《 人民日報(bào) 》（ 2018年02月12日 20 版）
漠河臺站的科研人員在討論流星雷達(dá)接收天線的維護(hù)情況。新華社記者 金立旺攝
在漠河縣北極村雪地上，科研人員使用自主研發(fā)的地面電磁探測系統(tǒng)探測地下結(jié)構(gòu)，在低溫中調(diào)試設(shè)備。新華社記者 金立旺攝
中科院地質(zhì)與地球物理研究所漠河臺站，是我國最北的空間環(huán)境野外觀測臺站。在這里，每天的觀測數(shù)據(jù)不間斷地傳回1500公里外的北京。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過科學(xué)家的實(shí)時(shí)分析，可能被寫進(jìn)報(bào)告中、用到論文里，并向全世界共享。劇烈太陽活動(dòng)對地球空間環(huán)境的影響，通常從高緯度地區(qū)向低緯度地區(qū)傳遞和滲透，地處最北端的漠河臺站是我國本土開展空間環(huán)境觀測的絕佳場所，科學(xué)家尤為看重它所采集的數(shù)據(jù)。
有研究價(jià)值的觀測數(shù)據(jù)，需要長期持續(xù)的觀測。隆冬2月是漠河的極寒時(shí)節(jié)，氣溫最低達(dá)零下40多攝氏度。記者近日走進(jìn)漠河臺站時(shí)，科學(xué)家和臺站工作人員還在為保障數(shù)據(jù)傳輸緊張忙碌著。
建在北極村的觀測臺站，24小時(shí)不間斷傳輸數(shù)據(jù)
北京、哈爾濱、漠河，一路向北，終于到達(dá)漠河縣的盡頭——我國最北的村落北極村，再往北約1公里則是漠河臺站。不遠(yuǎn)處即是中俄邊界，蜿蜒而過的黑龍江已是三尺冰封。皚皚白雪、朗朗晴空的映襯下，幾棟紅黃、紅白相間的屋子分外顯眼。
自1988年漠河臺站啟動(dòng)建設(shè)以來，李來順就在這里工作。將近30年的時(shí)間，他見證了臺站從一棟簡易小平房變成功能完備的觀測臺站的全過程。如今，他的身份是漠河臺站負(fù)責(zé)人，也是臺站長期值守的3個(gè)工作人員之一。
記者來到漠河臺站時(shí)，李來順正在地磁觀測室工作。每周兩次，上午10點(diǎn)到11點(diǎn)是雷打不動(dòng)的觀測時(shí)間。觀測儀器固定在高約1米、直徑約40厘米的矩形柱體上，記錄下地球磁場的長期變化。
中科院地質(zhì)與地球物理研究所空間環(huán)境探測實(shí)驗(yàn)室主任李國主介紹，早在1984年，老一輩科學(xué)家就籌劃在漠河縣建站觀測地球磁場。選址北極村，看重的是這里得天獨(dú)厚的空間環(huán)境監(jiān)測位置。
這是因?yàn)�，地球時(shí)刻受太陽活動(dòng)的影響。在地球兩極，磁力線是開放的，太陽活動(dòng)劇烈時(shí)，來自太陽的能量和物質(zhì)通過極區(qū)開放的磁力線與地球交互。這時(shí)，拋射的帶電粒子流進(jìn)入地球大氣層就可以產(chǎn)生美麗的極光。這些能量可由高緯度向低緯度地區(qū)傳遞和滲透，在高緯度地區(qū)開展觀測，能盡早感知日地空間環(huán)境事件的發(fā)生，理解日地空間環(huán)境事件的來源和機(jī)理，從而避免給人類帶來破壞性的后果。
走出地磁觀測室，一座30多米高的銀白色天線塔與雪地相映成趣。這是用于電離層觀測的測高儀發(fā)射天線，在它的附近有4根呈三角形分布的接收天線。通過垂直向上發(fā)射掃頻的無線電波、接收電離層反射回波信號，科學(xué)家可以由此推斷出電離層的參數(shù)信息。
電離層在離地面約60千米—1000千米的高空，但它和人們的生活息息相關(guān)。這個(gè)環(huán)繞地球的帶電粒子層，對衛(wèi)星通信和導(dǎo)航定位等有著重要的影響，科學(xué)家了解電離層變化規(guī)律，進(jìn)而對緊急情況做出預(yù)警，對保障無線電通信等意義重大。
漠河臺站還能監(jiān)測流星。流星雷達(dá)天線陣列包含一根發(fā)射天線，以及5根呈十字叉分布的接收天線，它們零星點(diǎn)綴在雪地中，接收的流星回波信號實(shí)時(shí)傳向后臺。在監(jiān)測機(jī)房，記者看到，電腦畫面上呈現(xiàn)的不同大小和亮度的柱狀結(jié)構(gòu)，就是流星進(jìn)入地球大氣層后產(chǎn)生的等離子體尾跡反射無線電波造成的。根據(jù)這些觀測，科學(xué)家能揭示出流星出現(xiàn)高度的風(fēng)場、溫度和密度等背景大氣狀態(tài)。
這里最初只有地磁觀測，一年傳一次數(shù)據(jù)；現(xiàn)在成為集合地磁、電離層和中高層大氣等綜合觀測的野外臺站，24小時(shí)不間斷地傳輸數(shù)據(jù)。李來順感慨：“有了國家的支持，這個(gè)邊陲小站才有機(jī)會(huì)快速成長。”
臺站選址遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)和公路，觀測工作最考驗(yàn)?zāi)托暮图?xì)心
如今的北極村，已經(jīng)是小有名氣的雪鄉(xiāng)，成為來東北旅行的熱門目的地之一。時(shí)下，不少人正從全國各地來到這里，體驗(yàn)酷寒天氣，到我國最北端“找北”。但相比日漸熱鬧的北極村，1公里外的漠河臺站依舊“高冷”。
由于觀測臺站要盡量避免人類活動(dòng)的干擾，選址時(shí)臺站有意遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)和公路。李來順說，雖然是土生土長的北極村村民，可這30年，自己一年差不多有1/3的時(shí)間都待在站上，有時(shí)候感覺“自己不太像村里人了”。
大約半個(gè)月前，漠河縣下了一場大雪，氣溫持續(xù)走低，雪停后氣溫有所回升，可低溫還是零下40多攝氏度。掛在屋外的紅辣椒凍得像硬塑料一樣。夜間，空氣因寒冷顯得凝重、安靜。只身待在臺站，遙望村中燈火人家，感到渾身孤寂、寒涼。
臺站要做的工作看起來并不復(fù)雜，但很考驗(yàn)?zāi)托暮图?xì)心。每天早上7點(diǎn)，工作人員第一件事是檢查觀測儀器，查看它們工作是否正常，數(shù)據(jù)采集是否連續(xù)，網(wǎng)絡(luò)傳輸有無異常。接著，在日記本和電子文檔中，記錄下每套儀器的狀態(tài)。這樣的檢查，每天至少要做4次。
“數(shù)據(jù)寫錯(cuò)了，或者不詳細(xì)都不行。它們是給科學(xué)家做研究用的，要非常嚴(yán)謹(jǐn)。”李來順說。
由于地處偏遠(yuǎn)的極寒區(qū)域，漠河臺站觀測工作也曾面臨不少挑戰(zhàn)。觀測數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)傳輸，漠河臺站離村中心比較遠(yuǎn)，網(wǎng)絡(luò)沒有鋪過去，只是拉了一根電話線。隨著數(shù)據(jù)量越來越大，傳輸有時(shí)就會(huì)發(fā)生“擁堵”，造成延時(shí)。直到2016年，臺站接上了光纖，傳輸問題才得到解決。
李來順最擔(dān)心的，則是斷電造成的數(shù)據(jù)傳輸中斷。2015年3月，一場連日的暴雪，壓斷了輸電電線。為保障數(shù)據(jù)傳輸，李來順和工作人員啟動(dòng)了備用的柴油發(fā)電機(jī)。大雪漫漫，數(shù)日不絕，電力線路要三四天后才能恢復(fù)，而備用的柴油只夠支撐一天，他挨家挨戶地向村民借柴油，才挺了過來。那些天，臺站的3位工作人員時(shí)刻盯著柴油機(jī)，生怕再出故障，整整3天沒怎么休息。
在工作人員的精心維護(hù)下，漠河臺站觀測設(shè)備近些年持續(xù)保持穩(wěn)定運(yùn)行，多種設(shè)備連續(xù)多年被“子午工程”評為優(yōu)秀設(shè)備。觀測的數(shù)據(jù)還支撐了一批重要的研究成果。比如，中科院國家空間科學(xué)中心的研究團(tuán)隊(duì)利用漠河站觀測數(shù)據(jù)，揭示了磁暴期間電離層對等離子體層的物質(zhì)調(diào)控作用，是“子午工程”首批重要成果。
近期，利用漠河臺站流星雷達(dá)等多臺雷達(dá)觀測，中國科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)等在國際上首次發(fā)現(xiàn)，地磁暴能顯著影響極區(qū)和高緯中層大氣密度，影響中層背景大氣動(dòng)力學(xué)過程。
未來，漠河臺站還將配備一系列觀測“利器”
從10月到次年5月，漠河臺站都是漫長的冬季。5月，雪水融化，草長魚肥，漫山遍野點(diǎn)綴著土生土長的野花——達(dá)達(dá)香，就來到一年最美的季節(jié)。然而夏季往往也是工作人員最忙的日子。一些兄弟單位的科學(xué)家和學(xué)生有時(shí)也會(huì)來考察交流，做研究。
目前，中科院地質(zhì)與地球物理研究所沿著東經(jīng)120度子午線建成了四站多點(diǎn)的空間環(huán)境觀測鏈。從北到南，緯度間隔約10度均勻布局，依次為漠河站、北京站、武漢站、三亞站，此外還在南北極設(shè)有觀測站點(diǎn)。這些觀測站是國家重大科技基礎(chǔ)項(xiàng)目“子午工程”的一個(gè)非常重要的組成部分。
在“子午工程”二期規(guī)劃建設(shè)中，作為我國北部的重點(diǎn)觀測區(qū)域，漠河臺站將配備一系列神通廣大的觀測“利器”，包括雙通道光學(xué)干涉儀、全天空氣輝成像儀和增強(qiáng)型激光雷達(dá)等。
在漠河臺站附近一處開闊的雪地上，來自中科院地質(zhì)與地球物理研究所技術(shù)與裝備研發(fā)中心的科研人員正在測試自主研發(fā)的地面電磁探測系統(tǒng)。借助探求地下電磁信號的“火眼金睛”，這套裝備能看清地下礦物電性結(jié)構(gòu)。
這是這些設(shè)備首次迎接極寒環(huán)境的挑戰(zhàn)。過去，此類設(shè)備被國外品牌壟斷，中科院地質(zhì)與地球物理研究所技術(shù)與裝備研發(fā)中心副主任王中興說，在漠河極寒的環(huán)境下設(shè)備驗(yàn)證有效，以及前期大量對比試驗(yàn)與工程實(shí)踐，增強(qiáng)了國產(chǎn)化的信心。
測試人員已經(jīng)在極寒條件下工作了一個(gè)多星期。王中興告訴記者，未來將把國產(chǎn)的地面地磁探測系統(tǒng)布設(shè)到漠河等臺站，開展地球深部電性構(gòu)造長期觀測，為地球深部科學(xué)研究提供更多有價(jià)值的數(shù)據(jù)。
漠河臺站是我國本土開展空間環(huán)境監(jiān)測的最北站點(diǎn)，是監(jiān)測來自北極空間環(huán)境擾動(dòng)的前哨站。科學(xué)家認(rèn)為，了解和盡早感知日地空間環(huán)境的變化還需要更多觀測支撐，這就需要在漠河部署新一代雷達(dá)，用更先進(jìn)的無線電和光學(xué)手段，增強(qiáng)對更高緯度電離層動(dòng)力學(xué)過程探測能力，進(jìn)而掌握日地空間環(huán)境更多有價(jià)值的一手?jǐn)?shù)據(jù)。
觀測設(shè)備越來越多，李來順沒有一點(diǎn)畏難。“我把漠河臺站當(dāng)家，看到家里功能更齊全，自然高興。搞研究、寫論文我不懂，但能為科學(xué)服務(wù)，做出我們的貢獻(xiàn)，我感到很高興。別看我們只是把數(shù)據(jù)傳回去，沒有直接參與研究，但時(shí)常想論文里還有我們的功勞呢。”李來順自豪地說。
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