中国最北科研台站：极寒之地的探测,本文是科研论文范本与北科研台站和探测和中国有关论文范本.
科研论文参考文献：
中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称中科院地质地球所）漠河观测站．位于黑龙江省漠河县北极镇北约1公里处．是我国本土最北端的科研观测野外台站．这里全年约三分之等于时间处于冰冻状态,每年10月开始飘雪,直到次年三四月白雪方始消融.这人间苦寒之地．却是科学家探测空间环境的重要地点.
站在太空俯瞰我国版图．沿着东经120度子午线．能看到漠河、北京、武汉、三亚4个站点,纬度间隔约10度,均匀布局.
据中科院地质地球所研究员、空间环境探测实验室原主任宁百齐介绍．这些站点组成了我国地球空间环境观测的“黄金链”．也是国家重大科技基础设施项目“子午工程”的重要组成部分.
这其中,漠河处在最北端,是监测来自北极空间环境扰动的“前哨”站点．一旦北极“扰动”向低的纬度传播．将最快“拿到”一手资料.为此．包括李来顺在内的多位科研工作者已在这里坚守了30年.
太阳“风暴”来临并非危言耸听
人们抬头望向太阳,似乎总是那么安静,春暖花开,日出日落.但在科学家眼中,挂在天上的太阳,却可能发生剧烈变化,进而影响着我们赖以生存的地球.
中科院地质地球所地球与行星物理实验室副主任刘立波说,太阳其实是一颗非常活跃的活力星球,从太空观测大阳,可以看到持续的活动,包括光线、粒子和磁场的爆发.当然,还有太阳“发脾气”时的“太阳耀斑爆发”.
1859年9月的一个上午,英国天文爱好者卡灵顿照例在自己的天文观测室里,对太阳黑子进行常规观测.令他不可思议的事发生了：日面北侧一个黑子群附近,突然出现了两道极其明亮的白光,其亮度迅速增加,远远超过光球背景,但白光仅维持了几分钟,很快就消失了.十多个小时之后,英国当地的地磁台站记录到强烈地磁扰动.第二天,世界许多地方——包括我国河北等地,都观察到了美丽的极光.这就是著名的“卡灵顿事件”.
在科学界,这一事件彻底否定了“太阳是个固体球”的理论,说明了太阳是个气体球.而对于公众,这也是人类第一次见识到“太阳风暴”的厉害.
根据历史记录,“卡灵顿事件”造成了长达8天的恶劣空间天气.好在,那时的人类社会主要依靠蒸汽机和劳力,还没有人造卫星、无线电通信和现代的电力传输网络,刘立波说,“像恶魔一样”的太阳风暴,并未给地球带来过于严重的灾难.
不过,在通信离不开手机网络、出门离不开卫星导航的今天,这一切都变了——
1989年3月的一天晚上,加拿大魁北克省的供电网络全部瘫痪,全省陷入长达9个小时的黑暗和寒冷之中.与此同时,美国、日本的通信卫星出现异常,全球无线电通信信号受到极大干扰.事后人们才知道,这次灾难的元凶是“太阳风暴”——它扰乱了地球上空的电离层,影响甚至中断全球无线电通信.
中科院地质地球所空间环境探测实验室主任李国主说,深入了解日地空间环境事件的来源和机理,及早探测和预报日地空间环境事件的发生,可以避免或减少这类事件对人类生产和生活造成的破坏性后果.
这就需要给地球做“天气预报”.李国主说：“空间天气预报对于地球的重要性,就如同天气预报对于人类的重要性.”尽管,对地球上的多数人来说,这场“战争”安静得几乎不存在.
在我国最北端给地球做“天气预报”
说起大气,大家通常会分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层,这其实是通过按大气温度随高度分布的特征来划分的.
而如果按大气电离状况分层,即可分为中性层和电离层.后者,就是一个环绕地球的带电粒子层,其高度一般为离地面60公里到1 000公里.这是整个空间环境研究中一个至关重要的“观测”对象.
中科院地质地球所空间环境探测实验室高级工程师赵秀宽说,电离层又育“空中魔镜”之称,因为对短波无线电信号来说,它就像一面高悬天上、能反射无线电波的大镜子——人类发展全球短波无线电通讯,离不开它对无限电波的反射和折射.电离层既对太阳能量的“注入”有反应,同时也可受到地球上台风等天气的影响,因而变化莫测.
赵秀宽说,太阳活动剧烈爆发时,会引起一种大尺度的电离层扰动,首先影响较高的纬度地区,然后往低的纬度地区传播.
李国主解释,在地球的两极,磁力线呈开放状,来自太阳的能量和物质通过极区开放的磁力线与地球交互,进而向地球的中低纬地区传递和渗透.人们熟悉的极光,就是日地空间环境事件的光学表现——在剧烈的地磁暴中,极光带可以从极区延伸到中高纬地区.
因而,在越高的纬度开展空间环境监测,越有利于研究日地空间环境事件的来源和机理,就能越早地感知和预报日地空间环境事件的发生,避免这些事件对人类生产和生活造成破坏性的后果.这也正是在我国最北端设立观测台站的意义所在.
李国主说,201 7年9月的一个晚上,一场太阳风暴事件令很多人记忆犹新,这是自2005年以来,太阳最强的一次爆发活动.在这次事件爆发之前,中国科学院国家空间科学中心对外发布了“预警”,通报太阳耀斑爆发伴随日冕物质抛尉的“抵达”时间,并提醒这有可能引起地球磁层、电离层和高层大气强烈的扰动,从而将可能影响到运行在其中的卫星等飞行器的性能和安全.这些对外发布的信息,漠河站提供了重要的观测数据支撑.
30年坚守漠河观测站
漠河站始建于1988年.当时,刚刚高中毕业不久的李来顺,恰逢漠河站招人,李来顺就和另外两个小伙儿来到了这个挂着“京字招牌”的单位——这着实让人羡慕了一阵.三十年一晃而过,如今的他成了唯一始终坚守在漠河台站的人.
这里夏天很短,冬天很长,每年九十月开始飘雪,直到次年三四月,冰雪方始消融.对于来访者,寒冷是巨大的考验,但对李来顺和他的同事来说,冷就是家常便饭.在这里,刚烧开的热水,在室外洒向空中即可瞬间凝结成冰,存放在墙头的面条,则被冻得像砖头一样坚硬.但就是这样的环境,却对我国空间环境的观测研究有着重要的意义.
宁百齐还记得,上世纪80年代,漠河站一年经费只有两万多元,冬天地磁观测房间里没有暖气,仪器开机工作前,要先用电灯泡“烤一烤”.
不过,人就没有这样的待遇了.宁百齐说,台站工作人员在室外走上一圈,进来就是一身白,只能烧点柴,抱团取暖.那时,当地民众形容他们“远看像捡破烂的,近看像要饭的,仔细～看原来是科学院的”——他们后来也常以此自嘲.
在这里,有一间特殊的“小屋”,房屋的建设材料全是“无磁的”,基础材料是石灰石,房顶是铝板,门窗是铝合金,凡是采用的钉子,都是铜材质——“一个铁的都没有”.李来顺说,如果建筑材料含有一丁点儿铁的话,人工观测记录的数据,就不能反映地球磁场的真实变化.
漠河站的院子从刚建成时候的22亩,扩大到现在的53亩,有的设备在露天,有的埋在地下.探测电离层,30多米高的天线竖在露天,零下三四十摄氏度的低温下,手指一碰到天线表面,就会被冻住粘上.李来顺厚实粗糙的双手上,隐隐可见一道道印子,“很多仪器调整起来都挺精细,没法儿戴手套操作,光着手拧螺帽,才几下就冻得不灵活了,每次调准设备得花一个多小时.”
屋外冰天雪地,屋内温暖如春,是大部分人对东北的印象.但记录地磁的设备却有着特殊的要求——年温差不能超过5 0C,而且不能有任何铁磁性器件靠近.因此,仪器摆放在地下三五米深的地窖里,每次观测和记录,李来顺都需要在零摄氏度左右的室内,脱掉带拉链、纽扣的保暖外套,并反复确认身上不再有干扰地磁信号的铁制品,方才推开地磁观测室的大门.穿着单衣和毛衣工作,记录下每个仪器探测的数据,然后传回北京.
这样的一套流程,李来顺干了将近30年.从最早手抄邮寄,到如今电脑全自动化操作,设备换了一茬又一茬.不变的是他早已习惯的伙食——夏天吃方便面,冬天吃冻水饺.
（据《中国青年报》、《文汇报》）
自主研发仪器在这里经受极寒考验
如何在高纬度、极低温和其他极端条件下进行探测,装备的研制堪称重中之重.
多年来,在国家重大项目支持下,中国科学院与院外单位通力合作,地质与地球所在我国深部探测核心装备研发上取得突破,相继研发了空天探测、深地探测、海底探测等技术与装备,关键技术打破国外垄断,部分装备填补国内空白.
如今,我国已初步形成了空天——地面——井中——海域立体探测装备体系,为我国资源能源安全保障体系提供了强有力的技术支撑,推动了“向地球深部进军”的国家战略.
本文采写时,在漠河站附近一条冰封雪盖的小河上,地质与地球所的科学家正在为他们研制的地面电磁探测系统,与国外仪器做比对试验.在此之前,该团队已结束在内蒙古阿拉善地区所做的40摄氏度高温测试.
“正常情况下,仪器的性能看不出太大区别,但到了极端环境下,性能差异就会显现出来.”地质与地球所技术与装备研发中心副研究员安志国说,为此,他们特地把仪器带到这里,在严寒低温下考验仪器性能.
这样的测试将持续一两个月.完成测试之后,这些仪器将跟随地质地球所的科研人员,在地质勘探、寻找矿藏中发挥重要作用.
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