探訪我國(guó)境內(nèi)最北科研臺(tái)站——

極寒之地“逐日”記

中國(guó)青年報(bào)·中青在線記者 邱晨輝

中國(guó)，漠河，零下30攝氏度。

52歲的李來(lái)順脫下外套，把帶有拉鏈、紐扣等衣著全部留下，并反復(fù)確認(rèn)身上不再有干擾地磁信號(hào)的鐵制品，方才推開(kāi)地磁觀測(cè)室的大門。

這里是我國(guó)本土最北端的科研觀測(cè)野外臺(tái)站——中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所(以下簡(jiǎn)稱中科院地質(zhì)地球所)漠河觀測(cè)站，位于黑龍江省漠河縣北極鎮(zhèn)北約1公里處，全年約三分之二時(shí)間處于冰凍狀態(tài)，屬極寒地區(qū)。

在這里，剛燒開(kāi)的熱水，在室外灑向空中即可瞬間凝結(jié)成冰，存放在墻頭的面條，則被凍得像磚頭一樣堅(jiān)硬。但就是這樣的環(huán)境，卻對(duì)我國(guó)空間環(huán)境的觀測(cè)研究有著重要的意義。

站在太空俯瞰我國(guó)版圖，沿著東經(jīng)120度子午線，能看到漠河、北京、武漢、三亞4個(gè)站點(diǎn)，緯度間隔約10度均勻布局。據(jù)中科院地質(zhì)地球所研究員、空間環(huán)境探測(cè)實(shí)驗(yàn)室原主任寧百齊介紹，這些站點(diǎn)組成了我國(guó)地球空間環(huán)境觀測(cè)的“黃金鏈”，也是國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目“子午工程”的重要組成部分。

這其中，漠河處在最北端，是監(jiān)測(cè)來(lái)自北極空間環(huán)境擾動(dòng)的“前哨”站點(diǎn)，一旦北極“擾動(dòng)”向低的緯度傳播，將最快“拿到”一手資料。為此，包括李來(lái)順在內(nèi)的多位科研工作者已在這里堅(jiān)守了30年。前不久，中國(guó)青年報(bào)·中青在線記者實(shí)地探訪了這里。

太陽(yáng)“風(fēng)暴”來(lái)臨電網(wǎng)癱瘓衛(wèi)星異常并非危言聳聽(tīng)

人們抬頭望向太陽(yáng)，似乎總是那么安靜，春暖花開(kāi)，日出日落。但在科學(xué)家眼中，掛在天上的太陽(yáng)，卻可能發(fā)生劇烈變化，進(jìn)而影響著我們賴以生存的地球。

中科院地質(zhì)地球所地球與行星物理實(shí)驗(yàn)室副主任劉立波說(shuō)，太陽(yáng)其實(shí)是一顆非?；钴S的活力星球，從太空觀測(cè)太陽(yáng)，可以看到持續(xù)的活動(dòng)，包括光線、粒子和磁場(chǎng)的爆發(fā)。當(dāng)然，還有太陽(yáng)“發(fā)脾氣”時(shí)的“太陽(yáng)耀斑爆發(fā)”。

1859年9月的一個(gè)上午，英國(guó)天文愛(ài)好者卡靈頓照例在自己的天文觀測(cè)室里，對(duì)太陽(yáng)黑子進(jìn)行常規(guī)觀測(cè)。

令他不可思議的事發(fā)生了。日面北側(cè)一個(gè)黑子群附近，突然出現(xiàn)了兩道極其明亮的白光，其亮度迅速增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)光球背景，但白光僅維持了幾分鐘，很快就消失了。

十多個(gè)小時(shí)之后，英國(guó)當(dāng)?shù)氐牡卮排_(tái)站記錄到強(qiáng)烈地磁擾動(dòng)。第二天，世界許多地方——包括我國(guó)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(xué)界，這一事件徹底否定了“太陽(yáng)是個(gè)固體球”的理論，說(shuō)明了太陽(yáng)是個(gè)氣體球。而對(duì)于公眾，這也是人類第一次見(jiàn)識(shí)到“太陽(yáng)風(fēng)暴”的厲害。

根據(jù)歷史記錄，“卡靈頓事件”造成了長(zhǎng)達(dá)8天的惡劣空間天氣。好在，那時(shí)的人類社會(huì)主要依靠蒸汽機(jī)和勞力，還沒(méi)有人造衛(wèi)星、無(wú)線電通信和現(xiàn)代的電力傳輸網(wǎng)絡(luò)，劉立波說(shuō)，“像惡魔一樣”的太陽(yáng)風(fēng)暴，并未給地球帶來(lái)過(guò)于嚴(yán)重的災(zāi)難。

不過(guò)，在通信離不開(kāi)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)、出門離不開(kāi)衛(wèi)星導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)全部癱瘓，全省陷入長(zhǎng)達(dá)9個(gè)小時(shí)的黑暗和寒冷之中。與此同時(shí)，美國(guó)、日本的通信衛(wèi)星出現(xiàn)異常，全球無(wú)線電通信信號(hào)受到極大干擾。

事后人們才知道，這次災(zāi)難的元兇是“太陽(yáng)風(fēng)暴”——它擾亂了地球上空的電離層，影響甚至中斷全球無(wú)線電通信。

中科院地質(zhì)地球所空間環(huán)境探測(cè)實(shí)驗(yàn)室主任李國(guó)主告訴記者，因此深入了解日地空間環(huán)境事件的來(lái)源和機(jī)理，及早探測(cè)和預(yù)報(bào)日地空間環(huán)境事件的發(fā)生，可以避免或減少這類事件對(duì)人類生產(chǎn)和生活造成的破壞性后果。

這就需要給地球做“天氣預(yù)報(bào)”。李國(guó)主說(shuō)：“空間天氣預(yù)報(bào)對(duì)于地球的重要性，就如同天氣預(yù)報(bào)對(duì)于人類的重要性?！北M管，對(duì)地球上的多數(shù)人來(lái)說(shuō)，這場(chǎng)“戰(zhàn)爭(zhēng)”安靜得幾乎不存在。

在我國(guó)最北端給地球做“天氣預(yù)報(bào)”

事實(shí)上，說(shuō)起大氣，大家通常會(huì)分為對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和散逸層，這其實(shí)是通過(guò)按大氣溫度隨高度分布的特征來(lái)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。后者，就是一個(gè)環(huán)繞地球的帶電粒子層，其高度一般為離地面60公里到1000公里。這是整個(gè)空間環(huán)境研究中一個(gè)至關(guān)重要的“觀測(cè)”對(duì)象。

中科院地質(zhì)地球所空間環(huán)境探測(cè)實(shí)驗(yàn)室高級(jí)工程師趙秀寬告訴記者，電離層又有“空中魔鏡”之稱，既對(duì)太陽(yáng)能量的“注入”有反應(yīng)，同時(shí)也可受到地球上臺(tái)風(fēng)等天氣的影響，因而變化莫測(cè)。

趙秀寬說(shuō)，太陽(yáng)活動(dòng)劇烈爆發(fā)時(shí)，會(huì)引起一種大尺度的電離層擾動(dòng)，首先影響較高的緯度地區(qū)，然后往低的緯度地區(qū)傳播——人們所熟悉的極光，就是日地空間環(huán)境事件的光學(xué)表現(xiàn)，在劇烈的地磁暴中，極光帶可以從極區(qū)延伸到中高緯度地區(qū)。

在這一過(guò)程中，漠河站可能在我國(guó)本土最早“感知”到。李國(guó)主說(shuō)，在越高的緯度開(kāi)展空間環(huán)境監(jiān)測(cè)，越有利于研究日地空間環(huán)境事件的來(lái)源和機(jī)理，就能越早地感知和預(yù)報(bào)日地空間環(huán)境事件的發(fā)生，避免這些事件對(duì)人類生產(chǎn)和生活造成破壞性的后果。

這也正是在祖國(guó)最北端設(shè)立觀測(cè)臺(tái)站的意義所在。

去年9月的一個(gè)晚上，一場(chǎng)太陽(yáng)風(fēng)暴事件令很多人記憶猶新，這是自2005年以來(lái)，太陽(yáng)最強(qiáng)的一次爆發(fā)活動(dòng)。

在這次事件爆發(fā)之前，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心對(duì)外發(fā)布了“預(yù)警”，通報(bào)太陽(yáng)耀斑爆發(fā)伴隨日冕物質(zhì)拋射的“抵達(dá)”時(shí)間，并提醒這有可能引起地球磁層、電離層和高層大氣強(qiáng)烈的擾動(dòng)，從而將可能影響到運(yùn)行在其中的衛(wèi)星等飛行器的性能和安全。

李國(guó)主告訴記者，這些對(duì)外發(fā)布的信息，漠河站提供了重要的觀測(cè)數(shù)據(jù)支撐。

中科院地質(zhì)地球所副所長(zhǎng)魏勇告訴記者，“打包”漠河站在內(nèi)的這些臺(tái)站，子午工程建成了一個(gè)以鏈為主、鏈網(wǎng)結(jié)合的，運(yùn)用地磁、無(wú)線電、光學(xué)和探空火箭等多種手段的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。未來(lái)，他們還將以子午工程二期推進(jìn)為契機(jī)，把這里打造為空間環(huán)境綜合觀測(cè)基地。

在極寒極熱之地將人類的認(rèn)知推向極致

漠河站始建于1988年，從那一年開(kāi)始，李來(lái)順就留在了這里。這里夏天很短，冬天很長(zhǎng)，每年九十月開(kāi)始飄雪，直到次年三四月，冰雪方始消融。對(duì)于來(lái)訪者，寒冷是巨大的考驗(yàn)，但對(duì)李來(lái)順和他的同事來(lái)說(shuō)，冷就是家常便飯。

寧百齊還記得，上世紀(jì)80年代，漠河站一年經(jīng)費(fèi)只有兩萬(wàn)多元，冬天地磁觀測(cè)房間里沒(méi)有暖氣，儀器開(kāi)機(jī)工作前，要先用電燈泡“烤一烤”。

不過(guò)，人就沒(méi)有這樣的待遇了。

寧百齊說(shuō)，臺(tái)站工作人員在室外走上一圈，進(jìn)來(lái)就是一身白，只能燒點(diǎn)柴，抱團(tuán)取暖。那時(shí)，當(dāng)?shù)孛癖娦稳菟麄儭斑h(yuǎn)看像撿破爛的，近看像要飯的，仔細(xì)一看原來(lái)是科學(xué)院的”——他們后來(lái)也常以此自嘲。

在這里，有一間特殊的“小屋”，房屋的建設(shè)材料全是“無(wú)磁的”，基礎(chǔ)材料是石灰石，房頂是鋁板，門窗是鋁合金，凡是采用的釘子，都是銅材質(zhì)——“一個(gè)鐵的都沒(méi)有”。

李來(lái)順說(shuō)，如果建筑材料含有一丁點(diǎn)兒鐵的話，人工觀測(cè)記錄的數(shù)據(jù)，就不能反映地球磁場(chǎng)的真實(shí)變化。

這樣的一套流程，李來(lái)順干了將近30年。從最早手抄郵寄，到如今電腦全自動(dòng)化操作，設(shè)備換了一茬又一茬。不變的是他早已習(xí)慣的伙食——夏天吃方便面，冬天吃凍水餃。

30年來(lái)，這里誕生了“子午工程”首批重要科學(xué)成果——磁暴期間電離層與等離子體層物質(zhì)交換的耦合研究。

李國(guó)主說(shuō)，利用漠河地磁和電離層觀測(cè)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，磁暴期間距地球約兩個(gè)地球半徑以外等離子體層的消減，可能是由于電離層物質(zhì)供給減少造成的，這揭示了磁暴期間，電離層對(duì)等離子體層的物質(zhì)調(diào)控作用——這是科學(xué)家理解和預(yù)報(bào)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(jìn)行地質(zhì)檢測(cè)，裝備研制堪稱重中之重。記者造訪期間，中科院地質(zhì)地球所技術(shù)與裝備中心高級(jí)工程師王中興正同科研團(tuán)隊(duì)一起，測(cè)試我國(guó)自主研制的地面電磁探測(cè)儀器。

王中興告訴記者，之所以趕在漠河最冷的時(shí)節(jié)來(lái)工作，就是想測(cè)試其極寒狀態(tài)下的使用狀況。在此之前，該團(tuán)隊(duì)已結(jié)束在內(nèi)蒙古阿拉善地區(qū)所做的40攝氏度高溫測(cè)試。

他說(shuō)，以往提起科研，人們想到的多是實(shí)驗(yàn)室和科學(xué)重器，其實(shí)，對(duì)研究地球深部探測(cè)的科研人員來(lái)說(shuō)，不管是漠河站的嚴(yán)寒觀測(cè)，還是三亞站的酷暑觀測(cè)，地點(diǎn)的選擇才是最重要的。因?yàn)?，只有在極寒、極熱之地，才更能將人類的認(rèn)知推向極致。