在我們的有生之年，很可能見證人類實現星際航行和星際定居_風聞

造就第442位講者 王玲華

北京大學地球與空間科學學院教授

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

空間物理學是什麼呢？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麼區別？空間物理學主要是利用空間飛行器（例如人造衞星和航天器）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。

我們看這幅圖片，它把整個三維的宇宙空間簡化到了一維的對數座標中，可以看到這邊以太陽為起點，地球與太陽的平均距離是一個天文單位（AU）。再往外我們可以看到木星、土星這些我們熟知的行星。這個區域是太陽系日球層與星際空間的邊界之處，目前旅行者一號和旅行者二號衞星正位於邊界附近。再往外我們可以看到這裏，它是與太陽最近的恆星——比鄰星所在之處。

依據觀測手段的不同，空間物理學和天文學的研究空間範圍是有區別的，簡而言之就是人造衞星現在能夠達到的區域歸我們，人造衞星現在達不到的區域歸天文學。

空間物理學是一個非常年輕的學科，它與整個人類進行太空探索的能力密切相關。

前蘇聯於1957年10月4號發射了人類的第一顆人造衞星，標誌着空間時代的開啓。

這一事件極大地刺激到了美國，促使美國開始加速它的研究進程，並使得美國在隔年1958年發射了它的第一顆衞星——探險者一號。

這顆衞星進行了很多重要的觀測，其中一個是它表明了在離地球附近的一片區域中，彙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，標誌着空間物理學的開啓。北京大學空間物理專業也成立於同一年，與國際同步，因為在這年美國的宇航局（NASA）也成立了。

目前我們主要研究從太陽到日球層這個範圍。這個動畫顯示了，太陽會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。

隨着人類太空探索能力的進步，空間物理學能夠研究的範圍在不斷擴大。

2012年8月，旅行者一號衞星已經穿過日球層邊界，進入了星際介質中，這表明人類正式開啓了星際時代。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。

研究空間物理學有着非常重大的意義。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，保障人類今後的太空探索的安全性。

什麼是災害性空間天氣？因為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，從而對空間中的衞星、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。

空間物理學史上有四個主要的里程碑。

第一個是Van Allen博士通過探險者一號衞星上的儀器數據，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Van Allen輻射帶。這一發現標誌着空間物理學的開啓。

**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，幫助我們瞭解宇宙中的其他恆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，就如同成像照片中我們所看到的這些徑向結構。這些徑向粒子流被稱為太陽風。

Neugebauer博士利用水手二號衞星上的儀器觀測數據，首次在行星系中實地觀測到太陽風，並確認太陽風是超音速的。這一發現對我們理解太陽風的起源和加速，以及恆星風的本質提供了突破性線索。

空間物理學還包括行星科學，Kivelson博士利用伽利略飛船的觀測數據，發現了木星的一個名為歐羅巴的衞星冰殼底下存在有液態海洋。現在依據我們對生命的瞭解，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。

我講的第四個里程碑工作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。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。

在這裏我想問在座各位一個問題：完成這四項里程碑成就的開拓者，大家可以猜一下他們哪位是女性，哪位是男性？在揭曉答案之前，我先和大家分享一些我在科研上的經歷和體會。

我的科研經歷非常簡單，首先是依照興趣，我在中學選擇了學習理科；其次還是依照興趣，我在大學選擇了空間物理這個專業；最後當然還是依照興趣，我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粒子加速器。這個影像是利用三顆地球附近的衞星上的七個儀器，對同一次太陽爆發活動的觀測來完成的。

我們把觀測鏡頭從地球附近推近太陽，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，隨後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，到達衞星附近，在儀器中造成的效應就是畫面最後出現的雪花狀斑點

我研究工作的一個方面是利用衞星的觀測數據，來研究高能粒子的起源、加速和傳播過程中的物理本質，另一個方面則是研製高能粒子探測器。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，也就是説，誰掌握了空間儀器探測器的研製能力，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製能力。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，空間物理學家們也有一些由“職業病”帶來的共性。**第一，我們通常對生活和世界都充滿着好奇。**面對困難和挑戰，我們更加積極、樂觀、進取。

這裏我想和大家分享一個我的導師和之前同事的故事，這個圖畫中顯示的是一個高能太陽分光鏡成像儀衞星，這個衞星屬於美國宇航局對太陽進行成像的科學計劃，由加州大學伯克利分校的空間科學實驗室負責研製，彙集了幾代人的努力和期望。

衞星研製成功後，按照慣例，它會送到美國的噴氣推進實驗室進行發射前的振動試驗。但是由於振動平台的故障，這顆衞星在振動試驗中被意外地破壞了。當時它的造價是4000萬美元，美國宇航局並沒有預算來重新做一個衞星。

所以當時很多人（包括美國宇航局）都認為這個衞星探測計劃已經失敗了。但是伯克利的團隊沒有放棄，在衞星的首席科學家，也就是我之後的博導的領導下，科學家和工程師們對損壞的衞星提出了很多大膽的維修方案，最後挑出了一個最佳方案，並且成功説服美國宇航局出資100萬美元修復了這顆衞星。

大家覺得這可能是故事的終點，其實並不是。當衞星被修復後，卻由於運載火箭的一系列問題，導致它的發射窗口一再被推遲，很多科學家都非常鬱悶。大家想知道空間物理學家是如何應對這種鬱悶的情緒嗎？

伯克利分校有一位科學家撰寫了一封非常長的email，有時間，有地點，有情節，包括在這一天的什麼時刻，這顆衞星在美國的哪個發射中心，裝在哪類型號的火箭發射升空，火箭在什麼時候分級脱離，衞星什麼時候展開，什麼時候成功入軌。發射後記者採訪了這些其他科學家，大家熱淚盈眶，表達了非常激動的情緒……這是一封非常長的email，在它的結尾，大家可以想是哪一句。

“愚人節快樂。“

最後就在4月1號這一天，科學家把email羣發給空間物理學界，收到來自全世界的祝賀郵件。這就説明很多人對衞星很期待，同時也説明很多人在回覆email之前從來不讀完email。

最後衞星確實在2002年被成功發射，這個故事正好發生在我進入到伯克利讀書之前。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；第二個是，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採用邏輯性思維來對待很多事情，獨立作出判斷，不盲從權威和輿論。

我想再跟大家講兩個最近發生在我身邊發生的故事。第一個是半個月前在網絡上廣泛流傳的一則消息，説漠河6月15號出現了北極光。這個消息發佈在類似於官網的公眾號上，它引用了大段百度百科的話，説觀測北極光的最好地點包括阿拉斯加、加拿大北部，也包括中國的漠河。隨後它放了大量照片，這裏我截取了最關鍵的一張。

我相信在座很多人如果看到這個信息，可能會選擇轉發一下。但是我們空間物理學家會怎麼應對這種情況呢？首先我們非常好奇，對它進行了一系列討論。我截取了北大空間羣的一段討論記錄，一位老師首先説這幅照片是PS的，其他圖是氣輝。一羣校友表示同意，另外一名校友隨後指出，最大的問題在於百度百科上的那句話，説中國的漠河是觀測北極光的最佳地點之一。這句話是錯的。

目前而言，漠河在大多數情況下並無法看到北極光。隨後校友們很快扒拉出這些素材的原圖，認為原極光圖可能拍自於冰島區域。所以這條消息是假的。

我回國之後，從社會上的輿論，甚至從一些家長那兒聽到了這樣的説法，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學生，她雖然已經成年，但是她依然不能按照或是不能堅持自己的意願來選擇專業。雖然這些女生已經非常表達出不情願的情緒，但她依然服從了父母的意志或其他一些因素，最後選擇了自己尤其不喜歡的專業方向。

在從事科研的女學生中，有的人在我看來，基礎和思維都非常棒。但是由於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，導致她在做科研結論的時候會非常遲疑。這都是一些非常令人可惜的情況。

那麼女性到底天生適不適合學理科，適不適合做科研？讓我們回到之前的問題。前面我所講的這些里程碑式的研究成果，大家能否判斷出這四位科學家是男性還是女性？

我來揭示一下答案。

可以看到，科學成就跟性別沒有關係，是男是女都可以完成重大的科學成就。

那麼是什麼驅動這些科學家來做這些突破性成就的呢？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着極大的興趣，他們能投入極大的熱情、極高的專注。

另外，科研跟年齡也沒有關係，任何時間都可以是科研的黃金時代。例如這位Kivelson院士，她今年已經91歲。依然活躍在科研的第一線上

所以我們看到，科學無關性別和年齡，只關興趣。

我本人非常不贊成以性別來簡單粗暴地限定一個人的能力和潛力。無論哪種性別，當你在選擇專業和事業是，希望都能從興趣愛好或自己的獨立判斷出發，不要盲從於家庭和社會的輿論。

最後我想所説的是，我們正處於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啓。

我想以從高中時代就非常喜歡的一句話作為這次演講的結束——我們的征途是星辰大海。

謝謝大家。