其中一个是它发现在地球附近的一片空间区域中汇集了大量高能带电粒子，这个区域被称为辐射带。

辐射带的发现，标志着空间物理学的开启。北京大学空间物理专业也成立于同一年，与国际同步，因为在这一年，美国航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，简写为NASA）也成立了。

目前，我们主要研究从太阳到日球层这个范围。太阳持续地向外吹出太阳风，太阳风和星际介质的相互作用会在整个宇宙空间中吹出一个巨大的空腔结构，这就是日球层。随着人类太空探索能力的进步，空间物理学能够研究的范围也在不断扩大。

2012年8月，旅行者1号卫星已经穿过日球层边界，进入了星际介质中，这表明人类正式开启了星际时代。在我们的有生之年，很可能会见证人类实现星际航行和星际定居。

研究空间物理学有非常重大的意义。学术上，它能帮助我们认知宇宙空间，引领人类对真理和本质的不懈追求。应用上，它可以帮助我们预报和预警灾害性空间天气，保障人类今后太空探索的安全性。

什么是灾害性空间天气？简单来说，由于太阳的一些爆发性活动，可能会导致地球空间环境的剧烈扰动，从而对空间中的卫星、人类和仪器，或是地面的电力系统、管道系统等造成危害。研究空间物理学可以帮助我们避免和减少此类损失。

空间物理学史上有4个主要的里程碑。

第一个是范艾伦博士通过探索者1号卫星上的仪器数据，发现在距离地球很近的一个空间区域内，聚集有大量高能带电粒子，这个区域也因此被命名为范艾伦辐射带。这一发现标志着空间物理学的开启。

第二个里程碑是对太阳风的首次实地观测。太阳提供了一个天然的巨大实验室，帮助我们了解宇宙中的其他恒星系统是如何运转的。研究表明，太阳会持续地向外吹出径向的带电粒子流，被称为太阳风。诺伊格鲍尔（Neugebauer）博士利用水手2号卫星上的仪器观测数据，首次在行星系中实地观测到太阳风，并确认太阳风是超声速的。这一发现对我们理解太阳风的起源和加速，以及恒星风的本质提供了突破性线索。

接下来说第三个里程碑。 空间物理学还包括行星科学， 基弗森（Kivelson）博士利用伽利略飞船的观测数据，发现木星的一个名为欧罗巴的卫星冰壳底下存在液态海洋。现在依据我们对生命的了解，认为生命和液态水是密切相关的。这一发现对我们认识生命的起源，或者地球之外是否还存在其他生命提供了重要线索。

第四个里程碑是对太阳微耀斑的发现。宇宙中高能粒子的起源和加速一直是人类追求的前沿课题之一，太阳为我们提供了一个很好的研究机会。林（Lin）博士利用空间观测数据发现，在太阳大气中存在一种非常普遍的能量释放和粒子加速现象。

空间物理学家的职业病：充满好奇，讲逻辑

我的科研经历非常简单，首先是依照兴趣，在中学选择了学习理科；其次还是依照兴趣，在大学选择了空间物理这个专业；最后当然还是依照兴趣，选择了自己的研究方向——太阳和日球层高能粒子。

太阳是一个天然的巨大的粒子加速器。当我们把观测镜头从地球附近推近太阳，会看到日面上、太阳大气中有各种活动出现。在这个区域中，能量被释放，粒子被加速。粒子和大气相互作用产生X射线，随后看到大量物质被抛到行星际空间。爆发性活动中被加速的粒子逃逸到行星际空间，到达卫星附近，在仪器中造成的效应是一种雪花状斑点。

我研究工作的一个方面是利用卫星的观测数据，来研究高能粒子的起源、加速和传播过程中的物理本质，另一个方面则是研制高能粒子探测器。与其他很多物理学科不同，空间物理是靠空间探测来推定的一个学科，也就是说，谁掌握了空间探测仪器的研制能力，谁就决定了学科的发展方向。目前，中国空间物理学发展的一个巨大瓶颈，就是空间探测器的研制能力。我希望自己的工作对突破这个瓶颈能有所帮助。

不同的职业对从业者都会有一些潜移默化的影响。据我观察，空间物理学家也有一些由“职业病”带来的共性。

第一，我们通常对生活和世界都充满好奇。面对困难和挑战，我们更加积极、乐观、进取。

这里我想和大家分享一个我的导师和他之前同事的故事。高能太阳分光镜成像仪卫星属于NASA 对太阳进行成像的科学计划，由美国加州大学伯克利分校的空间科学实验室负责研制，汇集了几代人的努力和期望。卫星研制成功后，按照惯例，会被送到美国的喷气推进实验室进行发射前的振动试验。但是由于振动平台的故障，这颗卫星在振动试验中被意外破坏了。当时它的造价是4000万美元，而NASA 并没有预算来重新做一个卫星。

所以当时，很多人（包括NASA）都认为这个卫星探测计划已经失败了。但是伯克利的团队没有放弃，在卫星的首席科学家，也就是我之后的博导的领导下，科学家和工程师针对损坏的卫星提出了很多大胆的维修方案，最后挑出了一个最佳方案，并且成功说服NASA 出资100万美元修复了这颗卫星。

大家觉得这可能是故事的终点，其实并不是。当卫星被修复后，却由于运载火箭的一系列问题，导致它的发射窗口一再被推迟，很多科学家都非常郁闷。大家想知道空间物理学家是如何应对这种郁闷情绪的吗？

伯克利分校有一位科学家撰写了一封非常长的电子邮件，有详细的时间、地点、情节，包括在这一天的什么时刻，这颗卫星在美国的哪个发射中心，搭载哪类型号的火箭发射升空，火箭在什么时候分级脱离，卫星什么时候展开，什么时候成功入轨，发射后记者采访了哪些科学家，大家热泪盈眶，表达了非常激动的心情……这是一封非常长的电子邮件，在它的结尾，这位科学家才点明这其实是一个玩笑。

最后，就在4月1日这一天，科学家把这封编造出来的电子邮件群发给空间物理学界，结果收到了来自全世界的祝贺邮件。这就说明，很多人对卫星很期待；同时也说明，很多人在回复电子邮件之前，从来不读完。

最后，这颗卫星确实在2002年被成功发射，这个故事正好发生在我进入伯克利读书之前。听到故事的时候，我当时的感触有两点：第一点是，我要是早出生两年就好了，就可以亲自经历这个事件；第二点是，我也想成为这样的科学家，面对困难和挑战，他们互相扶持，不轻言放弃，积极、乐观、进取。

我们的第二个共性是更喜欢采用逻辑性思维来对待很多事情，独立做出判断，不盲从权威和舆论。

我想再跟大家讲一个发生在我身边的故事。网络上曾广泛流传一则消息，说漠河在2019年6月时出现了北极光。这个消息发布在类似官网的公众号上，引用了大段百度百科的话，说观测北极光的最好地点包括美国阿拉斯加、加拿大北部，也包括中国的漠河，随后还放了大量照片。

我相信很多人如果看到这条信息，可能会选择转发一下。但是空间物理学家会怎么应对这种情况呢？首先，我们非常好奇，于是对它进行了一系列讨论。比如，在北大的空间群里，一位老师首先说这幅照片是Ps 的，而其他图中所谓的极光其实是气辉（高层大气的一种微弱发光现象，肉眼看与极光较难分辨，但在晴夜全球可见，不受纬度限制，有各种颜色）。一群校友表示同意。另外一名校友随后指出，最大的问题是百度百科上的那句话，说“中国的漠河是观测北极光的最佳地点之一”，这句话是错的。就目前而言，漠河在大多数情况下并不能看到北极光。随后校友们很快找出这些素材的原图，认为原极光图可能拍摄于冰岛区域。所以，这条消息是假的。

成为科学家：无关性别与年龄

我回国之后，从社会上的一些舆论，甚至从一些家长那儿听到了这样的说法，认为女性天生不适合学理科，不适合做科研。同时在和大学生的接触中，有时我会看到有些女生，她虽然已经成年，但是依然不能按照或是坚持自己的意愿来选择专业。虽然她们表达出了非常不情愿的情绪，但最后依然服从了父母的意志或其他一些因素，选择了自己尤其不喜欢的专业方向。

在从事科研的女生中，有的人在我看来，基础和思维都非常棒。但是可能受到这些言论长期的潜移默化的影响，她对自己非常不自信，导致在做科研结论的时候会非常迟疑。这都是一些非常令人惋惜的情况。

那么，女性到底适不适合学理科，适不适合做科研？在我看来，科学成就跟性别没有关系，男性和女性都可以完成重大的科学成就。那么，是什么驱动这些科学家完成了这些突破性的成就呢？从我和他们的亲身接触中，发现还有一个共性：他们对自己的研究方向都有着极大的兴趣，他们能投入极大的热情、极高的专注度。

另外，在我看来，科研跟年龄也没有关系，任何时间都可以是科研的黄金时间。例如上文提到的基弗森院士，她今年已经94岁，依然活跃在科研的第一线。所以我想，科学无关性别和年龄，只关乎兴趣。

我本人非常不赞成以性别来简单地限定一个人的能力和潜力。无论哪种性别，在选择专业和事业时，希望你都能从兴趣爱好或自己的独立判断出发，不要盲从于家庭或社会的舆论。

最后我想说的是，我们正处于一个非常幸运的时代，因为我们正在亲历中国空间科学黄金时代的开启。我想以从高中时代就非常喜欢的一句话作为本文的结束——我们的征途是星辰大海。