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中國子午工程二期預計于今年年底完成建設任務，屆時中國將建成世界上規模最大的空間環境地基綜合監測網。從2024年開始，在跨越東經120度、西經60度的子午圈上，沿線幾十個國家和地區的數千臺科學儀器，將協調形成對地球空間環境進行觀測的地基探測網絡。這項基于中國子午工程拓展的“國際子午圈大科學計劃”，將實現對地球空間天氣的實時監測和預報，推動人類社會解開更多空間奧秘。
浩瀚星空中，天體在各自軌道上運動，其間既存在穩定和秩序，也面臨不期而至的風暴和未解之謎。大氣就像地球的皮膚一樣，在太陽輻射、太陽風、宇宙射線與地球磁場的相互作用中取得精微平衡。以上任何因素的變化，都可能破壞地球平衡，導致大氣能量調節紊亂。特別是來自太陽物質性爆發的空間天氣，對人類生活影響較大。有研究表明，來自太陽的高溫高速物質可以撞開地球磁場形成的屏障，把大量能量灌注到地球大氣，峰值可以超過全球電力裝機總量的10%，對衛星運行、導航、通信、電網等造成嚴重干擾。
為了解空間天氣變化規律，更好地監測和保護地球，科學家們進行了不斷探索。2008年，中國科學家開啟子午工程一期建設。通過監測網絡，子午工程一期對能量如何從高緯（地球磁層外部）擴散到低緯（磁層內部）的研究，跨出了全球性空間天氣研究的第一步。2018年，子午工程二期啟動，旨在將空間天氣的觀測覆蓋到從太陽到地球的全過程。完工后，子午工程一期和二期將運行多達44種、近300臺儀器，能夠同時覆蓋色球、日冕、太陽風、磁層、電離層、中高層大氣，一直到低層大氣。太陽與地球相聯系的“無形紐帶”，在子午工程的“千里眼”下可以變得清晰可見：空間天氣何時可能襲擊衛星和空間站、擾亂電離層及衛星導航通信，能量傳播、耦合與爆發又是怎樣危及國際航線和電網的……這些研究成果一方面為人類進一步進行空間探索保駕護航，另一方面通過及時預報與防范，可以大大減小太陽和地球災害性活動對天基和地基技術系統的影響，保障數字化社會的順利運行。
空間天氣是全球性問題，需要全球合力參與。從2010年開始，數百位國際科學家規劃了“國際子午圈大科學計劃”，來自中國、巴西、俄羅斯、泰國、法國、美國等國的研究機構積極支持和參與。從中國的子午工程起步，國際子午圈把跨越東經120度、西經60度的大子午圈利用起來，計劃用數千臺地基儀器把地球空間變為物理信息的三維網格，借助地球自轉，每12個小時生成一張“核磁共振圖像”?？茖W衛星穿行其間，在關鍵格點、對關鍵過程進行詳細診斷。同時，數千臺不同種類的儀器設備相互定標，把全網絡的測量絕對基準維持在一個穩定精準的基線上，不斷完善地球環境監測能力指標。例如，地球磁場現在以每百年10%的速率衰減，導致太陽能量粒子和宇宙射線對地球大氣的作用大幅增強。這一變化是否影響氣候及其他環境因素，需要國際子午圈這樣長期、穩定和綜合的全球性觀測來判別。
“國際子午圈大科學計劃”標志著“空間天氣+”時代的開始。除了來自太陽的能量爆發，颶風、火山、海洋與大氣環流、地震乃至人類活動也對空間天氣造成影響。以上多重影響的合力過程使得空間天氣比已有認知復雜得多，影響域也大很多。如果把大氣比作地球的皮膚，那么“皮膚”與外界的能量平衡將決定地球表面的溫度。一方面，地表溫度因溫室氣體排放而緩慢升高；另一方面，空間天氣的短期激變對地球的“皮膚”造成反復“灼傷”，留下“疤痕”。它會不會進一步引起質變？會不會影響全球變暖進程？這是空間天氣與全球氣候變化的一個重要學科交叉，蘊藏著豐富的、有待解決的科學問題，等待全人類合力探索。
（作者劉維寧，為中國科學院國家空間科學中心研究員）