大灣區星鏈中的“前沿哨兵”，時刻監測地球磁場變化
澳科衛星科學與應用數據中心。 受訪者供圖
“澳科一號”衛星效果圖。
澳門空間技術與應用研究院院長、“澳科一號”衛星首席科學家張可可。
今年正處於第25個太陽活動週期峰年。3月，太陽活動增強，不少網友在黑龍江漠河、內蒙古根河等地看到了極光，邂逅一場浪漫視覺盛宴。但越燦爛的極光就意味着地磁暴越強烈，對地面基礎設施等威脅也就越大。
其間，正在星空中“站崗”的“澳門科學一號”衛星(以下簡稱“澳科一號”)傳回的數據經科學家團隊分析，發現了地磁暴中的地球磁場強烈的時空變化和相關的太陽耀斑。該成果吸引了全球各界目光。
“澳科一號”是內地與澳門合作研製的首顆科學衛星，是全球首顆低緯度地球磁場與空間環境探測衛星，也是我國地球磁場探測精度最高的衛星。爲何要用於觀測地磁暴?有何用?近日，南都、N視頻記者採訪了澳門空間技術與應用研究院院長、“澳科一號”衛星首席科學家張可可。
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星空“哨兵”
國內首次真正觀測到地磁暴中的地球磁場鉅變
去年5月21日，“澳科一號”在酒泉衛星發射中心搭載長征二號丙運載火箭成功發射，11月28日正式投入使用。3個多月後，在今年3月，張可可帶領的科學家團隊通過分析數據，發現了近日地磁暴中的地球磁場強烈的時空變化與相關的太陽耀斑。
3月23日，太陽活動增強，發生了今年以來最強太陽質子事件，爆發了一個X1級耀斑。空間高能粒子以每秒500公里左右的高速向地球移動，3月24至26日，地球磁場發生了鉅變。
彼時，“澳科一號”如同在星空中站崗的哨兵，正在地球上空持續不斷運轉飛行。衛星搭載的高精度地球磁場儀器不斷觀測地球磁場空間變化、時間變化等，並把相應數據傳送回澳門科技大學的衛星地面站。據瞭解，“澳科一號”採用的是“A星+B星”聯合觀測模式，A星搭載高精度磁場觀測載荷、能量電子譜儀、激光反射器等載荷，重點開展高精度地球磁場測量任務；B星搭載中能粒子探測器、太陽X射線探測器、激光反射器等載荷，重點開展太陽X射線和地球內輻射帶能量粒子探測任務等。
在離衛星地面站300米左右的衛星數據處理中心中，張可可及其團隊成員通過對A星和B星傳送回來的數據進行接收、處理與分析，得出結果:B星在軌期間對耀斑活動有三個時間段的有效觀測，對耀斑區軟X射線能譜的演化進行了描畫，並觀測到了該耀斑的上升相階段；A星成功發現了磁層環電流的磁場劇烈變化和地球內部感應磁場變化信號，發現了和Dst指數同步的多個峰值。
“澳科一號”成功精準觀測得出相應數據，清晰指示此次爲地磁暴。這是國內首次真正觀測到在太陽爆發耀斑後，地磁暴中的地球磁場鉅變。
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前沿技術
彌補國內空白 指標比國外同類衛星更佳
“以前只有國外衛星團隊才能觀測到，這次是我們。”
“澳科一號”是內地與澳門合作研製的首顆科學衛星，是全球首顆低緯度地球磁場與空間環境探測衛星，也是我國地球磁場探測精度最高的衛星，由國家航天局與澳門特別行政區政府聯合開展。衛星系統由中國空間技術研究院航天東方紅衛星有限公司和西北工業大學抓總研製，科學載荷由澳門科技大學負責提供，科學數據分析和應用由澳門科技大學、內地有關單位共同開展。
據張可可介紹，“澳科一號”在衛星工程技術方面有多個創新亮點。其配備了高穩定性光學平臺，使溫度等造成的光學平臺形變量最小；它也是國內衛星平臺和載荷磁潔淨程度最高的地磁衛星，能夠精確測量自然界微弱的磁場信號。“我們的衛星磁場測量精度很高，某些指標與西方同類衛星相比更佳。”
以前沿技術支撐，“澳科一號”能夠觀測到諸如近期引起關注的地磁暴等很多以前國內衛星觀測不到的現象，精確測量地球磁場的時空變化，爲我國乃至世界各地的地磁科學研究、資源勘探、磁場導航、空間環境監測等領域提供數據支撐。
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地磁暴影響
或破壞地面基礎設施造成巨大經濟損失
爲何國內外都要觀測地磁暴?
地磁暴或會對電力系統、石油管道等地面基礎設施造成嚴重破壞，導致巨大的經濟損失。據張可可介紹，當磁場有巨大變化的時候，會在地表面產生很大的電流，比如電網、油氣等長距離輸送線路上容易形成感應電流，造成電網跳閘、管道腐蝕加劇等影響。
有媒體報道，1859年9月發生了人類有記錄以來最嚴重的地磁暴事件，導致歐洲部分地區的電報設備融化和長達8天的惡劣空間天氣，還導致美國整個電報網絡系統被摧毀並引起了大火。1989年3月，加拿大魁北克省上空出現了一場壯觀的極光秀，而隱藏其後的地磁暴使7個繼電器幾乎同時跳閘，600萬人斷電長達9小時。
地磁暴還可能會影響衛星軌道運行。地磁暴會加熱中高層大氣，然後引起中高層大氣密度的增加，位於此處的衛星突然阻力大增，從而偏離既定軌道或者掉下。2022年，SpaceX公司的49顆星鏈衛星剛剛發射上天，就因地磁暴導致其中的38顆衛星沒有能夠入軌，從而重返大氣層墜毀。
另外，地磁暴可能還會影響某些靠地球磁場導航的鳥類、航空通信、全球定位系統信號，甚至手機通信等都有可能受到干擾。不過，雖說對航空器和衛星軌道運行會有影響，但也都可測可控。以本次3月發生的地磁暴爲例，“澳科一號”也受到影響，軌道下降。但衛星搭載了發動機，一旦發現偏離既定軌道，可以點燃發動機，校正衛星軌道。
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太陽活躍
監測地球磁場對潛在災害實時預警
據中國科學院國家空間科學中心和國際太陽活動預報小組的預測，2024年將是第25個太陽活動週期峰年，後續爆發活動會越來越頻繁。
“進入太陽活動高年，太陽比較活躍，是公衆感覺地磁暴近年來頻發的原因之一。”國家空間天氣監測預警中心空間天氣技術研發室主任宗位國曾在接受媒體採訪時說道。
有太陽活動不一定就有地磁暴，直接監測地球磁場能更直接並準確預判地磁暴。“澳科一號”提供的高精度觀測數據能對潛在地磁災害實時預警，在充分保障國家和人民財產安全方面發揮重要作用。
張可可談到，地球磁場是認識地球系統運轉、結構、性質的最重要物理場，也是唯一能反映地球的地核、地幔、海洋、岩石圈以及電離層與磁層特性的物理場。當地球磁場在很短時間內突然增加或減少很多，地球磁場發生鉅變產生地磁暴。不過，並非每次地磁暴均會出現以上現象，這取決於地磁暴的強度，需要精準的地球磁場變化數據。
“帶來的效應是不可估量的。”張可可表示，正計劃建立一個系統對可能發生的災難性事件進行大概預報，但由於“澳科一號”正式投入使用僅4個月，不僅需要數據積累，還需要進一步科學研究。
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研究成果產業化
澳門珠海擬聯合建立研究院
對觀測的數據進一步科學研究，牽涉到對整個地球科學技術的理解、核心新技術和軟件的開發、核心科學的研究等方面，這離不開研發人員等人的建設。
澳門科技大學團隊從2005年開始陸續參加了多個國家航天工程項目，如探月工程、天問一號火星任務等，進行數據分析和相關研究工作。2018年7月，在各方支持下，成立了月球與行星科學國家重點實驗室，這些都爲“澳科一號”的研究奠定了堅實的科學基礎。張可可帶領的衛星科學團隊是一個由澳門、內地和國外科研人員共同組成的團隊，包括地球物理、空間物理、數據處理、模型算法等方面的研發人員。
“澳科一號”提供數據，科學家團隊把數據用到不同科學問題的研究上，從而通過建立一個高精度磁場模型，來預報地球磁場的變化、勘探資源、導航、監測空間環境等。這項技術還能應用到日常生活中，比如手機裡的導航系統就需要用到磁場模型。
人類觀測、研究、利用地球磁場已有很長的歷史。在日常生活中，地球磁場爲人類提供了不可或缺的天然導航基準。礦產資源普查、室內導航、航海導航、空間天氣預報等應用領域，都需要精確的磁場數據。
張可可表示，“大灣區的主要特點是靈活。不但在科學技術研究上，大灣區的航天科技有很大的應用場景。”
而把研究成果產業化，能夠真正在應用上面落地，“科學家、企業、政府還要進一步聯合起來。”張可可表示，“我們正在與珠海談，聯合建立研究院。用新的科學技術來推動生產力，建立研究院，把新的科技、新的技術、新的想法放到應用上面去，使得整個有關的產業有所向前發展。”
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灣區星鏈
正籌備建設“澳科二號”
“希望能夠抓住這個機會向前再推進。“張可可表示，“澳科一號”從研製、發射到如今觀測科研，爲大灣區乃至國內航天科技發展帶來了一個新的階段，產生了正面收益和國際影響效應。
“澳科一號”項目及觀測數據，吸引來自世界各界的目光。北京時間4月11日，張可可向南都記者分享道，他與團隊成員在哥本哈根舉辦的SWARM十年紀念暨2024科學大會上，就“澳科一號”的項目意義、科學意義、應用意義、數據取得的重要科學成果等方面作了報告，吸引來自全球近300名航天專家關注與高度肯定。“大家對我們這個項目，包括觀測到的數據很感興趣。”
據透露，本次大會已確定，明年5月，聯合歐洲航天局將在澳門舉辦科學討論會，“不只是我們這顆衛星，相當於把大灣區乃至我國航天實力進一步提升和展示。”
“澳科一號”更是獲得國際認同。目前該項目已與18個國際著名研究機構簽訂了合作研究協議，將共享“澳科一號”觀測到的數據等，助力大灣區打造一個面向世界的重大科技創新平臺。
衛星的聯合研製、成功發射、在軌穩定運行和科學研究任務的開展，開闢了內地與澳門科技創新合作新模式，將充分培養澳門科技創新人才，樹立粵港澳大灣區科技創新的良好範例，以前沿技術做支撐，爲灣區航天事業做保障。
南都記者獲悉，該團隊正在考慮建設“澳科二號”，將與“澳科一號”配合形成星座，打造成“灣區星鏈”，如果能定下來，將會極大推動大灣區航天發展。
檢測太陽活動還有這些“國之重器”
2023年9月，國家重大科技基礎設施子午工程二期標誌性設備之一圓環陣太陽射電成像望遠鏡順利通過工藝測試，正式建成；
2024年1月，我國“夸父一號”衛星成功地記錄了第25太陽活動周截至目前最大的耀斑；
2024年2月，南京大學太陽物理團隊基於探日先鋒——“羲和號”衛星全日面光譜成像，分別構建了一個太陽暗條和一個日珥的三維速度場。
關於地磁暴的小科普
地磁暴會影響人類健康和安全嗎?實際上，地磁暴的發生對公衆日常生活的影響微乎其微，雖然衛星導航設備定位誤差可能有所增大，但對公衆日常使用導航等功能影響不大。
“有太陽活動，不一定有地磁暴。”張可可解釋道。地球表面有自己的保護傘，即地球磁場。
南都調研 總第258期
《逐夢空天 聚星築鏈》系列報道
A08-11版
總監製:戎明昌 劉江濤
監製:陶然 王佳 田霜月
策劃:陳實 付可 關健明
執行策劃:歐陽雲蔚 楊紅輝 江英 周全 金國華
統籌:李芷琪 潘瑩瑜
採寫:南都記者 李芷琪 潘瑩瑜 實習生 甘曉琳
設計:劉妍妍 何欣