在位于北京懷柔的子午工程綜合信息與運控中心，科研人員在監(jiān)測運行情況。
新華社記者 金立旺攝 圖為子午工程二期大型監(jiān)測設備之行星際閃爍監(jiān)測望遠鏡（無人機照片）。新華社記者 馬金瑞攝
沿東經(jīng)120度、西經(jīng)60度兩條經(jīng)線（子午線）構(gòu)建一個空間天氣“監(jiān)測圈”，對日地空間環(huán)境開展全天候“三維掃描”——這一科學想象即將成為現(xiàn)實。
近日，科學界先行發(fā)起國際子午圈大科學計劃，助力應對全球空間天氣災害。為什么要發(fā)起國際子午圈大科學計劃？該計劃的主要研究內(nèi)容是什么？我國的子午工程將在該計劃中扮演怎樣的角色？帶著這些問題，科技日報記者采訪了相關(guān)專家。
“第四環(huán)境”研究需國際合作
太陽和地球之間的日地空間，是人類航天活動與空間開發(fā)利用的主要區(qū)域，是與陸地、海洋、大氣并列的“第四環(huán)境”。在日地空間中，由太陽活動引發(fā)的、短時間尺度的劇烈環(huán)境變化，被稱為空間天氣。災害性空間天氣事件會對衛(wèi)星、通信、導航及電力系統(tǒng)等關(guān)鍵基礎(chǔ)設施造成嚴重破壞。
“正因為空間天氣是全球性現(xiàn)象，才需要在廣闊的宇宙空間和全球各地進行大量觀測。而這樣的觀測，單靠一個國家的資源和力量是難以完成的，因此空間天氣的監(jiān)測與研究離不開國際合作。”中國科學院院士、中國科學院國家空間科學中心主任王赤告訴記者，發(fā)起國際子午圈大科學計劃，就是為了聯(lián)合全球空間天氣監(jiān)測與研究力量，聚焦空間天氣的物理過程和變化規(guī)律等，開展聯(lián)合科學攻關(guān)。
“由于具有連續(xù)、方便、可控、可信和成本低的優(yōu)勢，地基探測是開展空間天氣監(jiān)測與研究的最行之有效的途徑，是地球空間環(huán)境探測不可或缺的重要部分。國際子午圈大科學計劃將以地基探測為主。”王赤介紹，地基探測已經(jīng)歷了“站—鏈—區(qū)域網(wǎng)格”的發(fā)展歷程，正向著“全球網(wǎng)絡化”的方向發(fā)展。
為什么要選擇沿東經(jīng)120度—西經(jīng)60度子午圈建設觀測設施，它有什么特別之處？
王赤介紹，與其他經(jīng)線圈相比，東經(jīng)120度—西經(jīng)60度子午圈區(qū)域的陸地最完整，沿這條子午圈部署地基觀測設施，可實現(xiàn)全緯度覆蓋，形成一個閉合的地基“監(jiān)測圈”。
“隨著地球自轉(zhuǎn)，國際子午圈大科學計劃的觀測設施可以對日地空間環(huán)境進行‘三維掃描’，形成不間斷的多尺度立體成像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對空間環(huán)境全緯度、全天候的立體觀測。”王赤解釋道。
解碼空間天氣過程規(guī)律
那么，國際子午圈大科學計劃的觀測設施所進行的“三維掃描”，具體想看清什么？
“該計劃旨在構(gòu)建日地系統(tǒng)全球監(jiān)測鏈，解碼空間天氣過程與規(guī)律。簡單來講，它的科學目標是認知一個系統(tǒng)、厘清兩類影響、破解三大難題。”中國科學院國家空間科學中心研究員張清和解釋，國際子午圈大科學計劃的主要研究對象是地球空間，“一個系統(tǒng)”即地球空間系統(tǒng)。
作為日地空間中與人類活動關(guān)系最為密切的空間區(qū)域，地球空間是指從地表100公里以上到約10個地球半徑的區(qū)域，包括高層大氣、電離層和磁層。這一區(qū)域?qū)θ祟惢顒又陵P(guān)重要，特別是航天飛行、衛(wèi)星通信和導航定位等領(lǐng)域高度依賴地球空間環(huán)境的穩(wěn)定性。國際子午圈多樣化的觀測手段和全球性布局，有望為地球空間系統(tǒng)研究帶來前所未有的突破。
“地球空間環(huán)境就像是太陽和地球之間的一個‘夾心層’，同時受到來自天上和地上兩股力量的拉扯。”張清和說，一方面，是“天上來的影響”，當太陽活動劇烈，比如發(fā)生大爆發(fā)時，它會向地球方向噴出大量物質(zhì)和能量，直接沖擊地球空間，引發(fā)破壞性空間天氣事件；另一方面，是“地上來的影響”，地球上的大地震、火山猛烈噴發(fā)、威力巨大的雷暴和強臺風等活動，會攪動地球空間環(huán)境。國際子午圈大科學計劃要厘清這“兩類影響”。
此外，國際子午圈大科學計劃還要弄清“三大難題”。“這些難題分別是空間環(huán)境全球與典型區(qū)域的多要素多時空尺度特征、太陽大氣爆發(fā)及其在日地空間的傳播和演化、空間天氣與全球氣候變化以及地球自然災害的關(guān)系。”張清和說。
子午工程提供核心基礎(chǔ)
國際子午圈大科學計劃如何實施？
“今年3月，國家重大科技基礎(chǔ)設施——子午工程二期正式通過國家驗收。至此，我國建成了國際上綜合實力最強的空間天氣地基區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)絡。這是國際子午圈大科學計劃實施的核心基礎(chǔ)。”中國科學院國家空間科學中心研究員徐寄遙說。
目前，我國的子午工程沿東經(jīng)100度、120度以及北緯40度、30度這兩縱兩橫布局了31個臺站、282臺監(jiān)測設備，形成對日地空間全圈層的立體式監(jiān)測能力。子午工程還自主研發(fā)了一批國際領(lǐng)先的大型監(jiān)測設備，在空間物理和空間天氣基本物理問題的研究方面發(fā)揮重要作用。
同時，子午工程建設和運行過程中，還培養(yǎng)了一批人才隊伍。“比如，子午工程培育并匯聚了一支在空間物理與空間天氣領(lǐng)域具有國際競爭力、國際視野和國際合作能力的高水平研究團隊，鍛造了一支專業(yè)技術(shù)過硬、勇于創(chuàng)新、具備國際水平的技術(shù)攻關(guān)隊伍，培養(yǎng)了一支具備大型綜合探測系統(tǒng)管理能力的專業(yè)化隊伍。”徐寄遙說，這為國際子午圈大科學計劃的實施奠定了扎實基礎(chǔ)，這批人才有望發(fā)揮核心骨干作用。
“目前，已有36個國際組織和國外科研機構(gòu)與我方簽署了合作協(xié)議或確定了合作意向。”王赤介紹，國際子午圈大科學計劃將至少執(zhí)行11年，搭建世界科學家廣泛參與和密切合作的平臺，完成一個太陽活動周期以上的日地空間環(huán)境探測和研究。
“全球性的布局、多樣化的觀測手段，憑借這些優(yōu)勢，國際子午圈大科學計劃有望助力人類空間天氣研究取得重大突破，為提升全球空間天氣災害應對能力、共同開發(fā)利用空間資源提供科學支撐。”王赤說。
在位于北京懷柔的子午工程綜合信息與運控中心，科研人員在監(jiān)測運行情況。
新華社記者 金立旺攝 圖為子午工程二期大型監(jiān)測設備之行星際閃爍監(jiān)測望遠鏡（無人機照片）。新華社記者 馬金瑞攝
沿東經(jīng)120度、西經(jīng)60度兩條經(jīng)線（子午線）構(gòu)建一個空間天氣“監(jiān)測圈”，對日地空間環(huán)境開展全天候“三維掃描”——這一科學想象即將成為現(xiàn)實。
近日，科學界先行發(fā)起國際子午圈大科學計劃，助力應對全球空間天氣災害。為什么要發(fā)起國際子午圈大科學計劃？該計劃的主要研究內(nèi)容是什么？我國的子午工程將在該計劃中扮演怎樣的角色？帶著這些問題，科技日報記者采訪了相關(guān)專家。
“第四環(huán)境”研究需國際合作
太陽和地球之間的日地空間，是人類航天活動與空間開發(fā)利用的主要區(qū)域，是與陸地、海洋、大氣并列的“第四環(huán)境”。在日地空間中，由太陽活動引發(fā)的、短時間尺度的劇烈環(huán)境變化，被稱為空間天氣。災害性空間天氣事件會對衛(wèi)星、通信、導航及電力系統(tǒng)等關(guān)鍵基礎(chǔ)設施造成嚴重破壞。
“正因為空間天氣是全球性現(xiàn)象，才需要在廣闊的宇宙空間和全球各地進行大量觀測。而這樣的觀測，單靠一個國家的資源和力量是難以完成的，因此空間天氣的監(jiān)測與研究離不開國際合作。”中國科學院院士、中國科學院國家空間科學中心主任王赤告訴記者，發(fā)起國際子午圈大科學計劃，就是為了聯(lián)合全球空間天氣監(jiān)測與研究力量，聚焦空間天氣的物理過程和變化規(guī)律等，開展聯(lián)合科學攻關(guān)。
“由于具有連續(xù)、方便、可控、可信和成本低的優(yōu)勢，地基探測是開展空間天氣監(jiān)測與研究的最行之有效的途徑，是地球空間環(huán)境探測不可或缺的重要部分。國際子午圈大科學計劃將以地基探測為主。”王赤介紹，地基探測已經(jīng)歷了“站—鏈—區(qū)域網(wǎng)格”的發(fā)展歷程，正向著“全球網(wǎng)絡化”的方向發(fā)展。
為什么要選擇沿東經(jīng)120度—西經(jīng)60度子午圈建設觀測設施，它有什么特別之處？
王赤介紹，與其他經(jīng)線圈相比，東經(jīng)120度—西經(jīng)60度子午圈區(qū)域的陸地最完整，沿這條子午圈部署地基觀測設施，可實現(xiàn)全緯度覆蓋，形成一個閉合的地基“監(jiān)測圈”。
“隨著地球自轉(zhuǎn)，國際子午圈大科學計劃的觀測設施可以對日地空間環(huán)境進行‘三維掃描’，形成不間斷的多尺度立體成像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對空間環(huán)境全緯度、全天候的立體觀測。”王赤解釋道。
解碼空間天氣過程規(guī)律
那么，國際子午圈大科學計劃的觀測設施所進行的“三維掃描”，具體想看清什么？
“該計劃旨在構(gòu)建日地系統(tǒng)全球監(jiān)測鏈，解碼空間天氣過程與規(guī)律。簡單來講，它的科學目標是認知一個系統(tǒng)、厘清兩類影響、破解三大難題。”中國科學院國家空間科學中心研究員張清和解釋，國際子午圈大科學計劃的主要研究對象是地球空間，“一個系統(tǒng)”即地球空間系統(tǒng)。
作為日地空間中與人類活動關(guān)系最為密切的空間區(qū)域，地球空間是指從地表100公里以上到約10個地球半徑的區(qū)域，包括高層大氣、電離層和磁層。這一區(qū)域?qū)θ祟惢顒又陵P(guān)重要，特別是航天飛行、衛(wèi)星通信和導航定位等領(lǐng)域高度依賴地球空間環(huán)境的穩(wěn)定性。國際子午圈多樣化的觀測手段和全球性布局，有望為地球空間系統(tǒng)研究帶來前所未有的突破。
“地球空間環(huán)境就像是太陽和地球之間的一個‘夾心層’，同時受到來自天上和地上兩股力量的拉扯。”張清和說，一方面，是“天上來的影響”，當太陽活動劇烈，比如發(fā)生大爆發(fā)時，它會向地球方向噴出大量物質(zhì)和能量，直接沖擊地球空間，引發(fā)破壞性空間天氣事件；另一方面，是“地上來的影響”，地球上的大地震、火山猛烈噴發(fā)、威力巨大的雷暴和強臺風等活動，會攪動地球空間環(huán)境。國際子午圈大科學計劃要厘清這“兩類影響”。
此外，國際子午圈大科學計劃還要弄清“三大難題”。“這些難題分別是空間環(huán)境全球與典型區(qū)域的多要素多時空尺度特征、太陽大氣爆發(fā)及其在日地空間的傳播和演化、空間天氣與全球氣候變化以及地球自然災害的關(guān)系。”張清和說。
子午工程提供核心基礎(chǔ)
國際子午圈大科學計劃如何實施？
“今年3月，國家重大科技基礎(chǔ)設施——子午工程二期正式通過國家驗收。至此，我國建成了國際上綜合實力最強的空間天氣地基區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)絡。這是國際子午圈大科學計劃實施的核心基礎(chǔ)。”中國科學院國家空間科學中心研究員徐寄遙說。
目前，我國的子午工程沿東經(jīng)100度、120度以及北緯40度、30度這兩縱兩橫布局了31個臺站、282臺監(jiān)測設備，形成對日地空間全圈層的立體式監(jiān)測能力。子午工程還自主研發(fā)了一批國際領(lǐng)先的大型監(jiān)測設備，在空間物理和空間天氣基本物理問題的研究方面發(fā)揮重要作用。
同時，子午工程建設和運行過程中，還培養(yǎng)了一批人才隊伍。“比如，子午工程培育并匯聚了一支在空間物理與空間天氣領(lǐng)域具有國際競爭力、國際視野和國際合作能力的高水平研究團隊，鍛造了一支專業(yè)技術(shù)過硬、勇于創(chuàng)新、具備國際水平的技術(shù)攻關(guān)隊伍，培養(yǎng)了一支具備大型綜合探測系統(tǒng)管理能力的專業(yè)化隊伍。”徐寄遙說，這為國際子午圈大科學計劃的實施奠定了扎實基礎(chǔ)，這批人才有望發(fā)揮核心骨干作用。
“目前，已有36個國際組織和國外科研機構(gòu)與我方簽署了合作協(xié)議或確定了合作意向。”王赤介紹，國際子午圈大科學計劃將至少執(zhí)行11年，搭建世界科學家廣泛參與和密切合作的平臺，完成一個太陽活動周期以上的日地空間環(huán)境探測和研究。
“全球性的布局、多樣化的觀測手段，憑借這些優(yōu)勢，國際子午圈大科學計劃有望助力人類空間天氣研究取得重大突破，為提升全球空間天氣災害應對能力、共同開發(fā)利用空間資源提供科學支撐。”王赤說。
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