太陽(yáng)和地球之間的空間真的是空空蕩蕩的真空嗎？其實(shí)這一區(qū)域充斥著稱為太陽(yáng)風(fēng)的稀薄電離氣體,。太陽(yáng)風(fēng)從太陽(yáng)出發(fā),，不斷吹拂地球,，進(jìn)而影響人類生活,。南方科技大學(xué)地球與空間科學(xué)系教授劉凱軍說(shuō)，關(guān)心宇宙空間的天氣,，也是關(guān)心我們?nèi)祟愖约?。讓我們一起?lái)領(lǐng)略空間物理的魅力吧。本文根據(jù)有意思博物館演講劇場(chǎng)——我是科學(xué)家‘宇宙深處,，心之所向’現(xiàn)場(chǎng)演講整理,。

劉凱軍演講視頻：

以下為劉凱軍演講實(shí)錄：

大家好，我叫劉凱軍,，來(lái)自南方科技大學(xué)地球與空間科學(xué)系。

我研究的領(lǐng)域是空間物理,，跟天體物理研究者們比起來(lái)的話,，我的“眼界”窄一點(diǎn)，是研究離地球相對(duì)更近的太陽(yáng)系空間——日地空間的一些物理過(guò)程,。

當(dāng)時(shí)之所以選空間物理這個(gè)專業(yè),，也是一個(gè)美麗的錯(cuò)誤。我上初中和高中的時(shí)候除了物理學(xué)得好之外,，其它科目學(xué)都一塌糊涂,，上大學(xué)的時(shí)候就想學(xué)物理,。當(dāng)時(shí)選的是北京大學(xué)，受當(dāng)時(shí)社會(huì)環(huán)境的影響,，我對(duì)航空航天特別感興趣,，想成為一名設(shè)計(jì)火箭衛(wèi)星的設(shè)計(jì)師，做一些技術(shù)方面的工作,。在北大,，與“航天”最接近的專業(yè)可能就是空間物理了，就選了這個(gè)方向,。學(xué)了幾年之后發(fā)現(xiàn),，原來(lái)空間物理是研究空間環(huán)境的，也就是是火箭和衛(wèi)星它運(yùn)行的環(huán)境,，而非空間技術(shù)本身,。

演講嘉賓劉凱軍：《今天宇宙空間里的天氣怎么樣》

說(shuō)實(shí)話，那時(shí)候也是失望了很久,，但是后來(lái)隨著學(xué)習(xí)深入,，逐漸發(fā)現(xiàn)空間物理也有很多奧妙、很吸引人的東西,，所以就這樣一直走下來(lái)了,。

我今天演講的題目是《今天宇宙空間里的天氣怎么樣》。首先想展示太陽(yáng)系里面星體的基本示意圖,。

我相信在座的各位都對(duì)太陽(yáng)系里面八大行星或者九大行星（因?yàn)樽钸h(yuǎn)的行星冥王星地位未定）應(yīng)該都比較熟悉,，圖上拖著個(gè)尾巴、像個(gè)氣團(tuán)一樣跑的那個(gè)是彗星,?？臻g物理研究什么？我們研究這幅圖里面黑洞洞的區(qū)域,，也就是太陽(yáng)系里除了星體之外的這塊區(qū)域,。

也許有人會(huì)犯嘀咕：你開玩笑吧，我從中學(xué)的時(shí)候就知道這個(gè)區(qū)域是真空,，里面什么東西都沒(méi)有,，你天天搗鼓這玩意？今天我就想給大家講,，這里并不是真空的,，而是充斥著一種非常稀薄的物質(zhì)。在太陽(yáng)系里,，我們稱這種物質(zhì)為太陽(yáng)風(fēng),，而它存在的證據(jù)就是彗星,。

彗星飛行的時(shí)候拖著一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的尾巴，很漂亮,。我估計(jì)很多朋友知道彗星的尾巴是怎么產(chǎn)生的：彗星有彗核,，組成成分主要是冰和塵埃，像是一個(gè)很大很臟的雪球,，在太陽(yáng)的照射之下,，這個(gè)大雪球發(fā)生了汽化，當(dāng)彗星移動(dòng)的時(shí)候把這些氣體拋在了后面形成彗尾,。

但是如果仔細(xì)看這張圖,，會(huì)發(fā)現(xiàn)除了我們熟悉的白色的、比較明亮的彗尾之外,，還有一條藍(lán)色的,、稍微暗一點(diǎn)的彗尾。這個(gè)彗尾是怎么來(lái)的呢,？這就要從我們太陽(yáng)風(fēng)談起了,。

這是美國(guó)的一個(gè)觀測(cè)器觀測(cè)的結(jié)果?？梢钥吹綇奶?yáng)表面不斷的噴射出一些流體,。我們知道固體受熱之后變成液體，液體受熱之后變成氣體,，溫度再繼續(xù)升高之后氣體會(huì)變成什么呢,？這時(shí)溫度特別高，以至于物質(zhì)原子和分子中的電子就跑掉了,，電離形成等離子體,。太陽(yáng)表面溫度就特別的高，物質(zhì)電離之后形成等離子狀態(tài)的流體,，從太陽(yáng)噴射出去,。

等離子體狀態(tài)的物質(zhì)并不是太陽(yáng)系獨(dú)有的，整個(gè)宇宙空間都充斥著這樣的等離子體,。據(jù)有些科學(xué)家估算，雖然這種等離子體的密度非常的低,，可是它的體積龐大,，整個(gè)宇宙空間里都充斥著這種稀薄的氣體,。統(tǒng)計(jì)認(rèn)為宇宙空間99%的物質(zhì)都是等離子體狀態(tài)。

人類對(duì)等離子體并不陌生，我們?nèi)粘Ｉ钪虚g也充斥了各種等離子體,。

比如家用的日光燈管發(fā)光的時(shí)候,，燈管里面的氣體就處于一種弱放電的等離子狀態(tài)；閃電發(fā)生的時(shí)候造成大氣的擊穿放電,，也會(huì)產(chǎn)生少量的等離子體,；而人類未來(lái)能源的主要希望，可控核聚變,，也是因?yàn)槲覀冞€沒(méi)有找到有效束縛等離子體的辦法而暫時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)——核聚變產(chǎn)生的巨大能量能夠使得周圍的物質(zhì)處于等離子體狀態(tài),，無(wú)法有效束縛這些等離子體也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)持續(xù)的可控的核聚變。而這一科學(xué)挑戰(zhàn)也是當(dāng)前等離子體物理研究的主要?jiǎng)恿χ弧?/p>

讓我們重新回到空間物理和太陽(yáng)風(fēng),。從太陽(yáng)表面不斷吹出來(lái)的等離子體流就是太陽(yáng)風(fēng),，當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)吹到彗星的時(shí)候，發(fā)生了什么呢,？

原來(lái),，在太陽(yáng)光的照射下，彗星的冰核不但可以氣化,，而且還有一小部分被電離成為等離子體,。當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)吹到彗星時(shí)，兩股等離子體流可以相互作用,，以至于彗星的等離子體尾巴被太陽(yáng)風(fēng)吹“歪”了,，一直背向太陽(yáng)?？梢?，這條彗尾的存在給太陽(yáng)風(fēng)的存在提供了有力的證據(jù)。

太陽(yáng)風(fēng)離開太陽(yáng)之后吹向廣闊的宇宙空間,，與太陽(yáng)系里的各個(gè)天體,、行星之間有復(fù)雜的相互作用。我們作為人類,，肯定更關(guān)心它會(huì)怎樣影響地球的空間環(huán)境,，怎樣影響我們自己的生活。大家肯定都知道地球有地磁場(chǎng),，磁場(chǎng)看不見摸不著,，但確實(shí)存在。

如果在一個(gè)磁鐵周圍撒上鐵粉，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)有意思的形狀,。為了形象地展示磁場(chǎng)的特性,，人們引入了磁力線的概念，就是沿著鐵粉的分布形狀畫一些虛線,，認(rèn)為磁場(chǎng)有這樣一個(gè)位形,。

地球的磁場(chǎng)有這樣一個(gè)特殊的形狀，由于太陽(yáng)風(fēng)是帶電的,，在電磁力的作用之下,，太陽(yáng)風(fēng)在吹向地球的時(shí)候沒(méi)法穿越磁場(chǎng)，只能繞著磁場(chǎng)轉(zhuǎn),，并且在地球的周圍形成一個(gè)空腔,，我們稱這個(gè)空腔為地球的磁層，它是由地球的磁場(chǎng)來(lái)主導(dǎo)的,。

大家現(xiàn)在都在講情調(diào),，太陽(yáng)風(fēng)吹著地球的磁場(chǎng)變化就好像風(fēng)吹過(guò)楊柳一樣富有詩(shī)意。

當(dāng)然,，像我們平常遇的風(fēng)一樣,，太陽(yáng)風(fēng)也是千變?nèi)f化的，它的狀態(tài),、密度,、速度都會(huì)有各種各樣的變化。當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)發(fā)生變化的時(shí)候,，也會(huì)使得地球磁場(chǎng)的位形發(fā)生很大的變化,。而地球磁場(chǎng)的變化——我們知道變化的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電流——就會(huì)對(duì)我們?nèi)粘５纳町a(chǎn)生很多影響。

空間物理主要就是去研究太陽(yáng)的變化會(huì)如何影響地球表面的這些變化,，也就是我們說(shuō)的空間天氣,。空間物理研究的一個(gè)主要目的,，就是希望能理解這其中的物理過(guò)程,，在未來(lái)發(fā)展出像現(xiàn)在天氣預(yù)報(bào)一樣的模式，能夠準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)今天空間天氣怎么樣,，減少它對(duì)我們的生活的影響,。

雖然說(shuō)太陽(yáng)風(fēng)離我們很遙遠(yuǎn)，但是通過(guò)對(duì)地球磁場(chǎng)的擾動(dòng)，可以對(duì)我們的生活產(chǎn)生各種各樣的影響,。比如對(duì)衛(wèi)星通信,、衛(wèi)星導(dǎo)航的精度都有影響，還對(duì)地面的大型高壓輸電線路有影響,。1989年的時(shí)候，加拿大魁北克省就因?yàn)橐粋€(gè)很大的空間擾動(dòng),，我們稱之為空間風(fēng)暴,、太陽(yáng)風(fēng)暴或地磁暴，當(dāng)?shù)剌旊娋€路受到了很大的損害,，斷電九個(gè)小時(shí),，大概有600萬(wàn)人受到影響。

這個(gè)動(dòng)畫形象地展示了空間天氣的整個(gè)過(guò)程,。

太陽(yáng)表面一直向外吹等離子流，也就是太陽(yáng)風(fēng),，太陽(yáng)風(fēng)經(jīng)過(guò)漫漫征途到達(dá)地球,，與地球磁場(chǎng)相互作用。因?yàn)榈厍虼艌?chǎng)的保護(hù),，太陽(yáng)風(fēng)無(wú)法直接影響人類的生活,，但是因?yàn)榈厍虻膬蓸O磁場(chǎng)的保護(hù)不是特別好，一些等離子體還是可以滲透進(jìn)來(lái)投射到地球兩極的表面,，形成極光,，非常漂亮。所以除了預(yù)測(cè)空間天氣這種現(xiàn)實(shí)意義之外,，空間物理中的的很多現(xiàn)象也是美輪美奐,，這也是為什么經(jīng)過(guò)多年的學(xué)習(xí)和研究之后，我越來(lái)越喜歡空間物理,。

生活在地球的人類其實(shí)非常幸運(yùn),，因?yàn)槲覀冇械卮艌?chǎng)的這樣的保護(hù)，但是太陽(yáng)系里面的其它星球就不這么幸運(yùn)了,。比如火星,，它的磁場(chǎng)非常微弱，以至于太陽(yáng)風(fēng)可以直接吹向火星的表面,。這樣的吹蝕,，把太火星表面的中性大氣慢慢地吹走了。雖然速率比較緩慢，但是經(jīng)過(guò)上百萬(wàn)年,、上億年的這樣一種吹蝕,，火星表面的氣體損失了很多，所以現(xiàn)在火星并不適合生命的存在?，F(xiàn)在很多空間科學(xué)家在進(jìn)行這種行星大氣演化的研究,，就是為尋找地球之外宜居的星球提供指導(dǎo)。

空間科學(xué),、空間物理是探索的科學(xué),，過(guò)去人類從陸地走向海洋，隨著科技能力的增長(zhǎng),，我們開始走向深空,。在走向深空的過(guò)程中，人類開始關(guān)心太陽(yáng),，關(guān)心地球以外的各個(gè)行星,，木星、土星,，甚至天王星,，和這些星球的相互作用（就像地球周圍有磁層一樣，這些星球周圍也有磁層）,。我們?nèi)祟惙浅Ｓ行坌膲阎?，未?lái)必將越走越遠(yuǎn)。

正如地球所在的太陽(yáng)系里有太陽(yáng)風(fēng),，太陽(yáng)系所存在空間里面也有星際風(fēng),。星際風(fēng)吹向太陽(yáng)，就像太陽(yáng)風(fēng)吹向地球一樣,，它在太陽(yáng)的周圍形成一個(gè)空腔,，我們稱之為日球?qū)印?/p>

上面這張圖跟剛才大家看到地球磁層的形象可能不太一樣，也許有些人覺(jué)得中間藍(lán)色的圓很漂亮,。這是因?yàn)閮?nèi)部太陽(yáng)風(fēng)速度會(huì)快,，是超聲速的，當(dāng)它到達(dá)日球?qū)油鈬鷷r(shí)會(huì)減速形成一個(gè)激波結(jié)構(gòu),，被叫做終極激波,。

這張圖里面還展示了兩個(gè)飛行器，一個(gè)是旅行者1號(hào),，一個(gè)是旅行者2號(hào),。它們是1977年由美國(guó)發(fā)射的,，正好跟我同歲，經(jīng)過(guò)41年的漫漫征途,，終于從地球飛到了太陽(yáng)系的邊界,，現(xiàn)在正在給研究空間科學(xué)的科學(xué)家提供第一手的觀測(cè)資料——很多空間科學(xué)家就是通過(guò)研究旅行者1號(hào)和2號(hào)的觀測(cè)資料，來(lái)探索這一塊未知的空間到底有什么特性,、有什么樣的物理過(guò)程的,。

隨著中國(guó)國(guó)力的增強(qiáng)，我們也開始有自己的空間探測(cè)項(xiàng)目,，我的有些同行正在推動(dòng)一個(gè)中國(guó)自己的,、類似于旅行者1號(hào)和2號(hào)的探測(cè)項(xiàng)目。他們計(jì)劃在2049年,，我們百年國(guó)慶的時(shí)候，中國(guó)自己的飛行器能夠飛到太陽(yáng)系的邊緣,，來(lái)探測(cè)空間物理研究的前沿區(qū)域,。

最后，我想用齊奧爾科夫斯基的一句話來(lái)作為總結(jié),，因?yàn)樽钤缣岢龊教焯剿鞯幕靖拍?，以及作出了火箭?dòng)力的奠基性研究，他被稱為人類航天旅行之父,。他說(shuō),，地球是人類的搖籃，但是我們不可能一直生活在搖籃里面,，開始的時(shí)候我們會(huì)小心翼翼地走出大氣層,，然后我們?nèi)?zhēng)征服整個(gè)太陽(yáng)系，將來(lái)我們還會(huì)走向更遠(yuǎn)的深空,。

那么在出門之前,，我們肯定想要問(wèn)一句：今天，宇宙空間的天氣怎么樣,？

謝謝大家,！

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