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，而越來越多地出現在內蒙古、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（CN-DARN）相關成果在《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的研究成果?？蒲袌F隊利用一個名為“中國雙極光雷達網”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”——空間環(huán)境地基綜合監(jiān)測網，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已經開始在空間天氣監(jiān)測領域發(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”：

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120度、北緯30度，組建“十”字形地基監(jiān)測鏈。這一構想被一些人視為難以實現的夢。但魏奉思堅信：“科學家應該有夢想，如果連夢都不敢做，那就成不了大事?！?/p>

這個夢想歷經30年，最終從紙上的一個“十”，生長為覆蓋國土的“井”字形巨網。子午工程一期奠定了“十”字架構，二期則拓展為沿東經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。建設攻關團隊中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。

這張網的價值在于它能“看見”別人看不見的過程與細節(jié)。它實現了“一鏈三網四聚焦”的立體監(jiān)測體系：追蹤從太陽到地球的完整因果“鏈”；構建地磁、中高層大氣、電離層3層立體監(jiān)測“網”；聚焦極區(qū)、中緯、低緯、青藏高原4個關鍵區(qū)域，進行精細“顯微”觀測。

它的價值在建設完成之前就已經有所展現。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)出預警，完整記錄了事件全過程，用實戰(zhàn)證明了這張網的可靠與敏銳。

建成運行后，在基礎科學研究方面，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)測數據發(fā)現并命名的“太空臺風”現象，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，產生了廣泛的國際學術影響。

這張網的能力，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鍵技術。

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、超長饋線互耦效應校正等關鍵技術，是國際上首個實現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。該裝置采用分布式數字前端技術，實現所有陣元高精度獨立測控，首次實現對亞洲扇區(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)測領域，實現了從‘跟跑’到‘并跑’到整體水平達到國際先進、部分技術國際領先的跨越?！弊游绻こ潭诳傊笓]、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”：

觀天巨網的精神內核

與許多大科學工程不同，子午工程的設備遍布全國，無論是建設還是管理，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。”

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臺設備的數據。三樓的預報中心一旦發(fā)現異常，預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，創(chuàng)新驅動貫穿始終。“子午工程一期時，大部分設備是從國外購買的。到子午工程二期，我們自力更生，實現了核心關鍵技術突破?！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?！扒а厶熘椤笔紫茖W家閻敬業(yè)笑言：“我們在最高的海拔干了最燃的事。”

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，以數據為紐帶，將分散的設備、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，倡導將全球設備“聯(lián)起來、用起來”，通過數據共享應對共同挑戰(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先監(jiān)測網與成熟范式，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。

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

“要應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。”王赤道出了計劃的初衷。

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。它不主張重復建設和資源競爭，而是創(chuàng)新性地倡導將各國現有監(jiān)測設備互聯(lián)，通過數據共享和協(xié)同研究應對共同威脅。

這一務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。截至目前，中國團隊已經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的51個頂尖國際組織和國外研究機構，簽署了合作協(xié)議或確定了合作意向，聯(lián)合調動的監(jiān)測設備已超過上千臺套，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，更致力于構建由國際子午圈數據驅動的空間天氣大模型和高精度預報產品，為全球衛(wèi)星安全、通信保障和防災減災提供可靠的公共產品。根據規(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，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，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與未來之網。

《中國科學報》 (2026-02-12 第1版 要聞)

文章轉載自“中國科學報”微信公眾號