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中國子午工程二期預(yù)計于今年年底完成建設(shè)任務(wù)，屆時中國將建成世界上規(guī)模最大的空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)。從2024年開始，在跨越東經(jīng)120度、西經(jīng)60度的子午圈上，沿線幾十個國家和地區(qū)的數(shù)千臺科學(xué)儀器，將協(xié)調(diào)形成對地球空間環(huán)境進行觀測的地基探測網(wǎng)絡(luò)。這項基于中國子午工程拓展的“國際子午圈大科學(xué)計劃”，將實現(xiàn)對地球空間天氣的實時監(jiān)測和預(yù)報，推動人類社會解開更多空間奧秘。

浩瀚星空中，天體在各自軌道上運動，其間既存在穩(wěn)定和秩序，也面臨不期而至的風(fēng)暴和未解之謎。大氣就像地球的皮膚一樣，在太陽輻射、太陽風(fēng)、宇宙射線與地球磁場的相互作用中取得精微平衡。以上任何因素的變化，都可能破壞地球平衡，導(dǎo)致大氣能量調(diào)節(jié)紊亂。特別是來自太陽物質(zhì)性爆發(fā)的空間天氣，對人類生活影響較大。有研究表明，來自太陽的高溫高速物質(zhì)可以撞開地球磁場形成的屏障，把大量能量灌注到地球大氣，峰值可以超過全球電力裝機總量的10%，對衛(wèi)星運行、導(dǎo)航、通信、電網(wǎng)等造成嚴重干擾。

為了解空間天氣變化規(guī)律，更好地監(jiān)測和保護地球，科學(xué)家們進行了不斷探索。2008年，中國科學(xué)家開啟子午工程一期建設(shè)。通過監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，子午工程一期對能量如何從高緯（地球磁層外部）擴散到低緯（磁層內(nèi)部）的研究，跨出了全球性空間天氣研究的第一步。2018年，子午工程二期啟動，旨在將空間天氣的觀測覆蓋到從太陽到地球的全過程。完工后，子午工程一期和二期將運行多達44種、近300臺儀器，能夠同時覆蓋色球、日冕、太陽風(fēng)、磁層、電離層、中高層大氣，一直到低層大氣。太陽與地球相聯(lián)系的“無形紐帶”，在子午工程的“千里眼”下可以變得清晰可見：空間天氣何時可能襲擊衛(wèi)星和空間站、擾亂電離層及衛(wèi)星導(dǎo)航通信，能量傳播、耦合與爆發(fā)又是怎樣危及國際航線和電網(wǎng)的……這些研究成果一方面為人類進一步進行空間探索保駕護航，另一方面通過及時預(yù)報與防范，可以大大減小太陽和地球災(zāi)害性活動對天基和地基技術(shù)系統(tǒng)的影響，保障數(shù)字化社會的順利運行。

空間天氣是全球性問題，需要全球合力參與。從2010年開始，數(shù)百位國際科學(xué)家規(guī)劃了“國際子午圈大科學(xué)計劃”，來自中國、巴西、俄羅斯、泰國、法國、美國等國的研究機構(gòu)積極支持和參與。從中國的子午工程起步，國際子午圈把跨越東經(jīng)120度、西經(jīng)60度的大子午圈利用起來，計劃用數(shù)千臺地基儀器把地球空間變?yōu)槲锢硇畔⒌娜S網(wǎng)格，借助地球自轉(zhuǎn)，每12個小時生成一張“核磁共振圖像”?？茖W(xué)衛(wèi)星穿行其間，在關(guān)鍵格點、對關(guān)鍵過程進行詳細診斷。同時，數(shù)千臺不同種類的儀器設(shè)備相互定標，把全網(wǎng)絡(luò)的測量絕對基準維持在一個穩(wěn)定精準的基線上，不斷完善地球環(huán)境監(jiān)測能力指標。例如，地球磁場現(xiàn)在以每百年10%的速率衰減，導(dǎo)致太陽能量粒子和宇宙射線對地球大氣的作用大幅增強。這一變化是否影響氣候及其他環(huán)境因素，需要國際子午圈這樣長期、穩(wěn)定和綜合的全球性觀測來判別。

“國際子午圈大科學(xué)計劃”標志著“空間天氣+”時代的開始。除了來自太陽的能量爆發(fā)，颶風(fēng)、火山、海洋與大氣環(huán)流、地震乃至人類活動也對空間天氣造成影響。以上多重影響的合力過程使得空間天氣比已有認知復(fù)雜得多，影響域也大很多。如果把大氣比作地球的皮膚，那么“皮膚”與外界的能量平衡將決定地球表面的溫度。一方面，地表溫度因溫室氣體排放而緩慢升高；另一方面，空間天氣的短期激變對地球的“皮膚”造成反復(fù)“灼傷”，留下“疤痕”。它會不會進一步引起質(zhì)變？會不會影響全球變暖進程？這是空間天氣與全球氣候變化的一個重要學(xué)科交叉，蘊藏著豐富的、有待解決的科學(xué)問題，等待全人類合力探索。

（作者為中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員）