四代接力“追磁” 一朝点亮“灯塔”

科研名片

中国科学技术大学“磁场重联的理论和卫星观测研究”团队，由陆全明教授、王荣生教授、王诗谋博士和多名硕士、博士研究生组成。团队多年深耕空间基本等离子体物理研究，在磁场重联、波与粒子相互作用等方向取得一系列创新研究成果。

团队长期致力于日地空间中基本等离子体物理问题的研究。采用计算机数值模拟、人造卫星数据分析和地面实验室实验等多种手段，研究磁场重联的触发机制、磁能耗散机理、带电粒子加速机制和其在行星大气逃逸过程中的作用。

7月8日，2025年度国家科学技术奖获奖项目揭晓。团队完成的“磁场重联的理论和卫星观测研究”项目荣获国家自然科学奖二等奖。

中国科学技术大学“磁场重联的理论和卫星观测研究”团队

“获奖不是终点，而是一个新的起点。”从国家科学技术奖励大会上归来的陆全明说，“磁场重联的科研成果，兑现了‘灯塔’承诺”。

陆全明，中国科大地球和空间科学学院空间物理专业教授。在空间物理党支部活动室里有一面特殊的墙，上面贴着被他称为“灯塔”的文字：“一个传承、两个着力、三个服务”。每当在研究中陷入困惑，他都会站在这面墙前，凝视着墙上的文字：传承“红专”精神；着力“潜心立德树人，执着创新攻关”；服务国家战略需求、“双一流”学科建设和公众科学普及。

更重要的是，墙上还有“两弹一星”元勋赵九章、以及陆全明攻读博士期间的导师——中国科学院院士王水等人的照片，王水是国内最早开展磁场重联研究的主要探路者，曾在1993年获得国家自然科学奖二等奖。

那是上一代中国科大科研人的荣光。

陆全明（右）和王荣生在北京领取获奖证书

定向：熬过那些漫长的夜

26年前，30岁出头的陆全明回到中国科大，追随王水院士搞科研。“那时做基础研究，不知道走哪条路，特别迷茫。”彼时，国内空间物理研究正处于爬坡期：卫星观测数据匮乏，数值模拟停留在流体层面，对磁场重联没有很好的理解。

“磁场重联是揭示空间环境灾害性天气事件形成机理的核心物理基础，发生过程中它主要将磁能转化为等离子体的动能与热能，会威胁卫星及载人航天器的运行安全。我们要掌握它的发生原理，对深空探测、航天安全有十分重要的研究价值。”陆全明说。

早在20世纪90年代末，王水就曾建议陆全明关注磁场重联，“他不会替我拿主意，但我一旦决定下来，他就会支持我。”最终，陆全明确定了研究方向：磁场重联。但如何开展研究、遇到困难怎么克服，没人能给出答案。

2003年，陆全明踏上了属于他的科研“长征路”。

开发模拟程序是首要工作，“当时还没有AI辅助，编辑模拟程序最难忘的就是熬夜找bug。”陆全明回忆，晚上有了思路，就舍不得睡。“结局通常有三种：按预想找到bug，安然入睡；思路不对，挑灯夜战到天亮前搞定，欣喜若狂，白天美美睡觉；还有一种——熬了一夜没搞定，白天辗转反侧，做梦还在想。”

比代码bug更棘手的，是认知层面的“盲区”：磁场重联是一种跨尺度耦合过程，核心区域究竟发生了怎样的物理过程，一直是研究的热点与难点。当时，流体数值模拟仅能针对大尺度过程开展研究，卫星观测的分辨率又极低，难以捕捉小尺度过程的关键信号。

冷板凳，一坐就是好几年。

陆全明并非孤军奋战，作为他培养的第一位博士研究生，王荣生逐渐成长为团队独当一面的青年科学家，师徒二人优势互补。

博士在读期间，王荣生便敏锐地意识到，“制约国际磁场重联研究发展的瓶颈并非理论不足，而是缺乏能够准确识别磁场重联核心区的方法”。为了找到这把“钥匙”，他从海量卫星数据中反复筛选分析，研究磁场拓扑结构、电子速度分布函数，探索建立识别关键区的新判据。国际上，他首次在磁场重联核心区发现小尺度磁结构——磁通量绳，并以第一作者身份将该成果发表于国际知名期刊《Physical Review Letters》上。

王荣生博士毕业后，在奥地利科学院从事博士后研究期间，他了解到国际学界几乎都在等待NASA新一代四星编队任务（MMS）的发射，希望借助更高时间分辨率数据破解这一科学难题。但王荣生没有等待，而是迎难而上。他综合已有理论模型与历史观测数据，率先利用上一代卫星资料验证了磁通量绳的形成及其相互作用在磁场重联核心区的重要作用，从而提出了磁场重联核心区的新模型。该模型已经成为磁场重联的主流模型之一，被国际学界广泛接受。相关科研成果发表在《Nature Physics》上。

该成果不仅增强了团队继续深耕这一方向的信心，也为后来从MMS卫星获取的数据分析提供了重要参考。随着MMS任务正式实施，王荣生又率先开展关键区电子动力学研究，围绕磁场重联触发机制、电子扩散区结构以及能量转换过程取得了一系列国际领先成果，与团队共同推动我国磁场重联研究进入国际第一方阵。

突破：赶上最好的时代

2016年，王荣生教授的学生、中国科大本科生王诗谋加入磁场重联项目组，“起初，我连概念都不太懂，很迷茫”。

王荣生从最基础的概念开始，手把手教授王诗谋处理数据、编写代码、分析结果的方法，帮他一步步搭建起磁场重联的物理认知框架，然后对他提出更高要求，“王教授希望我能在前人研究的基础上实现新突破，发掘前人未曾触及的新成果，而不是一味地对现有成果修修补补。”王诗谋说。

作为“初生牛犊”的王诗谋也为团队的研究作出了自己的贡献：陆全明和王荣生之前的研究提出了磁场重联核心区是由诸多相互作用的磁通量绳组成。在接触这个问题之后，王诗谋就开始思考除了磁通量绳相互作用以外，在单个磁通量绳内部是否会发生一些更加精细的物理过程。基于该猜测，他利用高分辨率的卫星观测数据，发现磁通量绳中同样存在各种丝状电流片，并且正在发生次级重联，进一步拓展了磁通量绳主导的重联模型。相关研究成果2020年发表在《Nature Communications》上，该文也是此次团队获奖项目的代表性论文之一。

王诗谋将自己取得的成绩归功于赶上了好时代，“我本科刚刚接触空间物理时，很多关键数据要依赖国外卫星。但这些年，我亲眼见证了我国的科学卫星一颗接一颗升空，大科学装置陆续建成，这种不再被‘卡脖子’的底气就是科技强国最真实的感受。” 他说，“自主卫星提供了高分辨率数据，让我们能够对小尺度的物理过程开展精准分析，得以提出新的磁场重联模型，并且发现了磁场重联中新的加速机制。”

此后，磁场重联研究成果每年都有，直至实现了质的飞跃——团队依托自主研发的粒子模拟程序，融合理论数值模拟与卫星观测数据，取得了一系列原创性科研突破，成功构建了动态演化的湍动磁场重联模型，揭示了其中带电粒子的加速过程。同时，首次发现无内禀磁场的金星诱发磁层中存在磁场重联现象，并创新性地提出了金星大气逃逸的新机制。

从王水奠基学科，再到陆全明确立方向、王荣生的加入推进、王诗谋的接续成果——四代人的接力，在这一刻完成了闭环。

还有令团队振奋的事——5月19日，中欧合作的SMILE卫星成功发射，“这颗卫星将对地球磁层进行整体成像观测，与我们团队此前依赖的局地高精度卫星数据形成互补，将为磁场重联研究提供前所未有的帮助。”王荣生说。

未来：真空罐里的“新长征”

中国科大的校园一角，一个巨大圆柱形罐子静静矗立，它高10米，横截面直径3米，将罐内抽至真空，再产生等离子体，模拟极其稀薄的空间环境。它叫KRX，是当前国际上研究磁场重联最大的地面实验装置，2022年建成的“国之重器”。

这套装置是团队为开展未来工作而建成的，承载着团队科研“新长征”目标：一是更深入地研究灾害性空间天气形成的物理过程；二是探索如何“引爆”灾害性空间天气，为我国深空探测提供必要的安全保障。

而KRX的价值远不止于深空探测。据介绍，磁场重联并不只发生在遥远的太空。在用于探索可控核聚变的托卡马克装置中，它同样可能突然改变磁场结构，破坏原本用于“关住”高温等离子体的磁笼，严重时甚至会导致等离子体失稳和装置放电终止。因此，认识和控制磁场重联，也是实现聚变能源稳定运行必须面对的重要课题。空间科学与聚变工程在基础物理层面形成了互帮互助，而磁场重联过程中加速的高能粒子与束流，未来还有望向医疗等民生领域延伸。

7月8日，陆全明和王荣生赴京领奖，现场聆听习近平总书记的重要讲话，倍感振奋，深感责任重大。这个暑假，陆全明、王荣生、王诗谋等没有给自己放假，站在KRX装置旁，王诗谋说：“作为青年科技工作者，我们享受到了时代发展带来的红利，拥有了更高的研究起点。站在前人打下的坚实基础上，如何更进一步，是我们这一代人最重要的责任。”

罐体沉默矗立在地面上，罐内模拟的是遥远的太空世界，罐外守护的是深空探测的国家战略。四代中国科大人循着磁场重联的研究足迹，已经在这条“追磁”路上跋涉了将近半个世纪，一颗颗“红专并进”的报国心始终在鲜活地跳动着。

王诗谋

科创心语

习近平总书记强调加快实现高水平科技自立自强，加强基础研究和关键核心技术攻关，为青年科技工作者指明了奋斗方向。多年来，我们团队坚持面向世界科技前沿，扎根基础研究，融合理论、数值模拟与卫星观测，在磁场重联机理研究方面取得了一系列原创成果。此次荣获国家自然科学奖二等奖，既是对团队长期攻关的肯定，更激励着我们继续勇攀科学高峰。

未来，我们将继续聚焦空间天气重大科学问题，坚持自主创新，强化青年人才培养，以更加坚定的信念投身科技报国事业，为实现高水平科技自立自强、建设科技强国贡献青春力量。

□中国科学技术大学“磁场重联的理论和卫星观测研究”团队

（记者 徐立新 张华 刘形捷）