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李会超:欧空局批准“微笑”计划,中欧合拍空间科学大戏将正式开机
关键字: 微笑卫星计划探测空间天气,保卫人类安全
SMILE卫星装备了四台科学探测仪器,其中两台的功能是探测卫星所在位置的等离子体和磁场参数,而另外两台,则可以通过人的肉眼无法分辨的极紫外波段和X射线波段,为磁层和极光“拍照片”,帮助科学家们进一步搞清太阳风究竟是如何与我们的地球磁场相互作用的。在以往对磁层的探测中,卫星上搭载的大都是局地探测仪器,只能探测卫星所在位置的参数,通过卫星的移动使科学家们了解磁层不同部分的性质。结合理论研究和计算机数值模拟,这样的探测已经使我们建立起来了对地球磁层基本结构和变化过程的概念,但这种只见点而不见面的观测,无法从宏观上展示太阳风-磁层相互作用和极光形成的全貌,容易使科学家们陷入“盲人摸象”的境地。而微笑卫星所带来的探测数据,将有望改变这一现状。
(SDO卫星拍摄的一次日珥爆发现象,电影《流浪地球》开头的一段即采用了这次爆发的视频)
除了探究自然规律外,对太阳风-磁层相互作用的研究也有着现实的意义。1989年,太阳上发生了一次剧烈的爆发,一大团裹挟着磁场的等离子体团以每秒数千公里的速度射向太阳之中,打破了太空中的平静。当这团物质打击到地球时,地磁场像大地震那样发生了剧烈的震颤,在加拿大魁北克地区的电网中产生的地磁感应电流使该地区的电网瘫痪,占加拿大总人口数约四分之一的的居民失去了供电。
2003年万圣节期间,多个强太阳爆发相继袭击了地球,飞跃北极的洲际航班不得不改变航线以应对极区增大的辐射剂量和中断的无线电通信,日本的一颗对地观测卫星被完全损毁,国际空间站的宇航员紧急进入防护能力较强的舱段躲避增强的辐射,全世界范围内的通讯、导航、供电等部门也受到了严重的影响。
2001年中美南海撞机事件发生后,强太阳风暴的侵袭曾经一度干扰了搜救船只的无线电通信。而冷战期间,强太阳风暴引起的雷达干扰险些使美苏两国将其误判为对方的军事行动而实施核反击。
太阳活动对人类生产生活的影响,是一门被称为“空间天气”的学科所研究的内容。只有掌握了空间天气现象中的物理规律,才有可能在太阳上出现特定的不稳定结构时预报它可能对地球产生的影响。完整的空间天气预报需要对太阳大气到地球的电离层、中高层大气等一系列区域的变化进行建模和预报,而太阳风-磁层相互作用则是这个预报过程中的重要一环。SMILE的探测数据,将可以帮助科学家们更准确的进行空间天气预报。
中欧空间科学合作迈向新时代
中国和欧洲在空间科学领域的合作有着良好的传统。上世纪八十年代,中科院刘振兴院士提出了关于磁层中磁场重联现象的一个新理论,引起了国际学术界的广泛关注。此时,恰逢欧空局准备实施进行磁层探测的“星簇”(Cluster)卫星计划。为了使Cluster的科学产出最大化,欧空局广邀各国同行一同提出利用“星簇”数据进行研究的计划。刘振兴院士团队的计划书以其独特新颖的思路而被欧空局的同行们看中。在上世纪八十年代末、九十年代初西方各国对我国的态度普遍不友善的情况下,欧空局罗格·博奈等科学家没有被政治风向所左右,坚持将中国同行纳入了星簇卫星的合作计划。
(已故的刘振兴院士(左一)与欧空局科学家)
由于阿丽亚娜火箭首飞失利,星簇计划首次发射以失败告终,但这并没有动摇欧空局继续实施这一计划的决心。同时,刘院士也发现星簇计划和当时国际上的其他卫星计划对地球磁层的探测存在盲区,如果能在环绕地球极区和赤道的轨道上各布置一颗卫星,则将能够更全面的探测磁层的变化。这个想法得到了欧洲同行的支持,决定与中国科学家的卫星计划开展联合探测。
在刘院士的不懈努力下,他的设想最终成为了国家批准立项的“双星”计划,两颗卫星“探测一号”、“探测二号”由中欧合作研制,中方负责卫星平台和部分科学载荷,欧方负责另一部分科学载荷,并在卫星研制过程中的一些关键技术问题上提供帮助。卫星由中国火箭发射,欧空局提供测控支持。与此同时,重新制造的四颗星簇卫星也被成功发射升空,双星和星簇的探测按照双方科学家的设想紧密配合,形成了“双星-星簇”计划,完成了人类历史上第一次对地球空间的六点探测,并因其取得的丰硕成果而获得国际宇航科学院“2010年度杰出团队成就奖”。
(刘振兴院士(着西服)指导科技人员开展“双星”的研制工作)
微笑卫星的科学构想由中欧科学家共同提出,有效载荷的研制由两国团队共同完成,首席科学家也由两方的专家共同担任。本次任务将使用欧洲火箭执行发射任务,而获取的数据则由两国团队共享。可以期待,在两国老一辈科学家打下的良好基础下,微笑卫星必将实现东西两开花,演出一部精彩的中欧合拍的空间科学大戏,在新时代里为构建人类命运共同体提供科学支持。
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- 责任编辑:孙武
- 最后更新: 2019-03-19 10:15:29
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