来源:北京航空航天大学微信公众号 发布时间:2023/10/9 14:11:16
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从极光探索太空能量,北航教授在神秘领域“打怪升级”

 

“人类第一次对空间物理有直观、切身实际的感受就是对极光的认识”。在北航,空间与环境学院的符慧山教授将一个个听上去艰涩的物理名词与我们熟悉的极光联系起来,研究太阳、行星际空间、地球和行星的大气层、电离层、磁层及空间环境对地球生态环境的影响近20年。

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符慧山,教授、博导,主要研究方向为空间科学和行星科学,发现了太空中的离散磁声波、提出了太空磁重联的新理论、揭示了太空磁锋面加速电子的新机制,入选爱思唯尔2020、2021中国高被引学者,“全球顶尖前10万科学家”榜单。2022年“首都劳动奖章”获得者,空间环境监测与信息处理工信部重点实验室副主任,国家自然科学基金委创新研究群体核心成员。

颠覆观念,探索神秘“磁重联”

在一代代学者前赴后继的努力下,我们对太空的了解逐步深入,但宇宙中仍然存在一些现象无法进行科学的解释,神秘的“磁重联”领域就是其中之一,也是符慧山教授想解开的一道难题。

“空间里有很多爆发性的过程,比如说极光是怎么触发的,或者太阳怎么爆发的,其实都归咎于一个过程,这个过程被称为磁场重联。”至今,科学家们对于磁重联领域仍然知之甚少,为了揭示磁重联现象的原因和过程,符慧山教授已付出了十五年的时间。

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在以往的研究中,学者们一直都认为磁场重连是在磁力线相交的点上转换能量,但符慧山教授通过研究发现并非如此,相交点上并不存在能量转换,反而是周围其他的点能量转换较强。这个结论的发现得益于符慧山教授开发的一套算法,这套算法能基于仅有的四颗探测卫星所提供的数据,反推出卫星附近的磁场形状,解决了硬件条件有限的情况下原位探测的局限性。有了这个“利器”,符慧山不仅能够高效地分析探测数据,同时也为他的理论提供了有力支撑。“隔三岔五就会有国外的同行写邮件来交流新算法相关的问题”。

发现问题,提出质疑,是符慧山一直以来的科学态度。他认为,如果没有质疑精神,就不是一个合格的科学家,勇于否定过去,才能不断创新。他始终致力于开创一些独特的研究方法与研究工具,做那些“别人没有做过”的东西,一旦认定了一个目标,就会全力以赴。“他是一个典型的科学家,始终坚持自己内心的想法”,这是德国亥姆赫兹地学中心研究员王德栋对符慧山教授的印象。

经过多年努力攻关,符慧山教授提出了太空磁重联的新理论,揭示了太空磁锋面加速电子的新机制。相关成果被美国地球物理学会评价为“颠覆了传统观念”,被欧洲空间局评价为“挑战了当前认识”。

从未停歇,征途是星辰大海

符慧山教授是一个有趣的人,可他的研究领域是枯燥的。一个个陌生的空间物理概念,难懂的理论,大量的创新方法……让人不禁产生好奇,吸引他的究竟是什么?

最初对宇宙的认知,只是看星空、拍照片,当真正进入这个领域之后,符慧山才开始探索天文现象背后的物理规律。对于他来说,研究更看重的是能够取得原创性成果,在枯燥的数据里面发现新的物理规律,有了动力,自然而然就会去享受大脑运转所带来的乐趣。

“太阳系中的八颗行星其实很不一样,这四颗是类地行星,那四个被称为巨行星,木星是一个气态行星,具有很强的磁场……”在天文馆,符慧山教授介绍起太空知识如数家珍,从他闪着光的眼神中就能感受到他对于这一领域的热爱。

在符慧山教授的眼中,工作是工作,生活是生活,开组会时需要一丝不苟严格对待每个细节;在他的学生眼中,他是一个点子多、对科研领域有独到见解、有100分就一定要做到100分的人。为了能尽快找到磁重联转换能量的机制,刚开学他便立刻汇集课题小组进行讨论。

“读书的时候很辛苦,毕业的时候很轻松”,是符慧山教授课题组学生的特点,符慧山教授希望他的学生能够在他这里学到“真本事”,毕业后可以在行业立足。为了能够深入研究,符慧山今年10月将派课题小组前往冰岛,如果这项研究能揭示磁重联过程中的能量转换机制,将会解决困扰空间物理界多年的难题。截至目前,符慧山教授团队的学生已经连续多次获得优秀博士论文。

自信灼烈,将理想变为现实

“你对基础知识掌握之后,你就足够自信,足够大胆,我敢去揣测,我敢去推测,我敢去做”,符慧山教授是个自信的人,这种自信,让他显得外放,勇敢,跟学生在一起时,这种自信又更像太阳,炙热、灼烈……他身上的这种自信究竟源自何处?

来自云南的符慧山在研究生阶段以优异的成绩被保送到中国科学院,从此正式跨入空间物理领域,在这里他将自信成功转化为了科研的动力。符慧山人生的第一个转折点是在博士期间,恩师曹晋滨将其送到美国交流学习,这让符慧山在博士期间就学会从国际视野去思考学术;第二个转折点是在博士毕业时,符慧山去了瑞典,再次增长眼界;而第三次转折点,是从国外回到北京,平台资源与配套政策让符慧山拥有了更好的发展空间与展示才华的机会。

2018年2月2日15时51分,中国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将电磁监测试验卫星“张衡一号”发射升空。这标志中国成为世界上少数拥有在轨运行高精度地球物理场探测卫星的国家之一,而“张衡一号”的主要探测仪器感应式磁力仪就是符慧山教授参与研制的。

凭借着对空间科学探索的执着甚至执拗的干劲,他曾获首都劳动奖章、国际无线电联合会颁发的“青年科学家奖”和欧洲空间局颁发的“Cluster卫星计划杰出贡献奖”。

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