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news.sciencenet.cn 2026/5/21 7:53
282臺設(shè)備組成一張網(wǎng)，他們聯(lián)手“追捕”太陽風(fēng)暴
在距地面100公里以外的廣袤空間，太陽風(fēng)暴時(shí)刻威脅著人類的技術(shù)命脈——衛(wèi)星可能因此失控，通信可能突然中斷，導(dǎo)航信號或許瞬間丟失。
為了防范來自太空的“風(fēng)雨雷電”，一張由中國科學(xué)院牽頭、16家單位共同建設(shè)運(yùn)行的監(jiān)測網(wǎng)——空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)（以下簡稱子午工程）日夜不息地運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)源源不斷地匯聚到位于北京懷柔的子午工程綜合信息與運(yùn)控中心。
如今，子午工程已經(jīng)成為開展建制化空間環(huán)境和空間天氣基礎(chǔ)研究的物理載體。“從建設(shè)期到運(yùn)行期，特別是在2021年《中國科學(xué)院關(guān)于加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的若干意見》（以下簡稱“基礎(chǔ)研究十條”）出臺后，子午工程得到了來自中國科學(xué)院的大力支持。”子午工程二期總指揮、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心（以下簡稱空間中心）主任王赤院士說。
子午工程圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡日觀太陽風(fēng)暴、夜探射電天文。圖片來源：空間中心
從單設(shè)備運(yùn)行到跨部門協(xié)作
近年來，在中國科學(xué)院的推動下，子午工程項(xiàng)目法人空間中心不斷強(qiáng)化科學(xué)技術(shù)總體對各分系統(tǒng)的統(tǒng)籌，科研組織模式從過去主要依托單設(shè)備產(chǎn)出科研成果，轉(zhuǎn)變?yōu)榭鐔挝弧⒖缭O(shè)備協(xié)作開展建制化基礎(chǔ)研究。
“空間科學(xué)的前沿突破、航天強(qiáng)國的建設(shè)需求、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的新業(yè)態(tài)培育，都要求科研組織方式從傳統(tǒng)課題組單打獨(dú)斗緩步慢走，轉(zhuǎn)向建制化團(tuán)隊(duì)聚力加快突破。”王赤說。
其中，最具代表性的就是“太空臺風(fēng)”系列研究。
“太空臺風(fēng)”是一個(gè)由中國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)并開始研究的空間天氣現(xiàn)象。
2021年，中國科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)研究了北極磁極點(diǎn)附近的一個(gè)反�，F(xiàn)象：在長時(shí)間地磁平靜條件下，極區(qū)出現(xiàn)了亮度遠(yuǎn)超常規(guī)極光的氣旋狀結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)擁有近乎靜止的“臺風(fēng)眼”、圓形等離子體對流和強(qiáng)電子“雨”，形態(tài)與大氣臺風(fēng)驚人相似。這一新穎現(xiàn)象，需要“鐵證如山”的解釋。
傳統(tǒng)“單打獨(dú)斗”式的觀測，難以捕捉到這種跨越巨大空間尺度的精細(xì)結(jié)構(gòu)。子午工程的跨部門協(xié)作網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮了作用——空間中心王赤、研究員張清和（時(shí)任山東大學(xué)特聘教授）團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國極地研究中心、吉林龍井/內(nèi)蒙古四子王旗/新疆和靜雷達(dá)站等多家單位的科研團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行了全球極區(qū)電離層大尺度對流的連續(xù)監(jiān)測。
他們在國際上首次捕捉到“太空臺風(fēng)”的對流渦旋特征，相關(guān)成果被《自然》選為研究亮點(diǎn)。“太空臺風(fēng)”一詞也作為獨(dú)立詞條登上維基百科。
“子午工程的建制化協(xié)作為‘太空臺風(fēng)’系列研究提供了不可替代的支撐。”張清和說。
近5年，依托這張協(xié)作網(wǎng)和國際高頻雷達(dá)等數(shù)據(jù)，科研人員在“太空臺風(fēng)”研究方面持續(xù)取得新成果，構(gòu)建起覆蓋超過兩個(gè)太陽活動周（共22年）的全球太空臺風(fēng)事件數(shù)據(jù)庫。
“基于現(xiàn)有成果，我們還在進(jìn)一步研究太空臺風(fēng)與太陽風(fēng)參數(shù)、地磁條件的精細(xì)關(guān)聯(lián)，分析南北半球太空臺風(fēng)不對稱性的成因，并利用子午工程的長期數(shù)據(jù)庫開發(fā)太空臺風(fēng)預(yù)報(bào)模型，提升對衛(wèi)星安全、導(dǎo)航定位的保障能力，為應(yīng)對全球性空間天氣災(zāi)害提供中國方案。”張清和說。
成為國家空間天氣基礎(chǔ)研究基地
2025年3月，子午工程二期通過國家驗(yàn)收。子午工程從一期15個(gè)臺站、87臺套設(shè)備，擴(kuò)展至31個(gè)臺站、282臺套設(shè)備。一張“觀天巨網(wǎng)”開啟常態(tài)化運(yùn)行。
“中國科學(xué)院‘基礎(chǔ)研究十條’強(qiáng)調(diào)要依托國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)一批基礎(chǔ)研究基地。對子午工程來說，282臺套設(shè)備遍布全國各地，要讓這些分散的設(shè)備聯(lián)合起來形成基礎(chǔ)研究基地，并非易事。”王赤說。
在中國科學(xué)院黨組的支持下，子午工程面對“形散”的特點(diǎn)，建立起專門的總體管理機(jī)構(gòu)——子午工程中心，負(fù)責(zé)工程的綜合協(xié)調(diào)、運(yùn)行和數(shù)據(jù)服務(wù)，同時(shí)還建立了以自主數(shù)據(jù)為主線、“形散而神聚”的數(shù)據(jù)治理生態(tài)。
王赤介紹，在數(shù)據(jù)制度層面，子午工程建立了覆蓋數(shù)據(jù)生產(chǎn)、匯交、管理、存儲和共享分發(fā)的完整數(shù)據(jù)政策與服務(wù)鏈條，將數(shù)據(jù)質(zhì)量和使用率直接與運(yùn)行評估掛鉤，實(shí)現(xiàn)了子午數(shù)據(jù)從“要我共享”到“我要共享”的轉(zhuǎn)變。在組織管理上，子午工程實(shí)現(xiàn)了總體管理、專業(yè)技術(shù)、高效運(yùn)行、科學(xué)應(yīng)用“四線并舉”的矩陣模式。
不僅如此，按照“基礎(chǔ)研究十條”關(guān)于“結(jié)合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室體系重組，重塑基礎(chǔ)研究國家隊(duì)”的要求，中國科學(xué)院針對國內(nèi)空間天氣基礎(chǔ)研究力量分散的問題，依托空間中心，聯(lián)合中國科學(xué)院國家天文臺、北京大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳），新建了太陽活動與空間天氣全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重點(diǎn)解決國家空間天氣需求背后的關(guān)鍵科學(xué)和應(yīng)用問題。
如今，子午工程不僅是國際上綜合實(shí)力最強(qiáng)的空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，也成為國家空間天氣基礎(chǔ)研究的重要基地，高質(zhì)量原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究成果持續(xù)產(chǎn)出。
僅過去一年，科研團(tuán)隊(duì)基于子午工程與500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡“中國天眼”聯(lián)合觀測數(shù)據(jù)，獲得月球南極高分辨率雷達(dá)圖像，為未來月球基地選址提供科學(xué)依據(jù)；在國際上首次清晰刻畫特大地磁暴的完整因果鏈條；首次將空間天氣觀測從衛(wèi)星“快照”模式升級為地面“實(shí)時(shí)影像”模式；構(gòu)建中國區(qū)域自主高精度電離層預(yù)報(bào)模式，為太陽活動高年期間北斗導(dǎo)航定位精度的提升提供有力支撐……
“固本、賦能、拓圈”
面向未來，王赤用6個(gè)字概括子午工程的發(fā)展方向：固本、賦能、拓圈。“未來，子午工程將繼續(xù)深化建制化研究，以人才夯實(shí)根基、以人工智能（AI）釋放潛能、以全球網(wǎng)絡(luò)拓展疆域。”
固本，是通過組建專職運(yùn)行師隊(duì)伍、首席科學(xué)家團(tuán)組，夯實(shí)建制化基礎(chǔ)研究的根基，持續(xù)強(qiáng)化重大科學(xué)問題牽引，主動服務(wù)國家重大需求。
王赤介紹，2026年3月，子午工程二期通過國家驗(yàn)收一周年之際，空間中心召開子午工程高質(zhì)量運(yùn)行與發(fā)展年會，全面落實(shí)運(yùn)行領(lǐng)導(dǎo)小組決議，加快實(shí)現(xiàn)從建設(shè)期到運(yùn)行期的轉(zhuǎn)型：技術(shù)線組建專職運(yùn)行師隊(duì)伍，確保設(shè)施持續(xù)產(chǎn)出有重要國際影響力的自主數(shù)據(jù)；科學(xué)線完善以首席科學(xué)家團(tuán)組為核心的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用服務(wù)力量，聚焦子午工程的科學(xué)目標(biāo)和年度科學(xué)專題開展建制化攻關(guān)，面向國家重大任務(wù)和太空經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)拓展應(yīng)用服務(wù)深度與廣度。
賦能，是抓住AI驅(qū)動的科學(xué)研究（AI for Science）機(jī)遇，深入挖掘子午工程海量歷史數(shù)據(jù)溢出價(jià)值，以AI驅(qū)動空間天氣大模型，繼續(xù)保持我國在空間環(huán)境地基監(jiān)測領(lǐng)域的國際地位。
王赤介紹，依托子午工程積累的海量科學(xué)數(shù)據(jù)寶藏，空間中心建立基于典型數(shù)據(jù)的AI-Ready空間天氣因果鏈數(shù)據(jù)集和AI驅(qū)動的空間天氣大模型，打造基于AI的協(xié)同觀測與研究應(yīng)用支撐平臺，開展數(shù)智驅(qū)動的電波環(huán)境應(yīng)用研究示范。
與此同時(shí)，他們還選取大型監(jiān)測設(shè)備作為AI賦能的首批應(yīng)用場景。以四川稻城圓環(huán)陣太陽射電成像望遠(yuǎn)鏡為例，研究人員基于中國科學(xué)院磐石大模型，加快建立射電科研智能體和射電暴智能預(yù)報(bào)模型，推動太陽射電研究實(shí)現(xiàn)從“人工+經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動”向“模型+自動化驅(qū)動”的范式轉(zhuǎn)變。
拓圈，是以建制化奠定的強(qiáng)大基礎(chǔ)為依托，以開放共享的姿態(tài)，邀請世界各國共同應(yīng)對空間天氣災(zāi)害的挑戰(zhàn)。
“日地空間環(huán)境的監(jiān)測與研究，從來不是一個(gè)國家能夠獨(dú)立完成的事業(yè)。”王赤說，太陽活動對地球空間環(huán)境的影響是全球性的，需要全世界科學(xué)家攜手應(yīng)對。
如今，在距地面100公里以外的廣袤空間，太陽風(fēng)暴仍在肆虐。但王赤等中國科學(xué)家堅(jiān)信，依托子午工程這張“觀天巨網(wǎng)”，有了建制化科研的聚力攻關(guān)，人類應(yīng)對太空“風(fēng)雨雷電”、守護(hù)地球家園的夢想，必將一步步成為現(xiàn)實(shí)。
《中國科學(xué)報(bào)》(2026-05-21 第1版 要聞)