新華社北京3月18日電（記者喻菲、楊春雪）在張衡發(fā)明地動儀1800多年后，中國科學(xué)家正利用以他命名的衛(wèi)星，從太空搜索地震發(fā)生前的異常電磁信號，試圖破解地震預(yù)測難題，減輕自然災(zāi)害為人類帶來的損傷。
“盡管我們目前尚不能預(yù)測地震，但我們正朝著這個(gè)方向努力，我相信再過10至20年，地震預(yù)測有望迎來突破。”中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員、國際宇航科學(xué)院院士、“張衡一號”衛(wèi)星計(jì)劃首席科學(xué)家兼工程副總設(shè)計(jì)師申旭輝說。
2018年2月2日15時(shí)51分，中國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運(yùn)載火箭成功將電磁監(jiān)測試驗(yàn)衛(wèi)星“張衡一號”發(fā)射升空，進(jìn)入預(yù)定軌道。新華社發(fā)（汪江波 攝）
在近期的第35屆全國空間探測學(xué)術(shù)研討會上，申旭輝介紹了2018年發(fā)射的“張衡一號”在軌5年取得的進(jìn)展：獲得了全球地磁場數(shù)據(jù)、全球低頻電磁頻譜數(shù)據(jù)；建立了國際領(lǐng)先的全球參考地磁場模型和低頻電磁波跨圈層耦合傳播模型，并經(jīng)國際地磁與高空物理聯(lián)合會評估，成功入選新一代國際地磁參考場計(jì)算。
地震預(yù)測一直是世界難題，主要原因是科學(xué)家窮其一生難以積累足夠多的破壞性地震案例來形成統(tǒng)計(jì)，并驗(yàn)證預(yù)測方法和理論。此外，現(xiàn)有技術(shù)手段很難探知從震源到地表的情況。
衛(wèi)星監(jiān)測突破了傳統(tǒng)地震科學(xué)研究的限制，電磁波可從地下到太空跨圈層傳播。統(tǒng)計(jì)表明，空間電磁擾動與地震發(fā)生具有明顯相關(guān)性。科學(xué)家通過衛(wèi)星可將觀測范圍拓寬至全球尺度。全球平均每年有18次7級以上地震。從震例觀測、收集的角度來講，“天上一年，等于地面二三十年”。衛(wèi)星監(jiān)測可讓科學(xué)家開展大樣本統(tǒng)計(jì)研究，為檢驗(yàn)各種方法和模型提供了基礎(chǔ)。
“張衡一號”是中國地震立體觀測體系天基觀測平臺的首顆衛(wèi)星。它能夠發(fā)揮空間對地觀測的大動態(tài)、寬視角、全天候優(yōu)勢，通過獲取全球電磁場、電離層等離子體、高能粒子觀測數(shù)據(jù)，對中國及周邊區(qū)域開展電離層動態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測和地震前兆跟蹤，彌補(bǔ)地面觀測的不足，開辟探索地震監(jiān)測預(yù)測新途徑。
申旭輝介紹，“張衡一號”已觀測到全球約60次7級以上地震、近600次6級以上地震、數(shù)萬次5級地震。“我們發(fā)現(xiàn)，高達(dá)80%的6級以上地震前半個(gè)月有明顯前兆信號，較多出現(xiàn)在震前一周左右。通常衛(wèi)星探測到的前兆信號不會出現(xiàn)在震中的正上方，往往偏離震中幾百公里。”
申旭輝坦言，目前大量前兆信號都是在地震發(fā)生后在數(shù)據(jù)中回溯找出的，只有少量是提前發(fā)現(xiàn)的，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)處理非常復(fù)雜，在有限的人力和計(jì)算能力條件下無法對全球數(shù)據(jù)做到實(shí)時(shí)跟蹤。
他說，現(xiàn)在距離預(yù)報(bào)地震還有較大差距，無法實(shí)現(xiàn)時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度三要素的精確預(yù)報(bào)，要想真正實(shí)現(xiàn)地震預(yù)報(bào)不能靠一顆衛(wèi)星的單一手段，還要靠地震學(xué)、電磁學(xué)、大地測量學(xué)、地球化學(xué)等多學(xué)科多手段相結(jié)合。
“但我對未來充滿希望，我認(rèn)為地震預(yù)報(bào)最終能夠?qū)崿F(xiàn)。再過10年，我們會積累海量觀測數(shù)據(jù)。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息科技的發(fā)展，計(jì)算能力越來越強(qiáng)大，能夠在地震發(fā)生前開展實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。此外我們還需要地震學(xué)和物理學(xué)的交叉學(xué)科發(fā)展，對超高溫超高壓的地下震源環(huán)境開展研究。”申旭輝說。
除了地震監(jiān)測，“張衡一號”也成為空間天氣活動的精準(zhǔn)記錄者，支撐形成空間天氣災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警能力，為通信導(dǎo)航環(huán)境管理提供保障。例如2018年8月發(fā)生的地磁暴是“張衡一號”升空以來記錄到的最強(qiáng)磁暴。此外，火山、日食、海嘯、風(fēng)暴潮、南大西洋磁異常活動等也被“張衡一號”精準(zhǔn)記錄，顯示出其在空間天氣災(zāi)害、極端天氣災(zāi)害和火山活動監(jiān)測預(yù)警方面的良好應(yīng)用前景。
申旭輝介紹，中國計(jì)劃發(fā)射“張衡一號02”衛(wèi)星。這顆新衛(wèi)星將實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷監(jiān)測，并將觀測范圍擴(kuò)展到地球南北極，增強(qiáng)了對地球系統(tǒng)變化的觀測能力。“02星與01星聯(lián)合起來，可以實(shí)現(xiàn)為期11年的一個(gè)完整太陽活動周期的觀測。”
“張衡一號”是中國地球物理場探測衛(wèi)星計(jì)劃的首發(fā)星。申旭輝指出，未來這一計(jì)劃將在持續(xù)關(guān)注地震等重特大自然災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警技術(shù)探索基礎(chǔ)上，密切結(jié)合宜居地球、全球變化和可持續(xù)發(fā)展主題，推進(jìn)地球系統(tǒng)科學(xué)，尤其是地球關(guān)鍵圈層耦合過程及其災(zāi)害、環(huán)境效應(yīng)觀測研究。
