作者:孙爱民 来源:中国科学报 发布时间:2013-12-11 9:50:42 选择字号:小
中 大 刺破苍穹的“科学之光” ■本报记者
孙爱民
每个晴朗的夜间,居住在北京市八达岭长城北侧延庆大榆树镇一带的居民,总能看见两束美丽的光线从地面直射夜空。这两束光线平行地从地面发出,点缀着郊区宁静的夜晚。初见此景的人们以为发出光线的地方一定是什么神秘的基地,抑或是娱乐场所。了解门道的附近居民心里清楚,这两束光线来自于中国科学院延庆空间环境野外科学观测站,它们是科学之光。近日,记者来到延庆观测站,一探究竟。汽车行驶了一个多小时,记者随中科院空间科学与应用研究中心工作人员一行到达了延庆观测站。从繁华热闹的都市来到一览无余的郊区,温度竟也下降了两三摄氏度。延庆观测站位于一所大专院校的一角,与农田野地有一墙之隔。副站长田大伟告诉《中国科学报》记者,这里无污染、周边环境安静,特别适于开展空间天气探测,对于我们主要的科学仪器来说,周边没有干扰光源是最重要的。在仪器室里,记者见到了观测站的主角中高层大气探测激光雷达系统。在这个仅有800多平方米的小四合院里,激光雷达本尊就占了三个房间。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等部件组成,是国家重大科技基础设施项目子午工程的建设项目之一。观测中高层大气是这台激光雷达的主要任务。由于能够发射双波长光线,它不仅能观测气溶胶,还能观测大气的温度、密度。激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去,通过准直系统,把光束打到反射镜上,发射到空中,然后由1米口径的望远镜接收空中的回波,通过光接收机把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲,再送到显示器。子午工程项目办副主任刘正宽对这台激光雷达的原理可谓了如指掌,2009年建设台站时,他在这里连续待了半年多的时间。在激光发射机的房间,刘正宽告诉记者,这是一个洁净度达到1000级的超净间,科研人员工作时要穿戴帽子、鞋套等装备,因为哪怕是一根头发都会影响观测数据的准确性。科研人员高凤信则告诉记者,他们在激光雷达运行时,都要戴着眼镜才能调试机器,因为激光对眼睛有一定伤害,一不小心,就可能造成视网膜感光细胞和色素细胞死亡,这种伤害是不可逆转的。对于高凤信来说,经过自己双手操作、调试、守护出来的科学数据,最终为研究中高层大气的科研人员所用,会有一种难以言说的满足感。记者也了解到,通宵值夜班是高凤信与另一名实验员张文震的家常便饭,因为易受背景光、环境光的干扰,激光雷达要在夜间才能正常工作。为了实现观测数据的连续性,只要是晴朗的夜间,激光雷达就要开机。光学观测的仪器不调会跑,小小的震动就会发生精准度的偏移,因此在开机时需要工作人员实时盯着数据,一发现异常就要及时调试。据记者了解,延庆观测站一年能进行150到200天的观测活动,最长的一次观测持续了一个多星期。延庆站激光雷达是子午工程五台激光雷达中开机时间最长的一台,而这也意味着科研人员一年里有半年在值夜班。我国研究中高层大气的科学家以前只能用国外的数据,子午工程建设以后才有了国产的观测数据,其背后是这些野外台站科研人员的艰辛工作。刘正宽感叹。即将离开时,记者再度环视延庆站。在白天,这座小四合院是那么的不显眼,可在夜间,这里发出的激光刺破苍穹,犹如科学之光照亮遥远的未知领域。

■本报记者 张巧玲 通讯员
周瑶
每当夜幕降临,只要夜空晴朗、云淡风轻,人们就会看见两束奇特的光直冲云霄。一黄一绿的光源,伴着繁星点点让整个夜空变得分外美丽。这是近三年来北京市延庆县大榆树镇大泥河村东的夜间所特有的景象。中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室研究员王继红告诉《中国科学报》记者,这里是子午工程北京激光雷达大气探测的延庆观测站的所在地。夜晚的激光主要用于做激光雷达大气探测实验。为了能获取珍贵的观测数据,一批年轻人长期坚守在这里,守候着寂静的星空。珍贵数据延庆观测站地处八达岭长城北侧,距北京市区80公里,距延庆中心区约10公里。尽管位于北京科技职业学院延庆校区内,但由于偏居一隅,观测站周围显得格外空寂。远离市区,才能获得好的观测条件。王继红是子午工程激光雷达副主任设计师,主要负责子午工程北京和海南中高层大气激光雷达观测台站的建设和运行维护任务。近日,记者来到观测站时,王继红刚从海南站回北京。他热情地招呼记者上楼顶从天井中参观他们的实验设备。晚上让你看看我们的激光,特别漂亮。王继红介绍,延庆观测站从2008年开始建设,2009年6月建成、10月开始试观测。由于观测数据非常珍贵,所以只要天气好,值班人员必须通宵开展夜间观测,有时甚至需要连续观测一个月。从2009年10月试观测至今,该观测站平均每年都会观测180天左右。皇家88平台注册,寂寞坚守对在野外台站工作的人来讲,最难的是在观测站里熬得住寂寞。由于地处郊区,野外观测站一般都格外僻静,生活也艰苦。这种工作环境对现在的年轻人来讲是很大的考验。王继红是领导、老师,也是生活辅导员。王老师教我们做实验、维护仪器,也教我们做饭。炒菜姿势不对,他都会训我们。杨威平今年夏天从北京师范大学天文系本科毕业后,来到这里成为实验员。这位20多岁的大男孩面对记者时还有些腼腆。观测站远离市区,站上人员少,陪伴他们工作的常常只是呼呼的风声。而且,连夜观测对年轻人的身体健康也是个严重考验。我参加过第九次南极中山站科学考察,在南极一待就是半年,那种寂寞的感觉我深有体会。因此,王继红制定了一个不成文的规定隔段时间就会更换值班人员,或让值班人员隔段时间回家一次。他甚至特意把延庆本地人张文震招进站做观测人员。而到过春节时,王继红一般都是自己在观测站值班。我两个春节都是在这里度过的,最怕听《常回家看看》那首歌了。年三十儿,一个人在这里,听到这种歌特别想掉眼泪。王继红说。自给自足的生活子午工程总经理助理、项目办主任张晓曦向《中国科学报》记者介绍,子午工程是我国空间天气和空间环境领域第一个国家重大科技基础设施建设项目。子午工程利用沿东经120子午线附近和北纬30附近的15个综合性观测台站,
连续监测地球表面20~30公里以上直到几百公里的中高层大气、电离层和磁层,以及十几个地球半径以外的行星际的空间环境参数。子午工程完成了空间环境监测系统、数据与通信系统以及研究与预报系统三大系统的建设。再难也会坚守。空间中心空间天气学国家重点实验室地基探测组组长杨国韬对《中国科学报》记者说,作为国家重大科技基础设施项目,其重要性不言而喻。在研究所里,野外观测站人员的辛苦人尽皆知,不过它也是让年轻人快速成长的锻炼机会。杨威平就非常珍惜这个工作机会:一毕业就能参加这么重大的国家工程很难得,我想先积累经验,边工作边学习,以后继续深造。记者随后在空间中心采访时,还见到了曾在延庆观测站当过3年观测员的安帅。这位只有25岁的小伙,显得成熟、干练。杨国韬告诉记者,由于非常能吃苦,安帅在空间中心的子午团队里都小有名气,现在被调往更加艰苦的海南子午野外观测站。那里更偏僻,距离海口市区200多公里,去一次就要待上几个月。安帅告诉记者,由于生活十分不方便,他们甚至在观测站养鸡、种菜,以保证生活自给自足。对实验员来讲,职责就是要保证在天气允许的条件下,仪器能正常运行,日常故障能自己处理。现在,安帅不仅熟练地掌握了野外观测的各种技能,还成了新观测员的小导师。《中国科学报》
(2012-09-28 A1 要闻)

我在祖国最北端 《 人民日报 》
漠河台站的科研人员在讨论流星雷达接收天线的维护情况。新华社记者 金立旺摄
在漠河县北极村雪地上,科研人员使用自主研发的地面电磁探测系统探测地下结构,在低温中调试设备。新华社记者
金立旺摄
中科院地质与地球物理研究所漠河台站,是我国最北的空间环境野外观测台站。在这里,每天的观测数据不间断地传回1500公里外的北京。这些数据经过科学家的实时分析,可能被写进报告中、用到论文里,并向全世界共享。剧烈太阳活动对地球空间环境的影响,通常从高纬度地区向低纬度地区传递和渗透,地处最北端的漠河台站是我国本土开展空间环境观测的绝佳场所,科学家尤为看重它所采集的数据。
有研究价值的观测数据,需要长期持续的观测。隆冬2月是漠河的极寒时节,气温最低达零下40多摄氏度。记者近日走进漠河台站时,科学家和台站工作人员还在为保障数据传输紧张忙碌着。
建在北极村的观测台站,24小时不间断传输数据
北京、哈尔滨、漠河,一路向北,终于到达漠河县的尽头我国最北的村落北极村,再往北约1公里则是漠河台站。不远处即是中俄边界,蜿蜒而过的黑龙江已是三尺冰封。皑皑白雪、朗朗晴空的映衬下,几栋红黄、红白相间的屋子分外显眼。
自1988年漠河台站启动建设以来,李来顺就在这里工作。将近30年的时间,他见证了台站从一栋简易小平房变成功能完备的观测台站的全过程。如今,他的身份是漠河台站负责人,也是台站长期值守的3个工作人员之一。
记者来到漠河台站时,李来顺正在地磁观测室工作。每周两次,上午10点到11点是雷打不动的观测时间。观测仪器固定在高约1米、直径约40厘米的矩形柱体上,记录下地球磁场的长期变化。
中科院地质与地球物理研究所空间环境探测实验室主任李国主介绍,早在1984年,老一辈科学家就筹划在漠河县建站观测地球磁场。选址北极村,看重的是这里得天独厚的空间环境监测位置。
这是因为,地球时刻受太阳活动的影响。在地球两极,磁力线是开放的,太阳活动剧烈时,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。这时,抛射的带电粒子流进入地球大气层就可以产生美丽的极光。这些能量可由高纬度向低纬度地区传递和渗透,在高纬度地区开展观测,能尽早感知日地空间环境事件的发生,理解日地空间环境事件的来源和机理,从而避免给人类带来破坏性的后果。
走出地磁观测室,一座30多米高的银白色天线塔与雪地相映成趣。这是用于电离层观测的测高仪发射天线,在它的附近有4根呈三角形分布的接收天线。通过垂直向上发射扫频的无线电波、接收电离层反射回波信号,科学家可以由此推断出电离层的参数信息。
电离层在离地面约60千米1000千米的高空,但它和人们的生活息息相关。这个环绕地球的带电粒子层,对卫星通信和导航定位等有着重要的影响,科学家了解电离层变化规律,进而对紧急情况做出预警,对保障无线电通信等意义重大。
漠河台站还能监测流星。流星雷达天线阵列包含一根发射天线,以及5根呈十字叉分布的接收天线,它们零星点缀在雪地中,接收的流星回波信号实时传向后台。在监测机房,记者看到,电脑画面上呈现的不同大小和亮度的柱状结构,就是流星进入地球大气层后产生的等离子体尾迹反射无线电波造成的。根据这些观测,科学家能揭示出流星出现高度的风场、温度和密度等背景大气状态。
这里最初只有地磁观测,一年传一次数据;现在成为集合地磁、电离层和中高层大气等综合观测的野外台站,24小时不间断地传输数据。李来顺感慨:有了国家的支持,这个边陲小站才有机会快速成长。
台站选址远离城镇和公路,观测工作最考验耐心和细心
如今的北极村,已经是小有名气的雪乡,成为来东北旅行的热门目的地之一。时下,不少人正从全国各地来到这里,体验酷寒天气,到我国最北端找北。但相比日渐热闹的北极村,1公里外的漠河台站依旧高冷。
由于观测台站要尽量避免人类活动的干扰,选址时台站有意远离城镇和公路。李来顺说,虽然是土生土长的北极村村民,可这30年,自己一年差不多有1/3的时间都待在站上,有时候感觉自己不太像村里人了。
大约半个月前,漠河县下了一场大雪,气温持续走低,雪停后气温有所回升,可低温还是零下40多摄氏度。挂在屋外的红辣椒冻得像硬塑料一样。夜间,空气因寒冷显得凝重、安静。只身待在台站,遥望村中灯火人家,感到浑身孤寂、寒凉。
台站要做的工作看起来并不复杂,但很考验耐心和细心。每天早上7点,工作人员第一件事是检查观测仪器,查看它们工作是否正常,数据采集是否连续,网络传输有无异常。接着,在日记本和电子文档中,记录下每套仪器的状态。这样的检查,每天至少要做4次。
数据写错了,或者不详细都不行。它们是给科学家做研究用的,要非常严谨。李来顺说。
由于地处偏远的极寒区域,漠河台站观测工作也曾面临不少挑战。观测数据需要实时传输,漠河台站离村中心比较远,网络没有铺过去,只是拉了一根电话线。随着数据量越来越大,传输有时就会发生拥堵,造成延时。直到2016年,台站接上了光纤,传输问题才得到解决。
李来顺最担心的,则是断电造成的数据传输中断。2015年3月,一场连日的暴雪,压断了输电电线。为保障数据传输,李来顺和工作人员启动了备用的柴油发电机。大雪漫漫,数日不绝,电力线路要三四天后才能恢复,而备用的柴油只够支撑一天,他挨家挨户地向村民借柴油,才挺了过来。那些天,台站的3位工作人员时刻盯着柴油机,生怕再出故障,整整3天没怎么休息。
在工作人员的精心维护下,漠河台站观测设备近些年持续保持稳定运行,多种设备连续多年被子午工程评为优秀设备。观测的数据还支撑了一批重要的研究成果。比如,中科院国家空间科学中心的研究团队利用漠河站观测数据,揭示了磁暴期间电离层对等离子体层的物质调控作用,是子午工程首批重要成果。
近期,利用漠河台站流星雷达等多台雷达观测,中国科技大学团队等在国际上首次发现,地磁暴能显著影响极区和高纬中层大气密度,影响中层背景大气动力学过程。
未来,漠河台站还将配备一系列观测利器
从10月到次年5月,漠河台站都是漫长的冬季。5月,雪水融化,草长鱼肥,漫山遍野点缀着土生土长的野花达达香,就来到一年最美的季节。然而夏季往往也是工作人员最忙的日子。一些兄弟单位的科学家和学生有时也会来考察交流,做研究。
目前,中科院地质与地球物理研究所沿着东经120度子午线建成了四站多点的空间环境观测链。从北到南,纬度间隔约10度均匀布局,依次为漠河站、北京站、武汉站、三亚站,此外还在南北极设有观测站点。这些观测站是国家重大科技基础项目子午工程的一个非常重要的组成部分。
在子午工程二期规划建设中,作为我国北部的重点观测区域,漠河台站将配备一系列神通广大的观测利器,包括双通道光学干涉仪、全天空气辉成像仪和增强型激光雷达等。
在漠河台站附近一处开阔的雪地上,来自中科院地质与地球物理研究所技术与装备研发中心的科研人员正在测试自主研发的地面电磁探测系统。借助探求地下电磁信号的火眼金睛,这套装备能看清地下矿物电性结构。
这是这些设备首次迎接极寒环境的挑战。过去,此类设备被国外品牌垄断,中科院地质与地球物理研究所技术与装备研发中心副主任王中兴说,在漠河极寒的环境下设备验证有效,以及前期大量对比试验与工程实践,增强了国产化的信心。
测试人员已经在极寒条件下工作了一个多星期。王中兴告诉记者,未来将把国产的地面地磁探测系统布设到漠河等台站,开展地球深部电性构造长期观测,为地球深部科学研究提供更多有价值的数据。
漠河台站是我国本土开展空间环境监测的最北站点,是监测来自北极空间环境扰动的前哨站。科学家认为,了解和尽早感知日地空间环境的变化还需要更多观测支撑,这就需要在漠河部署新一代雷达,用更先进的无线电和光学手段,增强对更高纬度电离层动力学过程探测能力,进而掌握日地空间环境更多有价值的一手数据。
观测设备越来越多,李来顺没有一点畏难。我把漠河台站当家,看到家里功能更齐全,自然高兴。搞研究、写论文我不懂,但能为科学服务,做出我们的贡献,我感到很高兴。别看我们只是把数据传回去,没有直接参与研究,但时常想论文里还有我们的功劳呢。李来顺自豪地说。
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