中國科學家醞釀牽頭國際子午圈大科學計劃

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4月3日下午，中國科學院國家空間科學中心四樓會議室里，十多位科學家圍坐成一圈，謀劃著一件大事情。

“今天請各位專家來，就是為了國際子午圈大科學計劃。”中國科學院國家空間科學中心主任王赤說。

王赤的對面，一位頭發花白的先生認真地翻閱著面前的“國際子午圈大科學計劃建議書”，這個本子就是會議要討論的重點。和其他與會專家不同的是，他的面前還放著一沓已經被翻得有點舊的文件——國務院剛印發不久的《積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程方案》。

這位老先生就是國際子午圈概念的提出者、中國科學院院士魏奉思。2002年，他提出中國牽頭做國際空間天氣子午圈計劃的計劃。至今，計劃已醞釀了16年。國務院方案的出臺，讓科學家們預感到，中國牽頭國際子午圈大科學計劃有了新機遇。

“第四環境”蘊含科學奧秘

太陽系宜居帶的三大行星中，地球是唯一具有磁場的星體。在以億年計的宇宙時間尺度上，磁場對大氣演化起著主導作用，也成為生命起源的一大要素。受地球磁場影響的地球空間系統，被認為是在陸地、海洋、大氣層之外人類生存的“第四環境”，也是探索自然奧秘的“天然實驗室”。

“如今很多難度較高的基本科學問題，都與第四環境有關，比方說，日冕物質拋射的傳播、巖石圈與大氣圈的電耦合等。”國際子午圈大科學計劃牽頭負責人之一、中國科學院國家空間科學中心研究員劉維寧說。

第四環境經常發生地震、火山等傳統自然災害，太陽風暴引起的空間天氣事件等非傳統自然災害，影響著人類航天、通信、導航等高技術活動和經濟社會的穩定發展。

為了探秘第四環境中各要素的相互作用和影響，科學家們看中了地球上的一個圈——東經120度、西經60度，即“子午圈”。

2012年10月，我國子午工程I期正式建成運行。沿著東經120°子午線附近，北起漠河、經北京、武漢，南至海南并延伸到南極中山站，沿著北緯30°緯度線附近，東起上海、經武漢、成都，西至拉薩，建成15個監測臺站，建成一個以鏈為主、鏈網結合的大型空間環境地基監測系統。

劉維寧介紹，今年1月，子午工程II期也已正式立項，有望年底開工建設，并在2022年正式建成運行。

與地基監測系統一起，我國“張衡一號”、中歐空間科學聯合衛星任務“太陽風—磁層相互作用全景成像衛星計劃”(SMILE)等衛星計劃的運行，構成了我國天地一體化的地球空間系統監測網絡。

國際子午圈計劃本質姓“科”

國務院日前印發的《積極牽頭組織國際大科學計劃和大科學工程方案》，鼓勵科學家以實現重大科學問題的原創性突破為目標，牽頭組織大科學計劃，推動世界科技創新與進步、應對人類社會面臨的共同挑戰。

“國際子午圈大科學計劃的時機成熟了。這個計劃要關注‘圈’上不同國家和地區共同關心的問題，解決人類共同面臨的問題。”魏奉思說。

記者了解到，國際子午圈大科學計劃將以子午工程為基礎，聯合子午圈上國家和地區發展多臺站、鏈網式、多學科交叉的協同監測能力，建立國際子午圈信息共享和人才培養平臺，促進地球空間系統全球行為及多圈層耦合研究，提高共同應對地球空間傳統與非傳統災害的能力。

“大科學計劃本質姓‘科’，國際子午圈大科學計劃不僅要‘大’，而且要聚焦科學。”中國科學院院士、北京大學教授涂傳詒說。

國際子午圈大科學計劃的大科學問題，是要探索人類賴以生存的大氣和地球空間系統的基本物理規律，大幅度地提升人類對空間環境的認知能力，以應對地球空間系統的傳統自然災害和非傳統自然災害。

劉維寧介紹，解決這一大科學問題，需要集聚子午圈上國家的智力資源，研究空間天氣區域性特征與全球行為，以及空間天氣事件子午圈擾動傳播，巖石層-大氣層-電離層耦合機理，全球空間環境背景模式和空間天氣時變模式等分支科學問題。

全球監測體系有待形成

和我國一樣，一些國家也已經有針對性地部署地球空間系統監測研究的大科學工程或科學計劃。

美國在近20年建立了立體空間環境監測體系，在地基觀測上也部署了南美地磁場子午線監測鏈(SAMBA)、中大陸地磁場監測鏈(MCMAC)、太陽光學監測網絡(ISOON)等。加拿大地球空間監測系統(CGSM)形成了對北半球高緯和極區的空間環境地基監測網。日本的MagDAS計劃是世界上規模最大、跨度最長、站點最多的地磁監測鏈。俄羅斯先后發射了一系列空間環境探測衛星，獲取太陽、行星際空間、磁層、電離層等日地空間環境監測信息，同時建立了發達的地基臺站。

“國際地球空間系統監測網絡具有區域性和單一性等局限，尚未形成全球整體的監測體系。”劉維寧說。

他表示，國際現有的科學工程雖取得了進展，但還未能針對多圈層、多學科的地球空間科學進行系統研究，且缺乏穩定的經費支持、組織形式較為松散，沒有形成明確而有效的科學協同攻關機制。

在劉維寧看來，子午工程I期，使國際地球空間環境監測和研究中心開始向中國轉移，子午工程II期，將完成這個重心的轉移。國際子午圈大科學計劃將向國際輻射，凝聚全球智慧，形成子午三部曲的終曲。

劉維寧介紹，為了更好地實現科學目標，凝聚國際智慧，國際子午圈計劃設計了“四大平臺，一個組織”的組織思路，包括協同監測平臺、科學研究平臺、信息共享平臺、人才培養平臺和國際子午圈計劃組織。

據悉，國際子午圈計劃目前已經與加拿大、美國、俄羅斯、日本、巴西、智利、秘魯等國家空間機構或科研團隊建立了良好合作關系。2012年8月美國發布的《太陽與空間物理十年發展規劃》還將國際子午圈計劃列為兩個最重要的國際合作項目之一。(完)