人才培养

对话磁重联相关成果发表人符慧山教授
  

       引言:今年年初,北航空间与环境学院符慧山教授在磁重联领域取得重要进展,相关成果“Intermittent energy dissipation by turbulent reconnection”发表于国际空间物理学著名期刊Geophysical Research Letters(GRL)上,并被美国地球物理学会(AGU)评为研究亮点(AGU Research Spotlights)。美国地球物理学会(AGU)和欧洲空间局(ESA)分别对该项成果做出了专题报道。在美国地球物理学会的专题报道中,该项成果被评价为“颠覆了磁重联的传统观念”(upend conventional wisdom);在欧洲空间局的专题报道中,该项成果被评价为“挑战了当前对磁重联的认识”(challenge the current view of magnetic reconnection)。同时,美国地球物理学会认为“该成果将引发剧烈的讨论”(a result that is likely to spark a great deal of discussion);欧洲空间局认为“该成果将促使人们对磁重联现象进行重新思考”(rethink of the standard view of magnetic reconnection)。这项成果的发表历时5年。在这个过程中既有实力的交锋,也有完成颠覆的野心,更有时机不待的遗憾。  

 

(图注:该成果被美国地球物理学会(AGU) 评为研究亮点(AGU Research Spotlights),美国地球物理学会(AGU)和欧洲空间局(ESA)分别对该项成果做出了专题报道)

       

       PART1·坎坷  

       1946年,磁重联概念被首次提出。在此之后,教科书中所描述的磁重联的经典图像是:两根反平行的磁力线相互靠近,断裂,重新联接,并在重联点(X点)处释放出巨大的能量。然而,符慧山教授等学者则发现了与教科书传统观念不同的结果(This is the conventional wisdom, but is not what the analysis from Fu et al. shows,见AGU报道):磁重联中能量释放并不发生在X点,而是发生在O点。这一重要成果的发表经历了诸多坎坷。由于迫切想将新成果发表,缺少数值模拟让论文在2012年被Science拒稿;补充了模拟结果之后,又因为新颖的研究方法未先发表,论文在2013年被Nature拒稿;在研究方法被证明可靠并作为封面文章在JGR发表之后(历时3年),论文再次投稿到Nature。不幸的是,论文在三审之后被审稿人以更适合专业期刊的理由而拒稿。考虑到美国宇航局2015年发射了MMS卫星计划——新的卫星数据必然会带来新的观测结果,符慧山教授将该成果投稿到了GRL(该杂志的发表速度较快)。五年时间匆匆而过,符慧山教授对此也充满了遗憾:“做好自己的事情,剩下的就交给运气!”                          

 

(图注:符慧山教授等人发现:在磁重联发生的过程中,X点处没有电流、没有湍动、没有能量耗散;相反在O点处存在很强的灯丝电流、湍动、以及巨大的能量耗散)

       

       PART2·不同  

       Cluster卫星是欧洲空间局在2000年发射的四颗卫星,构成了地球空间星座探测计划,而符慧山教授使用的正是Cluster卫星 2003年的探测数据。对此,在接受欧洲空间局的采访时,符慧山教授被问到一个问题——Cluster卫星数据是全球共享的并且已被分析了很多年,为什么别人不能从中得到这个成果?这其中的奥秘就在于FOTE方法——一个由符慧山教授开发的,可以用来寻找磁零点和重构磁拓扑结构的新方法(该方法已作为封面文章发表在国际空间物理学著名期刊 Journal of Geophysical Research上)。因为有了新的方法,所以诞生了新的结果。“一定要与别人不一样”,符慧山教授多次谈到这句话,“我做研究,包括告诫我的研究生,不可以模仿别人去做,一定要有自己独立的思想和独立的研究方向”。符慧山教授认为在做研究的过程中,一旦发现了别人未曾发现的现象(有时是颠覆性现象或与“常理”相悖的现象),首先要自信,然后努力去证明它并说服别人去相信它。他在美国的导师曾经告诉他,做研究需要注意三件事:what's new? so what? who care?。“研究内容一定要新”,符慧山教授再三强调。

       

       PART3·领域  

       空间物理学这个领域,对很多人来说是遥不可及的。磁重联可能更是个闻所未闻的新词汇。事实上,太阳耀斑、日冕物质抛射、极光以及受控核聚变,这些都与磁重联有着密切联系。符慧山教授说:“这个学科实际上是个贵族学科”。“贵族”体现在它的成本上:欧洲空间局2000年发射的Cluster卫星在当时耗资3.2亿欧元(不包括有效载荷的研制费用);美国宇航局2015年发射的MMS卫星耗资8.5亿美元。“一个人甚至一个国家都很难承担这个成本,一般都是全球范围的合作,各个国家都参与进来然后数据共享”,符慧山教授说。因此空间物理学这一学科只在少数学校开设,在国内,以前仅有三四个学校开设,最近几年增加到了十几个。但其实进入这个领域学习并没有特殊的门槛。逻辑思维能力强,相信并享受自己的研究成果——这是符慧山教授对学生的一些期望。

       

       结语  

       在MMS卫星数据中使用FOTE 方法,并将该方法推广到空间的“等离子体流”中,是符慧山教授团队下一个迈进的方向。在他办公室的墙壁上贴着四张海报,代表了近年来的四个重要成果,“希望再过几年可以把办公室的墙都贴满”,这是一种信心,也是一种决心。

 

论文链接:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016GL071787/full
美国地球物理学会(AGU)专题报道链接:
https://eos.org/research-spotlights/for-magnetic-reconnection-energy-o-not-x-might-mark-the-spot
欧洲空间局(ESA)专题报道链接:
http://sci.esa.int/cluster/58994-o-marks-the-spot-for-magnetic-reconnection/ 

 

策划/文案:谭莉莎

采访:于佳卉、李明珠、谭莉莎

设计:彭煦潭 技术:曹嘉辉

鸣谢:空间与环境学院 符慧山教授

投稿:geoos@buaa.edu.cn

 

 

 

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