“澳科一號”衛(wèi)星科學團隊取得重大進展

　　中國首個自主可控實時地磁模型發(fā)布

　　最近，“澳門科學一號”(以下簡稱“澳科一號”)衛(wèi)星科學團隊發(fā)布了中國首個WM?(澳門世界地球磁場模型)實時四維地球磁場系列模型1.0版。“這是‘澳科一號’衛(wèi)星項目科學研究與應用取得的重大進展，將對地球科學研究與地磁導航應用發(fā)揮重要作用。”澳門科技大學講座教授、“澳科一號”衛(wèi)星首席科學家、“澳科一號”衛(wèi)星科學與應用系統(tǒng)總設計師張可可透露。記者就此采訪了張可可。

　　張可可介紹，該實時地球磁場模型充分利用了“澳科一號”衛(wèi)星等高精度地球磁場數(shù)據(jù)，是中國首個自主可控的實時地球磁場模型，具有廣泛重要的科學與應用價值，可用于地球深部、地球海洋、地球空間的科學研究，也可用于航天航空航海導航、資源勘探、智能終端等。

　　大量高精度科學數(shù)據(jù)為建立實時地磁模型打下堅實基礎

　　“澳科一號”衛(wèi)星項目由國家航天局與澳門特別行政區(qū)政府聯(lián)合開展，是首顆內(nèi)地與澳門合作研制的空間科學衛(wèi)星。

　　“澳科一號”衛(wèi)星成功發(fā)射一年多來，產(chǎn)生了大量高精度科學數(shù)據(jù)，被各國相關領域的科學家用于地球深部、地球海洋、地球空間科學研究與應用。張可可表示，這就為本次數(shù)據(jù)應用重大進展的取得打下了堅實基礎。

　　“有了高精度的數(shù)據(jù)，要想建立實時地球磁場模型，依然是一項科學與技術上極具挑戰(zhàn)性的任務。”張可可解釋，這是因為地球是一個非常復雜的耦合圈層系統(tǒng)。地球主磁場由位于地下2890公里至5150公里處的地球外核流體產(chǎn)生，但科學家對地球外核鐵鎳混合物導電流體的動力學時空結(jié)構(gòu)知之甚少，因此地球磁場的時空變化被《科學》雜志評選為最具前瞻性的科學問題之一。

　　地球固體內(nèi)核大約5000K(開爾文)的高溫，地球外核鐵鎳混合物導電流體產(chǎn)生強烈的熱對流，保持地球外核處于液體狀態(tài)，通過非常復雜的非線性發(fā)電機效應，產(chǎn)生并維持地球液態(tài)外核的電流，進而產(chǎn)生隨時間變化的地球內(nèi)秉磁場。

　　衛(wèi)星測量的高精度地球磁場與地球系統(tǒng)動力學、物理結(jié)構(gòu)、化學性質(zhì)等緊密相關，地球磁場是唯一能反映地球系統(tǒng)的地核、地幔、海洋、巖石圈以及電離層與磁層特性的物理場。“因此，衛(wèi)星測量的高精度地球磁場為科學家研究地球復雜系統(tǒng)提供了寶貴信息。”張可可說。

　　建立了世界首個地球外核流場三維結(jié)構(gòu)與中國首個全球海洋運動磁場結(jié)構(gòu)

　　“澳科一號”衛(wèi)星科學家團隊基于“澳科一號”衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)及其他有效地磁數(shù)據(jù)，利用人工智能物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡新算法，刻畫了地球外核發(fā)電機三維流場，揭示了地球液態(tài)外核流場結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)顯著的東西半球不對稱性，發(fā)現(xiàn)了大西洋下方液態(tài)外核中呈現(xiàn)由東向西的大尺度環(huán)流，顯示了地球液態(tài)外核中發(fā)電機三維流體運動的核幔耦合特征。“這是開創(chuàng)性的科學發(fā)現(xiàn)，揭開了地球液態(tài)外核流場的神秘面紗，就像通過指紋認識了一個人。”張可可形象地說。

　　地球海洋由導電率較高的流體組成，地核發(fā)電機產(chǎn)生的主磁場與大尺度海水運動相互作用會產(chǎn)生感應磁場，高精度“澳科一號”衛(wèi)星可以觀測到地球海洋潮汐運動感應磁場。由于海洋感應磁信號對海洋幾何形態(tài)、海底結(jié)構(gòu)、海水電導率和海洋流場都很敏感，因此可用感應磁場來研究海底地球物理和地質(zhì)結(jié)構(gòu)與大規(guī)模海洋運動的性質(zhì)。

　　“建立全球海洋運動磁場結(jié)構(gòu)，又是一項在理論與計算上具有挑戰(zhàn)性的難題。”張可可說，因為海洋幾何形態(tài)、大陸邊界、海洋洋流的復雜性，通用的球諧函數(shù)方法無法直接用于海洋感應磁場的計算。利用“澳科一號”衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)及其他有效地磁數(shù)據(jù)，“澳科一號”衛(wèi)星團隊通過對海洋與陸地的網(wǎng)格化、海水潮汐速度的網(wǎng)格化，利用現(xiàn)代算法來求解方程，進而求得中國首個全球海洋運動磁場結(jié)構(gòu)。

　　目前發(fā)布的實時地球磁場模型1.0版本是基于“澳科一號”衛(wèi)星高精度磁場數(shù)據(jù)及其他有效地磁數(shù)據(jù)，利用“澳科一號”衛(wèi)星團隊自主研發(fā)的核心技術、核心算法、核心軟件所建立。“隨著‘澳科一號’衛(wèi)星數(shù)據(jù)不斷積累以及算法與軟件的更新，‘澳科一號’衛(wèi)星團隊將會不斷發(fā)布實時地球磁場模型的更新版本。”張可可說。

　　未來將建立“全球高精度地磁場星座”

　　“建立‘全球高精度地磁場星座’已寫入最近發(fā)布的《國家空間科學中長期發(fā)展規(guī)劃(2024—2050年)》。”張可可說，澳門回歸25周年之際，“澳科二號”衛(wèi)星項目也獲得了澳門特區(qū)政府的批準。“澳科二號”衛(wèi)星與“澳科一號”衛(wèi)星組成高精度地磁場星座，并組網(wǎng)觀測，提供全球高精度的地球磁場時空變化數(shù)據(jù)。

　　“澳科二號”衛(wèi)星與“澳科一號”衛(wèi)星主要科學任務一致：對地球磁場時空變化開展高精度的觀測與研究。張可可透露，“澳科二號”衛(wèi)星將是近地點達到約200公里、遠地點達到約2000公里的大橢圓極軌道衛(wèi)星。

　　“隨著全球高精度地磁場星座的建立，澳門將會成為高精度地球磁場測量、數(shù)據(jù)與應用的中心，提升澳門在科技界的影響力，為澳門適度多元化發(fā)展提供一個可行的高科技途徑。”張可可展望。

　　《 人民日報 》( 2024年12月09日 20 版)