中國首個自主可控實(shí)時地磁模型發(fā)布
“澳科一號”衛(wèi)星科學(xué)團(tuán)隊(duì)取得重大進(jìn)展
中國首個自主可控實(shí)時地磁模型發(fā)布
最近,“澳門科學(xué)一號”(以下簡稱“澳科一號”)衛(wèi)星科學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)布了中國首個WM?(澳門世界地球磁場模型)實(shí)時四維地球磁場系列模型1.0版?!斑@是‘澳科一號’衛(wèi)星項(xiàng)目科學(xué)研究與應(yīng)用取得的重大進(jìn)展,將對地球科學(xué)研究與地磁導(dǎo)航應(yīng)用發(fā)揮重要作用?!卑拈T科技大學(xué)講座教授、“澳科一號”衛(wèi)星首席科學(xué)家、“澳科一號”衛(wèi)星科學(xué)與應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師張可可透露。記者就此采訪了張可可。
張可可介紹,該實(shí)時地球磁場模型充分利用了“澳科一號”衛(wèi)星等高精度地球磁場數(shù)據(jù),是中國首個自主可控的實(shí)時地球磁場模型,具有廣泛重要的科學(xué)與應(yīng)用價值,可用于地球深部、地球海洋、地球空間的科學(xué)研究,也可用于航天航空航海導(dǎo)航、資源勘探、智能終端等。
大量高精度科學(xué)數(shù)據(jù)為建立實(shí)時地磁模型打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)
“澳科一號”衛(wèi)星項(xiàng)目由國家航天局與澳門特別行政區(qū)政府聯(lián)合開展,是首顆內(nèi)地與澳門合作研制的空間科學(xué)衛(wèi)星。
“澳科一號”衛(wèi)星成功發(fā)射一年多來,產(chǎn)生了大量高精度科學(xué)數(shù)據(jù),被各國相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家用于地球深部、地球海洋、地球空間科學(xué)研究與應(yīng)用。張可可表示,這就為本次數(shù)據(jù)應(yīng)用重大進(jìn)展的取得打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
“有了高精度的數(shù)據(jù),要想建立實(shí)時地球磁場模型,依然是一項(xiàng)科學(xué)與技術(shù)上極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)?!睆埧煽山忉專@是因?yàn)榈厍蚴且粋€非常復(fù)雜的耦合圈層系統(tǒng)。地球主磁場由位于地下2890公里至5150公里處的地球外核流體產(chǎn)生,但科學(xué)家對地球外核鐵鎳混合物導(dǎo)電流體的動力學(xué)時空結(jié)構(gòu)知之甚少,因此地球磁場的時空變化被《科學(xué)》雜志評選為最具前瞻性的科學(xué)問題之一。
地球固體內(nèi)核大約5000K(開爾文)的高溫,地球外核鐵鎳混合物導(dǎo)電流體產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱對流,保持地球外核處于液體狀態(tài),通過非常復(fù)雜的非線性發(fā)電機(jī)效應(yīng),產(chǎn)生并維持地球液態(tài)外核的電流,進(jìn)而產(chǎn)生隨時間變化的地球內(nèi)秉磁場。
衛(wèi)星測量的高精度地球磁場與地球系統(tǒng)動力學(xué)、物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)等緊密相關(guān),地球磁場是唯一能反映地球系統(tǒng)的地核、地幔、海洋、巖石圈以及電離層與磁層特性的物理場。“因此,衛(wèi)星測量的高精度地球磁場為科學(xué)家研究地球復(fù)雜系統(tǒng)提供了寶貴信息?!睆埧煽烧f。
建立了世界首個地球外核流場三維結(jié)構(gòu)與中國首個全球海洋運(yùn)動磁場結(jié)構(gòu)
“澳科一號”衛(wèi)星科學(xué)家團(tuán)隊(duì)基于“澳科一號”衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)及其他有效地磁數(shù)據(jù),利用人工智能物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)新算法,刻畫了地球外核發(fā)電機(jī)三維流場,揭示了地球液態(tài)外核流場結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)顯著的東西半球不對稱性,發(fā)現(xiàn)了大西洋下方液態(tài)外核中呈現(xiàn)由東向西的大尺度環(huán)流,顯示了地球液態(tài)外核中發(fā)電機(jī)三維流體運(yùn)動的核幔耦合特征。“這是開創(chuàng)性的科學(xué)發(fā)現(xiàn),揭開了地球液態(tài)外核流場的神秘面紗,就像通過指紋認(rèn)識了一個人。”張可可形象地說。
地球海洋由導(dǎo)電率較高的流體組成,地核發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的主磁場與大尺度海水運(yùn)動相互作用會產(chǎn)生感應(yīng)磁場,高精度“澳科一號”衛(wèi)星可以觀測到地球海洋潮汐運(yùn)動感應(yīng)磁場。由于海洋感應(yīng)磁信號對海洋幾何形態(tài)、海底結(jié)構(gòu)、海水電導(dǎo)率和海洋流場都很敏感,因此可用感應(yīng)磁場來研究海底地球物理和地質(zhì)結(jié)構(gòu)與大規(guī)模海洋運(yùn)動的性質(zhì)。
“建立全球海洋運(yùn)動磁場結(jié)構(gòu),又是一項(xiàng)在理論與計算上具有挑戰(zhàn)性的難題?!睆埧煽烧f,因?yàn)楹Q髱缀涡螒B(tài)、大陸邊界、海洋洋流的復(fù)雜性,通用的球諧函數(shù)方法無法直接用于海洋感應(yīng)磁場的計算。利用“澳科一號”衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)及其他有效地磁數(shù)據(jù),“澳科一號”衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)通過對海洋與陸地的網(wǎng)格化、海水潮汐速度的網(wǎng)格化,利用現(xiàn)代算法來求解方程,進(jìn)而求得中國首個全球海洋運(yùn)動磁場結(jié)構(gòu)。
目前發(fā)布的實(shí)時地球磁場模型1.0版本是基于“澳科一號”衛(wèi)星高精度磁場數(shù)據(jù)及其他有效地磁數(shù)據(jù),利用“澳科一號”衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的核心技術(shù)、核心算法、核心軟件所建立?!半S著‘澳科一號’衛(wèi)星數(shù)據(jù)不斷積累以及算法與軟件的更新,‘澳科一號’衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)將會不斷發(fā)布實(shí)時地球磁場模型的更新版本?!睆埧煽烧f。
未來將建立“全球高精度地磁場星座”
“建立‘全球高精度地磁場星座’已寫入最近發(fā)布的《國家空間科學(xué)中長期發(fā)展規(guī)劃(2024—2050年)》。”張可可說,澳門回歸25周年之際,“澳科二號”衛(wèi)星項(xiàng)目也獲得了澳門特區(qū)政府的批準(zhǔn)。“澳科二號”衛(wèi)星與“澳科一號”衛(wèi)星組成高精度地磁場星座,并組網(wǎng)觀測,提供全球高精度的地球磁場時空變化數(shù)據(jù)。
“澳科二號”衛(wèi)星與“澳科一號”衛(wèi)星主要科學(xué)任務(wù)一致:對地球磁場時空變化開展高精度的觀測與研究。張可可透露,“澳科二號”衛(wèi)星將是近地點(diǎn)達(dá)到約200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)達(dá)到約2000公里的大橢圓極軌道衛(wèi)星。
“隨著全球高精度地磁場星座的建立,澳門將會成為高精度地球磁場測量、數(shù)據(jù)與應(yīng)用的中心,提升澳門在科技界的影響力,為澳門適度多元化發(fā)展提供一個可行的高科技途徑。”張可可展望。
《 人民日報 》( 2024年12月09日 20 版)
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