中国科学家酝酿牵头国际子午圈大科学计划

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4月3日下午，中国科学院国家空间科学中心四楼会议室里，十多位科学家围坐成一圈，谋划着一件大事情。

“今天请各位专家来，就是为了国际子午圈大科学计划。”中国科学院国家空间科学中心主任王赤说。

王赤的对面，一位头发花白的先生认真地翻阅着面前的“国际子午圈大科学计划建议书”，这个本子就是会议要讨论的重点。和其他与会专家不同的是，他的面前还放着一沓已经被翻得有点旧的文件——国务院刚印发不久的《积极牵头组织国际大科学计划和大科学工程方案》。

这位老先生就是国际子午圈概念的提出者、中国科学院院士魏奉思。2002年，他提出中国牵头做国际空间天气子午圈计划的计划。至今，计划已酝酿了16年。国务院方案的出台，让科学家们预感到，中国牵头国际子午圈大科学计划有了新机遇。

“第四环境”蕴含科学奥秘

太阳系宜居带的三大行星中，地球是唯一具有磁场的星体。在以亿年计的宇宙时间尺度上，磁场对大气演化起着主导作用，也成为生命起源的一大要素。受地球磁场影响的地球空间系统，被认为是在陆地、海洋、大气层之外人类生存的“第四环境”，也是探索自然奥秘的“天然实验室”。

“如今很多难度较高的基本科学问题，都与第四环境有关，比方说，日冕物质抛射的传播、岩石圈与大气圈的电耦合等。”国际子午圈大科学计划牵头负责人之一、中国科学院国家空间科学中心研究员刘维宁说。

第四环境经常发生地震、火山等传统自然灾害，太阳风暴引起的空间天气事件等非传统自然灾害，影响着人类航天、通信、导航等高技术活动和经济社会的稳定发展。

为了探秘第四环境中各要素的相互作用和影响，科学家们看中了地球上的一个圈——东经120度、西经60度，即“子午圈”。

2012年10月，我国子午工程I期正式建成运行。沿着东经120°子午线附近，北起漠河、经北京、武汉，南至海南并延伸到南极中山站，沿着北纬30°纬度线附近，东起上海、经武汉、成都，西至拉萨，建成15个监测台站，建成一个以链为主、链网结合的大型空间环境地基监测系统。

刘维宁介绍，今年1月，子午工程II期也已正式立项，有望年底开工建设，并在2022年正式建成运行。

与地基监测系统一起，我国“张衡一号”、中欧空间科学联合卫星任务“太阳风—磁层相互作用全景成像卫星计划”(SMILE)等卫星计划的运行，构成了我国天地一体化的地球空间系统监测网络。

国际子午圈计划本质姓“科”

国务院日前印发的《积极牵头组织国际大科学计划和大科学工程方案》，鼓励科学家以实现重大科学问题的原创性突破为目标，牵头组织大科学计划，推动世界科技创新与进步、应对人类社会面临的共同挑战。

“国际子午圈大科学计划的时机成熟了。这个计划要关注‘圈’上不同国家和地区共同关心的问题，解决人类共同面临的问题。”魏奉思说。

记者了解到，国际子午圈大科学计划将以子午工程为基础，联合子午圈上国家和地区发展多台站、链网式、多学科交叉的协同监测能力，建立国际子午圈信息共享和人才培养平台，促进地球空间系统全球行为及多圈层耦合研究，提高共同应对地球空间传统与非传统灾害的能力。

“大科学计划本质姓‘科’，国际子午圈大科学计划不仅要‘大’，而且要聚焦科学。”中国科学院院士、北京大学教授涂传诒说。

国际子午圈大科学计划的大科学问题，是要探索人类赖以生存的大气和地球空间系统的基本物理规律，大幅度地提升人类对空间环境的认知能力，以应对地球空间系统的传统自然灾害和非传统自然灾害。

刘维宁介绍，解决这一大科学问题，需要集聚子午圈上国家的智力资源，研究空间天气区域性特征与全球行为，以及空间天气事件子午圈扰动传播，岩石层-大气层-电离层耦合机理，全球空间环境背景模式和空间天气时变模式等分支科学问题。

全球监测体系有待形成

和我国一样，一些国家也已经有针对性地部署地球空间系统监测研究的大科学工程或科学计划。

美国在近20年建立了立体空间环境监测体系，在地基观测上也部署了南美地磁场子午线监测链(SAMBA)、中大陆地磁场监测链(MCMAC)、太阳光学监测网络(ISOON)等。加拿大地球空间监测系统(CGSM)形成了对北半球高纬和极区的空间环境地基监测网。日本的MagDAS计划是世界上规模最大、跨度最长、站点最多的地磁监测链。俄罗斯先后发射了一系列空间环境探测卫星，获取太阳、行星际空间、磁层、电离层等日地空间环境监测信息，同时建立了发达的地基台站。

“国际地球空间系统监测网络具有区域性和单一性等局限，尚未形成全球整体的监测体系。”刘维宁说。

他表示，国际现有的科学工程虽取得了进展，但还未能针对多圈层、多学科的地球空间科学进行系统研究，且缺乏稳定的经费支持、组织形式较为松散，没有形成明确而有效的科学协同攻关机制。

在刘维宁看来，子午工程I期，使国际地球空间环境监测和研究中心开始向中国转移，子午工程II期，将完成这个重心的转移。国际子午圈大科学计划将向国际辐射，凝聚全球智慧，形成子午三部曲的终曲。

刘维宁介绍，为了更好地实现科学目标，凝聚国际智慧，国际子午圈计划设计了“四大平台，一个组织”的组织思路，包括协同监测平台、科学研究平台、信息共享平台、人才培养平台和国际子午圈计划组织。

据悉，国际子午圈计划目前已经与加拿大、美国、俄罗斯、日本、巴西、智利、秘鲁等国家空间机构或科研团队建立了良好合作关系。2012年8月美国发布的《太阳与空间物理十年发展规划》还将国际子午圈计划列为两个最重要的国际合作项目之一。(完)