2月，隨著南極的極夜日益臨近，中國(guó)南極考察隊(duì)也將迎來(lái)“追光”時(shí)刻。

30余年來(lái)，科研人員透過(guò)天穹絢爛的光影流變，探尋全球空間天氣的變化規(guī)律。

絢麗極光是空間天氣“預(yù)報(bào)員”

極光是太陽(yáng)與地球磁場(chǎng)、大氣層共同演奏的“能量交響樂(lè)”。

當(dāng)太陽(yáng)噴射出由質(zhì)子、電子等帶電粒子組成的“太陽(yáng)風(fēng)”以每秒數(shù)百公里向地球席卷而來(lái)，地球磁場(chǎng)擋住了絕大多數(shù)粒子的沖擊。但在南北磁極附近，地球磁力線形成匯聚區(qū)，使得更多太陽(yáng)風(fēng)粒子進(jìn)入，高能粒子與大氣分子碰撞激發(fā)，便形成極光現(xiàn)象。

2025年，極夜期間中山站開(kāi)展極光與激光雷達(dá)協(xié)同觀測(cè)。(受訪者供圖)

“各色極光如絲帶般舞動(dòng)，如霓虹燈般絢麗多姿。”中國(guó)極地研究中心(中國(guó)極地研究所)副研究員、中國(guó)第42次南極考察中山站越冬隊(duì)員孫繼承說(shuō)，中山站位于地球極隙區(qū)緯度上，正是開(kāi)展相關(guān)研究的最佳區(qū)域。

中國(guó)極地研究中心(中國(guó)極地研究所)副研究員李斌表示，2025年5月，通過(guò)對(duì)中山站所獲得的極光全天空等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，我國(guó)科研人員首次在國(guó)際上提出了“極光漣漪”概念，即發(fā)現(xiàn)在極光弧邊緣的條紋狀綠色發(fā)光結(jié)構(gòu)，可能是由極光沉降粒子激發(fā)的等離子體梯度漂移不穩(wěn)定性導(dǎo)致的。

全天空成像儀擁有魚(yú)眼鏡頭，記錄整個(gè)天穹的光影流變;極光光譜儀像一位“光之解碼師”，通過(guò)分析光的波長(zhǎng)反推沉降粒子的能量……走進(jìn)中山站空間物理觀測(cè)棟，這里正開(kāi)展全方位、多手段的空間環(huán)境監(jiān)測(cè)，告訴人們空間天氣的變化。

“在極區(qū)開(kāi)展高空大氣物理觀測(cè)對(duì)建立空間天氣模型、改進(jìn)無(wú)線電遠(yuǎn)距離通信、確定衛(wèi)星軌道等方面具有重要意義。”中國(guó)極地研究中心(中國(guó)極地研究所)研究員胡澤駿說(shuō)。

激光雷達(dá)勾勒大氣“心電圖”

極光發(fā)生的時(shí)刻，激光雷達(dá)能夠精細(xì)診斷距離人類更近的大氣層產(chǎn)生了何種響應(yīng)。

中國(guó)極地研究中心(中國(guó)極地研究所)研究員黃文濤說(shuō)，激光雷達(dá)通過(guò)捕捉高層大氣的溫度驟升、風(fēng)場(chǎng)紊亂等細(xì)微變化，仿佛在勾勒大氣的“心電圖”。

2025年4月，中國(guó)第41次南極考察中山站越冬隊(duì)員黃川在調(diào)試激光雷達(dá)。(受訪者供圖)

中山站布設(shè)的鈉熒光多普勒激光雷達(dá)、拉曼測(cè)溫激光雷達(dá)等設(shè)備向天頂發(fā)射極細(xì)的激光束，通過(guò)分析大氣分子散射回來(lái)的光信號(hào)，能繪制出從地面直至高空的溫度、風(fēng)場(chǎng)和成分剖面圖，研究大氣本身的狀態(tài)和成分。

“針對(duì)一些特殊的空間天氣事件，如強(qiáng)磁暴活動(dòng)，站區(qū)激光雷達(dá)還會(huì)聯(lián)合空間物理觀測(cè)設(shè)備開(kāi)展協(xié)同觀測(cè)。”中國(guó)第41次南極考察中山站越冬隊(duì)員黃川說(shuō)。

在南極，激光雷達(dá)與極光觀測(cè)協(xié)同，正為構(gòu)建具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“太陽(yáng)風(fēng)-磁層-電離層-大氣層”耦合模型，注入核心觀測(cè)數(shù)據(jù)。

在極寒大陸聆聽(tīng)“宇宙低語(yǔ)”

極區(qū)是全球大氣環(huán)流的關(guān)鍵一環(huán)，也是空間天氣影響地球最直接、最強(qiáng)烈的區(qū)域。

“劇烈的極光活動(dòng)也可能是強(qiáng)烈地磁暴前兆，影響衛(wèi)星導(dǎo)航、通信和電網(wǎng)。”孫繼承說(shuō)，中山站極光監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可用于空間天氣預(yù)警，助力守護(hù)太空和地面基礎(chǔ)設(shè)施安全。

2025年12月，中國(guó)極地研究中心(中國(guó)極地研究所)副研究員孫繼承向中山站空間物理觀測(cè)棟走去，預(yù)備開(kāi)展日常觀測(cè)。新華社記者顧天成 攝

2010年以來(lái)，中國(guó)科學(xué)家們已在中山站建立起國(guó)際先進(jìn)的極區(qū)高空大氣物理觀測(cè)系統(tǒng)，并與北極黃河站構(gòu)成了國(guó)際上為數(shù)不多的極區(qū)共軛觀測(cè)臺(tái)站和相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。

近年來(lái)，以極區(qū)觀測(cè)為基礎(chǔ)，我國(guó)又在極光、極區(qū)電離層、空間等離子體波等多方面取得了一系列研究成果。

在極寒大陸解碼“宇宙低語(yǔ)”并不容易，零下40攝氏度的極寒環(huán)境中，工作人員持續(xù)值守調(diào)試激光雷達(dá)。

黃川難忘自己和隊(duì)友們?cè)诒╋L(fēng)雪后，合力從深雪中挖出被掩埋的雷達(dá)設(shè)備，“當(dāng)它重新正常工作時(shí)，我們歡呼雀躍，仿佛自己也通過(guò)了極地的終極考驗(yàn)”。

責(zé)任編輯：王亞冉

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