大湾区星链中的“前沿哨兵”，时刻监测地球磁场变化
澳科卫星科学与应用数据中心。 受访者供图
“澳科一号”卫星效果图。
澳门空间技术与应用研究院院长、“澳科一号”卫星首席科学家张可可。
今年正处于第25个太阳活动周期峰年。3月，太阳活动增强，不少网友在黑龙江漠河、内蒙古根河等地看到了极光，邂逅一场浪漫视觉盛宴。但越灿烂的极光就意味着地磁暴越强烈，对地面基础设施等威胁也就越大。
其间，正在星空中“站岗”的“澳门科学一号”卫星(以下简称“澳科一号”)传回的数据经科学家团队分析，发现了地磁暴中的地球磁场强烈的时空变化和相关的太阳耀斑。该成果吸引了全球各界目光。
“澳科一号”是内地与澳门合作研制的首颗科学卫星，是全球首颗低纬度地球磁场与空间环境探测卫星，也是我国地球磁场探测精度最高的卫星。为何要用于观测地磁暴?有何用?近日，南都、N视频记者采访了澳门空间技术与应用研究院院长、“澳科一号”卫星首席科学家张可可。
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星空“哨兵”
国内首次真正观测到地磁暴中的地球磁场巨变
去年5月21日，“澳科一号”在酒泉卫星发射中心搭载长征二号丙运载火箭成功发射，11月28日正式投入使用。3个多月后，在今年3月，张可可带领的科学家团队通过分析数据，发现了近日地磁暴中的地球磁场强烈的时空变化与相关的太阳耀斑。
3月23日，太阳活动增强，发生了今年以来最强太阳质子事件，爆发了一个X1级耀斑。空间高能粒子以每秒500公里左右的高速向地球移动，3月24至26日，地球磁场发生了巨变。
彼时，“澳科一号”如同在星空中站岗的哨兵，正在地球上空持续不断运转飞行。卫星搭载的高精度地球磁场仪器不断观测地球磁场空间变化、时间变化等，并把相应数据传送回澳门科技大学的卫星地面站。据了解，“澳科一号”采用的是“A星+B星”联合观测模式，A星搭载高精度磁场观测载荷、能量电子谱仪、激光反射器等载荷，重点开展高精度地球磁场测量任务；B星搭载中能粒子探测器、太阳X射线探测器、激光反射器等载荷，重点开展太阳X射线和地球内辐射带能量粒子探测任务等。
在离卫星地面站300米左右的卫星数据处理中心中，张可可及其团队成员通过对A星和B星传送回来的数据进行接收、处理与分析，得出结果:B星在轨期间对耀斑活动有三个时间段的有效观测，对耀斑区软X射线能谱的演化进行了描画，并观测到了该耀斑的上升相阶段；A星成功发现了磁层环电流的磁场剧烈变化和地球内部感应磁场变化信号，发现了和Dst指数同步的多个峰值。
“澳科一号”成功精准观测得出相应数据，清晰指示此次为地磁暴。这是国内首次真正观测到在太阳爆发耀斑后，地磁暴中的地球磁场巨变。
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前沿技术
弥补国内空白 指标比国外同类卫星更佳
“以前只有国外卫星团队才能观测到，这次是我们。”
“澳科一号”是内地与澳门合作研制的首颗科学卫星，是全球首颗低纬度地球磁场与空间环境探测卫星，也是我国地球磁场探测精度最高的卫星，由国家航天局与澳门特别行政区政府联合开展。卫星系统由中国空间技术研究院航天东方红卫星有限公司和西北工业大学抓总研制，科学载荷由澳门科技大学负责提供，科学数据分析和应用由澳门科技大学、内地有关单位共同开展。
据张可可介绍，“澳科一号”在卫星工程技术方面有多个创新亮点。其配备了高稳定性光学平台，使温度等造成的光学平台形变量最小；它也是国内卫星平台和载荷磁洁净程度最高的地磁卫星，能够精确测量自然界微弱的磁场信号。“我们的卫星磁场测量精度很高，某些指标与西方同类卫星相比更佳。”
以前沿技术支撑，“澳科一号”能够观测到诸如近期引起关注的地磁暴等很多以前国内卫星观测不到的现象，精确测量地球磁场的时空变化，为我国乃至世界各地的地磁科学研究、资源勘探、磁场导航、空间环境监测等领域提供数据支撑。
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地磁暴影响
或破坏地面基础设施造成巨大经济损失
为何国内外都要观测地磁暴?
地磁暴或会对电力系统、石油管道等地面基础设施造成严重破坏，导致巨大的经济损失。据张可可介绍，当磁场有巨大变化的时候，会在地表面产生很大的电流，比如电网、油气等长距离输送线路上容易形成感应电流，造成电网跳闸、管道腐蚀加剧等影响。
有媒体报道，1859年9月发生了人类有记录以来最严重的地磁暴事件，导致欧洲部分地区的电报设备融化和长达8天的恶劣空间天气，还导致美国整个电报网络系统被摧毁并引起了大火。1989年3月，加拿大魁北克省上空出现了一场壮观的极光秀，而隐藏其后的地磁暴使7个继电器几乎同时跳闸，600万人断电长达9小时。
地磁暴还可能会影响卫星轨道运行。地磁暴会加热中高层大气，然后引起中高层大气密度的增加，位于此处的卫星突然阻力大增，从而偏离既定轨道或者掉下。2022年，SpaceX公司的49颗星链卫星刚刚发射上天，就因地磁暴导致其中的38颗卫星没有能够入轨，从而重返大气层坠毁。
另外，地磁暴可能还会影响某些靠地球磁场导航的鸟类、航空通信、全球定位系统信号，甚至手机通信等都有可能受到干扰。不过，虽说对航空器和卫星轨道运行会有影响，但也都可测可控。以本次3月发生的地磁暴为例，“澳科一号”也受到影响，轨道下降。但卫星搭载了发动机，一旦发现偏离既定轨道，可以点燃发动机，校正卫星轨道。
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太阳活跃
监测地球磁场对潜在灾害实时预警
据中国科学院国家空间科学中心和国际太阳活动预报小组的预测，2024年将是第25个太阳活动周期峰年，后续爆发活动会越来越频繁。
“进入太阳活动高年，太阳比较活跃，是公众感觉地磁暴近年来频发的原因之一。”国家空间天气监测预警中心空间天气技术研发室主任宗位国曾在接受媒体采访时说道。
有太阳活动不一定就有地磁暴，直接监测地球磁场能更直接并准确预判地磁暴。“澳科一号”提供的高精度观测数据能对潜在地磁灾害实时预警，在充分保障国家和人民财产安全方面发挥重要作用。
张可可谈到，地球磁场是认识地球系统运转、结构、性质的最重要物理场，也是唯一能反映地球的地核、地幔、海洋、岩石圈以及电离层与磁层特性的物理场。当地球磁场在很短时间内突然增加或减少很多，地球磁场发生巨变产生地磁暴。不过，并非每次地磁暴均会出现以上现象，这取决于地磁暴的强度，需要精准的地球磁场变化数据。
“带来的效应是不可估量的。”张可可表示，正计划建立一个系统对可能发生的灾难性事件进行大概预报，但由于“澳科一号”正式投入使用仅4个月，不仅需要数据积累，还需要进一步科学研究。
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研究成果产业化
澳门珠海拟联合建立研究院
对观测的数据进一步科学研究，牵涉到对整个地球科学技术的理解、核心新技术和软件的开发、核心科学的研究等方面，这离不开研发人员等人的建设。
澳门科技大学团队从2005年开始陆续参加了多个国家航天工程项目，如探月工程、天问一号火星任务等，进行数据分析和相关研究工作。2018年7月，在各方支持下，成立了月球与行星科学国家重点实验室，这些都为“澳科一号”的研究奠定了坚实的科学基础。张可可带领的卫星科学团队是一个由澳门、内地和国外科研人员共同组成的团队，包括地球物理、空间物理、数据处理、模型算法等方面的研发人员。
“澳科一号”提供数据，科学家团队把数据用到不同科学问题的研究上，从而通过建立一个高精度磁场模型，来预报地球磁场的变化、勘探资源、导航、监测空间环境等。这项技术还能应用到日常生活中，比如手机里的导航系统就需要用到磁场模型。
人类观测、研究、利用地球磁场已有很长的历史。在日常生活中，地球磁场为人类提供了不可或缺的天然导航基准。矿产资源普查、室内导航、航海导航、空间天气预报等应用领域，都需要精确的磁场数据。
张可可表示，“大湾区的主要特点是灵活。不但在科学技术研究上，大湾区的航天科技有很大的应用场景。”
而把研究成果产业化，能够真正在应用上面落地，“科学家、企业、政府还要进一步联合起来。”张可可表示，“我们正在与珠海谈，联合建立研究院。用新的科学技术来推动生产力，建立研究院，把新的科技、新的技术、新的想法放到应用上面去，使得整个有关的产业有所向前发展。”
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湾区星链
正筹备建设“澳科二号”
“希望能够抓住这个机会向前再推进。“张可可表示，“澳科一号”从研制、发射到如今观测科研，为大湾区乃至国内航天科技发展带来了一个新的阶段，产生了正面收益和国际影响效应。
“澳科一号”项目及观测数据，吸引来自世界各界的目光。北京时间4月11日，张可可向南都记者分享道，他与团队成员在哥本哈根举办的SWARM十年纪念暨2024科学大会上，就“澳科一号”的项目意义、科学意义、应用意义、数据取得的重要科学成果等方面作了报告，吸引来自全球近300名航天专家关注与高度肯定。“大家对我们这个项目，包括观测到的数据很感兴趣。”
据透露，本次大会已确定，明年5月，联合欧洲航天局将在澳门举办科学讨论会，“不只是我们这颗卫星，相当于把大湾区乃至我国航天实力进一步提升和展示。”
“澳科一号”更是获得国际认同。目前该项目已与18个国际著名研究机构签订了合作研究协议，将共享“澳科一号”观测到的数据等，助力大湾区打造一个面向世界的重大科技创新平台。
卫星的联合研制、成功发射、在轨稳定运行和科学研究任务的开展，开辟了内地与澳门科技创新合作新模式，将充分培养澳门科技创新人才，树立粤港澳大湾区科技创新的良好范例，以前沿技术做支撑，为湾区航天事业做保障。
南都记者获悉，该团队正在考虑建设“澳科二号”，将与“澳科一号”配合形成星座，打造成“湾区星链”，如果能定下来，将会极大推动大湾区航天发展。
检测太阳活动还有这些“国之重器”
2023年9月，国家重大科技基础设施子午工程二期标志性设备之一圆环阵太阳射电成像望远镜顺利通过工艺测试，正式建成；
2024年1月，我国“夸父一号”卫星成功地记录了第25太阳活动周截至目前最大的耀斑；
2024年2月，南京大学太阳物理团队基于探日先锋——“羲和号”卫星全日面光谱成像，分别构建了一个太阳暗条和一个日珥的三维速度场。
关于地磁暴的小科普
地磁暴会影响人类健康和安全吗?实际上，地磁暴的发生对公众日常生活的影响微乎其微，虽然卫星导航设备定位误差可能有所增大，但对公众日常使用导航等功能影响不大。
“有太阳活动，不一定有地磁暴。”张可可解释道。地球表面有自己的保护伞，即地球磁场。
南都调研 总第258期
《逐梦空天 聚星筑链》系列报道
A08-11版
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采写:南都记者 李芷琪 潘莹瑜 实习生 甘晓琳
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