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沿着东经120°线和北纬30°线，分布着我国空间科学领域的第一个重大科技基础设施—被称为子午工程的网络式空间环境监测系统。这个项目是用来研究什么的？为什么要如此布局？为了一探究竟，本刊记者闫凯采访了国家空间科学中心的吴季主任。

吴季，中国科学院国家空间科学中心主任，中国空间科学学会副理事长，国际空间研究委员会（COSPAR）副主席，长期从事空间微波遥感技术研究和空间探测技术研究，在空间科学和探测领域发表论文100余篇，参与领导的“地球空间双星探测计划”于2010年获国家科技进步奖一等奖。

何谓子午工程？

科学世界：请您介绍一下，“子午工程”是个什么样的工程？

吴季：“子午工程”是“十一五”国家重大科技基础设施项目，全称是“东半球空间环境地基综合监测子午链”。它由两条“台站链”组成。一条在南北方向上，沿东经120°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。另一条在东西方向上，沿北纬30°线附近，东起上海，经武汉、成都、西至拉萨。两条线上共有15个综合性监测台站。这是一个以链为主、链网联合运作的大型空间环境地基监测系统。

科学世界：它是用来研究什么的？

吴季：我们通过用地磁（电）、无线电、光学和探空火箭等多种地面监测手段，随着地球的自转，连续监测地球周围的空间环境。空间环境和我们平时常说的海洋环境、陆地环境、大气环境不同，可以说是人类生存的“第四环境”，与我们人类的活动和发展息息相关。

科学世界：原来是这样。那是谁提出的最初设想呢？

吴季：1993年，在我国一个空间物理学的规划会议上，中科院院士、空间物理学家魏奉思、王水等专家提出，要“做一个大科学装置，把现有的监测设备都连起来使用”。我国疆域辽阔，南北向、东西向距离均超过5000千米，不可能到处铺设监测设备。所以，大科学装置布设的重点，就收缩到我国科研机构相对比较集中的东经120°线的周边。“子午线”的名称比较响亮，所以这个项目就被简称为“子午工程”。2008年1月5日，子午工程正式开工建设，2012年10月23日通过了国家验收。

科学世界：沿着这条子午线布设的监测站，随着地球自转，不就可以扫描整个空间环境了吗？为什么还要在东西方向又设置一条监测链呢？

吴季：在项目论证的过程中，科学家们提出来一些新问题，比如“地磁场发生变化的时候，电离层会发生扰动，那么从低纬度到高纬度的空间环境是不是同时变化的？也就是说，二者之间是不是还有个能量的传输过程？如果有，这个传输是从两极传到赤道，还是从赤道传输到南北极？”之类。

南北方向上的空间环境变化，我们称为“纬度效应”。在子午线上设置监测站，就是要看有没有纬度效应。同时，还要研究不同地理位置上（南北方向）的电离层、高层大气的分布和能量传播情况。

东西方向的这条监测链也很有意义。我国地域广阔，所以我们要充分利用这种地理上的跨度，对比经度不同带来的效应。实际上，电离层是高空大气向上扩散被电离以后形成的，而下层大气的运动大多是东西向运动的，所以，电离层和下层大气有很大的关系。因为地球有自转，很多电离层的不均匀结构也是沿着东西方向分布和移动的。这些差异可以从东西方向的这条链检测出来。

另外，由于地球在自转，电离层随着太阳照射情况的不同，具有“日效应”，即正午、子夜、早晨、黄昏，各个时段都有特殊的效应。在东西方向上设立监测站，我们就能随着地球自转，连续地监测到一天中的不同地理时间的空间环境的变化。这样，在东经120°线和北纬30°线两条链上联合监测，可以同时测得纬度效应和地理时间的效应。

科学世界：子午工程只测量我国境内上空所对应的一小段空间环境，那么东经120°线上的其他部分的空间环境又该如何探测呢？

吴季：我国在南极的中山站也在为子午工程提供数据。

在子午工程建设初期，我们就在倡导“国际子午圈计划”，希望把我国的地面站延伸到位于东经120°线上的其他国家。我们和北面的俄罗斯建立了中俄空间天气研究联合实验室，将探测范围向北延伸；又和南面的澳大利亚签订协议共享这条子午线上的监测数据，将探测范围向南延伸。现在，无论在北半球还是南半球，只要在东经120°线附近，都有监测台站。

把地球转过半圈，“国际子午圈计划”还会涉及西半球的西经60°线。目前主要是美国和加拿大拥有探测技术和设备，他们比我们起步早，但是没有组建成链。此外，我们打算帮助南美洲国家在这条子午线上建设一些监测台站。这样一来，两条子午线接成了一个大圆，在这个大圆上分布的地面监测设施就可以进行联合监测了。

科学世界：子午工程的各种仪器是怎样探测空间环境的？

吴季：我们用地磁仪监测地磁场。此外，还有无线电雷达、激光雷达、探空火箭等手段综合探测。

例如，用雷达向天上发射一个无线电信号，在中性大气里不会产生回波，直到遇上电离层，才会产生回波。这是因为当电子密度大到一定程度，无线电波就无法通过了，会被反射回来。

到夜间，我们用激光可以打到电离层中的E层（约90千米高）。在这个高度的大气中有金属钠的聚集，对激光有强的反射。通过计算激光返回的时间，可以判断出该层的高度。根据回波的强度，判断这一层的大气密度的变化。

科学世界：2012年通过国家验收后，子午工程有了什么新的研究成果？

吴季：我们找到一些事例，可以证明纬度效应、磁层和电离层耦合。这些科学数据也被应用于我国重大的空间活动，比如载人航天工程等。在嫦娥卫星发射期间，子午工程也提供了空间环境的背景数据。

（本文发表于《科学世界》2013年第10期）