守護(hù)地球最牛的“井”字 “超級(jí)CT”捕捉太空風(fēng)云變化

央視網(wǎng)消息：我們常說(shuō)的天氣是指陰晴雨雪，在空間環(huán)境里也有“天氣”，它指的是太陽(yáng)上出現(xiàn)的一系列爆發(fā)現(xiàn)象，引起日地空間環(huán)境的等離子體、磁場(chǎng)、輻射、電離等空間環(huán)境狀態(tài)發(fā)生的變化。3月21日，面向空間天氣研究的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——子午工程二期順利通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，與子午工程一期組成了世界最大的空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)，標(biāo)志著我國(guó)空間環(huán)境地基監(jiān)測(cè)能力躍居世界領(lǐng)先地位。

我國(guó)建成世界最大空間環(huán)境地基監(jiān)測(cè)網(wǎng)

子午工程是我國(guó)空間天氣領(lǐng)域的首個(gè)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，一期于2012年正式運(yùn)行，此次驗(yàn)收的子午工程二期于2019年開工建設(shè)，在一期的基礎(chǔ)上新增16個(gè)臺(tái)站、195臺(tái)(套)監(jiān)測(cè)設(shè)備，與一期工程協(xié)同，監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)太陽(yáng)耀斑、日冕物質(zhì)拋射、磁暴等空間天氣事件，保障航天、通信、導(dǎo)航等高技術(shù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

中國(guó)科學(xué)院院士、子午工程二期總指揮王赤介紹，子午工程一期主要是以“鏈”為主，子午工程二期，把一橫一豎的鏈?zhǔn)降慕Y(jié)構(gòu)變成了兩豎兩橫的一個(gè)“井”字形的監(jiān)測(cè)網(wǎng)。31個(gè)綜合臺(tái)站，近300套空間環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備共同構(gòu)成了國(guó)際上覆蓋范圍最廣，監(jiān)測(cè)要素最全，綜合監(jiān)測(cè)能力最強(qiáng)的一個(gè)地基的空間環(huán)境的監(jiān)測(cè)網(wǎng)。通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收之后，標(biāo)志著我們所有的設(shè)備都已經(jīng)工作正常，從建設(shè)階段正式進(jìn)入到科學(xué)運(yùn)行的階段。

建成一批重大設(shè)備 將推進(jìn)國(guó)際子午圈大科學(xué)計(jì)劃

子午工程二期建成了一批重大空間天氣監(jiān)測(cè)設(shè)備，如全球最大的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡——圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡;國(guó)際首臺(tái)全季節(jié)觀測(cè)陣列式大口徑激光雷達(dá)，還有全球探測(cè)能力最強(qiáng)的相控陣非相干散射雷達(dá)等，技術(shù)指標(biāo)達(dá)均到國(guó)際先進(jìn)水平。

按照邊建設(shè)、邊運(yùn)行、邊產(chǎn)出的原則，子午工程一期和二期已融合運(yùn)行，持續(xù)產(chǎn)出系列成果。在試運(yùn)行期間，子午工程二期展現(xiàn)出卓越性能，如成功捕捉到2024年5月超級(jí)磁暴事件，完整記錄日地空間環(huán)境對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)響應(yīng)的全過(guò)程，展現(xiàn)了其對(duì)空間天氣事件的快速、高精度、全局監(jiān)測(cè)能力。

王赤介紹，試運(yùn)行期間，已經(jīng)獲得了大量的第一手資料，也支撐保障了60多項(xiàng)國(guó)家重大航天活動(dòng)。未來(lái)將和天基的空間天氣衛(wèi)星，構(gòu)成天地一體化的空間天氣綜合監(jiān)測(cè)體系。拓展國(guó)際合作，推動(dòng)國(guó)際子午圈大科學(xué)計(jì)劃。形成在全球范圍內(nèi)對(duì)太陽(yáng)活動(dòng)、地球空間環(huán)境的CT掃描系統(tǒng)，共同應(yīng)對(duì)空間天氣的全球性挑戰(zhàn)。

極光越美麗地球越危險(xiǎn) 子午工程守護(hù)地球

子午工程的研究對(duì)象——太陽(yáng)活動(dòng)，對(duì)我們影響到底有多大?極光越美麗地球越危險(xiǎn)么?地磁暴會(huì)讓生物鐘紊亂嗎?

2024年開始，幾波超美的極光是刷爆了大家的朋友圈，讓很多人是一飽眼福。但這其實(shí)是太陽(yáng)活動(dòng)越來(lái)越“暴躁”的一個(gè)信號(hào)，太陽(yáng)活動(dòng)每11年一個(gè)周期，現(xiàn)在正是它的頂峰、也就是高燃時(shí)刻。

這個(gè)屏幕上有幾張圖和我們平時(shí)看到的太陽(yáng)的圖像很不一樣。這個(gè)綠色其實(shí)是在一個(gè)特定的波段拍攝的太陽(yáng)的圖像，更為重要的是2024年5月、10月、12月三次太陽(yáng)上都有非常明顯的亮斑，這就叫太陽(yáng)耀斑。太陽(yáng)耀斑看起來(lái)和極光一樣，貌似有點(diǎn)美麗，但這種美麗其實(shí)非�？膳�。因?yàn)樗�每一次劇烈的活�?dòng)釋放的能量相當(dāng)于上百億枚氫彈爆炸的能量，可以輕松地穿越1.5億公里的日地距離直擊地球，可以說(shuō)太陽(yáng)一打噴嚏，地球就會(huì)跟著發(fā)燒。

太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球的三輪轟擊究竟有多猛?

首先第一輪是電磁的閃電戰(zhàn)，太陽(yáng)耀斑爆發(fā)之后大概8分鐘左右的時(shí)間，X射線、紫外射線等就會(huì)以光速轟擊地球。后果可能就是導(dǎo)航失靈、通訊中斷，甚至有可能導(dǎo)航誤差大的時(shí)候達(dá)到上百米。

第二輪就是高能粒子的突襲，大概幾個(gè)小時(shí)之后，高能粒子就會(huì)抵達(dá)到地球附近，這個(gè)時(shí)候影響最大的就是航天器。據(jù)研究顯示，約有四分之一的航天器故障都和這一輪的襲擊有關(guān)。

第三輪是，等離子體的大轟炸，這個(gè)時(shí)候幾天之后可能有上百億噸的等離子體會(huì)轟擊地球。極光就是在這個(gè)時(shí)候出現(xiàn)的，可能會(huì)造成比如說(shuō)電網(wǎng)癱瘓，高鐵和輸油管線等一系列的設(shè)備的故障。

有人會(huì)說(shuō)，這個(gè)期間會(huì)感覺自己生物鐘有些紊亂，甚至有些嗜睡，這是真的嗎?

太陽(yáng)活動(dòng)與空間天氣全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任羅冰顯介紹，這可能更多是大家幽默的一個(gè)調(diào)侃。地磁暴雖然會(huì)造成地磁場(chǎng)的擾動(dòng)，但是在地面上它的擾動(dòng)級(jí)別也就是平常地磁場(chǎng)強(qiáng)度的1%。目前，研究表明對(duì)我們?nèi)梭w基本沒什么影響。

大家可能還會(huì)好奇，這么美麗的極光今年是不是還能再見到?

未來(lái)兩年是有很大的概率還會(huì)繼續(xù)見到。目前正是處在太陽(yáng)活動(dòng)高年，如果磁暴夠強(qiáng)的話，比如說(shuō)漠河、新疆甚至北京再看到極光還是有可能的。

為了全方位監(jiān)測(cè)太陽(yáng)的一舉一動(dòng)，中國(guó)科學(xué)院空間中心的科學(xué)家們是花了10多年的時(shí)間，在地球上是沿著東經(jīng)120度、北緯30度、東經(jīng)100度、北緯40度這樣兩縱兩橫很明顯的一個(gè)“井”字形，布局了31個(gè)臺(tái)站近300臺(tái)設(shè)備，是首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)日地空間環(huán)境全圈層多要素的這樣一個(gè)立體式綜合式探測(cè)。應(yīng)該說(shuō)，這是中國(guó)覆蓋面積最廣的一個(gè)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，也是中國(guó)地圖上守護(hù)地球最牛的一個(gè)“井”字。

子午工程二期3月21日通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收

3月21日，面向空間天氣研究的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——子午工程二期順利通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，與子午工程一期組成了世界最大的空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)，將顯著提升我國(guó)空間天氣預(yù)報(bào)預(yù)警能力。子午工程二期通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，標(biāo)志著子午工程從建設(shè)階段正式進(jìn)入到科學(xué)運(yùn)行的階段，我國(guó)空間環(huán)境地基監(jiān)測(cè)能力躍居世界領(lǐng)先地位。

為何命名為子午工程?

作為中國(guó)空間天氣領(lǐng)域的首個(gè)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，為什么命名為“子午工程”?探測(cè)太空的風(fēng)云變幻，為什么要在地面上建設(shè)如此大規(guī)模的空間環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)?

王赤介紹，研究空間天氣的現(xiàn)象，更多的是要研究空間的帶電粒子，帶電粒子它是要受磁場(chǎng)控制的，沿著磁力線傳播。在地球上，磁力線基本上是沿著子午線來(lái)分布的，沿著經(jīng)線來(lái)分布。要沿著磁力線、沿著沿著子午圈來(lái)布局臺(tái)站，所以稱之為子午工程。

子午工程與衛(wèi)星共同構(gòu)建天地一體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)

王赤院士介紹，空間天氣監(jiān)測(cè)主要分為天基和地基監(jiān)測(cè)兩種方式。天基探測(cè)多采用衛(wèi)星等飛行器在空中進(jìn)行探測(cè)，既能實(shí)現(xiàn)遙感探測(cè)，也能通過(guò)就位探測(cè)實(shí)現(xiàn)身臨其境。但受到軌道、重量、功耗、壽命的種種限制，天基探測(cè)遠(yuǎn)不能滿足時(shí)空變化極為復(fù)雜的空間環(huán)境研究的需要。

“超級(jí)CT”如何掃描捕捉太空風(fēng)云變化?

太陽(yáng)爆發(fā)威力巨大，由于噴發(fā)出的能量和物質(zhì)速度不同，會(huì)對(duì)地球形成多輪打擊。被喻為地面“超級(jí)CT”的子午工程，是如何調(diào)動(dòng)各種設(shè)備及時(shí)捕捉太空中的天氣變化，作出預(yù)報(bào)預(yù)警的?

太陽(yáng)爆發(fā)時(shí)，第一輪到達(dá)地球的有我們?nèi)庋劭床坏降淖贤饩�、X射線，也有可見光。盡管太陽(yáng)輻射的增加不會(huì)對(duì)地球造成太大影響，人們甚至也難以察覺，但子午工程的諸多設(shè)備卻能敏銳察覺到太陽(yáng)的異常。比如位于云南麗江的光譜成像日冕儀，它可以在強(qiáng)烈的太陽(yáng)背景輻射中過(guò)濾掉雜波，找到太陽(yáng)耀斑爆發(fā)時(shí)可見光波段光線的增加。

當(dāng)?shù)谝惠喌膹?qiáng)光被探測(cè)到后，子午工程運(yùn)控中心就會(huì)調(diào)集相關(guān)設(shè)備掃描太陽(yáng)，尋找“事發(fā)區(qū)域”。但太陽(yáng)距離地球有1.5億公里，這么遠(yuǎn)的距離搜索一小塊耀斑區(qū)域并不容易。這時(shí)，位于四川稻城的圓環(huán)陣太陽(yáng)射電成像望遠(yuǎn)鏡就會(huì)發(fā)揮作用。313個(gè)直徑6米的天線，像向日葵一樣同時(shí)面向太陽(yáng)，形成虛擬超大口徑的望遠(yuǎn)鏡。

多設(shè)備接力配合 實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)到地球立體監(jiān)測(cè)

圓環(huán)陣望遠(yuǎn)鏡只能監(jiān)測(cè)從太陽(yáng)表面外5個(gè)太陽(yáng)半徑左右的空間，太陽(yáng)與地球間的距離大概相當(dāng)于200多個(gè)太陽(yáng)半徑，太陽(yáng)拋射的物質(zhì)再往外會(huì)如何行進(jìn)，是否會(huì)影響地球?子午工程怎樣獲取更多信息?

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員、子午工程二期總工程師徐寄遙介紹，太陽(yáng)可以無(wú)時(shí)無(wú)刻的爆發(fā)，但是因?yàn)橛行行请H的磁場(chǎng)等，還有地球、太陽(yáng)的旋轉(zhuǎn)，會(huì)使得它整個(gè)拋射物會(huì)在運(yùn)行當(dāng)中是一個(gè)曲線的形式。不是所有的都能打到地球上去，所以到了后邊，就要用到行星際閃爍望遠(yuǎn)鏡去來(lái)捕捉。經(jīng)過(guò)一系列的計(jì)算，就知道大概日冕物質(zhì)拋射它的速度是多少，它的方向是什么樣子，是不是沖我們而來(lái)的，使得預(yù)報(bào)的精確度就更加提高。

當(dāng)日冕拋射物質(zhì)進(jìn)入近地空間，更多子午工程的地面設(shè)備開展協(xié)同探測(cè)。比如，在海南三亞有非相干散射雷達(dá)對(duì)低緯地區(qū)的電離層進(jìn)行觀測(cè)。此外，還有采用光學(xué)、地磁等不同手段，比如位于新疆、內(nèi)蒙古、吉林的中緯高頻雷達(dá)，位于海南儋州的陣列式大口徑激光雷達(dá)等大科學(xué)裝置。