中國“張衡一號”飛向太空“看”地震
更新時間：2018-2-5 8:41:01 來源：中國青年報
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中國“張衡一號”飛向太空“看”地震——
人類能否交出“地震預(yù)測”的答卷,？
在21世紀(jì)的今天,，人類文明已經(jīng)走過6000多年歷史并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,，甚至仍在限制人類的想象力？地震預(yù)測肯定算一個,。
2月2日,，我國第一顆觀測地震電磁信息的衛(wèi)星“張衡一號”成功發(fā)射。公元132年,，張衡發(fā)明了人類歷史上最早的地動儀,，開創(chuàng)世界地震勘測研究的先河。1800多年過去了,，如今以他的名字命名的衛(wèi)星飛上了天,，研究的還是同樣的問題：地震預(yù)測。
這顆衛(wèi)星仍然不能直接預(yù)測預(yù)報地震,。用國防科工局系統(tǒng)工程司副司長趙堅的話說,，“‘張衡一號’主要是用于地震前兆信息研究，為未來建立地震監(jiān)測體系進(jìn)行前期技術(shù)儲備,�,！�
盡管如此，在中國的地震預(yù)測研究之路上,，這顆衛(wèi)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(tài)監(jiān)測能力,。換句話說,，中國境內(nèi)6級以上、全球主要地區(qū)7級以上的地震電磁信息,，這顆衛(wèi)星都有可能“看到”,。
人類究竟能否預(yù)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(chǎn)生敬畏之感，同樣地,，面對大地,，人類同樣會感到“浩渺滄海之一粟”，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(fā)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(shù)據(jù)顯示,，2017年我國發(fā)生5級以上地震19次，其中大陸地區(qū)13次,，臺灣地區(qū)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(qū)37人死亡,，1人失蹤,，617人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失145.58億元,。放眼全球,，2017年發(fā)生7級以上地震8次，最大地震為9月8日墨西哥近海沿岸8.2級地震,。
相應(yīng)地,，地震認(rèn)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(yù)測,，以及該如何預(yù)報，仍是全球科學(xué)家面臨的巨大挑戰(zhàn),。
“張衡一號”衛(wèi)星工程首席科學(xué)家兼副總師,、中國地震局地殼應(yīng)力研究所總工程師申旭輝說，擺在科學(xué)家面前的地震預(yù)報難題有“三座大山”,。首先是地震事例太少,。他說，中國平均每3年有兩個7級地震，全球每年則有18個——盡管誰也不愿看到地震發(fā)生,，但這無法避免,，僅從科研角度來說，這樣幾次的數(shù)據(jù)連有效的統(tǒng)計分析都不夠,，不足以幫助科學(xué)家形成完整的地震預(yù)測科學(xué)體系和方法體系,。
換言之，地震監(jiān)測的研究結(jié)果難以檢驗,。申旭輝說,，強(qiáng)烈地震對于同一地區(qū)可能是幾十年,、幾百年或者更長的時間才能遇到一次,，對于不同地區(qū)，甚至不同時期的孕震過程,，機(jī)理差異很大,，所以，“重復(fù)實踐”進(jìn)行檢驗的機(jī)會很難碰到,。
其次,，地震科學(xué)研究的方法和手段受到很多制約。申旭輝說,，地震發(fā)生在地下二三十公里處,，而當(dāng)今世界上最深的鉆孔只有12公里，科學(xué)家們很難去地下“看”究竟發(fā)生了什么,，“既看不見,，也摸不著”。
相應(yīng)地,，現(xiàn)有的地震“觀測”均是間接的,，人們只能依靠地面的觀測資料，對地球內(nèi)部的狀況進(jìn)行反演和推測,，但申旭輝告訴記者,，地面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(guī)模宏大的地下巖體破裂現(xiàn)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(jīng)典物理學(xué)從本質(zhì)上加以描述,，也難以在實驗室或者野外進(jìn)行模擬。
申旭輝說，地震研究的基本理論本身起源于早期的牛頓物理學(xué),，而如今物理學(xué)發(fā)展很快,，基礎(chǔ)理論學(xué)科相互交叉滲透，地震研究迫切需要吸收其他相關(guān)學(xué)科的理論,。
其實,，地震究竟能不能預(yù)測，科學(xué)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(xué)家,、中科院院士陳運泰當(dāng)時的態(tài)度相對樂觀——“地震不可預(yù)報這樣的論斷要慎言”,，在他看來，自然科學(xué)問題必有解決的辦法,，需要尋找探索新的思路,。
申旭輝認(rèn)為，如今“張衡一號”的發(fā)射就是一次新的探索和嘗試,。正如陳運泰院士所說,，“地震預(yù)測預(yù)報，是世界性難題,，但并不是說在這個難題解決之前,，地震工作者就什么都不能做�,！�
為何要上天“看”地震,？
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,，當(dāng)受到地殼運動、地面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(huán)境里傳播。
申旭輝告訴記者,，過去幾十年科學(xué)家發(fā)現(xiàn),，他們所監(jiān)測到的“空間電磁擾動”也就是“電磁波漣漪”，與地震的發(fā)生具有明顯的相關(guān)性：統(tǒng)計意義上,，地球上6級,、7級以上地震在發(fā)生前即孕育過程中，相應(yīng)區(qū)域的“空間電磁擾動”都有可能發(fā)生異常,。
上世紀(jì)60年代,，蘇聯(lián)科學(xué)家分析一顆衛(wèi)星電磁信號時,，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星記錄到地震低頻電磁輻射前兆現(xiàn)象，稱之為“地震電離層效應(yīng)”,。我國在1976年唐山地震時,，也通過地面雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的電離層擾動現(xiàn)象。
申旭輝說,，這給人類探索地震發(fā)生的機(jī)理帶來了一絲“難得的光明”,。
“張衡一號”正是依據(jù)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,。另一方面,，地球巖石的摩擦破裂，會產(chǎn)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(fā)生變化,。
事實上,，國外利用衛(wèi)星進(jìn)行地震前“空間電磁異常”現(xiàn)象的研究已經(jīng)有多年的歷史,。趙堅說,，此前俄羅斯、法國,、美國,、烏克蘭等國家已經(jīng)發(fā)射過同類衛(wèi)星，不過均已退役,，其中法國的DEMETER衛(wèi)星連續(xù)在軌運行6年半,，取得了不小的成功。
法國DEMETER衛(wèi)星計劃首席科學(xué)家米歇爾·帕羅特教授說,，基于這顆衛(wèi)星的統(tǒng)計研究,，可以反映電離層擾動的常規(guī)形態(tài)，并有助于科學(xué)家確定震前的電離層擾動特征,。值得一提的是,，中法科學(xué)家也聯(lián)合利用這顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)發(fā)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制。比如,，填補(bǔ)地面觀測臺網(wǎng)在青藏高原和海域地區(qū)觀測的不足,。
申旭輝說,，在地面上，像青藏高原的極寒地區(qū),，現(xiàn)有的地震臺網(wǎng)并不能完全覆蓋,，面積廣闊的海洋也觀測不到。相應(yīng)地,，衛(wèi)星上天之后,，就可以不受這些自然環(huán)境的約束，對全疆域?qū)崟r觀測,。
一兩顆衛(wèi)星就能研究地震,？
按照趙堅的說法，“張衡一號”真正投入運行后,，能夠重點監(jiān)測中國全境,，檢驗衛(wèi)星電磁監(jiān)測新技術(shù)設(shè)備的效能和空間適應(yīng)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(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平,，部分技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平,。
不過，申旭輝告訴記者,，對于地震研究而言,，指望一兩顆衛(wèi)星遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。這一點國外的“先驅(qū)者”已經(jīng)給出了理由,。
米歇爾·帕羅特談及法國的DEMETER衛(wèi)星時說,，盡管這顆衛(wèi)星運行了6年，但作為一顆低軌衛(wèi)星,，衛(wèi)星經(jīng)過未來震中上空1500公里范圍內(nèi)的時間,，每天只有3分鐘，所以科研人員不可能期望能觀測到“持續(xù)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(wèi)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”衛(wèi)星計劃要設(shè)計多顆衛(wèi)星的重要之處。
趙堅說,，后續(xù),，國防科工局將會同中國地震局，開展電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星即“張衡”系列衛(wèi)星的在軌測試及相關(guān)應(yīng)用,，提升民用衛(wèi)星對地震監(jiān)測與應(yīng)急服務(wù)能力,，進(jìn)一步提升天基信息防震減災(zāi)服務(wù)能力,。
他還透露，“張衡一號”及其后續(xù)衛(wèi)星計劃已經(jīng)納入國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃,，目前“張衡二號”已經(jīng)通過可研評估,，預(yù)計2020年發(fā)射。
事實上,，能夠真正對全球?qū)嵤┯^測,，統(tǒng)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(yù)測”真正實現(xiàn)的那一天,，但這并不意味著現(xiàn)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(wèi)星以及相應(yīng)的星座計劃,，可以積累更多有效的、原始的數(shù)據(jù),，不斷探索地震預(yù)測新方法——這是他這一代科學(xué)家要做的,。
（中國青年報·中青在線記者 邱晨輝）
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中國“張衡一號”飛向太空“看”地震——
人類能否交出“地震預(yù)測”的答卷,？
在21世紀(jì)的今天,，人類文明已經(jīng)走過6000多年歷史并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,，甚至仍在限制人類的想象力,？地震預(yù)測肯定算一個。
2月2日,，我國第一顆觀測地震電磁信息的衛(wèi)星“張衡一號”成功發(fā)射,。公元132年，張衡發(fā)明了人類歷史上最早的地動儀,，開創(chuàng)世界地震勘測研究的先河,。1800多年過去了，如今以他的名字命名的衛(wèi)星飛上了天,，研究的還是同樣的問題：地震預(yù)測,。
這顆衛(wèi)星仍然不能直接預(yù)測預(yù)報地震。用國防科工局系統(tǒng)工程司副司長趙堅的話說,，“‘張衡一號’主要是用于地震前兆信息研究,，為未來建立地震監(jiān)測體系進(jìn)行前期技術(shù)儲備�,！�
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人類究竟能否預(yù)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(chǎn)生敬畏之感,，同樣地，面對大地,，人類同樣會感到“浩渺滄海之一粟”,，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(fā)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(shù)據(jù)顯示,，2017年我國發(fā)生5級以上地震19次,，其中大陸地區(qū)13次，臺灣地區(qū)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(qū)37人死亡，1人失蹤,，617人受傷,，直接經(jīng)濟(jì)損失145.58億元。放眼全球,，2017年發(fā)生7級以上地震8次,，最大地震為9月8日墨西哥近海沿岸8.2級地震。
相應(yīng)地,，地震認(rèn)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(yù)測,，以及該如何預(yù)報，仍是全球科學(xué)家面臨的巨大挑戰(zhàn),。
“張衡一號”衛(wèi)星工程首席科學(xué)家兼副總師,、中國地震局地殼應(yīng)力研究所總工程師申旭輝說，擺在科學(xué)家面前的地震預(yù)報難題有“三座大山”,。首先是地震事例太少,。他說,，中國平均每3年有兩個7級地震，全球每年則有18個——盡管誰也不愿看到地震發(fā)生,，但這無法避免,，僅從科研角度來說，這樣幾次的數(shù)據(jù)連有效的統(tǒng)計分析都不夠,，不足以幫助科學(xué)家形成完整的地震預(yù)測科學(xué)體系和方法體系,。
換言之，地震監(jiān)測的研究結(jié)果難以檢驗,。申旭輝說,，強(qiáng)烈地震對于同一地區(qū)可能是幾十年、幾百年或者更長的時間才能遇到一次,，對于不同地區(qū),，甚至不同時期的孕震過程，機(jī)理差異很大,，所以,，“重復(fù)實踐”進(jìn)行檢驗的機(jī)會很難碰到。
其次,，地震科學(xué)研究的方法和手段受到很多制約,。申旭輝說，地震發(fā)生在地下二三十公里處,，而當(dāng)今世界上最深的鉆孔只有12公里,，科學(xué)家們很難去地下“看”究竟發(fā)生了什么，“既看不見,，也摸不著”,。
相應(yīng)地，現(xiàn)有的地震“觀測”均是間接的,，人們只能依靠地面的觀測資料,，對地球內(nèi)部的狀況進(jìn)行反演和推測，但申旭輝告訴記者,，地面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(guī)模宏大的地下巖體破裂現(xiàn)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(jīng)典物理學(xué)從本質(zhì)上加以描述，也難以在實驗室或者野外進(jìn)行模擬,。
申旭輝說,，地震研究的基本理論本身起源于早期的牛頓物理學(xué)，而如今物理學(xué)發(fā)展很快,，基礎(chǔ)理論學(xué)科相互交叉滲透,，地震研究迫切需要吸收其他相關(guān)學(xué)科的理論。
其實,，地震究竟能不能預(yù)測,，科學(xué)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(xué)家、中科院院士陳運泰當(dāng)時的態(tài)度相對樂觀——“地震不可預(yù)報這樣的論斷要慎言”,，在他看來,，自然科學(xué)問題必有解決的辦法，需要尋找探索新的思路,。
申旭輝認(rèn)為,，如今“張衡一號”的發(fā)射就是一次新的探索和嘗試。正如陳運泰院士所說,，“地震預(yù)測預(yù)報,，是世界性難題，但并不是說在這個難題解決之前,，地震工作者就什么都不能做,。”
為何要上天“看”地震,？
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,，當(dāng)受到地殼運動,、地面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(huán)境里傳播,。
申旭輝告訴記者，過去幾十年科學(xué)家發(fā)現(xiàn),，他們所監(jiān)測到的“空間電磁擾動”也就是“電磁波漣漪”,，與地震的發(fā)生具有明顯的相關(guān)性：統(tǒng)計意義上，地球上6級,、7級以上地震在發(fā)生前即孕育過程中，相應(yīng)區(qū)域的“空間電磁擾動”都有可能發(fā)生異常,。
上世紀(jì)60年代,，蘇聯(lián)科學(xué)家分析一顆衛(wèi)星電磁信號時,，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星記錄到地震低頻電磁輻射前兆現(xiàn)象，稱之為“地震電離層效應(yīng)”,。我國在1976年唐山地震時,，也通過地面雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的電離層擾動現(xiàn)象。
申旭輝說,，這給人類探索地震發(fā)生的機(jī)理帶來了一絲“難得的光明”,。
“張衡一號”正是依據(jù)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,。另一方面,，地球巖石的摩擦破裂，會產(chǎn)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(fā)生變化。
事實上,，國外利用衛(wèi)星進(jìn)行地震前“空間電磁異�,！爆F(xiàn)象的研究已經(jīng)有多年的歷史。趙堅說,，此前俄羅斯,、法國、美國,、烏克蘭等國家已經(jīng)發(fā)射過同類衛(wèi)星,，不過均已退役，其中法國的DEMETER衛(wèi)星連續(xù)在軌運行6年半,，取得了不小的成功,。
法國DEMETER衛(wèi)星計劃首席科學(xué)家米歇爾·帕羅特教授說，基于這顆衛(wèi)星的統(tǒng)計研究,，可以反映電離層擾動的常規(guī)形態(tài),，并有助于科學(xué)家確定震前的電離層擾動特征。值得一提的是,，中法科學(xué)家也聯(lián)合利用這顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)發(fā)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制,。比如，填補(bǔ)地面觀測臺網(wǎng)在青藏高原和海域地區(qū)觀測的不足。
申旭輝說,，在地面上,，像青藏高原的極寒地區(qū)，現(xiàn)有的地震臺網(wǎng)并不能完全覆蓋,，面積廣闊的海洋也觀測不到,。相應(yīng)地，衛(wèi)星上天之后,，就可以不受這些自然環(huán)境的約束,，對全疆域?qū)崟r觀測。
一兩顆衛(wèi)星就能研究地震,？
按照趙堅的說法,，“張衡一號”真正投入運行后，能夠重點監(jiān)測中國全境,，檢驗衛(wèi)星電磁監(jiān)測新技術(shù)設(shè)備的效能和空間適應(yīng)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(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，部分技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平,。
不過,，申旭輝告訴記者，對于地震研究而言,，指望一兩顆衛(wèi)星遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,。這一點國外的“先驅(qū)者”已經(jīng)給出了理由。
米歇爾·帕羅特談及法國的DEMETER衛(wèi)星時說,，盡管這顆衛(wèi)星運行了6年,，但作為一顆低軌衛(wèi)星，衛(wèi)星經(jīng)過未來震中上空1500公里范圍內(nèi)的時間,，每天只有3分鐘,，所以科研人員不可能期望能觀測到“持續(xù)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(wèi)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”衛(wèi)星計劃要設(shè)計多顆衛(wèi)星的重要之處,。
趙堅說，后續(xù),，國防科工局將會同中國地震局,，開展電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星即“張衡”系列衛(wèi)星的在軌測試及相關(guān)應(yīng)用,，提升民用衛(wèi)星對地震監(jiān)測與應(yīng)急服務(wù)能力，進(jìn)一步提升天基信息防震減災(zāi)服務(wù)能力,。
他還透露,，“張衡一號”及其后續(xù)衛(wèi)星計劃已經(jīng)納入國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃,，目前“張衡二號”已經(jīng)通過可研評估,，預(yù)計2020年發(fā)射。
事實上,，能夠真正對全球?qū)嵤┯^測,，統(tǒng)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(yù)測”真正實現(xiàn)的那一天,，但這并不意味著現(xiàn)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(wèi)星以及相應(yīng)的星座計劃,，可以積累更多有效的、原始的數(shù)據(jù),，不斷探索地震預(yù)測新方法——這是他這一代科學(xué)家要做的,。
（中國青年報·中青在線記者 邱晨輝）
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