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央視網(wǎng)消息：今天的年終特別報(bào)道《2023我們一起走過·國之重器硬核所在》，一起走近中國空間科學(xué)領(lǐng)域首個(gè)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——子午工程。近日，由16個(gè)觀測臺站、58個(gè)觀測點(diǎn)組成的子午工程二期初步建成，和此前建成的子午工程一期一起，形成了覆蓋全國的兩縱兩橫“井”字形、目前世界上規(guī)模最大的空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)，可以說是名副其實(shí)的“天網(wǎng)”，而它的任務(wù)就是揭示空間天氣變化的過程和規(guī)律，提升空間天氣的預(yù)報(bào)水平。而這其中，對電離層的探測是重要的內(nèi)容之一。

新聞鏈接：什么是“空間天氣”

和地球上的“風(fēng)雨雷電”相比，什么是“空間天氣”呢？這里簡單介紹一下。距離地面30公里的平流層以上的中高層大氣，這里的空間環(huán)境受到太陽活動(dòng)的影響，會發(fā)生劇烈的變化。這種由太陽活動(dòng)引起的短時(shí)間尺度的變化，就是“空間天氣”。尤其是地球上空高度約60—1000公里的高層大氣叫做電離層，我們?nèi)粘５耐ㄓ?、廣播、導(dǎo)航、定位都離不開這個(gè)區(qū)域。電離層“天生不安分”，存在著大量自由帶電粒子，有時(shí)還會突然出現(xiàn)擾動(dòng)，使地面的無線電通訊受到嚴(yán)重影響。

捕捉監(jiān)測幾百到上千公里外的太空中微小電子的“一舉一動(dòng)”，就好比是要用肉眼去觀察幾百公里外的一盞蠟燭，難度可想而知。今年建成的子午工程標(biāo)志性設(shè)備之一——海南三亞非相干散射雷達(dá)就掌握了這一關(guān)鍵核心技術(shù)，這也是目前世界最先進(jìn)的地基電離層探測設(shè)備。

我國建成世界最先進(jìn)地基電離層探測設(shè)備

不久前，這個(gè)空間探測的科學(xué)重器正式投入運(yùn)行，開始對電離層進(jìn)行大范圍、多參數(shù)探測和研究。下面就讓我們跟隨記者鏡頭一起來探訪。

總臺央視記者 任梅梅：這里是海南三亞大茅村，在我身后，就是由8000多部天線單元共同組成的非相干散射雷達(dá)陣列，面積有1600平方米，相當(dāng)于四個(gè)籃球場的大小，這也是子午工程二期的標(biāo)志性設(shè)備之一，能夠幫助我們捕捉幾百到上千公里外的太空中微小電子的“一舉一動(dòng)”。

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員 樂新安：它的探測（能力）形象地來說，就像在300公里處有一盞蠟燭，要用肉眼去觀察它。雷達(dá)的一個(gè)單元就相當(dāng)一個(gè)眼睛的像素點(diǎn)，當(dāng)像素點(diǎn)越多的時(shí)候，分辨率就會越高，精度也會越高。

專家告訴我們，電離層中電子密度不到中性成分的1%，但它們對日地空間的擾動(dòng)過程非常敏感，比如太陽“打個(gè)噴嚏”、地表發(fā)生地震等都會有對應(yīng)的響應(yīng)，堪稱空間天氣的“顯示屏”。了解和掌握電離層中電子的狀態(tài)和變化機(jī)制，對于衛(wèi)星導(dǎo)航通訊安全乃至未來地震的預(yù)報(bào)預(yù)警都具有重要意義。

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員 樂新安：由于電子的散射截面比我們經(jīng)?？吹降目臻g目標(biāo)要低了接近20個(gè)量級，它的散射信號非常微弱，就需要我們的雷達(dá)具有高功率、大口徑、低噪聲（這樣一個(gè)能力）。

8000多個(gè)天線單元捕捉微弱散射信號

非相干散射是電磁波照射到電子時(shí)產(chǎn)生的一種散射現(xiàn)象，這種信號十分微弱。那么8000多個(gè)天線單元組成的龐大陣列如何捕捉微弱的散射信號呢？它的核心裝備就在天線下方。

專家告訴我們，8320個(gè)單元在統(tǒng)一的指令下，朝著同一方向向空中輻射電磁波，能量就會集中，威力更大。

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所工程師 張寧：通過8320個(gè)組件可以將強(qiáng)大的能量輻射到電離層，電離層會散射微弱的回波信號，我們通過低噪聲放大和波形的編解碼，可以對微弱的散射信號進(jìn)行分析，得到電離層的參數(shù)，將電離層中電子和離子的狀態(tài)像顯微鏡一樣放大給科學(xué)家。

高度越高，電離層中電子的密度就越稀薄和難以探測。目前國際電離層探測高度在幾百公里，而三亞非相干散射雷達(dá)作為世界上目前口徑最大、功率最高的相控陣非相干散射雷達(dá)，將電離層探測高度提升到了上千公里。不僅如此，它探測精度和靈敏度達(dá)到國際領(lǐng)先水平，能夠捕捉像等離子體這種更加細(xì)微的粒子的變化。投入運(yùn)行以來，三亞非相干散射雷達(dá)首次觀測到高時(shí)空分辨率的電離層等離子體空洞剖面結(jié)構(gòu)，為開展相關(guān)物理研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

此外，作為高功率雷達(dá)，非相干散射雷達(dá)還是其它射電天文設(shè)備的理想信號源。目前已攜手中國“天眼”FAST以及四川稻城圓環(huán)陣太陽成像射電望遠(yuǎn)鏡開展聯(lián)合觀測，并初步取得一批成果。據(jù)了解，下一步，三亞非相干散射雷達(dá)還將拓展月球及小天體的監(jiān)測能力。

子午工程二期初步建成進(jìn)入試運(yùn)行階段

強(qiáng)大的探測裝置是空間物理取得科學(xué)突破的前提。剛剛看到的三亞非相干散射雷達(dá)只是子午工程二期的其中一個(gè)設(shè)備，子午工程二期共有16個(gè)臺站，58個(gè)觀測點(diǎn)，目前已經(jīng)初步建成，進(jìn)入到聯(lián)調(diào)試運(yùn)行階段。

總臺央視記者 任梅梅：在位于北京懷柔的中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心，我們還看到了陣列式大口徑激光雷達(dá)、行星際閃爍監(jiān)測望遠(yuǎn)鏡等，它們都是子午工程二期的標(biāo)志性設(shè)備。我們了解到，目前，子午工程二期已建設(shè)完成空間天氣監(jiān)測設(shè)備195臺（套）。

中國科學(xué)院院士子午工程二期總指揮 王赤：子午工程二期，現(xiàn)在我們正處在一個(gè)綜合調(diào)試、聯(lián)測聯(lián)試、試運(yùn)行的階段，爭取明年完成國家驗(yàn)收，正式進(jìn)入到運(yùn)行階段。

子午工程是中國空間科學(xué)領(lǐng)域首個(gè)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，一期工程2008年開工建設(shè)，2012年正式運(yùn)行，沿東經(jīng)120°、北緯30°建成一縱一橫、15個(gè)綜合性臺站、87臺套監(jiān)測設(shè)備，在了解我國120°子午鏈近地空間環(huán)境特征、空間天氣擾動(dòng)傳播和演化等方面取得了系列原創(chuàng)成果。

工程二期2019年開工建設(shè)，新增16個(gè)臺站、58個(gè)觀測點(diǎn)、195臺（套）監(jiān)測設(shè)備，與一期工程協(xié)同，沿東經(jīng)100°、北緯40°形成覆蓋全國的兩縱兩橫“井”字形地基空間環(huán)境綜合監(jiān)測網(wǎng)，覆蓋范圍更廣、探測高度更高、監(jiān)測能力更強(qiáng)。

中國科學(xué)院院士子午工程二期總指揮 王赤：到了（子午工程）二期之后，我們有一些“硬核”的產(chǎn)品在國際上都處于領(lǐng)先的地位。比如說，稻城的圓環(huán)陣是國際上孔徑最大的一個(gè)太陽射電望遠(yuǎn)鏡。再比如說氦激光雷達(dá)，形成了6米口徑的對中高層大氣全天候的探測能力，它的探測性能達(dá)到了1000公里，這在國際上所有的設(shè)備當(dāng)中，目前我們了解到的，這是屬于最高水平。

將與一期組成世界最大空間環(huán)境地基監(jiān)測網(wǎng)

據(jù)了解，未來，子午工程一期和二期將組成世界上規(guī)模最大的空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)，為空間天氣預(yù)報(bào)精度的提高提供數(shù)據(jù)支撐。

子午工程二期采用“一鏈、三網(wǎng)、四聚焦”的設(shè)計(jì)架構(gòu)，首次實(shí)現(xiàn)了對我國上空日地空間環(huán)境的全圈層、多要素、立體式探測。

“一鏈”，即太陽-行星際監(jiān)測鏈，形成了對太陽-行星際-地球的全天候監(jiān)測能力；“三網(wǎng)”包括地磁監(jiān)測網(wǎng)、中高層大氣監(jiān)測網(wǎng)和電離層監(jiān)測網(wǎng)，開展“全景”監(jiān)測；“四聚焦”指的是針對地球兩極、北方中緯、海南低緯和青藏高原這四個(gè)空間天氣擾動(dòng)、圈層耦合較為特殊和強(qiáng)烈的地區(qū)，開展“顯微”探測。

中國科學(xué)院院士子午工程二期總指揮 王赤：子午工程二期增加了對空間天氣的活動(dòng)源頭——太陽的監(jiān)測，形成了從太陽到地球端對端的空間環(huán)境的監(jiān)測，在國際上是第一次，（也是）唯一的一個(gè)空間環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)，做到了整個(gè)日地空間端對端的觀測。

據(jù)了解，未來子午工程一期和二期將運(yùn)行多達(dá)44種、近300臺儀器，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。

中國科學(xué)院院士子午工程二期總指揮 王赤：瞄準(zhǔn)世界科技前沿，我們能夠回答太陽活動(dòng)如何影響地球的空間環(huán)境，在滿足國家重大需求方面，能為空間天氣預(yù)報(bào)精度的提高提供數(shù)據(jù)支撐，能保障航天、通訊、導(dǎo)航等一系列的國家的空間基礎(chǔ)設(shè)施、高技術(shù)的設(shè)施運(yùn)行的安全。