中國首次發射這種衛星 為了在關鍵時刻救你我一命|地震|科學家|電磁場_新浪新聞
心蕩神迷網
2025-07-04 17:16:43
原標題：為了在關鍵時刻救你我一命，中國第一次發射這種衛星！
昨天下午，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將電磁監測試驗衛星“張衡一號”發射升空，衛星順利進入預定軌道。
這是我國第一顆觀測地震電磁信息的衛星！“張衡一號”的成功發射使我國成為世界上少數擁有在軌運行高精度地球物理場探測衛星的國家之一。
在21世紀的今天，人類文明已經走過6000多年曆史並迎來第六次科技革命，如果要問還有哪些世界性難題久攻未破，甚至仍在限製人類的想象力？地震預測，肯定算一個。
今天，我國第一顆觀測地震電磁信息的衛星“張衡一號”成功發射。公元132年，我們的祖先張衡發明了人類曆史上最早的地動儀，開創世界地震勘測研究的先河，如今這個以他的名字命名的衛星，飛上了天。1800多年過去了，我們研究的還是這個問題：地震預測。
是的，這顆衛星仍然不能直接預測預報地震。用國防科工局係統工程司副司長趙堅的話說，“‘張衡一號’主要是用於地震前兆信息研究，為未來建立地震監測體係進行前期技術儲備”。
盡管如此，對於中國人的地震預測研究之路，這顆衛星還是邁出了一大步，有望讓我國第一次具備全疆域和全球三維地球物理場動態監測能力。換句話說，中國境內6級以上、全球主要地區7級以上的地震電磁信息，這顆衛星都有可能“看到”。
人類究竟能否預測地震？
仰望星空，人類拿起“天文”的尺子來看待自己，不免會產生敬畏之感，同樣地，麵對大地，人類同樣會感到“渺滄海之一粟”，這不單是因為體積上的巨大差異，更有來自這個龐然大物“發脾氣”時的巨大威脅——大地一顫抖，帶來的就可能是生與死。
以去年為例，來自中國地震局的數據顯示，2017年我國發生5級以上地震19次，其中大陸地區13次，台灣地區6次，最大地震為8月8日四川九寨溝7.0級地震。這些地震共造成大陸地區37人死亡，1人失蹤，617人受傷，直接經濟損失145.58億。
2017年8月8日21時19分46秒，四川省北部阿壩州九寨溝縣發生7.0級地震，截至2017年8月13日20時，地震造成25人死亡，525人受傷，73671間房屋不同程度受損。（圖片來源於網絡）
相應地，地震認知上的一個個空白，加劇了這種威脅：大地究竟為何顫抖，地震究竟能否預測，以及該如何預報，仍是全球科學家麵臨的巨大挑戰。
“張衡一號”衛星工程首席科學家兼副總師、中國地震局地殼應力研究所總工程師申旭輝說，擺在科學家麵前的地震預報難題有“三座大山”。
首先是地震事例太少。他說，中國平均每三年有2個七級地震，全球每年則有18個——盡管誰也不願看到地震發生，但這無法避免，那麽僅從科研角度來說，這樣幾次的數據連有效的統計分析都不夠，不足以幫助科學家形成完整的地震預測科學體係和方法體係。
換言之，地震監測的研究結果難以檢驗。申旭輝說，強烈地震對於同一地區可能是幾十年、幾百年或者更長的時間才能遇到一次，對於不同地區，甚至不同時期的孕震過程，機理差異很大，所以，“重複實踐”進行檢驗的機會很難碰到。
其次，地震科學研究的方法和手段受到很多製約。申旭輝說，地震發生在地下二三十千米處，而當今世界上最深的鑽孔隻有12千米，科學家們很難去地下去“看”究竟發生了什麽，“既看不見，也摸不著”。
相應地，現有的地震“觀測”均是間接的，人們隻能依靠地麵的觀測資料，對地球內部的狀況進行反演和推測，但申旭輝告訴記者，地麵的探測站點畢竟分散，又很難把全球的地球物理場搞清楚。
第三是理論的更新相對較慢。地震是地球上規模宏大的地下岩體破裂現象，其孕育過程跨越了幾年、幾十年，甚至更長的時間，因而，不但很難用經典物理學從本質上加以描述，也難以在實驗室或者野外進行模擬。
申旭輝說，地震研究的基本理論本身起源於早期的牛頓物理學，而如今物理學發展很快，基礎理論學科相互交叉滲透，地震研究迫切需要吸收其他相關學科的理論。
其實，地震究竟能不能預測，科學界長期以來就有爭議。
20多年前，這個問題還曾在我國掀起過一次大討論。我國地球物理學家、中科院院士陳運泰當時的態度相對樂觀——“地震不可預報這樣的論斷要慎言”，在他看來，自然科學問題必有解決的辦法，需要尋找探索新的思路。
申旭輝認為，如今“張衡一號”的發射就是一次新的探索和嚐試。正如陳運泰院士所說，“地震預測預報，是世界性難題，但並不是說在這個難題解決之前，地震工作者就什麽都不能做”。
為何要到天上去“看”地震？
事實上，在地球的周圍，有著一層薄薄的“殼”，是一個“電子”和“離子”的世界，這裏的物質性質在某種程度上就像是水一樣，當受到地殼運動、地麵人類活動等的影響時，其中的“電磁波”就會像水中的“漣漪”一樣，在等離子體環境裏傳播。
申旭輝告訴記者，過去幾十年科學家發現，他們所監測到的“空間電磁擾動”也就是“電磁波漣漪”，與地震的發生具有明顯的相關性：統計意義上，地球上六級七級以上地震在發生前即孕育過程中，相應區域的“空間電磁擾動”都有可能發生異常。
上世紀60年代，蘇聯科學家分析一顆衛星電磁信號時，發現衛星記錄到地震低頻電磁輻射前兆現象，稱之為“地震電離層效應”。我國在1976年唐山地震時，也通過地麵雷達係統發現了相應的電離層擾動現象。
申旭輝說，這給人類探索地震發生的機理帶來了一絲“難得的光明”。
“張衡一號”正是依據這一原理來運行的。申旭輝說，地震簡單來說就是“地殼運動”，這種運動會切割磁力線，也會造成磁力線的扭曲。另一方麵，地球岩石的摩擦破裂，會產生電磁波，這些電磁波往大氣層傳播，將致使大氣層的電磁信息發生變化。
事實上，國外利用衛星進行地震前“空間電磁異常”現象的研究已經有多年的曆史。趙堅說，此前有俄羅斯、法國、美國、烏克蘭等國家已經發射過同類衛星，不過均已退役，其中法國的DEMETER衛星連續在軌運行6年半，取得了不小的成功。
法國DEMETER衛星計劃首席科學家米歇爾•帕羅特教授說，基於這顆衛星的統計研究，可以反映電離層擾動的常規形態，並有助於科學家確定震前的電離層擾動特征。值得一提的是，中法科學家也聯合利用這顆衛星的數據發表了大量科研論文，其中大部分是針對震前研究。
而跳出地球來“看”地震，還能突破許多地震研究的限製。比如，填補地麵觀測台網在青藏高原和海域地區觀測不足。
申旭輝說，在地麵上，像青藏高原的極寒地區，現有的地震台網並不能完全覆蓋，麵積廣闊的海洋也觀測不到。相應地，衛星上天之後，就可以不受這些自然環境的約束，對全疆域實時觀測。
一兩顆衛星就能研究地震？
按照趙堅的說法，“張衡一號”真正投入運行後，能夠重點監測中國全境，並能獲取全球電磁信息的試驗衛星及其地麵、應用係統，檢驗衛星電磁監測新技術設備的效能和空間適應性。
具體來說，“張衡一號”可以開展全球7級以上、我國6級以上地震電磁信息分析研究，總體技術指標達到國際先進水平，部分技術指標達到國際領先水平。
不過，申旭輝告訴記者，對於地震研究而言，指望一兩顆衛星遠遠不夠。這一點國外的“先驅者”已經給出了理由。
米歇爾•帕羅特談及法國的DEMETER衛星時說，盡管這顆衛星運行了6年，但作為一顆低軌衛星，衛星經過未來震中上空1500公裏範圍內的時間，每天隻有3分鍾，所以科研人員不可能期望能觀測到“持續的”電離層擾動。
如此一來，一些電離層擾動很可能“看”不到，這就是單一衛星與地基觀測對比中顯示出來的主要缺陷。米歇爾•帕羅特說，這也是中國的“張衡”計劃要設計多顆衛星的重要之處。
趙堅說，後續，國防科工局將會同中國地震局，開展電磁監測試驗衛星即“張衡”係列衛星的在軌測試及相關應用，提升民用衛星對地震監測與應急服務能力，進一步提升天基信息防震減災服務能力。
他還透露，“張衡一號”及其後續衛星計劃已經納入國家民用空間基礎設施中長期發展規劃，目前“張衡二號”目前已經通過可研評估，預計2020年發射。
事實上，能夠真正對全球實施觀測，統計研究全球地震的前兆變化特征，對地震研究者來說是件“極其興奮”的事。申旭輝告訴記者，也許在他有生之年，也未必能見證“地震預測”真正實現的那一天，但這並不意味著現在的努力就付諸東流。
申旭輝說，一代人有一代的使命，如今有了衛星以及相應的星座計劃，可以積累更多有效的、原始的數據，不斷探索地震預測新方法——這是他這一代科學家要做的。
延伸閱讀
“張衡一號”衛星發射成功，開啟地震監測預測新篇章
文 |⠩™ƒ忠 沈萍本文轉載自微信公眾號“科學大院”（ID：kexuedayuan），不代表瞭望智庫觀點。
今天，我國首顆地震電磁監測衛星“張衡一號”在酒泉衛星發射中心成功發射。這是我國自主研發的地震立體觀測體係天基觀測平台，表明我國已經成為唯一擁有在軌運行的多載荷、高精度地震監測衛星的國家。這是我國繼“墨子號”量子科學衛星之後又一個以我國古代科學家名字命名的科學實驗衛星。
張衡是我國古代著名的科學家，它的重要發明就是候風地動儀，這是世界上最早記錄地震的儀器。此次發射的地震電磁衛星“張衡一號”就是為紀念這位偉大的科學家而命名的。
電磁監測衛星：研究地球電磁環境
地球是一個係統，它是由空間圈、大氣圈、水圈和固體地球（固體地球包括岩石圈、地幔、外核和內核）各個圈層組成。
地球科學的主要任務就是研究地球係統各個圈層相互作用、地球災變和人類活動對地球的影響。在航天時代，地球各個圈層的相互作用更進一步被證明，在特大地震發生時電離層有反應已經被證實。
電磁監測衛星是研究地球電磁環境的重要手段，在地震監測、預測方麵有重要的應用前景。科學家通過研究發現，在一些大地震前可觀測到較大空間範圍的電離層擾動和電磁異常現象。法國2004年發射了專用於地震監測的DEMETER衛星，觀測到了明顯的震前電磁擾動信息。
空間電磁探測是對地球高層大氣和外層空間所進行的探測，以人造地球衛星為主，與地麵觀測台站網相配合構成完整的探測係統。
空間探測主要了解太陽係的起源、演變和現狀；通過對太陽係內的各主要行星的比較研究，進一步認識地球環境的形成和演變，了解地球各個圈層的相互作用及地球環境的變化。空間探測主要探測中性粒子、高能帶電粒子、等離子體、微流星體、磁場和電場。
空間監測和探測地震技術創新進入快車道
人造地球衛星上天開辟了空間對地觀測。20世紀70年代末期，衛星遙感技術已經有了初步應用，利用光學遙感來觀察地球上的地質構造構造，監測地震災害，特別是大地震後從空中遙感照片上解譯地震災情，為地震應急救援提供遙感數據。
20世紀80年代末期，GPS應用於地殼形變監測，紅外遙感信息監測地麵的溫度變化，從而研究大地震和紅外遙感之間的關係。
20世紀90年代中期，幹涉雷達技術可以觀測大地震的形變，從而研究地震的同震形變。
21世紀初，根據地震行業需求，全麵開展了衛星電磁和電離層與地震的關係研究，多源多種遙感和探測技術在地震應用迅速發展。
十一五期間，中國地震局結合防震減災的要求，開展了遙感在地震減災和空間技術應用研究。
十二五期間，我國開始電磁監測試驗衛星研製，實施了空間地震遙感和監測地震應急示範工程，開展了衛星遙感和探測地震的定量研究，使我國空間監測和探測地震技術創新進入了快車道，同時進行了“天地一體化”防震減災立體綜合觀測、衛星地震工程建設。
近年來，電磁監測衛星的有關技術與應用發展迅速。國際上，俄羅斯、法國、烏克蘭等很多國家紛紛將地震監測的衛星列入航天發展計劃。
我國首顆電磁監測衛星於2013年7月29日獲得國務院批準立項，它是中國地震立體觀測體係的第一個天基平台，開辟了我國地震監測預測的新途徑。它的發射，可以發揮空間對地觀測的大動態、寬視角、全天候特點，通過獲取全球電磁場、電離層等離子體、高能粒子觀測數據，對中國及其周邊區域開展電離層動態實時監測和地震前兆跟蹤，彌補地麵觀測的不足。地震電磁監測衛星發射使我國在衛星地震電磁空間探測進入了世界先進行列。
地震與電磁場：為地震預測探索增添新手段
大家要問：電磁和地震有關聯嗎？空間電磁場的變化和地震有什麽關係？這也是地球科學家十分關心和需要研究的問題。
大地震之前空間電磁場的變化一直是科學家重點研究的問題。我國“張衡一號”電磁監測衛星將在軌運行5年，在這5年中它將以標準手段對我國6級以上、全球7級以上的地震進行電磁監測，通過大量的數據積累和震例分析，有望找到其中規律，為地震預測探索增添新手段，推動我國地震預測技術的發展。
“張衡一號”電磁監測衛星采用通用小衛星平台，搭載感應式磁力儀、高精度磁強計、電場探測儀、GNSS掩星接收機等8種載荷，是世界上載荷最多，探測精度最高的空間電磁探測衛星。它使我國首次具備全疆域和全球三維地球物理場動態監測能力，也將進一步推進我國立體地震觀測體係的建設。
“張衡一號”地震電磁監測衛星的載荷設備將產生大量空間電磁監測數據。實時跟蹤這些數據將會產出一係列數據產品與成果，包括全球地磁場、電離層模型和區域增強模型，空間天氣監測與預警，中國6級、全球7級以上地震電離層擾動震例研究成果，固體地球物理、空間物理相互作用等科學研究成果。這些數據和成果將為地球科學創新打下良好的空間觀測和探測基礎。
作為國家地球物理場探測衛星計劃的首發星，“張衡一號”電磁監測衛星還可為航空航天、導航通訊等領域提供空間電磁環境監測服務。
期待未來“張衡一號”在各種空間電磁監測上給人們帶來新的發現和驚喜！
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