国际子午圈计划：四步走构建全球空间环境探测网

 

9月14日，雁栖青年论坛——2023年国际子午圈研讨会召开，来自全球十余个国家的100多位科学家，围绕国际子午圈计划相关问题进行讨论。

国际子午圈计划（IMCP）是我国科学家率先提出并主导的一项国际大科学计划。该计划以子午工程为核心，联合东经120度、西经60度子午圈沿线几十余个国家和地区的千余台各类仪器形成全球分布式的地基探测网络，对地球空间环境进行观测。

“目前，已经有17个国家和地区加入了国际子午圈计划。”研讨会期间，国际子午圈计划首席专家组成员、中国科学院国家空间科学中心研究员刘维宁在接受《中国科学报》专访时说。

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国际子午圈计划示意图。中国科学院国家空间科学中心供图

“把地球空间变成三维信息网格”

《中国科学报》：从整体来看，国际子午圈计划是如何布局的？

刘维宁：国际子午圈计划不是凭空出现的，它是子午工程I期和II期的自然延续。我们希望通过四步构建出完整的空间环境探测网络。

第一步是子午工程I期。2008年，中国科学家开始建设子午工程I期，它在国际上有着独特的创新性。过去，由于高纬度地区是太阳活动影响较大的区域，空间环境研究一直聚焦高纬度地区。子午工程I期则是在中低纬度部署空间环境探测网络，关注空间天气如太阳风等在高纬度地区聚集之后，如何在中低纬度地区传播并造成影响。因此，子午工程I期可以被视为空间环境全球化研究的起点。

第二步是子午工程II期。2018年，中国科学家启动了子午工程II期，它挑战了全球性研究的一个新维度。子午工程II期聚焦的是空间环境的全球变化，联合了一些很先进的观测设备，如圆环阵太阳射电成像望远镜等，观测范围覆盖从日冕、太阳风，到磁层辐射带，到中高层大气电离层，再到低层大气的全过程，研究链条将太阳表面到地球表面串联起来。这在国际上还没有先例。

第三步便是国际子午圈计划。空间天气是全球性现象，它要求全球视野，也需要全球参与。从2010年开始，来自多个国家的数百位科学家聚集在一起，规划了国际子午圈大科学计划。它将全维度覆盖地球子午圈，并借助地球自转，每12个小时对地球空间进行一次扫描成像。国际子午圈的最终目标是把地球空间变成三维信息网格。在理想状态下，我们可以得到各个点上所有的空间环境信息。

国际子午圈计划还有下一步计划，即希望研制相应的国际子午圈卫星，让它穿行在三维信息网格中，扫描成像过程中如果发现哪个地方可能有异常，卫星可以对准关键区域采样，探测空间天气事件是如何爆发的，耦合作用是怎样发生的。

“关乎人类的长期生存”

《中国科学报》：我国为什么要牵头做这项国际大科学计划？

刘维宁：首先，子午工程I期和子午工程II期给我国奠定了很好的基础，全世界空间科学领域没有比这更大的网络，正如我刚刚所说，它是子午工程的自然延续。

其次，我们不仅有国际合作的基础，空间科学领域的人才资源也进入了黄金时期。年轻人才队伍和他们的研究实力开始成熟，他们与国际的联系和合作很广泛也很深入，所以，我国在牵头国际子午圈计划时，面临的挑战不是那么大。

《中国科学报》：您说的第三步——国际子午圈计划，具体要研究些什么内容？

刘维宁：我们将研究空间天气的短期激变是否在大气留下长期“伤痕”，研究这些伤痕能否影响全球变化的进程。

国际子午圈计划以子午工程为核心，联合东经120°、西经60°子午圈沿线几十余个国家和地区的千余台各类仪器形成全球分布式的地基探测网络，对地球空间环境进行全纬度、全天候、全要素的观测。

它的主要研究目标是深入探究地球空间物质和能量在太阳和地球活动双重驱动下的运动规律，研究空间天气的全球特征和演变规律，及其与全球变化的相互影响，为应对地球灾害和国家空间安全决策提供科学依据。

此外，我个人还希望，国际子午圈除了研究空间天气的核心问题之外，通过学科交叉，研究太阳活动对地球未来可能造成的“后遗症”。台风、火山喷发、海啸等过程对空间天气的影响，在变化的地磁场环境下的日地相互作用等。

从更宏观的角度看，国际子午圈计划也关乎人类的长期生存。它将有助于我们更好地理解太阳和地球的相互作用，也将为未来我们寻找宜居的类地行星提供依据。

“地球的安全卫士，日夜守望，永不沉睡”

《中国科学报》：您的想法听上去很科幻，从现实层面看，目前国际子午圈计划的组织进度如何？

刘维宁：今年年底，子午工程II期即将完工。子午工程I期和II期将运行多达38种、近300台仪器，能够同时覆盖日冕、太阳风、磁层顶与磁层，辐射带、电离层、中高层大气，一直到对流层顶。

不过，国际子午圈计划还在立项过程中，我们建议在两年内完成建设。目前，巴西、俄罗斯、泰国、美国、加拿大的探测网络已经建成，不需要建设新仪器就可以实现科学目标，我们要做的就是通过国际合作组织实现全球化运行，形成数据共享机制。

《中国科学报》：目前大概有多少国家和地区参与到国际子午圈计划中？

刘维宁：已经有17个国家和地区的科学家加入进来，有些是以比较正式的方式加入，有些是以科学家个人方式加入。

比方说，法国、美国、加拿大的科学家，非常积极地参与进来。巴西和中国科学院此前就已经通过中巴空间天气联合实验室合作了近10年，我们和俄罗斯也有20多年的合作。此外，我们和亚太空间组织的合作也比较紧密，就国际子午圈计划进行了比较深入的讨论，泰国是亚太空间组织的核心成员，未来，秘鲁、土耳其、伊朗都有可能会成为未来加入国际子午圈计划的国家。

《中国科学报》：国际子午圈计划是否有可能受到国际局势的影响？这次国际子午圈计划组织国际研讨会的初衷是什么？

刘维宁：在国际合作方面，我比较乐观。2019年，我们召开过一次国际研讨会，已经围绕着国际子午圈计划形成了科学共识。这次，我们要围绕基于国际子午圈计划的空间天气最新进展和科学挑战、地基观测系统的部署和运行、空间天气建模和数据分析工具、未来发展路线等主题进行讨论。

《中国科学报》：在您的梦想中，国际子午圈计划的未来将会怎样？

刘维宁：我们向往着这样一个未来，数千台国际子午圈计划的仪器把地球空间变为三维信息网格，数以十计的科学卫星穿行于信息网格。国际子午圈计划，它就像一个地球的安全卫士，日夜守望，永不沉睡。