王赤称，当前人类活动正逐步超越陆地、海洋以及低层大气的范围限制，朝着更为广袤的日地空间持续延伸。日地空间环境指的是从地表 20 至 30 千米（平流层顶）之上一直到太阳表面的这一广阔区域，其中涵盖了物理性质各异的中高层大气、电离层、磁层、行星际空间以及太阳大气等五大圈层，它是由太阳持续向外输出的巨大能量与物质和地球大气相互作用而形成的。日地空间是当前人类进行航天活动的主要区域，也是空间开发利用的主要区域，它与人类的生存发展紧密相关，是“第四环境”。

日地空间范围内的灾害性空间天气能够引发卫星失效的情况，能够引发通信中断的情况，能够引发导航偏差的情况，能够引发电网瘫痪的情况等重大风险。2022 年，一次中等空间天气事件使得 SpaceX 的 38 颗“星链”卫星提前坠入大气层并报废。2024 年 5 月，太阳风暴十分强烈并袭击了地球。我国北方地区出现了罕见的极光现象。全球多地都出现了大面积短波通信中断的情况，天波超视距雷达的探测能力严重下降，全球导航卫星系统（GNSS）也出现了失锁等突发状况。

提升空间天气预报预警水平，这是抢占空间天气科技制高点的需求，也是满足国家发展战略的需求，并且这种需求十分迫切。

《瞭望》询问：子午工程在空间科学研究方面发挥了哪些作用？子午工程在空间科学应用服务中又发挥了哪些作用？

王赤指出，地基监测在天地一体化空间环境监测体系里属于重要组成部分以及基础。我国的地基监测走过了从零星观测到综合集成这样的发展路径。子午工程是我国空间科学领域首个国家重大科技基础设施，其目的是构建一个综合性的地基空间环境监测系统。在 2012 年，子午工程一期通过了国家验收，并且正式开始投入运行。已经经历了一个太阳周，这个太阳周是 11 年。并且为提升我国空间环境研究和应用水平作出了重要贡献。

子午工程二期有监测设备，其中包括圆环阵太阳射电成像望远镜。（中国科学院国家空间科学中心供图）

应用方面，该工程为我国重要的空间环境预报保障单位提供了自主的数据，并且将这些数据应用于载人航天、深空探测等多项国家重大任务的保障之中。

子午工程二期能够实现从太阳表面的爆发开始，一直到行星际的传播，再到地球空间的响应，进行全链条的追踪监测。它可以在我国本土以及地球的南北极区，对近地空间（包括地磁、电离层、中高层大气等方面）实现协同网络化的监测。这样就能助力日地空间环境的整体变化机理以及空间物理的基本物理过程等前沿科学研究，同时也能为中国的空间天气预报和预警服务提供关键的自主数据。

子午工程二期在试运行期间展现出了卓越的性能。它成功地捕捉到了 2024 年 5 月的超级磁暴事件。还完整地记录了日地空间环境对太阳活动响应的全过程。这展现了它对空间天气事件的快速监测能力、高精度监测能力以及全局监测能力。利用子午工程二期的监测数据，已经发表了 96 篇科技论文，并且获批了 48 项专利等。

目前子午工程一期和二期已融合运行。国际上其他监测要素和手段较为单一的地基监测网络，像地磁监测网络 MAGDAS、国际超级双极光雷达网 SuperDARN、国际 GNSS 服务 IGS 等，与之相比，子午工程在国际上覆盖范围最广，它的监测要素最全，综合能力也最强，实现了空间天气链锁变化过程端对端的整体监测，并且将对太阳活动 - 日地传输 - 对地影响的全过程研究产生重大影响。

自主创新突破关键探测技术

《瞭望》：子午工程的监测架构是怎样的？

王赤称：地球的磁力线大致是沿着经线（子午线）进行分布的。空间天气事件通常会沿着磁力线进行传播和演化。并且，随着地球的自转，通过利用子午线上的台站进行联合探测，能够实现对空间环境进行扫描观测，这种方式就如同给地球空间环境做 CT 一样。采用地磁（电）手段，可以监测地球表面 20 千米到几百千米高度的中高层大气、电离层和磁层；采用无线电手段，能够监测地球表面 20 千米到几百千米高度的中高层大气、电离层和磁层；采用光学手段，也可以监测地球表面 20 千米到几百千米高度的中高层大气、电离层和磁层。同时，还能监测十几个地球半径以外的行星际空间。

子午工程一期利用了东经 120°子午线附近的观测台站，北起漠河，经北京、武汉，南至海南并延伸到南极中山站；还利用了北纬 30°附近的观测台站，东起上海，经武汉、成都，西至拉萨。在中国的这些 15 个观测台站中，建设了 87 台不同类型的监测设备。子午工程二期形成了 282 台监测设备的空间环境监测系统。

太阳活动是导致地球出现灾害性空间天气的原因。地磁暴等近地空间环境的响应，是太阳风暴与地球空间环境相互作用所产生的结果。子午工程二期为研究日地空间天气因果链，通过自主创新新增了一系列先进的太阳 - 行星际监测设备，即“一链”，用于监测太阳风暴 - 日冕活动、日地行星际传播这一关键链条；采用地磁（电）、无线电、光学等手段，构建起对我国区域的电离层、中高层大气、地磁的网络化监测能力，也就是“三网”，以监测地球空间环境的扰动；在极区高纬、北方中纬、海南（南方）低纬、青藏高原 4 个重点区域建设国际先进的大型监测设备，开展对空间环境的精细“显微”探测，即“四聚焦”，从而实现对一些具备特殊空间天气现象以及对中国区域影响较大地区的监测。

《瞭望》：子午工程二期突破了哪些关键探测技术？

王赤称，该工程的一个显著特点在于拥有完整的日地空间综合监测体系，凭借这一体系，它具备了能够对日地空间进行端对端的整体探测研究的能力。工程二期新增了一系列大型监测设备，这些设备的探测能力在国际上处于领先地位。其中有全球最大的综合孔径射电望远镜——圆环阵太阳射电成像望远镜，它实现了连续稳定的太阳射电成像与频谱观测能力，最大视场能达到 10 个 Rs（太阳半径），还能进行日冕射电活动的三维层析。国际首台全季节观测阵列式大口径激光雷达也被新增，它能探测到 200～1000 千米的高度，其信号灵敏度是国际同类设备的 100～200 倍。全球探测能力最强的三站式相控阵非相干散射雷达也被投入使用，它实现了对上千千米电离层的 CT 扫描和 3 分量速度矢量的探测能力。我国首台行星际闪烁望远镜也已具备，其太阳风三维结构反演能力在国际上处于领先地位。

推动以我为主的多边国际科技合作

《瞭望》：中国在国际空间天气预报中发挥了什么样的作用？

王赤称，子午工程使得中国在空间科学领域开展国际合作时的凝聚力得以大幅提升，话语权也得以大幅提升，同时推动了以我国为主导的多边国际科技合作。

国家空间天气监测预警中心凭借子午工程的自主监测数据，成功完成了多轮国际民航组织（ICAO）空间天气国际值班任务。依照 ICAO 的规定，国际民航组织全球空间天气中心（中国）（CRC-CHN）担当当值中心的职责，其要对全球范围内影响航空运行的空间天气事件进行监测，制作并发布航空空间天气产品，同时提供空间天气情报咨询服务。子午工程监测数据制作的空间天气产品得以应用于 ICAO 服务，其中包含空间天气日报产品和 ICAO 空间天气咨询报。在国际航空空间天气全球服务的大环境中，体现了我国在空间天气监测以及预报预警方面的能力。

2024 年 1 月，国际空间环境服务组织的中国区域警报中心在怀柔科学城落户。子午工程成为中国区域警报中心开展业务的重要数据基础。中国区域警报中心一直向国际空间环境服务组织提供并交换每日的空间天气指数以及事件预报产品。同时，还开展了空间天气预报技术的交流以及全球协调合作。这些举措将会为全球一起应对空间天气灾害，构建人类命运共同体持续地贡献出中国的力量。

《瞭望》：国际子午圈大科学计划进展如何？

王赤指出，空间天气属于全球性问题，这需要全球共同合力参与。子午工程一期针对能量从高纬向低纬传播以及从地球磁层外部向磁层内部传播的研究，迈出了全球性空间天气研究的首个重要步伐。而子午工程二期能够达成空间天气观测从太阳到地球的完整过程，从而完成全球性空间天气研究的第二个关键步骤。我国科学家以子午工程为基础，率先提出了国际子午圈大科学计划（IMCP），并且主导实施了该计划，这一步是全球性空间天气监测研究的第三步。

IMCP 的目标是要实现对日地空间环境在全纬度、全天候以及日不落的情况下进行立体观测。它要解决诸如太阳风暴、地球磁场变化等全球性的挑战难题。并且，它能为应对空间天气灾害、和平利用空间以及在外空领域推动构建人类命运共同体提供科学依据。

IMCP 计划联合十余个跨越东经 120°、西经 60°子午圈沿线的国家或地区的千余台仪器，形成全球分布式地基探测网络。该网络能把地球空间变为物理信息的三维网格，凭借地球自转，每 12 小时可生成一张地球空间环境的“核磁共振图像”。并且会与天基探测卫星相结合，在关键格点对关键过程进行详细诊断。同时，近千台不同种类的仪器设备进行相互定标。这样能将全网络的测量绝对基准维持在一个稳定且精准的基线上，不断对地球环境监测能力指标进行完善。例如，现在地球磁场以每百年 10%的速率在衰减，这使得太阳能量粒子和宇宙射线对地球大气的作用大幅增强。这一变化是否会对气候以及其他环境因素产生影响呢？这需要像 IMCP 这样进行长期、稳定且综合的全球性观测才能够判别。

IMCP自被提出之后，在国际上引发了热烈的响应，有数百位国际科学家参与到规划当中。来自中国、巴西、俄罗斯、泰国、法国、美国等多个国家的 20 多个研究机构，以及国际组织都给予了积极的支持并参与其中。国际子午圈的总部在 2023 年落户到了怀柔科学城。中巴空间天气联合实验室是国际子午圈计划在海外进行建设的先行示范，它与巴西国家空间研究院一同建立了南美区域的空间天气监测网络。国际子午圈计划蓬勃发展，会大幅提升中国在国际空间界的地位和影响力，还能为人类共同应对全球性的空间天气挑战提供中国方案。