中國子午工程二期預(yù)計(jì)于今年年底完成建設(shè)任務(wù)，屆時(shí)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(gè)國家和地區(qū)的數(shù)千臺(tái)科學(xué)儀器，將協(xié)調(diào)形成對(duì)地球空間環(huán)境進(jìn)行觀測的地基探測網(wǎng)絡(luò)。這項(xiàng)基于中國子午工程拓展的“國際子午圈大科學(xué)計(jì)劃”，將實(shí)現(xiàn)對(duì)地球空間天氣的實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)報(bào)，推動(dòng)人類社會(huì)解開更多空間奧秘。

浩瀚星空中，天體在各自軌道上運(yùn)動(dòng)，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(duì)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(jī)總量的10%，對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行、導(dǎo)航、通信、電網(wǎng)等造成嚴(yán)重干擾。

為了解空間天氣變化規(guī)律，更好地監(jiān)測和保護(hù)地球，科學(xué)家們進(jìn)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(duì)能量如何從高緯（地球磁層外部）擴(kuò)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(dòng)，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(yùn)行多達(dá)44種、近300臺(tái)儀器，能夠同時(shí)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(shí)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(jìn)一步進(jìn)行空間探索保駕護(hù)航，另一方面通過及時(shí)預(yù)報(bào)與防范，可以大大減小太陽和地球?yàn)?zāi)害性活動(dòng)對(duì)天基和地基技術(shù)系統(tǒng)的影響，保障數(shù)字化社會(huì)的順利運(yùn)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(jì)劃”，來自中國、巴西、俄羅斯、泰國、法國、美國等國的研究機(jī)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(jì)劃用數(shù)千臺(tái)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(gè)小時(shí)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(diǎn)、對(duì)關(guān)鍵過程進(jìn)行詳細(xì)診斷。同時(shí)，數(shù)千臺(tái)不同種類的儀器設(shè)備相互定標(biāo)，把全網(wǎng)絡(luò)的測量絕對(duì)基準(zhǔn)維持在一個(gè)穩(wěn)定精準(zhǔn)的基線上，不斷完善地球環(huán)境監(jiān)測能力指標(biāo)。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(duì)地球大氣的作用大幅增強(qiáng)。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(jì)劃”標(biāo)志著“空間天氣+”時(shí)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(dòng)也對(duì)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(rèn)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(duì)地球的“皮膚”造成反復(fù)“灼傷”，留下“疤痕”。它會(huì)不會(huì)進(jìn)一步引起質(zhì)變？會(huì)不會(huì)影響全球變暖進(jìn)程？這是空間天氣與全球氣候變化的一個(gè)重要學(xué)科交叉，蘊(yùn)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）