文 ｜ 《中國科學報》 記者 倪思潔

近些年，北極光不再是北極圈的限定款浪漫，而越來越多地出現(xiàn)在內(nèi)蒙古、河北北部、黑龍江、新疆北部……絢麗天象的背后，一場看不見的較量正在展開。

子午工程中國雙極光雷達網(wǎng)（CN-DARN）相關(guān)成果在《創(chuàng)新-地球科學》作為封面文章發(fā)表。

1月，《創(chuàng)新-地球科學》以封面文章形式，發(fā)表了一篇與北極光相關(guān)的研究成果。科研團隊利用一個名為“中國雙極光雷達網(wǎng)”的地面觀測裝置，首次像拍電影般完整記錄下伴隨極光南下的高速帶電粒子流，將空間天氣觀測從以往的衛(wèi)星“快照”研究模式，升級為地面“實時影像”研究模式。

這一裝置由吉林龍井、內(nèi)蒙古四子王旗、新疆和靜的3站6部高頻相干散射雷達組成。其實，它屬于一張更大的“網(wǎng)”——空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網(wǎng)，又名“子午工程”。

自2025年3月子午工程二期通過國家驗收以來，這張覆蓋全國的觀天巨網(wǎng)已經(jīng)開始在空間天氣監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮作用，成為一把能夠真正幫助人類抵御空間天氣災(zāi)害的防護傘。2026年1月28日，子午工程團隊被評為“中國科學院先進集體”。

全球最大規(guī)模綜合孔徑太陽射電望遠鏡——圓環(huán)陣太陽射電成像望遠鏡。

從“十”到“網(wǎng)”：

國之重器的硬核生長

上世紀90年代，當國外競相發(fā)射太陽監(jiān)測衛(wèi)星時，中國科學院院士魏奉思提出了一條差異化路線：利用地面臺站，沿東經(jīng)120度、北緯30度，組建“十”字形地基監(jiān)測鏈。這一構(gòu)想被一些人視為難以實現(xiàn)的夢。但魏奉思堅信：“科學家應(yīng)該有夢想，如果連夢都不敢做，那就成不了大事?！?/p>

這個夢想歷經(jīng)30年，最終從紙上的一個“十”，生長為覆蓋國土的“井”字形巨網(wǎng)。子午工程一期奠定了“十”字架構(gòu)，二期則拓展為沿東經(jīng)100度、120度和北緯30度、40度布局的“井”字形陣列。

2025年3月，子午工程二期正式建成。建設(shè)攻關(guān)團隊中35周歲以下青年占62%，管理團隊中女性占3/4。31個綜合臺站、282臺套設(shè)備，東起上海，西至拉薩，北起漠河，南抵海南并延伸至南極中山站，監(jiān)視著從太陽到地球1.5億公里間的風云變幻。

這張網(wǎng)的價值在于它能“看見”別人看不見的過程與細節(jié)。它實現(xiàn)了“一鏈三網(wǎng)四聚焦”的立體監(jiān)測體系：追蹤從太陽到地球的完整因果“鏈”；構(gòu)建地磁、中高層大氣、電離層3層立體監(jiān)測“網(wǎng)”；聚焦極區(qū)、中緯、低緯、青藏高原4個關(guān)鍵區(qū)域，進行精細“顯微”觀測。

它的價值在建設(shè)完成之前就已經(jīng)有所展現(xiàn)。2024年5月，超級地磁暴使北極光在低緯度地區(qū)閃耀，全球多地經(jīng)歷了短波通信中斷、導航信號失準，尚在試運行的子午工程二期提前發(fā)出預(yù)警，完整記錄了事件全過程，用實戰(zhàn)證明了這張網(wǎng)的可靠與敏銳。

建成運行后，在基礎(chǔ)科學研究方面，子午工程團隊取得了更多的原創(chuàng)性突破。其中，利用子午工程監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)并命名的“太空臺風”現(xiàn)象，因科學價值重要，入選國際期刊《自然》的研究亮點，并作為獨立詞條登上維基百科，產(chǎn)生了廣泛的國際學術(shù)影響。

這張網(wǎng)的能力，來自一個個“國際首次”和“世界之最”的國之重器——

在海拔3800米的高原上，子午工程團隊建成了全球最大規(guī)模的綜合孔徑太陽射電望遠鏡，原創(chuàng)性地提出了基于中央定標結(jié)合多環(huán)相位定標的實時系統(tǒng)級定標方案，突破了單通道多環(huán)絕對相位定標等核心關(guān)鍵技術(shù)。

在荒涼的戈壁草原，子午工程團隊建成了我國首臺、國際先進的行星際閃爍望遠鏡。該裝置首次采用三站雙頻觀測模式，突破了超大型可動拋物柱面天線的高精度同步控制、超長饋線互耦效應(yīng)校正等關(guān)鍵技術(shù)，是國際上首個實現(xiàn)三站雙頻觀測的行星際閃爍監(jiān)測望遠鏡。

在橫跨我國北部的廣闊區(qū)域，子午工程團隊建成了填補國際空白的中緯高頻雷達網(wǎng)。該裝置采用分布式數(shù)字前端技術(shù)，實現(xiàn)所有陣元高精度獨立測控，首次實現(xiàn)對亞洲扇區(qū)南北縱深超4000公里、東西跨度超萬公里電離層環(huán)境的連續(xù)監(jiān)測，并與國際超級雙極光雷達網(wǎng)合作，首次完整成像觀測了磁暴期間的電離層對流演化過程。

“正是這些自主研制的重器，讓中國在空間環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，實現(xiàn)了從‘跟跑’到‘并跑’到整體水平達到國際先進、部分技術(shù)國際領(lǐng)先的跨越。”子午工程二期總指揮、中國科學院國家空間科學中心主任王赤院士說。

子午工程團隊代表合影。中國科學院國家空間科學中心供圖

從“形散”到“神聚”：

觀天巨網(wǎng)的精神內(nèi)核

與許多大科學工程不同，子午工程的設(shè)備遍布全國，無論是建設(shè)還是管理，復雜程度都遠超想象。

子午工程一期立項時，就有同行善意提醒王赤：“有些大裝置一家做都做不好，你們這么散，怎么管？”這個問題，王赤團隊用20年給出答案：“形散而神聚，無往而不勝?！?/p>

這個“神”便是“矢志創(chuàng)新、攻堅克難、協(xié)同聚力、開放共享”的“子午精神”。

如今，在北京懷柔的“子午樓”運控中心，大屏幕上實時滾動著來自全國282臺設(shè)備的數(shù)據(jù)。三樓的預(yù)報中心一旦發(fā)現(xiàn)異常，預(yù)警信息將通過多種渠道瞬間發(fā)出。這種高效源于團隊對“子午精神”的具體實踐。

矢志創(chuàng)新，是融入血脈的科學追求。從“十”字布局到“井”字巨網(wǎng)，創(chuàng)新驅(qū)動貫穿始終?！白游绻こ桃黄跁r，大部分設(shè)備是從國外購買的。到子午工程二期，我們自力更生，實現(xiàn)了核心關(guān)鍵技術(shù)突破?！蓖醭嗾f。

攻堅克難，是直面挑戰(zhàn)的膽識魄力。在四川稻城海拔3800米的雪域高原，科研人員頂著高寒缺氧，駐守300余天，將“千眼天珠”的集成工期提前了50天。“千眼天珠”首席科學家閻敬業(yè)笑言：“我們在最高的海拔干了最燃的事?！?/p>

協(xié)同聚力，是“形散神聚”的系統(tǒng)智慧。工程橫跨8個部門、16家單位，管理復雜度極高。團隊創(chuàng)新“矩陣化”管理模式，以數(shù)據(jù)為紐帶，將分散的設(shè)備、單位凝成整體。

開放共享，是造福人類的全球視野。團隊主動發(fā)起“國際子午圈”大科學計劃，倡導將全球設(shè)備“聯(lián)起來、用起來”，通過數(shù)據(jù)共享應(yīng)對共同挑戰(zhàn)。

從“中國”到“天下”：

全球治理的科學方案

空間天氣是全球性挑戰(zhàn)，太陽風暴的沖擊從不分國界?；谧游绻こ痰娜蝾I(lǐng)先監(jiān)測網(wǎng)與成熟范式，子午工程團隊主動發(fā)起并牽頭組織“國際子午圈”大科學計劃。

這一雄心勃勃的構(gòu)想，旨在聯(lián)合地球陸地唯一可形成閉環(huán)的東經(jīng)120度與西經(jīng)60度子午圈沿線國家，共同構(gòu)建一個環(huán)繞地球、24小時不間斷的全球空間環(huán)境監(jiān)測鏈，實現(xiàn)對日地空間環(huán)境全緯度、全天候、“日不落”的立體觀測。

“要應(yīng)對空間天氣這一全球性挑戰(zhàn)，亟待聯(lián)合全球空間天氣監(jiān)測與研究力量?！蓖醭嗟莱隽擞媱澋某踔?。

王赤介紹，“國際子午圈”大科學計劃的精髓在于開放共享、平等互利的核心理念。它不主張重復建設(shè)和資源競爭，而是創(chuàng)新性地倡導將各國現(xiàn)有監(jiān)測設(shè)備互聯(lián)，通過數(shù)據(jù)共享和協(xié)同研究應(yīng)對共同威脅。

這一務(wù)實而包容的理念迅速贏得了國際科學界的廣泛共鳴與積極響應(yīng)。截至目前，中國團隊已經(jīng)吸引了包括國際空間研究委員會、亞太空間合作組織、巴西國家空間研究院、泰國先皇理工大學、法國比利牛斯天文臺在內(nèi)的51個頂尖國際組織和國外研究機構(gòu)，簽署了合作協(xié)議或確定了合作意向，聯(lián)合調(diào)動的監(jiān)測設(shè)備已超過上千臺套，一個真正意義上的全球空間天氣觀測聯(lián)盟已初具規(guī)模。

在王赤看來，合作的成果是具體而深遠的。該計劃明確了“認知一個系統(tǒng)、厘清兩個影響、破解三大難題”的核心科學目標，旨在深刻理解日地空間的連鎖變化。它不僅將深化人類對空間天氣基本物理過程的認識，更致力于構(gòu)建由國際子午圈數(shù)據(jù)驅(qū)動的空間天氣大模型和高精度預(yù)報產(chǎn)品，為全球衛(wèi)星安全、通信保障和防災(zāi)減災(zāi)提供可靠的公共產(chǎn)品。根據(jù)規(guī)劃，這項大科學計劃將至少執(zhí)行11年，覆蓋一個完整的太陽活動周期，以完成持續(xù)探測與研究，構(gòu)建世界科學家廣泛參與的空間天氣共同體。

從30年前“十”字形的科學夢想，到覆蓋全國的“井”字形監(jiān)測巨網(wǎng)，再到正在形成的環(huán)繞地球的全球合作聯(lián)盟，如今，他們編織的不僅是一張守護國家空間安全的監(jiān)測網(wǎng)，更是一張連接全球智慧、貢獻中國方案、造福全人類的科學之網(wǎng)與未來之網(wǎng)。

《中國科學報》 (2026-02-12 第1版 要聞)

文章轉(zhuǎn)載自“中國科學報”微信公眾號