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【校友风采】申旭辉:“张衡一号”卫星,除了研究地震,还能为人类带来什么?

2019年11月08日 18:00  点击:[]


我是申旭辉,来自中国地震局,做的是跟航天有关的工作。

现在传媒很发达,所以我们感觉有很多地震。

但事实上:认真研究,冷静对待

所谓“冷静对待”,是因为地震预报确实还没有过关,我们地震科技工作者,有时觉得对不起大家。但是现在科技实力就是这样,全世界也一样的。我们要继续努力,避免“狼来了”和“烽火戏诸侯”问题重演。

但另一方面,谣言有不同的传播版本,从不同角度、不同方面谈到了这些问题,恰恰成为我科学研究的标杆;是参照,也是鞭策。

这是想跟大家说的第一个问题。

实际上,“地震研究”是一个老话题了。

人类最早的地震记录,在公元前1831年,“泰山震”;紧接着在公元前1809年,“伊洛竭”(“伊”、“洛”即洛阳的洛河和伊河)。国外的地震记录,最早是公元前340年,亚里士多德报告了地震现象。发明候风地动仪的张衡,是在公元132年开始进行地震的记录。

现代地震学诞生于1906年。当时美国加州发生了8.3级的地震,影响非常巨大,当时提出了“里德弹性回跳说”。紧接着,上世纪60年代提出了“板块构造”。现代地震学的基本理论框架,就是从那个时候开始形成。而中国的现代地震学,从1966年邢台地震开始,到现在也经历了几十年的发展。

几十年来,全世界包括中国的地震科技水平取得了极大的发展。在一些科学理论认识方面(包括现在的应急救援、防灾减灾),人们做了很多的工作。但是地震预报到底能不能预报,还没有人能保证。

上世纪90年代,世界上发生了许多地震,然而很多都没有预报出来。虽然中国成功预报了1975年海城地震,但次年导致24万人死亡的唐山大地震却失败了。所以,到了世纪之交,美国的科学家罗伯特·盖勒(Robert J. Geller)开始质疑,预测这么难,到底难在什么地方?

难在这些地方——

前面说过,地震很多、大地震很少,而预报地震需要大地震震例,因为地震科学是观测科学,学者需要有大量的观测资料来支撑科学研究、发现和发明。大地震太少,统计震例就少,就会导致机理认识不清。但这是一个两难的选择——因为从国家角度,为了人民的生命财产安全、为了防灾减灾,就希望地震尽可能少来,最好别来。

同时,地震预测也受到观测技术的限制,所以大家都对新技术、新发展充满期待。我们常说,地震科学的突破,最终要依赖新技术、新方法的突破——

为此,“空间对地观测技术”能为地震科学提供哪些支持?

空间对地观测,首先是大范围、高动态、多参数,不受地面条件限制,它同时也是一个跨学科、交叉融合的很好的机遇。

前面说过,地震预报最大的困难,是震例太少。从统计意义上说,中国每3年有2次七级以上地震、每年有4次六级以上地震;而全球范围,每年就有18次七级以上地震。这样的话,可以用卫星观测,大范围地把全球的地震都收集起来,可以加快地震科学的发展。所以2018年的2月2号,把“张衡一号”这个中国地震立体观测体系首发星、也是中国地球物理场的第一颗卫星顺利发射到天上去了

左边这张图,是在轨飞行的模拟,是一个仿真状态。右图是去年2月2号发射时候的场景,卫星火箭带着“张衡一号”卫星上天,发射成功了。

“张衡一号”已经收集到了十几个七级、几十个六级以上地震震例,并得到了一些观察结果。卫星2月2号上天,13号开始工作,16号获得了墨西哥7.1级地震的信息。2018年8月份印尼的两个地震,这些信息也都获取了。

然后,在这些观测基础上,实现科学理论的突破。现在的地震科学是经典物理学,是常温常压下的流动物理学,但是地震震源在十几公里之外,超高温、超高压。为了发展,就要在现在的基础上,利用学科交叉优势,发展“多板块、多圈层、多物理场”的地震过程模型,来推进科学发展。

我相信,有这些发展之后,地震预测的科学能够往前大大进一步。

不过,我想跟大家说的是:“张衡一号”卫星最原始的产出不是地震前兆,而是地球的磁场模型(图左)和电离层模型(图右)。

现在国际上对中国电磁星评价很高,说数据非常好。有了这两个模型,后续除了地震研究,还能做一些其他的应用。

比如说,磁场可以用于导航。大家知道GPS导航精度很高,但是在某些时候,它是受影响的,因为它必须实时。所以在没有GPS的时候,地磁可以作为可能不精确、但绝对可靠的导航工具。

此外,也可以用于一些科学研究,比如地球物理反演(即探索地壳结构)。

还有一个问题,就是随着科学技术的发展,电离层对现代科学技术系统有极大影响。1989年太阳耀斑和超级磁暴,对输电线路、海底电缆、卫星运行都带来了明显影响。

2017年9月初,北美产生了太阳风暴,同时还有特大地震和飓风。地震和飓风产生时,人们需要通讯、救灾——但太阳风暴又使当时航空海事应急的高频通讯中断了八个小时。当时造成的受灾很严重。

最后,想跟大家说说,与“张衡一号”未来可能的应用有关的一个东西。

大家可能知道,1962年,古巴导弹危机差点引发了第三次世界大战。其实,1967年5月,还有一件事情也差点引发第三次世界大战。

1967年5月23号早上,太阳爆发了20世纪最大的一次风暴,导致美国的军事通讯手段、通讯系统中断了小半个月。当时正是“冷战”时期,美国军方包括总统,一直认为是苏联在发动攻击,所以准备起动所有的战略导弹去打苏联了。

还好,有一个太阳预报中心,很快把太阳风暴告诉了美国的空军司令部,拦下了即将执行的任务。要知道,当时全球有3万多颗核弹头,战争一旦发动,后果不堪设想。

我的分享就到这里,谢谢大家。

演讲嘉宾申旭辉:《张衡一号卫星:换个角度看地震》

作者:申旭辉

编辑:麦芽杨、凝音

转自:我是科学家iScientist 公众号

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