大国重器构建“空间长城”彰显中国“硬核”实力
发表于 2024年3月

近日,由16個观测台站、58个观测点组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,形成了覆盖全国的两纵两横“井”字形、目前世界上规模最大的空间环境地基综合监测网,可以说是名副其实的“天网”,而它的任务就是揭示空间天气变化的过程和规律,提升空间天气的预报水平。而这其中,对电离层的探测是重要内容之一。

和地球上的“风雨雷电”相比,什么是“空间天气”呢?专家介绍,距离地面30公里的平流层以上的中高层大气,空间环境受到太阳活动的影响,会发生剧烈变化。这种由太阳活动引起的短时间尺度的变化,就是“空间天气”。尤其是地球上空高度约60~1000公里的高层大气叫作电离层,我们日常的通信、广播、导航、定位都离不开这个区域。电离层“天生不安分”,存在着大量自由带电粒子,有时还会突然出现扰动,使地面的无线电通信受到严重影响。

捕捉监测几百到上千公里外的太空中微小电子的“一举一动”,就好比是要用肉眼去观察几百公里外的一根蜡烛,难度可想而知。今年建成的子午工程标志性设备之一——海南三亚非相干散射雷达就掌握了这一关键核心技术,这也是目前世界最先进的地基电离层探测设备。不久前,这个空间探测的科学重器正式投入运行,开始对电离层进行大范围、多参数探测和研究。

在海南三亚大茅村,由8000多部天线单元共同组成的非相干散射雷达阵列,面积有1600平方米,相当于四个篮球场大小,这是子午工程二期的标志性设备之一,能够捕捉几百到上千公里外的太空中微小电子的“一举一动”。

中国科学院地质与地球物理研究所研究员乐新安介绍:“就像在300公里处有一根蜡烛,要用肉眼去观察它。雷达的一个单元就相当一个眼睛的像素点,当像素点越多的时候,分辨率就会越高,精度也会越高。电离层中电子密度不到中性成分的1%,但它们对日地空间的扰动过程非常敏感,比如太阳“打个喷嚏”、地表发生地震等都会有对应的响应,堪称空间天气的“显示屏”。

本文刊登于《科学大观园》2024年7期
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