探秘丨在甘孜深山 有一座世界级的宇宙空间“天气预报站”

川报观察记者 熊筱伟

在甘孜州稻城的深山里，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，这里将呈现一幅世所罕见的壮丽图景：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”，时时刻刻凝视着浩瀚星空。

概念图

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”。

宇宙空间也有天气变化?它的天气预报有啥意义?四川又扮演了一个怎样的角色?

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

宇宙空间不是什么都没有吗?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啦。”

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——这颗恒星会在短时间向空间喷射大量的高速带电粒子，数量之多，和平时比翻了几个数量级。

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。

1859年9月1日清晨，一名叫卡林顿的英国天文学爱好者，记录下人类有史以来最强一次太阳爆发的景象——太阳北侧的黑子群内，突然出现了两道形如月牙、极其炫目的白光。约17个小时后，大批带电粒子抵达地球，除了造成全球范围的极光奇观外，也带来欧洲和北美的电报系统瞬间失灵等等恶劣影响。

到了现代，这种影响只会更大。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，可能会出现各种意想不到的风险，“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、对软肋会有什么影响等等问题，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，有15个站点。去年8月启动了二期工程，新增16个站点。”阎敬业说，在四川的相关项目，就是二期工程的重要组成部分。

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。

而四川，在子午工程二期中扮演了重要角色。

前文提到位于甘孜州稻城的巨大“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：四川“圆环”观测的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，就能大体判断该怎么防御了。”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、会产生哪些影响了。

除了“圆环”，在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，今年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。

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顶级科学基础设施为啥“扎堆”布局在稻城?

在稻城深山里的，不止有子午工程的“圆环”，还有同是国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站。根据公开信息，未来还可能有大型天文望远镜等项目入驻。

藏在深山里的稻城县，为啥如此受顶级科技基础设施“青睐”?

“我们选址历时3年多，在西藏、青海、云南等看了20多个站址，最后选择了稻城。”中国科学院高能物理研究所研究员、高海拔宇宙线观测站首席科学家曹臻表示，稻城海拔高度超过4300米，周边水源充沛，完全满足宇宙线观测的要求。

而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提到的理由又全然不一样：做空间“天气预报”，最重要的是减少电磁干扰，“就像在餐厅里交流，当然不希望环境太嘈杂、背景音乐声音太大。”而稻城所在的山区，把城市里广播电视、手机等发射的电磁波都“挡”在了外面，让设备能尽可能捕捉到来自太阳的带电粒子。

一位看上的是稻城海拔和水源，另一位看上了“深山环绕”。不过两位科学家也都提到，做天文观测相关研究，稻城还有一些共性优势：当地空气透明度好，没有严重污染;交通便捷，附近有亚丁机场，也有省道和国道，便于建设、科研人员生活和学术交流。