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营口市科学技术馆

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  • 极寒之地“逐日”记
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            内容摘要: 极寒之地“逐日”记 2015年11月5日,NASA发布为艺术家所绘的概念图,图片显示了太阳风暴击中火星,并使火星上层大气分子或原子电离,产生极光的场景。视觉中国供图(资料图片) 中国,漠河,零下30摄氏度。 52岁的李来顺脱下外套,把带有拉链、纽扣等衣着全部留下,并反复确认身上不再有干扰地磁信号的铁制品,方才推开地磁观测室的大门。 这里是我国本土最北端的科研观测野外台站&mdash...

     

    极寒之地“逐日”记

     

    2015年11月5日,NASA发布为艺术家所绘的概念图,图片显示了太阳风暴击中火星,并使火星上层大气分子或原子电离,产生极光的场景。视觉中国供图(资料图片)

      中国,漠河,零下30摄氏度。

      52岁的李来顺脱下外套,把带有拉链、纽扣等衣着全部留下,并反复确认身上不再有干扰地磁信号的铁制品,方才推开地磁观测室的大门。

      这里是我国本土最北端的科研观测野外台站——中国科学院地质与地球物理研究所(以下简称中科院地质地球所)漠河观测站,位于黑龙江省漠河县北极镇北约1公里处,全年约三分之二时间处于冰冻状态,属极寒地区。

      在这里,刚烧开的热水,在室外洒向空中即可瞬间凝结成冰,存放在墙头的面条,则被冻得像砖头一样坚硬。但就是这样的环境,却对我国空间环境的观测研究有着重要的意义。

      站在太空俯瞰我国版图,沿着东经120度子午线,能看到漠河、北京、武汉、三亚4个站点,纬度间隔约10度均匀布局。据中科院地质地球所研究员、空间环境探测实验室原主任宁百齐介绍,这些站点组成了我国地球空间环境观测的“黄金链”,也是国家重大科技基础设施项目“子午工程”的重要组成部分。

      这其中,漠河处在最北端,是监测来自北极空间环境扰动的“前哨”站点,一旦北极“扰动”向低的纬度传播,将最快“拿到”一手资料。为此,包括李来顺在内的多位科研工作者已在这里坚守了30年。前不久,中国青年报·中青在线记者实地探访了这里。

      太阳“风暴”来临电网瘫痪卫星异常并非危言耸听

      人们抬头望向太阳,似乎总是那么安静,春暖花开,日出日落。但在科学家眼中,挂在天上的太阳,却可能发生剧烈变化,进而影响着我们赖以生存的地球。

      中科院地质地球所地球与行星物理实验室副主任刘立波说,太阳其实是一颗非常活跃的活力星球,从太空观测太阳,可以看到持续的活动,包括光线、粒子和磁场的爆发。当然,还有太阳“发脾气”时的“太阳耀斑爆发”。

      1859年9月的一个上午,英国天文爱好者卡灵顿照例在自己的天文观测室里,对太阳黑子进行常规观测。

      令他不可思议的事发生了。日面北侧一个黑子群附近,突然出现了两道极其明亮的白光,其亮度迅速增加,远远超过光球背景,但白光仅维持了几分钟,很快就消失了。

      十多个小时之后,英国当地的地磁台站记录到强烈地磁扰动。第二天,世界许多地方——包括我国河北等地,都观察到了美丽的极光。

      这就是著名的“卡灵顿事件”。

      在科学界,这一事件彻底否定了“太阳是个固体球”的理论,说明了太阳是个气体球。而对于公众,这也是人类第一次见识到“太阳风暴”的厉害。

      根据历史记录,“卡灵顿事件”造成了长达8天的恶劣空间天气。好在,那时的人类社会主要依靠蒸汽机和劳力,还没有人造卫星、无线电通信和现代的电力传输网络,刘立波说,“像恶魔一样”的太阳风暴,并未给地球带来过于严重的灾难。

      不过,在通信离不开手机网络、出门离不开卫星导航的今天,这一切都变了——

      1989年3月的一天晚上,加拿大魁北克省的供电网络全部瘫痪,全省陷入长达9个小时的黑暗和寒冷之中。与此同时,美国、日本的通信卫星出现异常,全球无线电通信信号受到极大干扰。

      事后人们才知道,这次灾难的元凶是“太阳风暴”——它扰乱了地球上空的电离层,影响甚至中断全球无线电通信。

      中科院地质地球所空间环境探测实验室主任李国主告诉记者,因此深入了解日地空间环境事件的来源和机理,及早探测和预报日地空间环境事件的发生,可以避免或减少这类事件对人类生产和生活造成的破坏性后果。

      这就需要给地球做“天气预报”。李国主说:“空间天气预报对于地球的重要性,就如同天气预报对于人类的重要性。”尽管,对地球上的多数人来说,这场“战争”安静得几乎不存在。

      在我国最北端给地球做“天气预报”

      事实上,说起大气,大家通常会分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层,这其实是通过按大气温度随高度分布的特征来划分的。

      而如果按大气电离状况分层,即可分为中性层和电离层。后者,就是一个环绕地球的带电粒子层,其高度一般为离地面60公里到1000公里。这是整个空间环境研究中一个至关重要的“观测”对象。

      中科院地质地球所空间环境探测实验室高级工程师赵秀宽告诉记者,电离层又有“空中魔镜”之称,既对太阳能量的“注入”有反应,同时也可受到地球上台风等天气的影响,因而变化莫测。

      赵秀宽说,太阳活动剧烈爆发时,会引起一种大尺度的电离层扰动,首先影响较高的纬度地区,然后往低的纬度地区传播——人们所熟悉的极光,就是日地空间环境事件的光学表现,在剧烈的地磁暴中,极光带可以从极区延伸到中高纬度地区。

      在这一过程中,漠河站可能在我国本土最早“感知”到。李国主说,在越高的纬度开展空间环境监测,越有利于研究日地空间环境事件的来源和机理,就能越早地感知和预报日地空间环境事件的发生,避免这些事件对人类生产和生活造成破坏性的后果。

      这也正是在祖国最北端设立观测台站的意义所在。

      去年9月的一个晚上,一场太阳风暴事件令很多人记忆犹新,这是自2005年以来,太阳最强的一次爆发活动。

      在这次事件爆发之前,中国科学院国家空间科学中心对外发布了“预警”,通报太阳耀斑爆发伴随日冕物质抛射的“抵达”时间,并提醒这有可能引起地球磁层、电离层和高层大气强烈的扰动,从而将可能影响到运行在其中的卫星等飞行器的性能和安全。

      李国主告诉记者,这些对外发布的信息,漠河站提供了重要的观测数据支撑。

      中科院地质地球所副所长魏勇告诉记者,“打包”漠河站在内的这些台站,子午工程建成了一个以链为主、链网结合的,运用地磁、无线电、光学和探空火箭等多种手段的监测网络。未来,他们还将以子午工程二期推进为契机,把这里打造为空间环境综合观测基地。

      在极寒极热之地将人类的认知推向极致

      漠河站始建于1988年,从那一年开始,李来顺就留在了这里。这里夏天很短,冬天很长,每年九十月开始飘雪,直到次年三四月,冰雪方始消融。对于来访者,寒冷是巨大的考验,但对李来顺和他的同事来说,冷就是家常便饭。

      宁百齐还记得,上世纪80年代,漠河站一年经费只有两万多元,冬天地磁观测房间里没有暖气,仪器开机工作前,要先用电灯泡“烤一烤”。

      不过,人就没有这样的待遇了。

      宁百齐说,台站工作人员在室外走上一圈,进来就是一身白,只能烧点柴,抱团取暖。那时,当地民众形容他们“远看像捡破烂的,近看像要饭的,仔细一看原来是科学院的”——他们后来也常以此自嘲。

      在这里,有一间特殊的“小屋”,房屋的建设材料全是“无磁的”,基础材料是石灰石,房顶是铝板,门窗是铝合金,凡是采用的钉子,都是铜材质——“一个铁的都没有”。

      李来顺说,如果建筑材料含有一丁点儿铁的话,人工观测记录的数据,就不能反映地球磁场的真实变化。

      这样的一套流程,李来顺干了将近30年。从最早手抄邮寄,到如今电脑全自动化操作,设备换了一茬又一茬。不变的是他早已习惯的伙食——夏天吃方便面,冬天吃冻水饺。

      30年来,这里诞生了“子午工程”首批重要科学成果——磁暴期间电离层与等离子体层物质交换的耦合研究。

      李国主说,利用漠河地磁和电离层观测,科学家发现,磁暴期间距地球约两个地球半径以外等离子体层的消减,可能是由于电离层物质供给减少造成的,这揭示了磁暴期间,电离层对等离子体层的物质调控作用——这是科学家理解和预报空间天气的重要成果。

      在高纬度、极低温和其他极端条件下进行地质检测,装备研制堪称重中之重。记者造访期间,中科院地质地球所技术与装备中心高级工程师王中兴正同科研团队一起,测试我国自主研制的地面电磁探测仪器。

      王中兴告诉记者,之所以赶在漠河最冷的时节来工作,就是想测试其极寒状态下的使用状况。在此之前,该团队已结束在内蒙古阿拉善地区所做的40摄氏度高温测试。

      他说,以往提起科研,人们想到的多是实验室和科学重器,其实,对研究地球深部探测的科研人员来说,不管是漠河站的严寒观测,还是三亚站的酷暑观测,地点的选择才是最重要的。因为,只有在极寒、极热之地,才更能将人类的认知推向极致。

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