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在北极追寻太阳和深空中科院地质地球所 [复制链接]

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15年前,北极*河站,于年7月28日正式落成,是我国的第三座极地科学考察站。*河站位于挪威斯匹茨卑尔根群岛的新奥尔松,北纬78°55′、东经11°56′。下面的地球地图正中心是地中海,而新奥尔松就在这张地图的顶端。虽然还没到真正意义上的北极点,但也相差不远。

新奥尔松位于北极圈内,常年冰雪覆盖,春季非常短暂。但这里却是科学研究的热土。包括挪威、德国、法国、英国、意大利、日本、韩国,都在这里建设了科学考察站。据说每到“凛冬将至”,一众越冬值班科学家们就会聚集起来,凿开一块冰盖,下去冬泳!所以要搞科研可不能光掉头发,还要锻炼肌肉才行。

*河站的建立并不容易,中国国土并不深入北极圈,最北端的漠河也仅仅达到北纬53度半。中国距离南极则更远。所以一直以来,中国的极地科研水平比较落后。

中科院代表团(右起张兴根、陈宜瑜、秦大河、高登义)与挪威环境部商谈。来源:搜狐新闻“高登义:我与“斯瓦尔巴条约”情缘”。

年秋天,中国探险家高登义应挪威卑尔根大学Y·叶新教授的邀请,参加了挪威、苏联、中国和冰岛四国科学家联合的北极综合科学考察。这次考察,高登义看到了《斯瓦尔巴条约》的英文版。这个条约是段祺瑞*府于年加入的,由于年代久远,而且经历了战争和动荡,国内鲜有人知道这个条约,因此也几乎没有人知道,我国在北极地区的斯瓦尔巴群岛有着科学考察的权利。高登义将这个条约带回了中国,后来经过一段时间的讨论和布置,中国才开始了官方的北极科学考察。

*河站驻扎的站房,毗邻其他七个国家的科学考察站。八个站各出一个代表,刚好是两桌,咳。

北极科学城

这座两层独栋小楼,并非是年前后建站时才修建,而是上世纪40年代,挪威王湾公司的宿舍楼。风格倒确实独特,毕竟也不会有第二个国家如此热衷于在各种建筑物门口放两个石狮子了。

*河站作为科学考察站,最突出的,就是其具有全球极地科考中,规模最大的空间物理观测点。这一空间物理观测点,属于我国空间环境观测台链的一部分。

中国科学院地质与地球物理研究所空间环境探测实验室(前身是中科院地球物理研究所地磁与高空物理研究室野外观测站)自年组织研究所科技人员参加首次中国南极科学考察队起,一直连续参加南极地磁与高空物理的科学考察工作,始终没有间断。

年,实验室开始在北极*河站开展电离层TEC(电子浓度总含量)和电离层闪烁的观测。这就说回我们这篇文章的主题了——什么叫在北极,追寻太阳和深空呢?

那就要先来说说北极光!

国际空间站拍摄的极光

歌中所谓“爱是一道光,如此美妙”的那个“绿光”,指的就是由大气层中的氧受激发发出的绿色的光。极光通常只出现在南北两极,地磁纬度较高的地区。地球的极光,来自地球磁层和太阳的高能带电粒子流(太阳风)使高层大气分子或原子激发(或电离)而产生。

极光不只在地球上出现,太阳系内的其他一些具有磁场的行星上也有极光。如果各位读者看过我的前几篇文章,就会知道,极光在土星、木星,甚至木星的卫星Ganymede上,都会出现。对于太阳系的行星而言,当它具有磁场、大气层和太阳风的时候,就会激发出极光。

我们知道地球磁场的存在,抵挡了绝大多数来自太阳和外空间的高能粒子,对地球表面的轰击。在很大程度上,地球磁场保护了地球上的生命,促进了生命的繁衍生息。但是这样一个护盾,并不是没有薄弱点的。在地球的两个磁极处,有一些磁力线是开放的,直接与宇宙空间,或者是太阳风磁场相连接,太阳风中的等离子体和其他来源的高能粒子,得以从这里注入地球的大气层。从而与大气层内的成分相互作用,点亮极光。

极光的影响区域往往是一个围绕南北磁极的椭圆卵形,因此也被叫做极光卵。当太阳活动剧烈的时候,地球磁场开放的磁力线会变多,极光卵也会变大。因此当发生数百年一遇的强烈磁暴时,中国境内也是有可能看到极光的。

NASA的IMAGE卫星拍摄到的南极极光卵。颜色并非真实颜色

极光长什么样,是与太阳活动剧烈程度直接相关的。更进一步说,由于太阳活动强烈影响着地球电离层的特性,因此可以通过观察电离层的相关性质,获知太阳活动的信息。南北极地区受太阳活动影响最强烈,这里,是观测太阳活动的绝佳地区。

架设GPS天线

此外,高能宇宙射线也会通过类似的途径,进入南北两极。这些来自宇宙深空的粒子,跨越星际而来,对于研究宇宙深空,有着重要的价值。

在绚丽的极光背后,能量粒子轰击大气层带来的,实际上就是电离层电子密度的变化。因此除了光学的观测手段之外,观测电离层总电子密度TEC,以及电离层局部的电离层闪烁现象,也是观测太阳活动的重要手段。

搞科研,就是搬砖!布置宇宙线探测场天线

为了进行相关观测的验证和维护,中科院地质地球所从年开始,几乎每年都会派遣科研人员前往北极。

年8月,宁百齐研究员、郑祥身研究员参与了我国的第三次北极科学考察。他们在*河站,利用一台GPS电离层TEC和闪烁观测系统天线以及相关设备进行每天连续24小时的数据采集和分析工作,到8月14日离站,共积累数据近80MB。同时,利用站上的网络条件,实现了15分钟一次向所内进行数据实时传输。这是我国在高纬地区电离层TEC、电离层闪烁观测方面的一个突破。

年,在经过上一年的技术验证之后,李国主研究员正式架设了GSVGPS电离层TEC与闪烁监测仪,开展常规观测,实现数据的实时采集、分析与传输。

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此后的年10月,宁百齐研究员二次赴北极*河站,维护GSVGPS电离层TEC与闪烁监测仪。

年8月,胡连欢工程师继续维护,并将仪器从二楼极光观测室搬迁至一楼GPS与大气观测室。

、、年,吴宝元工程师、赵秀宽工程师、郑建昌实验师分别对台站仪器进行了维护。

年,常首民工程师为台站安装了BG2GNSS电离层监测仪,丰富了观测手段。

年和年,胡连欢工程师和李来顺工程师对台站仪器再次进行了维护。

现在,*河站TEC数据和电离层闪烁数据库已经组网进入了数据中心,如果读者感兴趣,可以去space.iggcas.ac.cn/index.htm看看。当然这个网站也是延续了我国科学网站的一贯风格,比较朴素~

年4月24日上午,人力资源与社会保障部、国家海洋局在北京举行中国极地考察表彰大会,系统总结中国极地考察30多年的成就和经验,表彰了为中国极地考察做出突出贡献的60个“先进集体”和59个“先进个人”。中国科学院地质与地球物理研究所空间环境探测实验室获“中国极地考察先进集体”荣誉称号。宁百齐研究员作为代表领奖。

最后,附上一张北极地区顽强生长的小草的照片,祝愿在北极工作的全世界的科研人员,用顽强而热情,永葆旺盛的好奇心,不断探索人类科学的新边疆!

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