3月21日，国家发展改革委批复建设的“十三五”国家重大科技基础设施——空间环境地基综合监测网（子午工程二期）正式通过国家验收。这是我国建成的国际首个覆盖日地空间全圈层（太阳风-磁层-电离层-中高层大气）的综合性空间环境地基监测设施，标志着我国空间环境地基监测能力跃居世界领先地位，为全球空间天气研究贡献出中国方案。

子午工程综合信息与运控中心。中国科学院国家空间科学中心供图

空间环境地基监测“三步走”

日地空间是当前人类航天活动、空间开发利用的主要区域，是继陆海空环境之后的“第四环境”。一般来说，日地空间环境是指地表20-30千米（平流层顶）以上直至太阳表面的广阔区域，涵盖了物理性质不同的中高层大气、电离层、磁层、行星际空间和太阳日冕等五大圈层，是由太阳不断向外输出的巨大能量和物质与地球大气相互作用而形成的。

类似于地球天气是地球大气环境中短时间尺度的变化，太阳上出现一系列爆发现象，如耀斑和日冕物质抛射等，会引起日地空间环境的等离子体、磁场、辐射、电离层及中高层大气等空间环境状态变化，被形象地称为“空间天气”。

在开发和利用空间的过程中，人类要面对灾害性空间天气事件的威胁和影响。灾害性空间天气可导致卫星失效、通信中断、导航偏差、电网瘫痪等重大风险，威胁国家安全与民生基础设施。

了解日地空间环境特征，揭示日地空间天气链锁变化过程及其变化规律，提升空间天气预报水平，是抢占空间天气科技制高点、满足国家战略需求和人民利益的迫切要求。

“空间环境监测主要分为天基监测和地基监测两种方式，‘两条腿’缺一不可。”中国科学院国家空间科学中心副主任、子午工程中心主任李晖介绍，天基监测多采用卫星等飞行器在空间进行探测，但受到轨道、重量、功耗、寿命等限制。相比之下，地基监测具有连续、方便、可控、可信、经济可承受的优势。他举例说，近年来，公众经常听说的地磁暴，反映的就是地球中纬度地区的地磁扰动水平。地磁暴期间，地磁扰动具有晨昏差异特性，甚至可以超过50%的差异，所以地基监测尤为必要。

我国科学家顺应时势提出建设我国自主空间环境地基监测网络（即“子午工程”）的构想，并制定了三步走的发展战略：一期成链，从无到有；二期组网，从有到强；三期立足国内，引领世界，推动国际子午圈大科学计划。

子午二期“织密”监测网络，实现“从有到强”

2008年，我国空间科学领域首个国家重大科技基础设施——东半球空间环境地基综合监测子午链（子午工程一期）开工建设。

地球的磁力线大致沿经线（子午线）分布，空间天气事件一般都沿磁力线传播和演化，而随着地球的自转，利用子午线上的台站联合探测，可以实现对空间环境进行扫描观测，类似于给地球空间环境做CT。

子午工程一期利用东经120°子午线附近（北起漠河，经北京、武汉，南至海南并延伸到南极中山站）、北纬30°附近（东起上海，经武汉、成都，西至拉萨）的15个观测台站，共建设了87台不同类型的监测设备，采用地磁（电）、无线电、光学等手段，可连续监测地球表面20千米到几百千米高度的中高层大气、电离层和磁层，以及十几个地球半径以外的行星际空间。

子午工程一期自2012年正式运行，已经历超过一个太阳周（11年），为提升我国空间环境研究和应用水平作出了重要贡献。

2019年，“十三五”规划首批优先启动的国家重大科技基础设施——空间环境地基综合监测网（子午工程二期）开工建设。在子午工程一期的基础上，新增了16个台站、195台（套）监测设备，形成沿东经100°、东经120°、北纬40°、北纬30°附近“井”字形布局。

子午工程二期由中国科学院国家空间科学中心牵头，联合8个部门的15家单位协同攻关，实现从太阳表面爆发、行星际传播到地球空间响应的全链条追踪监测。在子午工程一期的基础上，子午工程二期新增了一系列先进的太阳-行星际监测设备，形成对日地空间全链条的监测能力（“一链”）；采用地磁、无线电、光学等手段，对我国区域的电离层、中高层大气、地磁形成网络化的监测能力（“三网”）；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（“四聚焦”）。这种“一链、三网、四聚焦”的架构，将使得子午工程首次实现对日地空间环境全圈层、多要素综合的立体式探测，显著提升我国空间天气预报预警能力。

“之前我们没有系统性的空间环境地基监测，都是零散、自发的，子午一期实现了‘从无到有’，探索出一条有组织监测的路径。一期关注的是我国近地空间环境，即地表几百公里高度。我们主要采用了成熟的小型设备，而且大部分是来自于进口。”李晖说，子午二期“从有到强”，能够实现对于空间天气源头——太阳日冕磁场、太阳表面活动、太阳射电爆发的连续监测，范围包括太阳到地球1.5亿公里的广袤空间。“我们走出了一条自立自强的道路，自主研制了以稻城圆环阵太阳射电望远镜为代表的一系列大型标志性设备。”

试运行期间已捕捉到去年超级磁暴事件

据子午工程二期总工程师徐寄遥介绍，子午工程二期建成了一批大型监测设备，其技术指标达到国际先进水平，如全球最大综合孔径射电望远镜——圆环阵太阳射电成像望远镜，实现了最大视场达到10个Rs（太阳半径）的连续稳定的太阳射电成像与频谱观测能力，以及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，实现探测高度200-1000公里，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，实现上千公里电离层的CT扫描和3分量成像探测能力；我国首台行星际闪烁监测望远镜，太阳风三维结构反演能力国际先进。

子午工程二期已经连续获取空间环境观测数据，并对外提供数据共享服务，持续产出系列成果。在试运行期间，工程展现出卓越性能，如成功捕捉到2024年5月超级磁暴事件，完整记录日地空间环境对太阳活动响应的全过程，展现了其对空间天气事件的快速、高精度、全局监测能力。截至目前，利用子午工程二期的监测数据，已发表科技论文96篇，获批专利等48项。

子午工程二期是我国“十三五”时期空间科学领域的标志性工程，其覆盖范围最广、监测要素最全、综合能力最强。子午工程二期将吸引全球科学家开展合作研究，为了解人类生存继陆海空环境之后的“第四环境”作出重大贡献。

目前子午工程一期和二期已融合运行。中国科学家还以子午工程为基础，率先提出并主导实施国际子午圈大科学计划，目标是建立陆地最完整的东经120°至西经60°子午圈监测链，实现对日地空间环境全纬度、全天候、日不落的立体观测，解决太阳风暴、地球磁场变化等全球性挑战难题，为应对空间天气灾害、和平利用空间、在外空领域推动构建人类命运共同体提供科学依据。

新京报记者 张璐

编辑 刘梦婕 校对 张彦君