【中國青年報】極寒之地「逐日」記---中國科學院

　　2015年11月5日，NASA發布為藝術家所繪的概念圖，圖片顯示了太陽風暴擊中火星，並使火星上層大氣分子或原子電離，產生極光的場景。視覺中國供圖（資料圖片）

　　中國，漠河，零下30攝氏度。

　　52歲的李來順脫下外套，把帶有拉鏈、紐扣等衣著全部留下，並反覆確認身上不再有幹擾地磁信號的鐵製品，方才推開地磁觀測室的大門。

　　這裡是我國本土最北端的科研觀測野外臺站——中國科學院地質與地球物理研究所（以下簡稱中科院地質地球所）漠河觀測站，位於黑龍江省漠河縣北極鎮北約1公裡處，全年約三分之二時間處於冰凍狀態，屬極寒地區。

　　在這裡，剛燒開的熱水，在室外灑向空中即可瞬間凝結成冰，存放在牆頭的麵條，則被凍得像磚頭一樣堅硬。但就是這樣的環境，卻對我國空間環境的觀測研究有著重要的意義。

　　站在太空俯瞰我國版圖，沿著東經120度子午線，能看到漠河、北京、武漢、三亞4個站點，緯度間隔約10度均勻布局。據中科院地質地球所研究員、空間環境探測實驗室原主任寧百齊介紹，這些站點組成了我國地球空間環境觀測的「黃金鍊」，也是國家重大科技基礎設施項目「子午工程」的重要組成部分。

　　這其中，漠河處在最北端，是監測來自北極空間環境擾動的「前哨」站點，一旦北極「擾動」向低的緯度傳播，將最快「拿到」一手資料。為此，包括李來順在內的多位科研工作者已在這裡堅守了30年。前不久，中國青年報·中青在線記者實地探訪了這裡。

　　太陽「風暴」來臨電網癱瘓衛星異常並非危言聳聽

　　人們抬頭望向太陽，似乎總是那麼安靜，春暖花開，日出日落。但在科學家眼中，掛在天上的太陽，卻可能發生劇烈變化，進而影響著我們賴以生存的地球。

　　中科院地質地球所地球與行星物理實驗室副主任劉立波說，太陽其實是一顆非常活躍的活力星球，從太空觀測太陽，可以看到持續的活動，包括光線、粒子和磁場的爆發。當然，還有太陽「發脾氣」時的「太陽耀斑爆發」。

　　1859年9月的一個上午，英國天文愛好者卡靈頓照例在自己的天文觀測室裡，對太陽黑子進行常規觀測。

　　令他不可思議的事發生了。日面北側一個黑子群附近，突然出現了兩道極其明亮的白光，其亮度迅速增加，遠遠超過光球背景，但白光僅維持了幾分鐘，很快就消失了。

　　十多個小時之後，英國當地的地磁臺站記錄到強烈地磁擾動。第二天，世界許多地方——包括我國河北等地，都觀察到了美麗的極光。

　　這就是著名的「卡靈頓事件」。

　　在科學界，這一事件徹底否定了「太陽是個固體球」的理論，說明了太陽是個氣體球。而對於公眾，這也是人類第一次見識到「太陽風暴」的厲害。

　　根據歷史記錄，「卡靈頓事件」造成了長達8天的惡劣空間天氣。好在，那時的人類社會主要依靠蒸汽機和勞力，還沒有人造衛星、無線電通信和現代的電力傳輸網絡，劉立波說，「像惡魔一樣」的太陽風暴，並未給地球帶來過於嚴重的災難。

　　不過，在通信離不開手機網絡、出門離不開衛星導航的今天，這一切都變了——

　　1989年3月的一天晚上，加拿大魁北克省的供電網絡全部癱瘓，全省陷入長達9個小時的黑暗和寒冷之中。與此同時，美國、日本的通信衛星出現異常，全球無線電通信信號受到極大幹擾。

　　事後人們才知道，這次災難的元兇是「太陽風暴」——它擾亂了地球上空的電離層，影響甚至中斷全球無線電通信。

　　中科院地質地球所空間環境探測實驗室主任李國主告訴記者，因此深入了解日地空間環境事件的來源和機理，及早探測和預報日地空間環境事件的發生，可以避免或減少這類事件對人類生產和生活造成的破壞性後果。

　　這就需要給地球做「天氣預報」。李國主說：「空間天氣預報對於地球的重要性，就如同天氣預報對於人類的重要性。」儘管，對地球上的多數人來說，這場「戰爭」安靜得幾乎不存在。

　　在我國最北端給地球做「天氣預報」

　　事實上，說起大氣，大家通常會分為對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層，這其實是通過按大氣溫度隨高度分布的特徵來劃分的。

　　而如果按大氣電離狀況分層，即可分為中性層和電離層。後者，就是一個環繞地球的帶電粒子層，其高度一般為離地面60公裡到1000公裡。這是整個空間環境研究中一個至關重要的「觀測」對象。

　　中科院地質地球所空間環境探測實驗室高級工程師趙秀寬告訴記者，電離層又有「空中魔鏡」之稱，既對太陽能量的「注入」有反應，同時也可受到地球上颱風等天氣的影響，因而變化莫測。

　　趙秀寬說，太陽活動劇烈爆發時，會引起一種大尺度的電離層擾動，首先影響較高的緯度地區，然後往低的緯度地區傳播——人們所熟悉的極光，就是日地空間環境事件的光學表現，在劇烈的地磁暴中，極光帶可以從極區延伸到中高緯度地區。

　　在這一過程中，漠河站可能在我國本土最早「感知」到。李國主說，在越高的緯度開展空間環境監測，越有利於研究日地空間環境事件的來源和機理，就能越早地感知和預報日地空間環境事件的發生，避免這些事件對人類生產和生活造成破壞性的後果。

　　這也正是在祖國最北端設立觀測臺站的意義所在。

　　去年9月的一個晚上，一場太陽風暴事件令很多人記憶猶新，這是自2005年以來，太陽最強的一次爆發活動。

　　在這次事件爆發之前，中國科學院國家空間科學中心對外發布了「預警」，通報太陽耀斑爆發伴隨日冕物質拋射的「抵達」時間，並提醒這有可能引起地球磁層、電離層和高層大氣強烈的擾動，從而將可能影響到運行在其中的衛星等飛行器的性能和安全。

　　李國主告訴記者，這些對外發布的信息，漠河站提供了重要的觀測數據支撐。

　　中科院地質地球所副所長魏勇告訴記者，「打包」漠河站在內的這些臺站，子午工程建成了一個以鏈為主、鏈網結合的，運用地磁、無線電、光學和探空火箭等多種手段的監測網絡。未來，他們還將以子午工程二期推進為契機，把這裡打造為空間環境綜合觀測基地。

　　在極寒極熱之地將人類的認知推向極致

　　漠河站始建於1988年，從那一年開始，李來順就留在了這裡。這裡夏天很短，冬天很長，每年九十月開始飄雪，直到次年三四月，冰雪方始消融。對於來訪者，寒冷是巨大的考驗，但對李來順和他的同事來說，冷就是家常便飯。

　　寧百齊還記得，上世紀80年代，漠河站一年經費只有兩萬多元，冬天地磁觀測房間裡沒有暖氣，儀器開機工作前，要先用電燈泡「烤一烤」。

　　不過，人就沒有這樣的待遇了。

　　寧百齊說，臺站工作人員在室外走上一圈，進來就是一身白，只能燒點柴，抱團取暖。那時，當地民眾形容他們「遠看像撿破爛的，近看像要飯的，仔細一看原來是科學院的」——他們後來也常以此自嘲。

　　在這裡，有一間特殊的「小屋」，房屋的建設材料全是「無磁的」，基礎材料是石灰石，房頂是鋁板，門窗是鋁合金，凡是採用的釘子，都是銅材質——「一個鐵的都沒有」。

　　李來順說，如果建築材料含有一丁點兒鐵的話，人工觀測記錄的數據，就不能反映地球磁場的真實變化。

　　這樣的一套流程，李來順幹了將近30年。從最早手抄郵寄，到如今電腦全自動化操作，設備換了一茬又一茬。不變的是他早已習慣的夥食——夏天吃方便麵，冬天吃凍水餃。

　　30年來，這裡誕生了「子午工程」首批重要科學成果——磁暴期間電離層與等離子體層物質交換的耦合研究。

　　李國主說，利用漠河地磁和電離層觀測，科學家發現，磁暴期間距地球約兩個地球半徑以外等離子體層的消減，可能是由於電離層物質供給減少造成的，這揭示了磁暴期間，電離層對等離子體層的物質調控作用——這是科學家理解和預報空間天氣的重要成果。

　　在高緯度、極低溫和其他極端條件下進行地質檢測，裝備研製堪稱重中之重。記者造訪期間，中科院地質地球所技術與裝備中心高級工程師王中興正同科研團隊一起，測試我國自主研製的地面電磁探測儀器。

　　王中興告訴記者，之所以趕在漠河最冷的時節來工作，就是想測試其極寒狀態下的使用狀況。在此之前，該團隊已結束在內蒙古阿拉善地區所做的40攝氏度高溫測試。

　　他說，以往提起科研，人們想到的多是實驗室和科學重器，其實，對研究地球深部探測的科研人員來說，不管是漠河站的嚴寒觀測，還是三亞站的酷暑觀測，地點的選擇才是最重要的。因為，只有在極寒、極熱之地，才更能將人類的認知推向極致。

　　（原載於《中國青年報》 2018-02-26 12版）