“太空天气预报”的作用（开卷知新）(2)

　　空间环境探测主要有天基探测和地基探测两大方式，前者主要借助卫星等航天器，后者主要借助地面设备，各有优长。考虑到地基探测具有连续、稳定、可靠、易维护、成本低等诸多优点，子午工程就采用了这种探测方式。作为大型空间环境地基监测系统，子午工程一期综合运用地磁（电）、无线电、光学和探空火箭等多种手段，连续监测地球表面二三十千米到几百千米的中高层大气、电离层和磁层，以及十几个地球半径以外的行星际空间环境中的地磁场、电场、风场、密度、温度和成分等参数，在空间天气研究和预报等方面发挥重要作用。

　　“子午工程”这个有趣的名字，背后蕴含科学道理。子午者，南北也。子午工程一期的大部分观测设备分布于东经120度子午线附近，即南北分布。这样布局有其物理考虑。由于带电粒子被磁力线所约束，更容易沿着磁力线的方向自由移动，就像穿在绳子上的珠子一样。而地球周围的磁力线基本呈南北走向，因此空间天气扰动沿南北方向传播演化的特征更为明显。就像古代人们利用长城烽火台传递情报信息，沿南北方向布局设备进行探测，有利于捕获扰动的传播和演化过程。随着地球的自转，子午工程沿南北方向分布的“台站链”还可实现对近地空间环境的全方位扫描。

　　空间环境十分复杂，需要探测的物理参数很多。不同区域的空间环境特征不同，探测设备也多种多样。子午工程一期共建设15个观测台站、87台观测设备。它们有的庞大，有的小巧，各司其职。依据工作原理和探测对象的不同，大致可分为地磁（电）设备、光学设备和无线电设备三大类。地磁（电）设备探测的空间范围局限于设备所在的位置，衡量它们工作能力的主要指标是探测精度。地球表面的磁场约为30000nT，子午工程磁场探测的精度能够达到0.1nT，对于空间天气研究来说绰绰有余。光学设备利用大气本身发光或者对光的散射进行探测。激光雷达主动向大气发射激光束，利用望远镜接收不同高度的散射光，再通过散射光强度便可计算大气的密度、温度等参数。光学干涉仪、气辉成像仪并不发射任何信号，而是利用大气自身的发光现象探测大气的温度、风速等参数。无线电设备的主要探测对象是大气中的电离部分，分为主动和被动两类。主动无线电设备有发射装置，体积和功率往往比较大，如建设于云南曲靖的非相干散射雷达，其天线直径就有几十米，发射功率可达2兆瓦。

　　二期建成后，子午工程将实现从地面对日地空间的三维立体式探测

　　为实现对我国领土的覆盖，以及对中、小尺度空间天气物理过程的探测，子午工程二期应运而生。科学家们建议，除了一期工程位于东经120度和北纬30度附近的观测链，再在东经100度和北纬40度附近增加两条观测链，形成一个“井”字形网络，这便是子午工程二期的构想。

　　子午工程二期增加了对太阳活动和行星际扰动的监测，超越了地球空间，这也是区别于一期工程限于近地空间的重要方面。空间天气的源头是太阳活动，从太阳表面开始追踪扰动的发生和传播过程非常重要。从太阳表面往外，电磁辐射的频率逐渐降低。子午工程二期采用多种设备以逐次接力、环环相扣的方式追踪扰动传播的过程，构成日地传播监测链（“一链”）。“井”字形布局的设备，就像网一样监测我国上空的地磁、中高层大气和电离层环境变化（“三网”）。子午工程二期还在扰动传播和发展的关键区域集中部署设备，开展更精细的探测，包括南北极区、北方中纬度区域、青藏高原和海南低纬度区域（“四聚焦”）。