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符慧山 | “挑战了当前认识”的AOGS杰出青年学者

2021-10-18

习近平总书记考察云南师范大学校内的西南联大旧址时指出:“教育要同国家之命运、民族之前途紧密联系起来。为国家、为民族,是学习的动力,也是学习的动机。艰苦简陋的环境,恰恰是出人才的地方。我们现在教育的目的,就是要培养社会主义建设者和接班人,培养有历史感责任感、志存高远的时代新人,不负韶华,不负时代。”

83年弦歌不辍,云南师范大学校友从母校走向社会,在不同时期、不同岗位为国家的各项事业辛勤耕耘、坚守奉献,涌现出一批政界精英、学界名人、商界人士,更有数以万计师德高尚、学术精湛的人民教师。

为了让更多人了解云师大校友们的熠熠人生,感受他们“刚毅坚卓”的云师精神,云南师范大学校友会开设“校友风采”栏目,每期介绍扎根边疆、默默奉献的杰出校友,展现云师人坚韧不拔的精神、突出的专业成就和坚定的理想信念,以激励青年一代云师人奋发努力,为中华民族伟大复兴做出贡献!

本期聚焦云南师范大学2001级物理学专业校友、北京航空航天大学教授符慧山

★校友简介★

符慧山,1983年生,云南师范大学物理学专业2001级本科生,现为北京航空航天大学教授、国家杰出青年科学基金获得者、空间环境监测与信息处理工信部重点实验室副主任、中国空间科学学会空间物理专业委员会副主任、中国气象局空间天气监测预警委员会委员、中国物理学会等离子体物理专业委员会委员、中国地球物理学会行星物理专业委员会委员、《地球与行星物理》编委、《Frontiers in Astronomy and Space Sciences》编委。

主要研究领域为空间物理和行星物理,在偶极化锋面、磁重联、辐射带三个方向上做出了原创性贡献,尤其是提出了偶极化锋面加速电子的新理论、发现了离散升调快磁声波、揭示了磁重联中的能量耗散。在Nat. Phys., Nat. Comm., PRL, GRL, APJSCI期刊上发表论文156(被引用5000余次),其中第一或通讯作者论文66(被引用3000余次)。曾获欧洲空间局Cluster计划杰出贡献奖、国际无线电联盟青年科学家奖、 亚太无线电大会青年科学家奖、AOGS杰出青年学者报告奖等国际奖项,以及空间天气科学创新奖、空间物理研讨会优秀论文奖、中科院优秀博士论文等国内奖项。代表性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”。

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AOGS大会的精彩报告★

20186月,第15届亚洲--大洋洲地球科学联合会(AOGS)在夏威夷火奴鲁鲁召开,北京航空航天大学空间与环境学院的符慧山教授受邀在日地科学分会(Solar-Terrestrial Sciences)上做“杰出青年科学家讲座”(EarlyCareer Researcher Distinguished Lecture)

亚洲--大洋洲地球科学联合会(AOGS)成立于2003年,是地球科学领域极具影响力的国际学术会议。该会议涵盖了大气科学、气候学、海洋、冰冻圈、陆地与水文、日地空间物理等地学分支,为亚洲/大洋洲以及周边国家的地球科学工作者提供了很好的学术交流平台。在国际上,AOGS和美国地球物理联合会(AGU)以及欧洲地球科学联合会(EGU)形成了鼎足之势,并称“地球科学领域的三大学术会议”。

该讲座旨在表彰35周岁以下、取得博士学位7年之内,在相应研究领域做出突出贡献的青年学者。在日地空间物理领域(Solar-TerrestrialSciences),全世界每年仅有一位获奖者。

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在讲座中,符慧山教授的主题报告《Energy transfer chain in the Earths magnetosphere》对地球磁层内的能量传输过程给出了一个全面、深入的介绍,尤其是对磁层顶重联、磁尾重联、偶极化锋面、辐射带这四个过程/区域给出了详细介绍。该报告引起了国际同行的广泛讨论。

★首次探测到静电孤波的内部结构★

20203月,北京航空航天大学空间与环境学院符慧山教授团队首次探测到了静电孤立波的内部结构,发现其中的电子分布函数没有明显变化,电子和离子没有明显的加速特征。这与之前人们普遍预期的“强烈电子加速”不一致,挑战了人们对静电孤立波的传统认识。该成果以“First Measurements of Electrons and Waves inside an ElectrostaticSolitary Wave”为题发表于物理学领域的著名期刊《物理评论快报》(Physical ReviewLetters 124, 095101, 2020)上(图一)。符慧山教授为论文的第一作者兼通讯作者,硕士生陈芳为第二作者。  

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符慧山教授PRL论文截图;

来源北京航空航天大学空间与环境学院官网

静电孤立波(Electrostatic solitary wave)是空间等离子体、天体等离子体、和实验室等离子体中的一种基本结构。早在20世纪初,诺贝儿奖获得者德拜就发现:当等离子体的尺度大于某个特征尺度(后来被称为德拜尺度)时,等离子体显示出电中性;而当等离子体的尺度小于德拜尺度时,等离子体的电中性消失。通常情况下,德拜尺度非常小(在托卡马克装置中约为0.1毫米,在地球的电离层中约为1毫米,在太阳大气中约为1厘米,在地球磁层中约为100米),因此想要对这一尺度的物理机构进行探测非常困难。而静电孤立波正好是该尺度的物理结构。因此到目前为止,静电孤立波的内部结构从未被探测到。为了探测该结构,欧洲科学家甚至提出了一个名为“德拜探针”的卫星计划。

由于地球磁层的德拜尺度较大,因此磁层是研究静电孤立波的最佳场所。然而,磁层的劣势是静电孤立波在其中传播速度通常很快,导致卫星对该结构的测量时间有限(通常为几毫秒,远远小于卫星的测量精度)。在这样的情况下,想要测量静电孤立波的内部结构几乎不可能。

所幸的是,符慧山教授课题组在地球磁尾捕捉到了一个运动速度很慢的静电孤立波(卫星参考系下的速度为99公里每秒)。该结构被卫星测量的时间超过250毫秒(大于卫星的测量精度)。利用这个有利条件,课题组成员对静电孤立波内部的电子分布函数、离子分布函数、以及波动进行了详细研究,发现静电孤立波内部存在电子回旋波,但是没有电子加速和离子加速。这违背了人们的普遍预期——静电孤立波能够非常有效的加速电子,因而也挑战了人们对静电孤立波的传统认识,让人们对静电孤立波的认知达到了一个新的高度。

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静电孤立波内外的电子分布函数对比;

来源北京航空航天大学空间与环境学院官网

80后“学霸”符慧山学长划重点啦 ★

1、学习的窍门是要大胆、自信,要有自己的主见,多交流,敢质疑,多提问。

2、坚定对学习的自信,培养对学习的兴趣,脚下的路就会越走越宽,积累够了,成果自然会来,自己的社会价值才能得到体现。

3、从2001年入学到今天,母校刚毅坚卓的精神无时无刻都在激励着我前行,作为云师大的学子,希望学弟学妹们要传承西南联大精神,继承和发扬云南师范大学的优良传统,自觉将母校的精神融入自己的精神和血脉,为祖国、为民族学习,为社会、为人民做出贡献。