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2020-09-05

稻城深山有一座宇宙空间“天气预报站”

  • 2020年06月05日 07时20分
  • 来源: 四川日报
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刚刚启动建设的圆环阵太阳射电成像望远镜项目概念图。中科院国家空间科学中心供图


俯瞰在建的高海拔宇宙线观测站。新华社发

   

望星空

●它和遍布全国的其他15个站点一起,共同构成中国空间天气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)的二期项目

●它的作用就像是在做空间维度上的“天气预报”,探寻太阳为什么会爆发、爆发出的带电粒子会不会到达地球、对地球“软肋”有什么影响等,从而作出相关预测和应对

●位于稻城的巨大“圆环”,全名是圆环阵太阳射电成像望远镜项目,主要观测带电粒子离开太阳的过程,最终判断太阳粒子会不会到达地球、什么时候到、会产生哪些影响

●在稻城深山里,还有同是国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站。未来还可能有大型天文望远镜等项目入驻,稻城有望成为人类破解宇宙演化秘密的“探针”

在四川省甘孜州稻城县的深山里,藏着一个世界级的空间“天气预报站”。

如今在建设现场,能看见的只有几栋孤零零的房屋和忙碌的工地。但在科学家脑海中,未来这里将呈现一幅罕见的壮丽图景:超过300个直径6米、形状酷似铁锅的巨型天线,一个紧挨一个摆放,从而组成直径长达1公里的巨大“圆环”。

5月17日,中科院国家空间科学中心研究员、子午工程二期稻城项目主任设计师阎敬业告诉记者,它和遍布全国的其他15个站点一起,共同构成中国空间天气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)的二期项目。而该工程的终极目标,就是做空间的“天气预报”。

随着子午工程二期项目和高海拔宇宙线观测站开工建设,多个重量级科学项目将使稻城有望成为人类破解宇宙演化秘密的最先进“探针”。

为啥要研究空间“天气变化”?

在空间维度,也需要有人预报什么时候会“打雷下雨”,并提醒大家收衣服、带雨伞

宇宙空间怎么还会有“天气”?阎敬业解释:首先这里的“空间”,是包含离地面20公里以上的范围。其中既有属于“地球”的中高层大气、电离层、磁层等,也包括地球和太阳之间的宇宙空间,“(离地面)20公里以下的天气预报,是各地气象局在管;20公里以上的,就是从事空间天气观测的科学家来管。”

生活中的天气变化,表现为刮风下雨;而在上述空间里,天气变化是啥样的?

“你可以把它想象成是风暴。”阎敬业说,空间天气变化的唯一源头,就是太阳活动。而引发“风暴”的就是太阳爆发——这颗恒星在短时间内向空间喷射大量的高速带电粒子,数量之多,比平时翻了几个数量级。某些情况下,这些带电粒子会朝地球冲过来,并引发地球空间环境的扰动。

阎敬业举例说:受太阳爆发影响,北斗定位的误差可能从“厘米级”扩大到“百米级”;使用短波通信的电报、对讲机会全部“趴窝”;地面电网可能因超过设计负载能力而烧毁,导致大面积停电。此外卫星如果工作时遇上高能粒子打击,可能会出现意想不到的风险,“这些情况如果能提前预知,就能做好相应准备,最大程度避免损失。”

这就像是空间维度上的“天气预报”:探寻太阳为什么会爆发、爆发出的带电粒子会不会到达地球、对地球有什么影响等,从而作出相关预测和应对,“可以理解为我们研究空间为什么会‘打雷下雨’?进一步预测什么时候会‘打雷下雨’,并及时提醒大家收衣服、带雨伞。”

四川在子午工程中扮演啥角色?

稻城“圆环”主要研究“从球员踢球到球离开脚的过程”,从而为守门员防御提供依据

子午工程,就是用于研究空间天气的一个观测网络。

“一期工程在2012年就建设完成了,去年8月启动了二期工程,新增16个站点。”阎敬业说,四川的相关项目,就是二期工程重要组成部分。

为啥要建二期?他介绍,主要原因是此前只能进行“粗糙的观测”。一个业内熟知的玩笑是:目前空间天气研究,相当于上世纪30年代的天气预报水平——比如预报明天天气,会说降水概率40%。“这当然太粗略了,40%到底是下雨还是不下雨啊?”他表示二期工程建成后,中国空间天气研究水平会有质的飞跃。

位于稻城的巨大“圆环”,全名是圆环阵太阳射电成像望远镜项目。它是我国研究日地空间因果链最重要的观测设备,“主要观测带电粒子离开太阳的这个过程。”

这个阶段为啥很重要?阎敬业拿“罚点球”举例:“圆环”观测相当于从球员踢球到球离开脚的过程,从这个过程中能知道球的初速、方向、旋转等等,“如果你是守门员,有了这些信息,就能大体判断怎么防御了。”同样道理,有了带电粒子离开太阳时的信息,就能大体判断它会不会到达地球、什么时候到、会产生哪些影响。

除了“圆环”,四川还会有全天空气辉成像仪、光学干涉仪,以及地磁和地电设备等装备。它们用于观测地球中高层大气、磁场变化等,“就像天气预报的不同观测点,和全国各地设备一起共同组成一张观测网。”

阎敬业表示,目前“圆环”已在建设,年内将开展一些样件测试和试验,预计2022年建成并开始观测。(记者 熊筱伟)

责任编辑: 雷晓琦
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