□记者 马 利

在汶川地震十周年之际，我国加快地震研究的最新进展备受关注。

中国地震局日前发布消息，汶川地震十周年国际研讨会暨第四届大陆地震国际研讨会将于5月12日至14日在成都举行，届时将展示发布我国首颗电磁监测试验卫星——“张衡一号”的初步研究成果和数据共享方案，服务“一带一路”建设，扩大中国在防灾减灾领域的国际影响力。

近日，“张衡一号”卫星工程首席科学家兼副总设计师、中国地震局地壳应力研究所总工程师申旭辉来到母校河北地质大学举办讲座，“跳出地球清晰看地震”成为他和师生们交流最多的话题。

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实现全疆域

地震实时观测

“‘张衡一号’的发射入轨，实现了对我国全疆域地震实时观测。”申旭辉一语中的。

“张衡一号”是我国地震立体观测体系的第一个天基平台，可以获取全球电磁场、电离层等离子体、高能粒子观测数据，研究地球系统特别是电离层与其他各圈层相互作用及其效应，有效弥补了地面观测的不足。

受自然环境条件限制，在地面上，像青藏高原的极寒地区，现有的地震台网并不能完全覆盖，面积广阔的海洋也观测不到。目前我国以青藏高原为主的近200万平方公里陆地面积缺乏地震前兆监测能力，在国境线和约300万平方公里的海域，地震监测能力也几乎为零。

而跳出地球来“看”地震，就能突破一些地震研究的限制。对我国及周边区域开展电离层动态实时监测和地震前兆跟踪，弥补地面观测的不足。

地震在其孕育过程中由于能量的持续积累激发产生相关形变、电磁辐射及地下流体、化学物质的放射等，并在地表积累进而传播影响到电离层变化。这已经成为众多专家的共识：地震电磁效应能够通过多种方式传播到电离层，引起电离层和大气层的变化。

这一认识有着大量的数据支撑。科学家发现，人类监测到的“空间电磁扰动”，与地震的发生具有明显的相关性。

上世纪60年代，有国外科学家分析一颗卫星电磁信号时，发现卫星记录到地震低频电磁辐射现象，称之为“地震电离层效应”。我国在1976年唐山地震时，也通过地面雷达系统发现了相应的电离层扰动现象。

“张衡一号”的工作原理就是通过实时监测空间电磁环境状态变化，研究地球系统特别是电离层与其他各圈层的相互作用和效应，初步探测地震前后电离层响应变化的信息特征及其机理。

申旭辉介绍，除了为地震电磁立体观测提供更多种类、更加海量的电磁类信息，“张衡一号”还带动了其他空间信息技术在防震减灾领域的应用，加快地震立体观测体系建设，提高地震监测能力。

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高磁洁净度

特性独一无二

“张衡一号”不仅开辟了我国地震监测研究的新视角，成为我国构建天空地一体化地震立体监测体系的重要里程碑。同时它也集合了多项航天技术创新成果，其中最为显著的是卫星对电磁洁净度的要求。

“张衡一号”执勤所在的太阳同步轨道，是一个布满了电子、离子的电磁世界，这里受到太阳、月球引潮力以及地球中高层大气的扰动，常常是“波涛汹涌”。国防科工局系统工程司副司长赵坚曾表示，卫星在这里工作本就十分不易，还要探测这里的磁场变化情况，更是难上加难。

“打铁还需自身硬”，想要精确探测到地球磁场的细微变化，需要卫星本体的电磁信息“足够干净”。

申旭辉告诉记者，卫星本体磁性对磁场测量的“影响不确定性”需控制在0.5纳特，这大约相当于地球表面磁场强度的十万分之一。

为了达到这一要求，卫星平台的各个单机、系统都进行了无磁化的更改。比如，去掉了有磁的红外地球敏感器，整个飞行程序都要改变；再比如，无磁化要求太阳能帆板不能转动，但为了保证卫星能源，又必须让帆板对日，如何找到平衡点，团队想了很多办法。

最终，科研人员最终打造出来的“张衡一号”整星，其磁洁净度达到了0.33纳特。

申旭辉表示，这是一个巨大的跨越，此前在轨运行的高磁洁净度卫星全部由国外研制。“张衡一号”不仅拥有了独一无二的高磁洁净度特性，也成了我国第一代磁洁净卫星平台，弥补了我国天基科学探测领域发展的一大短板，对后续空间电磁场探测任务的发展具有重要意义。

而这颗卫星的主要载荷，是用于探测卫星轨道环境空间电场的电场探测仪。这也是目前国际上运行在太阳同步轨道功能配置最全的空间电场探测仪器。

为了感知空间三维电场，探测仪通过伸杆向卫星本体外伸出4个传感器，如同灵敏的触角一般，每个传感器都能准确感知周围等离子体环境电势，这些探测器灵敏度极高，可以探测到非常微小的等离子体电势变化，相当于在数千米高的巨浪浪尖，分辨一粒小水珠。

在卫星内部，有着探测仪的“大脑”——信号处理单元。这台高灵敏电子学测量设备，能把传感器探测到的微小波动细分成十几个通道，通过进一步精细处理，变成数字量，分成频谱，再传输到地面，供科学家研究。

申旭辉介绍说，作为我国地震立体观测体系第一个天基平台，“张衡一号”卫星旨在建造全球电磁场和电离层监测平台，对中国及其周边地区开展电离层多种物理量动态准实时监测；开展全球7级、中国6级以上地震电磁信息分析研究，探索地震电离层响应变化的信息特征及其机理，为地震观测研究提供有价值的信息；研究地球系统特别是电离层与其他相关圈层相互作用及其效应，向航空航天、导航通信等相关领域提供空间电磁环境监测数据应用服务。

每5天实现对地球上同一地点的重访，卫星观测区域可覆盖地球南北纬65°以内的区域，重点观测区域覆盖我国陆地全境和陆地周边约1000千米区域以及全球两个主要地震带——环太平洋地震带、欧亚地震带。

这颗卫星的发射和投入使用，使我国成为世界上拥有在轨运行多载荷、高精度地球物理场探测卫星的少数国家之一。

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地震预测预报

还有多远

关于地震研究，人们最关心的是能否有效预测预报地震。

对此，赵坚曾直截了当地回答，“目前利用电磁监测试验卫星尚不能直接预测预报地震。”

申旭辉说，摆在科学家面前的地震短临预报有三大难题。

从科研角度看，首先是地震事例太少。数据统计，我国大陆平均每3年发生2次7级以上地震。这样小概率的数据连有效的统计分析都不够，不足以帮助科学家形成完整的地震预测科学体系和方法体系。卫星观测可以获取全球平均每年大约18个7级地震，从而提高开展地震研究的震例样本。

其次，地震科学研究的方法和手段受到很多制约。地震发生在地下几十千米，而当今世界上最深的钻孔只有12千米，科学家们很难去地下“看”究竟发生了什么。

相应地，现有的地震“观测”均是间接的，人们只能依靠地面的观测资料，对地球内部的状况进行反演和推测，但地面的探测站点毕竟分散，又很难把全球的地球物理场搞清楚。

第三，理论的更新相对较慢，地震研究的基本理论本身起源于早期的牛顿物理学，而如今物理学发展很快，基础理论学科相互交叉渗透，地震研究迫切需要吸收其他相关学科的理论。

而在全世界范围内，对地震的认知还不够深入。虽然都叫地震，但是单独一次其实没什么共通性的特征。我们只知道地壳受压到一定程度，积聚的压力就会以地震的形式释放出来。那么，这个压力到多少算是临界点？到达临界点会有什么先兆？没有人知道。

地震究竟能不能准确预测，科学界长期以来就有争议。20多年前，这个问题还曾在我国掀起过一次大讨论。

当时，我国地球物理学家、中科院院士陈运泰的态度相对乐观——“地震不可预报这样的论断要慎言”，在他看来，自然科学问题必有解决的办法，需要寻找探索新的思路。

申旭辉在公开场合多次表示支持这一观点，他表示“张衡一号”的发射就是一次新的探索和尝试。正如陈运泰院士所说，“地震预测预报，是世界性难题，但并不是说在这个难题解决之前，地震工作者就什么都不能做。”

在地震预测方面，申旭辉引用了著名科学家、液态燃料火箭发明人戈达德的话：“慎言不可能，昨日之梦想，今日有希望，明日变现实。”

目前，国防科工局正在会同中国地震局、发改委、财政部加快推动电磁监测卫星（02星）论证工作，并深化与意大利航天局的进一步合作；后续还将规划安排电磁、重力梯度等地球物理场探测科学卫星持续发展。

从中也可以看出，地震观测技术的进步、高新技术的发展与应用为地震预测研究带来了历史性的机遇，人类对地震的观测和认识将更加深入。