不吹不黑，說說「張衡一號」究竟是顆啥衛星

人類遠比想像中渺小。而張衡一號，將會使人類更有機會看到來自地球內部的「天氣」。

1960年，美國人唐·沃爾什乘坐潛艇抵達了人類生存過的最低點：馬里亞納海溝底部，低于海平面10916米。但他僅僅生存20分鐘後潛艇就處在要被大洋壓碎的邊緣，被迫返回。

地球結構簡圖

有人開玩笑說，人類就像生存在雞蛋殼上的細菌。但實際情況比這還要糟糕：即便把人類能夠抵達的地表範圍誇張成從馬里亞納海溝底部到珠穆朗瑪峰峰頂，比起地球平均半徑的6378137米而言，人類的極限僅是生存在地表最上部0.31%的區域，而實際上90%以上人類僅居住在地球最表層萬分之一的厚度範圍內。

人類對於腳底的地球，可謂是無知，甚至比我們對38萬公里外的月球了解都要少很多。

說到這裡，如果我說人類對地球內部傳達到地表的各種現象、或者各種地底天氣變化的後果：火山爆發、地震、海嘯，毫無預警能力也就不足為奇了。2000年前，我國著名東漢天文學家張衡發明了地動儀感知地震，可是它僅僅是結果的反饋，而無法做出任何預測。

地動儀複製品圖

2000年來，世界各國的科學家都在孜孜不倦研究地震的成因並嘗試預報，但幾乎可以說他們並不算成功，印度洋大地震和海嘯、汶川大地震、東日本大地震和海嘯依然在21世紀對人類造成了巨大傷害。

地震還是個人類無法解決的未解之謎。

地球內部是極其緻密的地幔和地核。地球在形成時留下的各种放射性重元素不斷裂變釋放巨大熱量，在地球強大引力的擠壓下結合在一起，將內核海量的鐵鎳元素融化成流體。在能量的推動下，地球也有了地幔層和地殼層的交流。內部的各種元素通過火山爆發板塊運動等抵達地表，滋養了整個生物圈。但一不留神的釋放也造就了地震和海嘯，可以原諒，但我們也無能為力，只能原諒。

地球磁場庇護了所有的地球生命

地核的鐵鎳流形成了一塊無比巨大的「液態磁鐵」，產生的地磁場庇護了整個地球。否則，猛烈的太陽風和各種宇宙輻射就會迅速將地球大氣剝離，任何生物也無法抵抗巨量的輻射，地球將會是個像火星一般的不毛之地。寶貴的地球磁場，可能你感覺不到，但它卻無比重要。極光也成了地球磁場賜予我們最好的禮物：太陽中的高能輻射被地球磁場引導到兩極的電離層，產生劇烈的反應，遠遠強過其他區域，形成美麗的色彩。

國際空間站上看到的美麗極光

在地球內部能量往外傳遞的過程中，地核和地幔的相關部分也會發生緩慢的變化，其中相當一部分能量也因此提前傳遞到地球磁場和電離層，地震時這個傳遞會集中爆發。因此，如果能夠觀察地球磁場和電離層的變化，人類就能夠研究地震爆發機制，更有機會提前看到地球內部的秘密，從而為地震的研究和準確預報增加一絲可能。可是電離層的跨度可以高達上千千米，研究它談何容易。

航天時代的到來，使得人類迎來一線生機。

舉個例子，我所在課題組研究課題之一是歐空局的GOCE衛星，它恰好在2011年東日本大地震的時候飛到日本上空。它的精密儀器感知到了地震波對高層大氣密度的擾動，幅度接近15%！地震的強度可想而知。

日本大地震的地震波在

空中被GOCE衛星感知到

可這畢竟只是起到了「空中地震儀」的監測效果，跟預報毫不相關。

但如果能通過發射人造地球衛星實地飛行在地球磁場和太陽風作用下的電離層中，利用高級星上儀器實時探測中性粒子、高能帶電粒子、等離子體等，將會使得人類對地震的了解大大增加，畢竟它們的變化隱含著地球內部和磁場變化的「天氣」情況。

這種衛星就叫做電磁監測衛星，它可以通過搭載的感應式磁力儀、高精度磁強計、電場探測儀、GNSS掩星接收機、等離子體分析儀、高能粒子探測器等設備完成工作。雖然這些儀器依然無法做到地震的準確預報，而是更多在地震發生後研究地震形成機制，但這對於提高地震預報成功率，已經大有裨益。

千里之行，始於足下。地震預測不是電磁監測衛星能一蹴而就的，但它們將會極大推動人類向這個方向進步。一個困擾人類幾千年的難題，正在一步一步被攻克。

2018年2月2日，我國發射的「張衡一號」衛星就是人類研究地震和地球大氣電磁變化的又一個里程碑，成為美國、俄羅斯、法國後的又一中流砥柱。

不鳴則已，一鳴驚人。這顆衛星是世界同類電磁監測衛星里載荷最多（共計8個），探測精度最高的一位，可謂是中國地球物理學界厚積薄發的集大成所在。而後續的張衡二號到五號，都在研製或論證中。

張衡跨越兩千年，不飛則已，一飛衝天，用在這個衛星上面命名再合適不過。

張衡一號是中國製造的新高度，它給出的地球內部「天氣預報」，顯然會造福整個人類！

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