四代接力“追磁” 一朝點亮“燈塔”

科研名片

中國科學技術大學“磁場重聯的理論和衛星觀測研究”團隊，由陸全明教授、王榮生教授、王詩謀博士和多名碩士、博士研究生組成。團隊多年深耕空間基本等離子體物理研究，在磁場重聯、波與粒子相互作用等方向取得一系列創新研究成果。

團隊長期致力于日地空間中基本等離子體物理問題的研究。采用計算機數值模擬、人造衛星數據分析和地面實驗室實驗等多種手段，研究磁場重聯的觸發機制、磁能耗散機理、帶電粒子加速機制和其在行星大氣逃逸過程中的作用。

7月8日，2025年度國家科學技術獎獲獎項目揭曉。團隊完成的“磁場重聯的理論和衛星觀測研究”項目榮獲國家自然科學獎二等獎。

中國科學技術大學“磁場重聯的理論和衛星觀測研究”團隊

“獲獎不是終點，而是一個新的起點。”從國家科學技術獎勵大會上歸來的陸全明說，“磁場重聯的科研成果，兌現了‘燈塔’承諾”。

陸全明，中國科大地球和空間科學學院空間物理專業教授。在空間物理黨支部活動室里有一面特殊的墻，上面貼著被他稱為“燈塔”的文字：“一個傳承、兩個著力、三個服務”。每當在研究中陷入困惑，他都會站在這面墻前，凝視著墻上的文字：傳承“紅專”精神；著力“潛心立德樹人，執著創新攻關”；服務國家戰略需求、“雙一流”學科建設和公眾科學普及。

更重要的是，墻上還有“兩彈一星”元勛趙九章、以及陸全明攻讀博士期間的導師——中國科學院院士王水等人的照片，王水是國內最早開展磁場重聯研究的主要探路者，曾在1993年獲得國家自然科學獎二等獎。

那是上一代中國科大科研人的榮光。

陸全明（右）和王榮生在北京領取獲獎證書

定向：熬過那些漫長的夜

26年前，30歲出頭的陸全明回到中國科大，追隨王水院士搞科研。“那時做基礎研究，不知道走哪條路，特別迷茫。”彼時，國內空間物理研究正處于爬坡期：衛星觀測數據匱乏，數值模擬停留在流體層面，對磁場重聯沒有很好的理解。

“磁場重聯是揭示空間環境災害性天氣事件形成機理的核心物理基礎，發生過程中它主要將磁能轉化為等離子體的動能與熱能，會威脅衛星及載人航天器的運行安全。我們要掌握它的發生原理，對深空探測、航天安全有十分重要的研究價值。”陸全明說。

早在20世紀90年代末，王水就曾建議陸全明關注磁場重聯，“他不會替我拿主意，但我一旦決定下來，他就會支持我。”最終，陸全明確定了研究方向：磁場重聯。但如何開展研究、遇到困難怎么克服，沒人能給出答案。

2003年，陸全明踏上了屬于他的科研“長征路”。

開發模擬程序是首要工作，“當時還沒有AI輔助，編輯模擬程序最難忘的就是熬夜找bug。”陸全明回憶，晚上有了思路，就舍不得睡。“結局通常有三種：按預想找到bug，安然入睡；思路不對，挑燈夜戰到天亮前搞定，欣喜若狂，白天美美睡覺；還有一種——熬了一夜沒搞定，白天輾轉反側，做夢還在想。”

比代碼bug更棘手的，是認知層面的“盲區”：磁場重聯是一種跨尺度耦合過程，核心區域究竟發生了怎樣的物理過程，一直是研究的熱點與難點。當時，流體數值模擬僅能針對大尺度過程開展研究，衛星觀測的分辨率又極低，難以捕捉小尺度過程的關鍵信號。

冷板凳，一坐就是好幾年。

陸全明并非孤軍奮戰，作為他培養的第一位博士研究生，王榮生逐漸成長為團隊獨當一面的青年科學家，師徒二人優勢互補。

博士在讀期間，王榮生便敏銳地意識到，“制約國際磁場重聯研究發展的瓶頸并非理論不足，而是缺乏能夠準確識別磁場重聯核心區的方法”。為了找到這把“鑰匙”，他從海量衛星數據中反復篩選分析，研究磁場拓撲結構、電子速度分布函數，探索建立識別關鍵區的新判據。國際上，他首次在磁場重聯核心區發現小尺度磁結構——磁通量繩，并以第一作者身份將該成果發表于國際知名期刊《Physical Review Letters》上。

王榮生博士畢業后，在奧地利科學院從事博士后研究期間，他了解到國際學界幾乎都在等待NASA新一代四星編隊任務（MMS）的發射，希望借助更高時間分辨率數據破解這一科學難題。但王榮生沒有等待，而是迎難而上。他綜合已有理論模型與歷史觀測數據，率先利用上一代衛星資料驗證了磁通量繩的形成及其相互作用在磁場重聯核心區的重要作用，從而提出了磁場重聯核心區的新模型。該模型已經成為磁場重聯的主流模型之一，被國際學界廣泛接受。相關科研成果發表在《Nature Physics》上。

該成果不僅增強了團隊繼續深耕這一方向的信心，也為后來從MMS衛星獲取的數據分析提供了重要參考。隨著MMS任務正式實施，王榮生又率先開展關鍵區電子動力學研究，圍繞磁場重聯觸發機制、電子擴散區結構以及能量轉換過程取得了一系列國際領先成果，與團隊共同推動我國磁場重聯研究進入國際第一方陣。

突破：趕上最好的時代

2016年，王榮生教授的學生、中國科大本科生王詩謀加入磁場重聯項目組，“起初，我連概念都不太懂，很迷茫”。

王榮生從最基礎的概念開始，手把手教授王詩謀處理數據、編寫代碼、分析結果的方法，幫他一步步搭建起磁場重聯的物理認知框架，然后對他提出更高要求，“王教授希望我能在前人研究的基礎上實現新突破，發掘前人未曾觸及的新成果，而不是一味地對現有成果修修補補。”王詩謀說。

作為“初生牛犢”的王詩謀也為團隊的研究作出了自己的貢獻：陸全明和王榮生之前的研究提出了磁場重聯核心區是由諸多相互作用的磁通量繩組成。在接觸這個問題之后，王詩謀就開始思考除了磁通量繩相互作用以外，在單個磁通量繩內部是否會發生一些更加精細的物理過程。基于該猜測，他利用高分辨率的衛星觀測數據，發現磁通量繩中同樣存在各種絲狀電流片，并且正在發生次級重聯，進一步拓展了磁通量繩主導的重聯模型。相關研究成果2020年發表在《Nature Communications》上，該文也是此次團隊獲獎項目的代表性論文之一。

王詩謀將自己取得的成績歸功于趕上了好時代，“我本科剛剛接觸空間物理時，很多關鍵數據要依賴國外衛星。但這些年，我親眼見證了我國的科學衛星一顆接一顆升空，大科學裝置陸續建成，這種不再被‘卡脖子’的底氣就是科技強國最真實的感受。” 他說，“自主衛星提供了高分辨率數據，讓我們能夠對小尺度的物理過程開展精準分析，得以提出新的磁場重聯模型，并且發現了磁場重聯中新的加速機制。”

此后，磁場重聯研究成果每年都有，直至實現了質的飛躍——團隊依托自主研發的粒子模擬程序，融合理論數值模擬與衛星觀測數據，取得了一系列原創性科研突破，成功構建了動態演化的湍動磁場重聯模型，揭示了其中帶電粒子的加速過程。同時，首次發現無內稟磁場的金星誘發磁層中存在磁場重聯現象，并創新性地提出了金星大氣逃逸的新機制。

從王水奠基學科，再到陸全明確立方向、王榮生的加入推進、王詩謀的接續成果——四代人的接力，在這一刻完成了閉環。

還有令團隊振奮的事——5月19日，中歐合作的SMILE衛星成功發射，“這顆衛星將對地球磁層進行整體成像觀測，與我們團隊此前依賴的局地高精度衛星數據形成互補，將為磁場重聯研究提供前所未有的幫助。”王榮生說。

未來：真空罐里的“新長征”

中國科大的校園一角，一個巨大圓柱形罐子靜靜矗立，它高10米，橫截面直徑3米，將罐內抽至真空，再產生等離子體，模擬極其稀薄的空間環境。它叫KRX，是當前國際上研究磁場重聯最大的地面實驗裝置，2022年建成的“國之重器”。

這套裝置是團隊為開展未來工作而建成的，承載著團隊科研“新長征”目標：一是更深入地研究災害性空間天氣形成的物理過程；二是探索如何“引爆”災害性空間天氣，為我國深空探測提供必要的安全保障。

而KRX的價值遠不止于深空探測。據介紹，磁場重聯并不只發生在遙遠的太空。在用于探索可控核聚變的托卡馬克裝置中，它同樣可能突然改變磁場結構，破壞原本用于“關住”高溫等離子體的磁籠，嚴重時甚至會導致等離子體失穩和裝置放電終止。因此，認識和控制磁場重聯，也是實現聚變能源穩定運行必須面對的重要課題。空間科學與聚變工程在基礎物理層面形成了互幫互助，而磁場重聯過程中加速的高能粒子與束流，未來還有望向醫療等民生領域延伸。

7月8日，陸全明和王榮生赴京領獎，現場聆聽習近平總書記的重要講話，倍感振奮，深感責任重大。這個暑假，陸全明、王榮生、王詩謀等沒有給自己放假，站在KRX裝置旁，王詩謀說：“作為青年科技工作者，我們享受到了時代發展帶來的紅利，擁有了更高的研究起點。站在前人打下的堅實基礎上，如何更進一步，是我們這一代人最重要的責任。”

罐體沉默矗立在地面上，罐內模擬的是遙遠的太空世界，罐外守護的是深空探測的國家戰略。四代中國科大人循著磁場重聯的研究足跡，已經在這條“追磁”路上跋涉了將近半個世紀，一顆顆“紅專并進”的報國心始終在鮮活地跳動著。

王詩謀

科創心語

習近平總書記強調加快實現高水平科技自立自強，加強基礎研究和關鍵核心技術攻關，為青年科技工作者指明了奮斗方向。多年來，我們團隊堅持面向世界科技前沿，扎根基礎研究，融合理論、數值模擬與衛星觀測，在磁場重聯機理研究方面取得了一系列原創成果。此次榮獲國家自然科學獎二等獎，既是對團隊長期攻關的肯定，更激勵著我們繼續勇攀科學高峰。

未來，我們將繼續聚焦空間天氣重大科學問題，堅持自主創新，強化青年人才培養，以更加堅定的信念投身科技報國事業，為實現高水平科技自立自強、建設科技強國貢獻青春力量。

□中國科學技術大學“磁場重聯的理論和衛星觀測研究”團隊

（記者 徐立新 張華 劉形捷）