揭秘子午工程：地基观测全球领先 独一无二

新闻背景

我国空间科学领域首个国家重大科技基础设施项目——东半球空间环境地基综合监测子午链（简称子午工程），10月23日在京通过国家验收。这标志着该项目自2008年1月开工以来，历时四年多的工程建设已进入正式运行，履行监测日地空间环境、服务空间天气预报的使命。

空间天气影响日益重要

空间是21世纪人类航天、通信和空间军事等高科技活动的重要场所，空间环境是除陆地、海洋、大气之外，人类必须认真面对的第四环境。

简单地说，空间环境指地球表面20公里至30公里以上的中高层大气、电离层、磁层、行星际空间和太阳大气。更进一步，人们把源于太阳的空间环境的变化称为空间天气。如同天气变化深刻影响着人类日常生活一样，空间天气亦与我们的生存环境紧密相关，它已影响人类航天设施和地基技术系统，如电波传播、卫星运行、电力等长距离管网的安全等。揭示天公“变脸”的奥秘，亟需对日地空间环境进行天地一体化的综合监测与研究。

认知并占领空间这一战略制高点，有效规避或减轻灾害性空间天气事件对经济社会发展和航天事业带来的风险和损失，已经成为现代社会亟需采取的行动、各个空间大国的国家行为。为整合我国的空间环境地基监测资源，子午工程应运而生。

子午工程是中国科学家独创

子午工程是“东半球空间环境地基综合监测子午链”国家重大科技基础设施项目的简称，它沿东经120°子午线附近，利用北起漠河，经北京、武汉，南至海南并延伸到南极中山站，以及东起上海，经武汉西至拉萨的沿北纬30°线附近现有的15个综合性监测台站，建成一个以链为主、链网结合的地基空间环境监测网络。随着地球自转，子午圈上的空间环境将经历白天和黑夜的变化，实现对地球上空的空间环境的全球扫描。因此沿子午线配置空间环境监测链，对于了解近地空间环境全球结构的变化规律具有重要科学意义。

我国空间环境的地基监测历史悠久，在1957年就积极参加国际地球物理年的联测活动，但是这些观测多属单个台站进行的孤立监测，没有形成协调统一的观测体系。

1993年，中科院院士、空间物理学家魏奉思、王水等专家提出了子午工程的构想，当时作为中国空间物理发展规划建议附件，于1994年初上报国家科委。1997年6月，国家科技教育领导小组确定子午工程为国家重大科学工程。历经多年的筹划准备和推进，2008年1月正式开工建设。

子午工程充分利用中国地域优势，能够在地面持续运行，具有创新科学构思、网络式、综合性的特点。

多种探测手段全球领先

子午工程由空间环境监测系统、数据与通信系统和研究与预报系统组成，其中空间环境监测系统可谓子午工程“躯干”，数据与通信系统、研究与预报系统则分别是子午工程的“心脏”和“大脑”，三大系统的有效集成可以实现子午工程的科学、工程和应用目标。

子午工程的23种95台套监测设备，分布在全国北起漠河南至南极中山站，东起上海西至拉萨的15个综合性观测站，运用地磁（电）、无线电、光学和探空火箭等多种探测手段，连续监测地球表面20公里至30公里以上直到几百公里的中高层大气、电离层和磁层，以及十几个地球半径以外的行星际的空间环境参数，为开展国际前沿科学问题——灾害性空间天气研究，取得重大自主原创性科学发现提供观测基础。

在科研团队的努力下，子午工程的部分自主研制设备的性能位居国际先进行列，不同类别的高质量观测数据相互配合，也使得子午工程地基观测的综合性达到了独一无二的全球领先水平。

子午工程建成了我国第一台具有国际先进水平的非相干散射雷达。2011年5月7日，子午工程首枚探空火箭成功发射，是我国空间环境监测探空火箭沉寂20年后的再次升空，是中国火箭探空事业一个新的里程碑。

已取得一系列科研成果

截止到2012年10月，一个纵贯南北、横跨东西，探测区域从地面一直延伸到太空的空间环境地基综合监测链已经建成。子午工程已在向我国社会各类用户提供子午工程的地基观测数据，有关的空间天气模式、产品和成果。

中国的空间科学家们遵循边建设、边运行、边产出的原则，子午工程已经取得了一系列原创成果。

2010年8月，子午工程第一次监测到我国上空空间环境对太阳风暴的响应；

2011年3月，子午工程无线电设备成功监测到日本大地震后的电离层扰动效应；

2011年8月，观测到自2007年以来最强烈的磁暴事件；

2011年9月至2012年6月，子午工程利用探测数据开展的空间天气预报、现报或警报工作，为天宫一号、神舟八号和神舟九号等国家重大航天任务的成功发射提供了大量自主观测数据。

此外，子午工程在我国区域空间环境变化特征、空间天气子午线扰动和地球空间不同层次的耦合研究等方面也取得了若干项原创性成果，为航天、通信和导航等领域提供了有效的数据与保障服务。

推进“国际空间天气子午圈”

中国的子午工程在国际上备受关注。2010年8月，美国《空间天气》杂志特别刊发介绍子午工程的封面文章，并在该刊物的网站上以显著位置进行报道，盛赞它是一个“雄心勃勃、影响深远、令人震撼”的大科学项目。

中国科学家率先创意、以我为主的重大国际科技合作“国际空间天气子午圈计划”，以子午工程为基础，通过国际合作，将中国的子午链向北延伸至俄罗斯，向南延伸到东南亚相关国家及澳大利亚等，将分布于西半球60°附近的地面观测台站纳入联网观测，构成第一个也是唯一环绕地球一周的空间环境监测子午圈，实现日夜24小时、全球纬度的同时观测。

作为被众多国际同行机构和世界著名空间科学家赞誉的“中国杰出的创见”，国际子午圈计划目前已经得到了俄罗斯、澳大利亚、加拿大、美国、巴西等国家相关机构与科学家的一致响应和积极参与，由各国代表参加的科学委员会已经开始工作。2011年，国际子午圈计划正式列入联合国“国际空间天气倡议”。2012年8月发布的美国太阳与空间物理十年发展战略规划将国际子午圈计划列为重要的大型国际合作项目。

基于子午工程的国际空间天气子午圈计划，旨在通过国际合作实现协调全球空间天气联测及共同研究，推动国际空间研究的发展，促进我国和平利用外层空间，实质性地提升我国的科技创新能力和中国对人类科学发展的贡献度。（中国科学院国家空间科学中心副研究员 范全林）

延伸阅读

子午工程有助地震监测

据文献报道，地震前会有电磁前兆异常，对电磁异常的监测与判定也已成为地震监测预报特别是短临预报的有效手段之一。

地震前兆异常信息的监测与判定是一个复杂的过程，往往监测到的异常信息包含了丰富的内容，从中有效提取与地震相关的信息，不仅需要有效的判断方法、复合型人才队伍，更需要高质量的、综合的监测数据作支撑。而子午工程监测系统可以为异常信息的判定提供空间环境背景信息，特别来自行星际空间的背景信息。同时通过地基、中高层大气物理参量的监测，可望为地震电磁信号的传播，与电离层、磁层的耦合研究提供新的思路。