中国科学家联手全球千台设备应对空间天气挑战
“从2020年至2024年期间，共有1190颗低地球轨道卫星坠落，其中583颗卫星为星链的卫星。”最近，国际学术期刊Frontiers上的一篇论文指出，第25太阳周期比前一轮太阳周期更强烈，而由此加剧的地磁活动，让近地轨道卫星的轨道衰减速度变得更快。
航空航天、通讯技术等高科技的发展，让人们越来越直观地体会到太阳活动对地球空间的影响。
为了应对地球空间环境灾害和挑战，6月12日，在四川成都举行的第二届“一带一路”科技交流大会国际大科学计划论坛上，国际子午圈大科学计划（IMCP）牵头单位中国科学院国家空间科学中心（以下简称空间中心），与最新加入IMCP计划的5个国际组织、高校和研究机构——国际科协日地物理协会、韩国极地研究中心、尼日利亚国家空间研究发展局、泰国先皇理工大学、乌干达慕尼大学签署合作协议。
这标志着科学界先行发起了国际子午圈大科学计划，其目标是“构建日地系统全球监测链，解码空间天气过程与规律”。
国际子午圈大科学计划科学目标示意图。空间中心供图
瞄准空间天气
地球空间主要是从地面100公里至约6万公里的空间范围，是人类航天、通信、导航等高技术活动，及空间开发利用的主要区域，是与人类生存和发展息息相关的第四环境。受太阳活动影响，地球空间环境会产生突发、频繁的剧烈变化，甚至引发非传统的自然灾害。
“空间天气是全球性现象，影响着整个地球空间以及人类的活动与发展，是全人类面临的共同挑战，要应对空间天气这一全球性难题的挑战，亟待联合全球空间天气监测与研究力量。”空间中心主任、中国科学院院士王赤说。
今年3月，由空间中心牵头建设的国家重大科技基础设施——子午工程二期正式通过国家验收，为我国上空的空间环境探测和保障提供了连续、可靠的监测数据，也成为国际上综合实力最强的空间环境地基区域监测网络。子午工程中的大部分设备也沿着我国境内的子午线来布设。
“在子午工程的基础上，我们倡议在地球上唯一一个可以在陆地上形成闭环的子午圈——东经120度、西经60度子午圈上，建立主要监测链，将子午工程扩展成为全球一体化的多学科、多要素探测网络。”王赤说。
他介绍，地球空间环境的变化主要受两类影响，一类是太阳活动等来自地球外面的驱动，另一种是地震等来自地球内部的影响，但目前这些因素影响地球空间环境的途径、机制尚不清晰。
鉴于此，该大科学计划的科学目标是认知一个系统，即地球空间系统；厘清两个影响，即来自太阳活动自上而下的影响，来自地球系统自下而上的影响；揭秘三大难题，即空间环境全球与典型区域的多要素、多时空尺度特征和变化规律，太阳爆发在日地空间的传播和演化，空间天气与全球变化以及地球自然灾害的关系。
“我们将实现对日地空间环境全纬度、全天候、日不落的立体观测，为应对全球空间天气灾害、和平利用空间、在外空领域推动构建人类命运共同体提供科学依据。”王赤说。
上千台设备联手
目前，国际子午圈大科学计划已与36个国际组织和国外科研机构签署合作协议或确定合作意向，其中包括国际空间研究委员会、国际超级双子极光雷达网、亚太空间合作组织等国际组织，以及巴西国家空间研究院、加拿大新不伦瑞克大学、泰国国家天文研究所、法国比利牛斯天文台等国外科研机构。
在国内，中国科学院、教育部、中国气象局、工业和信息化部、应急管理部、自然资源部、中国电子科技集团等7个部门、17家单位参与其中，国际子午圈大科学计划还得到了科学技术部、国家自然科学基金委员会，国家发展和改革委员会以及北京市的支持。
“目前，国际子午圈大科学计划纳入的设备已有上千台（套）。”国际子午圈大科学计划科学方案工作组组长、太阳活动与空间天气全国重点实验室主任张清和介绍，“子午工程有近300台（套）监测设备，在子午工程的基础上，国际子午圈大科学计划将东经120度、西经60度子午链上合作国家的设备尽可能地都联合起来。”
王赤介绍，未来，国际子午圈大科学计划在联合相关合作组织机构的探测设备的同时，还将与合作组织机构联手，在极区、高纬度地区等重点区域，布设新的设备。
“国际子午圈大科学计划的重点是依托于现有设备开展科学研究，加深对地球空间的认知，但与此同时，我们还将在未来一两年与国际同行开展详细研究和计划，讨论后续需要部署哪些新的仪器和设备。”王赤说。
至少执行11年
积极提出并牵头组织国际大科学计划和大科学工程，是我国科技领域的国家重大决策部署之一。2018年国务院印发的《积极牵头组织国际大科学计划和大科学工程方案》指出，牵头组织大科学计划的基本原则之一是创新机制，分步推进，“借鉴国际先进经验，注重在大科学计划发起、组织、建设、运行和管理等方面进行系统创新”。
“国际上很多以科学研究为主的大科学计划，管理上通常很松散，凝聚力有待提升。在国际子午圈大科学计划中，我们希望提升大科学计划的凝聚力，摸索出一套具有创新性的国际大科学计划组织管理模式。”王赤说。
在王赤看来，国际组织和机构之所以愿意加入国际子午圈大科学工程，与科学界“对数据的共同需求”和“对科学的共同追求”有关，这两个“共同”之处是提升大科学计划凝聚力的关键。
他介绍，为实现科学目标，国际子午圈大科学计划拟成立“IMCP国际组织”，以便整体协调和推进国际子午圈大科学计划的实施，完成“开展创新研究、组织协同监测、共享数据信息、深化合作交流”四大任务。
“未来，国际子午圈大科学计划将聚焦影响空间天气的基本物理过程和变化规律的重大科学问题，组织联合攻关，通过数据共享共有的方式，将全球科学界凝聚在一起。”王赤说。
此外，在开展科学研究的同时，国际子午圈大科学计划还将构建国际子午圈数据驱动的空间天气大模型和高精度预报产品。
“我们会将国际子午圈大科学计划落实到行动上。”王赤介绍，国际子午圈大科学计划将至少执行11年，完成一个太阳活动周期以上的日地空间环境探测和研究，构建世界科学家广泛参与和密切合作的空间天气共同体,利用多样化的观测手段和全球性布局，推进空间天气领域的重大理论创新和探测技术突破，为提升防御全球空间天气灾害的能力提供科学支撑。
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