“北京郊區拍到極光！”“新疆出現20年難遇的紅色極光！”“南半球爆發500年一遇的南極光！”2024年5月11日淩晨，全球各地出現絢麗(li) 極光。

 此時，地球經曆著20年未見的超級地磁暴。全球多地大麵積短波通信中斷，天波超視距雷達探測能力嚴(yan) 重下降，全球導航衛星係統信號中斷。美國太空探索技術公司（SpaceX）首席執行官埃隆·馬斯克公開說：“‘星鏈’衛星麵臨(lin) 著很大壓力。”

 對於(yu) 地磁暴，中國早有防備。地磁暴發生的兩(liang) 天前，中國科學院國家空間科學中心（以下簡稱空間中心）空間環境預報中心就發出了X級耀斑和超級地磁暴的預警。而他們(men) 的自主監測數據基於(yu) 一張“觀天巨網”——子午工程。

 子午工程利用地基監測日地空間環境。

 子午工程是我國空間環境地基綜合監測網，呈“井”字形分布，東(dong) 起上海，西至拉薩，北起漠河，南抵海南並延伸至南極中山站，282台監測設備遍布於(yu) 約960萬(wan) 平方公裏的國土之上，監視著從(cong) 太陽到地球1.5億(yi) 公裏間的蛛絲(si) 馬跡。

 織起這張“觀天巨網”，耗費了中國科學家30多年的心血，也凝結了他們(men) 矢誌創新、攻堅克難、協同聚力、開放共享的“子午精神”。

 矢誌創新的科學追求：

 “連夢都不敢做，那就成不了大事”

 今年3月21日，超級地磁暴事件發生時仍處於(yu) 試運行狀態的子午工程二期，正式通過國家驗收，它與(yu) 子午工程一期組成了世界最大的監測空間環境的地基網絡。中國科學家追逐了30多年的子午夢，正在穩步實現。

子午工程二期總指揮王赤（左4）在子午工程綜合信息與(yu) 運控中心指導工作。

 早在上世紀80年代末至90年代初，太陽一度處於(yu) 周期性活動高峰，全球各地事故不斷。1989年3月13日，太陽風暴造成加拿大魁北克地區電網停電，損失達10億(yi) 美元。兩(liang) 年後的1991年4月29日，強地磁暴又使美國緬因州核電廠遭到災難性破壞。

 當發達國家紛紛謀劃發射衛星監測太陽時，1993年，負責起草中國空間物理發展規劃的中國科學院日球物理數值開放研究實驗室主任魏奉思感到，發展中國的空間物理學，首先要把監測空間環境的能力建設起來。

 沿著這個(ge) 思路，結合當時國內(nei) 的技術能力，他想到了一條與(yu) 國外截然不同的發展路線——用現有地麵觀測台站，在我國境內(nei) 組建一個(ge) 覆蓋東(dong) 經120度、北緯30度的“十”字形地基監測鏈。

 魏奉思把這一科學構想稱為(wei) “東(dong) 半球空間環境地麵綜合監測子午鏈”，簡稱“子午工程”。

 在我國尚缺乏成熟空間環境監測技術的當時，有人認為(wei) 魏奉思的想法“簡直是在做夢，不可能實現”。魏奉思卻篤定地說：“科學家應該有夢想，如果連夢都不敢做，那就成不了大事。”

 他與(yu) 誌同道合者一起，通過中國科學院向國家科技委報送了子午工程項目。經過層層選拔，1997年，該項目被國家科技教育領導小組確立為(wei) 國家重大科學工程。

 2000年，59歲的魏奉思即將退休，尚未落地的子午工程成了他的心結。思來想去，他聯係了遠在美國的中國年輕人王赤：“我們(men) 有一個(ge) 重要的項目馬上就要國家立項，我年紀大了，你願不願意回來？”

 從(cong) 魏奉思的介紹中，王赤意識到，子午工程的設計“在國際上是獨一無二的”。這年12月，王赤歸國加入中國科學院空間科學與(yu) 應用研究中心（後更名為(wei) 中國科學院國家空間科學中心），成為(wei) 子午夢的接力者。

 攻堅克難的技術膽識：

 “想在技術上突破，沒點膽量不行”

 2005年，子午工程一期正式立項。2008年，工程建設啟動並於(yu) 4年後建成“十”字形觀測鏈。其中，包括15個(ge) 觀測台站、87台不同類型的監測設備。

 6年後的2018年，為(wei) 了滿足全國範圍覆蓋、全圈層覆蓋、立體(ti) 式探測的需求，子午工程二期立項，並於(yu) 次年開工建設。在一期基礎上，子午工程二期新增16個(ge) 台站。最終，子午工程覆蓋東(dong) 經100°、120°和北緯40°、30°兩(liang) 縱兩(liang) 橫區域，共有31個(ge) 台站、282台監測設備。

 作為(wei) 子午工程二期總指揮、空間中心主任，王赤介紹：“太陽活動是地球災害性空間天氣之‘因’，地磁暴等近地空間環境響應是太陽風暴與(yu) 地球空間環境相互作用之‘果’。要研究日地空間天氣因果鏈，就要有更強的探測設備。”

 正因如此，從(cong) 一期到二期，子午工程實現了“從(cong) 無到有”到“從(cong) 有到強”的轉變。“一期時，我們(men) 的研製能力很弱，大部分設備是從(cong) 國外購買(mai) 的。到二期時，我們(men) 更希望能夠自力更生，實現核心關(guan) 鍵技術的突破。”王赤回憶。

 “自力更生”意味著要能頂住風險和壓力。“想在技術上突破，沒點膽量不行。”王赤說。

 他們(men) 大膽地加入國際上從(cong) 未有過的設施和技術。俗稱“千眼天珠”的圓環陣太陽射電成像望遠鏡就是其中最具挑戰性的裝置之一。

 圓環陣太陽射電成像望遠鏡。

 “千眼天珠”位於(yu) 四川稻城縣海拔3830米處，是目前全球最大的綜合孔徑射電望遠鏡。裝置中，313台直徑6米的天線均勻分布在1公裏直徑的圓環上，像向日葵一般跟著太陽轉動，圓環正中心是一座百米高的定標塔。

 為(wei) 了解決(jue) 複雜的係統工程問題，團隊突破數百項影響望遠鏡功能和性能的關(guan) 鍵核心技術，又克服高寒缺氧、大雪封山的困難，連續在現場駐守300多天，使得設備係統集成工作比計劃時間提前50天完成。回憶起這段曆程，“千眼天珠”主任設計師、空間中心研究員閻敬業(ye) 笑著說：“我們(men) 在最高的海拔，幹了最燃的事。”

 除了“千眼天珠”外，子午工程二期還有許多“國際第一”和“世界之最”：陣列式大口徑激光雷達，是國際首台全季節陣列式大口徑激光雷達；三站式非相幹散射雷達，是全球探測能力最強的相控陣非相幹散射雷達；中緯高頻雷達，填補了國際超級雙極光雷達網監測空白；行星際閃爍監測望遠鏡，接收麵積比國際上最大的行星際閃爍監測望遠鏡多6%……

 陣列式大口徑激光雷達。

 三站式非相幹散射雷達。

 行星際閃爍監測望遠鏡。空間中心供圖

 通過自主創新，子午工程二期實現了“一鏈、三網、四聚焦”的架構，具備了進行日地空間全鏈條監測，我國區域電離層、中高層大氣、地磁的3層網絡化監測，以及在極區高緯、北方中緯、南方低緯、青藏高原4個(ge) 重點區域監測的能力。

 協同聚力的係統思維：

 “形散而神聚，無往而不勝”

 空間中心懷柔園區的“子午樓”是子午工程綜合信息與(yu) 運控中心的所在地。運控中心的大屏幕實時滾動著來自全國各地282台設備傳(chuan) 回的數據。屏幕旁邊的牆上，貼著16家子午二期工程參與(yu) 單位的標識，每個(ge) 標識都被印在六邊形上，六邊形連成一片。

 王赤自豪地說：“別看設備分布在全國各地、參與(yu) 單位很多，我們(men) 卻做到了形散而神聚，無往而不勝。”

 “形散而神聚”5個(ge) 字，王赤用了20年才真正摸透。

 2005年，子午工程一期立項時，有12家單位參與(yu) 。當時，一位同行善意地提醒王赤：“按照我們(men) 的經驗，有些大裝置一家做都做不好。你們(men) 這麽(me) 多家做，這麽(me) 散，怎麽(me) 管？”

 王赤一時給不出答案，隻能誠實回答：“我們(men) 將參照航天工程的管理方式，摸索出一個(ge) 辦法。”

 20年間，王赤對“這麽(me) 散，怎麽(me) 管”的問題越來越有底。他發現，相比設備本身，數據才是子午工程的“神”，“大家聚在一起是為(wei) 了從(cong) 各自不同的專(zhuan) 業(ye) 領域了解空間天氣的變化規律，那麽(me) ，能把大家聚在一起的就是數據”。

 在業(ye) 務管理上，子午工程采用矩陣化方式，分為(wei) 空間環境監測係統、數據通信係統、科學應用係統3個(ge) 分係統，各分係統下麵又有很多子係統。“空間環境監測係統，是像感官一樣采集數據的探測設備；數據通信係統是神經係統，對感受到的數據進行處理和傳(chuan) 輸；科學應用係統相當於(yu) 大腦，可以分析科學數據。”王赤說。

 單位間的合作，也在業(ye) 務係統下得以實現。子午工程二期建設時，科學應用係統負責集成一期和二期監測設備的信息。為(wei) 了確保監測設備順利接入係統，科學應用係統必須在監測設備建成之前具備集成條件。然而，空間環境監測係統既要建設設備，又要開發相應的接口，白天十分繁忙。於(yu) 是，兩(liang) 個(ge) 係統、來自各個(ge) 單位的100多人，利用晚上的時間進行接口調試，順利完成了一期和二期的設備狀態集成。

 王赤時常感慨，子午工程之所以能成功地協同聚力，比起管理之術，“最關(guan) 鍵的是因為(wei) 大家是為(wei) 共同的科學目標走到一起的，初心使然”。

 開放共享的全球視野：

 “因為(wei) 你們(men) 的到來，我們(men) 得以延續”

 2024年10月，超級地磁暴事件發生後不到半年，子午工程科學與(yu) 應用係統副總師、空間中心研究員羅冰顯在第七屆“亞(ya) 洲大洋洲空間天氣聯盟研討會(hui) ”上，介紹了子午工程對2024年5月超級地磁暴的觀測結果。

 聽完報告後，泰國先皇理工大學教授Pornchai Supnithi找到羅冰顯。抱著試試看的心態，他問：“我們(men) 是否可以獲得子午工程的數據支持？”

 Pornchai是一名空間天氣研究專(zhuan) 家，其團隊在泰國多個(ge) 站點建設了全球導航衛星係統接收機和測高儀(yi) ，在觀測赤道電離層方麵有得天獨厚的條件。然而，赤道等離子體(ti) 泡、赤道異常等電離層異常擾動過程是一個(ge) 沿著子午線、從(cong) 赤道向低緯甚至中緯延伸和擴展的過程。這讓位於(yu) 南方的泰國“望北興(xing) 歎”。

 回國後，羅冰顯第一時間與(yu) 子午工程科學運行團隊進行溝通，很快便將整理好的數據共享給了Pornchai。

 這次合作讓泰國先皇理工大學備受鼓舞。了解到空間中心正在推動國際子午圈大科學計劃後，他們(men) 主動申請加入。“目前，我們(men) 正在準備簽署國際子午圈合作諒解備忘錄。”羅冰顯說。

 對於(yu) 子午工程裏的科學家來說，開放共享的理念貫穿始終。早在2002年，子午工程一期立項前，魏奉思就提出過“國際空間天氣子午圈計劃”，希望以開放的姿態促進世界空間科學發展。

 2014年，作為(wei) 國際子午圈大科學計劃的先行示範項目，中國-巴西空間天氣聯合實驗室成立。當中巴雙方聯合研製的鈉鉀雙波長激光雷達傳(chuan) 回第一組鈉鉀密度數據時，巴西國家空間研究院激光項目組高級工程師Pimenta激動地說：“因為(wei) 你們(men) 的到來，我們(men) 整個(ge) 項目組得以延續！”

 “在完成子午工程一期、二期之後，國際子午圈大科學計劃是我們(men) 推動全球性空間天氣監測研究的第三步。”王赤說。

 如今，子午工程“井”字形“觀天巨網”正在向全球延展。“目前已有數百位國際科學家參與(yu) 規劃，我們(men) 得到了來自巴西、俄羅斯、泰國、法國、美國等國的20多個(ge) 研究機構以及國際組織的積極支持。”王赤說。