在位于北京怀柔的子午工程综合信息与运控中心，科研人员在监测运行情况。
新华社记者 金立旺摄 图为子午工程二期大型监测设备之行星际闪烁监测望远镜（无人机照片）。新华社记者 马金瑞摄
沿东经120度、西经60度两条经线（子午线）构建一个空间天气“监测圈”，对日地空间环境开展全天候“三维扫描”——这一科学想象即将成为现实。
近日，科学界先行发起国际子午圈大科学计划，助力应对全球空间天气灾害。为什么要发起国际子午圈大科学计划？该计划的主要研究内容是什么？我国的子午工程将在该计划中扮演怎样的角色？带着这些问题，科技日报记者采访了相关专家。
“第四环境”研究需国际合作
太阳和地球之间的日地空间，是人类航天活动与空间开发利用的主要区域，是与陆地、海洋、大气并列的“第四环境”。在日地空间中，由太阳活动引发的、短时间尺度的剧烈环境变化，被称为空间天气。灾害性空间天气事件会对卫星、通信、导航及电力系统等关键基础设施造成严重破坏。
“正因为空间天气是全球性现象，才需要在广阔的宇宙空间和全球各地进行大量观测。而这样的观测，单靠一个国家的资源和力量是难以完成的，因此空间天气的监测与研究离不开国际合作。”中国科学院院士、中国科学院国家空间科学中心主任王赤告诉记者，发起国际子午圈大科学计划，就是为了联合全球空间天气监测与研究力量，聚焦空间天气的物理过程和变化规律等，开展联合科学攻关。
“由于具有连续、方便、可控、可信和成本低的优势，地基探测是开展空间天气监测与研究的最行之有效的途径，是地球空间环境探测不可或缺的重要部分。国际子午圈大科学计划将以地基探测为主。”王赤介绍，地基探测已经历了“站—链—区域网格”的发展历程，正向着“全球网络化”的方向发展。
为什么要选择沿东经120度—西经60度子午圈建设观测设施，它有什么特别之处？
王赤介绍，与其他经线圈相比，东经120度—西经60度子午圈区域的陆地最完整，沿这条子午圈部署地基观测设施，可实现全纬度覆盖，形成一个闭合的地基“监测圈”。
“随着地球自转，国际子午圈大科学计划的观测设施可以对日地空间环境进行‘三维扫描’，形成不间断的多尺度立体成像数据，实现对空间环境全纬度、全天候的立体观测。”王赤解释道。
解码空间天气过程规律
那么，国际子午圈大科学计划的观测设施所进行的“三维扫描”，具体想看清什么？
“该计划旨在构建日地系统全球监测链，解码空间天气过程与规律。简单来讲，它的科学目标是认知一个系统、厘清两类影响、破解三大难题。”中国科学院国家空间科学中心研究员张清和解释，国际子午圈大科学计划的主要研究对象是地球空间，“一个系统”即地球空间系统。
作为日地空间中与人类活动关系最为密切的空间区域，地球空间是指从地表100公里以上到约10个地球半径的区域，包括高层大气、电离层和磁层。这一区域对人类活动至关重要，特别是航天飞行、卫星通信和导航定位等领域高度依赖地球空间环境的稳定性。国际子午圈多样化的观测手段和全球性布局，有望为地球空间系统研究带来前所未有的突破。
“地球空间环境就像是太阳和地球之间的一个‘夹心层’，同时受到来自天上和地上两股力量的拉扯。”张清和说，一方面，是“天上来的影响”，当太阳活动剧烈，比如发生大爆发时，它会向地球方向喷出大量物质和能量，直接冲击地球空间，引发破坏性空间天气事件；另一方面，是“地上来的影响”，地球上的大地震、火山猛烈喷发、威力巨大的雷暴和强台风等活动，会搅动地球空间环境。国际子午圈大科学计划要厘清这“两类影响”。
此外，国际子午圈大科学计划还要弄清“三大难题”。“这些难题分别是空间环境全球与典型区域的多要素多时空尺度特征、太阳大气爆发及其在日地空间的传播和演化、空间天气与全球气候变化以及地球自然灾害的关系。”张清和说。
子午工程提供核心基础
国际子午圈大科学计划如何实施？
“今年3月，国家重大科技基础设施——子午工程二期正式通过国家验收。至此，我国建成了国际上综合实力最强的空间天气地基区域监测网络。这是国际子午圈大科学计划实施的核心基础。”中国科学院国家空间科学中心研究员徐寄遥说。
目前，我国的子午工程沿东经100度、120度以及北纬40度、30度这两纵两横布局了31个台站、282台监测设备，形成对日地空间全圈层的立体式监测能力。子午工程还自主研发了一批国际领先的大型监测设备，在空间物理和空间天气基本物理问题的研究方面发挥重要作用。
同时，子午工程建设和运行过程中，还培养了一批人才队伍。“比如，子午工程培育并汇聚了一支在空间物理与空间天气领域具有国际竞争力、国际视野和国际合作能力的高水平研究团队，锻造了一支专业技术过硬、勇于创新、具备国际水平的技术攻关队伍，培养了一支具备大型综合探测系统管理能力的专业化队伍。”徐寄遥说，这为国际子午圈大科学计划的实施奠定了扎实基础，这批人才有望发挥核心骨干作用。
“目前，已有36个国际组织和国外科研机构与我方签署了合作协议或确定了合作意向。”王赤介绍，国际子午圈大科学计划将至少执行11年，搭建世界科学家广泛参与和密切合作的平台，完成一个太阳活动周期以上的日地空间环境探测和研究。
“全球性的布局、多样化的观测手段，凭借这些优势，国际子午圈大科学计划有望助力人类空间天气研究取得重大突破，为提升全球空间天气灾害应对能力、共同开发利用空间资源提供科学支撑。”王赤说。
在位于北京怀柔的子午工程综合信息与运控中心，科研人员在监测运行情况。
新华社记者 金立旺摄 图为子午工程二期大型监测设备之行星际闪烁监测望远镜（无人机照片）。新华社记者 马金瑞摄
沿东经120度、西经60度两条经线（子午线）构建一个空间天气“监测圈”，对日地空间环境开展全天候“三维扫描”——这一科学想象即将成为现实。
近日，科学界先行发起国际子午圈大科学计划，助力应对全球空间天气灾害。为什么要发起国际子午圈大科学计划？该计划的主要研究内容是什么？我国的子午工程将在该计划中扮演怎样的角色？带着这些问题，科技日报记者采访了相关专家。
“第四环境”研究需国际合作
太阳和地球之间的日地空间，是人类航天活动与空间开发利用的主要区域，是与陆地、海洋、大气并列的“第四环境”。在日地空间中，由太阳活动引发的、短时间尺度的剧烈环境变化，被称为空间天气。灾害性空间天气事件会对卫星、通信、导航及电力系统等关键基础设施造成严重破坏。
“正因为空间天气是全球性现象，才需要在广阔的宇宙空间和全球各地进行大量观测。而这样的观测，单靠一个国家的资源和力量是难以完成的，因此空间天气的监测与研究离不开国际合作。”中国科学院院士、中国科学院国家空间科学中心主任王赤告诉记者，发起国际子午圈大科学计划，就是为了联合全球空间天气监测与研究力量，聚焦空间天气的物理过程和变化规律等，开展联合科学攻关。
“由于具有连续、方便、可控、可信和成本低的优势，地基探测是开展空间天气监测与研究的最行之有效的途径，是地球空间环境探测不可或缺的重要部分。国际子午圈大科学计划将以地基探测为主。”王赤介绍，地基探测已经历了“站—链—区域网格”的发展历程，正向着“全球网络化”的方向发展。
为什么要选择沿东经120度—西经60度子午圈建设观测设施，它有什么特别之处？
王赤介绍，与其他经线圈相比，东经120度—西经60度子午圈区域的陆地最完整，沿这条子午圈部署地基观测设施，可实现全纬度覆盖，形成一个闭合的地基“监测圈”。
“随着地球自转，国际子午圈大科学计划的观测设施可以对日地空间环境进行‘三维扫描’，形成不间断的多尺度立体成像数据，实现对空间环境全纬度、全天候的立体观测。”王赤解释道。
解码空间天气过程规律
那么，国际子午圈大科学计划的观测设施所进行的“三维扫描”，具体想看清什么？
“该计划旨在构建日地系统全球监测链，解码空间天气过程与规律。简单来讲，它的科学目标是认知一个系统、厘清两类影响、破解三大难题。”中国科学院国家空间科学中心研究员张清和解释，国际子午圈大科学计划的主要研究对象是地球空间，“一个系统”即地球空间系统。
作为日地空间中与人类活动关系最为密切的空间区域，地球空间是指从地表100公里以上到约10个地球半径的区域，包括高层大气、电离层和磁层。这一区域对人类活动至关重要，特别是航天飞行、卫星通信和导航定位等领域高度依赖地球空间环境的稳定性。国际子午圈多样化的观测手段和全球性布局，有望为地球空间系统研究带来前所未有的突破。
“地球空间环境就像是太阳和地球之间的一个‘夹心层’，同时受到来自天上和地上两股力量的拉扯。”张清和说，一方面，是“天上来的影响”，当太阳活动剧烈，比如发生大爆发时，它会向地球方向喷出大量物质和能量，直接冲击地球空间，引发破坏性空间天气事件；另一方面，是“地上来的影响”，地球上的大地震、火山猛烈喷发、威力巨大的雷暴和强台风等活动，会搅动地球空间环境。国际子午圈大科学计划要厘清这“两类影响”。
此外，国际子午圈大科学计划还要弄清“三大难题”。“这些难题分别是空间环境全球与典型区域的多要素多时空尺度特征、太阳大气爆发及其在日地空间的传播和演化、空间天气与全球气候变化以及地球自然灾害的关系。”张清和说。
子午工程提供核心基础
国际子午圈大科学计划如何实施？
“今年3月，国家重大科技基础设施——子午工程二期正式通过国家验收。至此，我国建成了国际上综合实力最强的空间天气地基区域监测网络。这是国际子午圈大科学计划实施的核心基础。”中国科学院国家空间科学中心研究员徐寄遥说。
目前，我国的子午工程沿东经100度、120度以及北纬40度、30度这两纵两横布局了31个台站、282台监测设备，形成对日地空间全圈层的立体式监测能力。子午工程还自主研发了一批国际领先的大型监测设备，在空间物理和空间天气基本物理问题的研究方面发挥重要作用。
同时，子午工程建设和运行过程中，还培养了一批人才队伍。“比如，子午工程培育并汇聚了一支在空间物理与空间天气领域具有国际竞争力、国际视野和国际合作能力的高水平研究团队，锻造了一支专业技术过硬、勇于创新、具备国际水平的技术攻关队伍，培养了一支具备大型综合探测系统管理能力的专业化队伍。”徐寄遥说，这为国际子午圈大科学计划的实施奠定了扎实基础，这批人才有望发挥核心骨干作用。
“目前，已有36个国际组织和国外科研机构与我方签署了合作协议或确定了合作意向。”王赤介绍，国际子午圈大科学计划将至少执行11年，搭建世界科学家广泛参与和密切合作的平台，完成一个太阳活动周期以上的日地空间环境探测和研究。
“全球性的布局、多样化的观测手段，凭借这些优势，国际子午圈大科学计划有望助力人类空间天气研究取得重大突破，为提升全球空间天气灾害应对能力、共同开发利用空间资源提供科学支撑。”王赤说。
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