2018 年 2 月 2 日， “張衡一號”衛星成功發射，我國成為世界上少數擁有在軌運行高精度地球物理場探測衛星的國家之一。除了對地震科學的促進，“張衡一號”衛星還能做什么？科學家眼中的“地震預測”，到底離公眾的預期還有多遠？中國地震局地殼應力研究所總工程師、“張衡一號”衛星工程首席科學家申旭輝為大家帶來演講《張衡一號衛星：換個角度看地震》。

　　以下為申旭輝演講實錄：

　　我是申旭輝，來自中國地震局，做的是跟航天有關的工作。

　　現在傳媒很發達，所以我們感覺有很多地震。

　　但事實上：地震很多，但是大地震很少。

　　根據現在的儀器記錄，全球每年大概有 500 萬次地震發生。微小地震、小地震，時時刻刻都在發生。只是我們大家都看不見、摸不著，就像我們人打個噴嚏、患個小感冒，但真正對我們影響很大的“重病”，是大地震。

　　幸運的是，中國的大地震很少。

　　一般的地震有 6 級、8 度兩個概念，這兩個標準以下的地震，可能會有些搖搖晃晃、有點感覺，但是不會有大的破壞。

　　6 級，指的是震級。一次地震的能量釋放只有一個值，叫震級。

　　8 度，指的是烈度。同一個地震在不同的地區、不同的地點造成了相應的破壞，叫烈度。

　　隨之而來的，有很多地震謠言，真真假假的消息不準確。實際上，我個人不愿意稱其“謠言”，更愿叫做“流言滿天飛”。

　　我 30 多年前到地震局工作。這些年，不停有親戚、朋友、同學、同事，還有很多社會上不同專業的人士，給我打電話、發信息、發郵件，說哪個地方刮風下雨了，哪個地方有地震云，預報哪個地方會有地震等等……類似的流言很多，雞鳴狗跳，好像確有其事。不敢說每天，但我每周都會收到這樣的信息。

　　今年 4 月 8 號，我在維也納參加一個國際會議。剛到的那晚，就有一位國外的、行業里的專家給我發了條微信，說，“申博士，我有非常緊急的信息告訴你：我預計 4 月中旬，中國的云南、四川會發生七級以上地震。”

　　事實情況是，到了他說的那個時候，除了北京有 2 個小地震，還有臺灣有個五級地震之外，云南、四川非常平靜。

　　面對這樣一些信息和謠言，我的觀點是：認真研究，冷靜對待。

　　所謂“冷靜對待”，是因為地震預報確實還沒有過關，我們地震科技工作者，有時覺得對不起大家。但是現在科技實力就是這樣，全世界也一樣的。我們要繼續努力，避免“狼來了”和“烽火戲諸侯”問題重演。

　　但另一方面，謠言有不同的傳播版本，從不同角度、不同方面談到了這些問題，恰恰成為我科學研究的標桿；是參照，也是鞭策。

　　這是想跟大家說的第一個問題。

　　實際上，“地震研究”是一個老話題了。

　　人類最早的地震記錄，在公元前 1831 年，“泰山震”；緊接著在公元前 1809 年，“伊洛竭”（“伊”、“洛”即洛陽的洛河和伊河）。國外的地震記錄，最早是公元前 340 年，亞里士多德報告了地震現象。發明候風地動儀的張衡，是在公元 132 年開始進行地震的記錄。

　　現代地震學誕生于 1906 年。當時美國加州發生了 8.3 級的地震，影響非常巨大，當時提出了“里德彈性回跳說”。緊接著，上世紀 60 年代提出了“板塊構造”。現代地震學的基本理論框架，就是從那個時候開始形成。而中國的現代地震學，從 1966 年邢臺地震開始，到現在也經歷了幾十年的發展。

　　幾十年來，全世界包括中國的地震科技水平取得了極大的發展。在一些科學理論認識方面（包括現在的應急救援、防災減災），人們做了很多的工作。但是地震預報到底能不能預報，還沒有人能保證。

　　上世紀 90 年代，世界上發生了許多地震，然而很多都沒有預報出來。雖然中國成功預報了 1975 年海城地震，但次年導致 24 萬人死亡的唐山大地震卻失敗了。所以，到了世紀之交，美國的科學家羅伯特·蓋勒（Robert J. Geller）開始質疑，地震到底能不能預測？

　　當時我在中國地震局分析預報中心當科技處處長，也加入了這一場討論，但是我想討論的結果并沒有一個定論。

　　2009 年，陳運泰院士在《中國科學》上發表了一個總結性論文，叫《地震預測：回顧與展望》。他回顧和展望的結論在右邊，叫“慎言不可能。昨日之夢想，今日有希望，明日變現實。”也就是說，地震預報現在還有難度；但是未來是“可有作為”的領域，應該繼續去探索。

　　把這幾句話再進一步展開一點點，我想總結的是——

　　預測這么難，到底難在什么地方？

　　難在這些地方——

　　前面說過，地震很多、大地震很少，而預報地震需要大地震震例，因為地震科學是觀測科學，學者需要有大量的觀測資料來支撐科學研究、發現和發明。大地震太少，統計震例就少，就會導致機理認識不清。但這是一個兩難的選擇——因為從國家角度，為了人民的生命財產安全、為了防災減災，就希望地震盡可能少來，最好別來。

　　同時，地震預測也受到觀測技術的限制，所以大家都對新技術、新發展充滿期待。我們常說，地震科學的突破，最終要依賴新技術、新方法的突破——

　　為此，我們的研究從“地”上了“天”。

　　那么，“空間對地觀測技術”能為地震科學提供哪些支持？

　　空間對地觀測，首先是大范圍、高動態、多參數，不受地面條件限制，它同時也是一個跨學科、交叉融合的很好的機遇。

　　前面說過，地震預報最大的困難，是震例太少。從統計意義上說，中國每 3 年有 2 次七級以上地震、每年有 4 次六級以上地震；而全球范圍，每年就有 18 次七級以上地震。這樣的話，可以用衛星觀測，大范圍地把全球的地震都收集起來，可以加快地震科學的發展。所以從震例觀測、收集的角度，“天上一年，等于地面二、三十年”，能夠跨越式地提高地震科學技術發展的步伐。

　　我從研究地震到現在，大概三十多年，真正碰到的地震很少很少，好多地震都在青藏高原上。西部的青藏高原、沙漠無人區是很難觀測的，但靠衛星就可以實現。此外，地面觀測臺就只能觀測中國的，而且中國跟美國的觀測是不一樣的，沒法拿來統一對比，而衛星就可以做全球尺度的觀測。

　　16 年前， 2003 年 2 月 18 號，中國地震局、科技部、國家有關部委聯合在北京開了個“香山會議”，題目叫做“院士呼吁地震星”。

　　這里面有兩彈一星的元勛，王希季老先生（首行左四）；也有我的導師丁國瑜院士（中間行左四），他現在已經快 90 歲了；還有前一段時間來到我們“我是科學家”的葉叔華先生（首行左一）。還有大批來自各行各業、各個國家的專家，來共同支持這件事情，比如法國的一位數學家（底行左一），意大利空間局的局長（底行左二）。另外，還包括我的團隊，我的學生、我的同事……一大批人，做了 16 年。

　　坦率來說，這 16 年，很難。

演講嘉賓申旭輝：《張衡一號衛星：換個角度看地震》

　　16 年前，中國第一次做這類衛星。我們不光“沒有吃過豬肉”，還“沒有見過豬跑”，所以需要在國際上大量學習。

　　真正做起來后，仍然非常困難。很多人不理解，直到現在，大家還在面對一個情景——好多人說，地震既然預報不了，那干嘛要搞這個衛星？勞民傷財。

　　做這個衛星，對我自己也是很大的挑戰。我首先要從地質學去了解地球物理學，還需要了解空間物理學、航天工程和離子體物理。那一段時間確實非常艱難，我有時開玩笑說熬成了一個“老弱病殘”。

　　經過幾起幾伏，我記得，2013 年 7 月 30 號那天早上，還沒有上班，航天局的朋友給我打電話說，國務院昨天下午已經批了這個項目。

　　十年，花了國家很多錢，有一大批人在里邊奉獻，然后終于上了一個臺階……當時我還在病休，非常激動、非常興奮，我覺得我已經很堅強了，但當時還是控制不住大哭了一場。

　　十年，花了國家很多錢，有一大批人在里邊奉獻，然后終于上了一個臺階……當時我還在病休，非常激動、非常興奮，我覺得我已經很堅強了，但當時還是控制不住大哭了一場。

　　同樣到過“我是科學家”的一位演講嘉賓楊芳博士，曾經是我們衛星系統的總設計師。她當時設計的衛星，跟我們現在發射到天上去運行的衛星，實際上已經完全不一樣了。這里面涉及很多科學問題、技術問題和工藝問題，非常困難。

　　經過這么多反反復復，國際合作、國內研制、再國內研制、再國際合作，終于，在2018 年的 2 月 2 號，把“張衡一號”這個中國地震立體觀測體系首發星、也是中國地球物理場的第一顆衛星順利發射到天上去了。

　　左邊這張圖，是在軌飛行的模擬，是一個仿真狀態。右圖是去年 2 月 2 號發射時候的場景，衛星火箭帶著“張衡一號”衛星上天，發射成功了。

　　中共中央總書記、國家主席習近平，專門發賀電慶祝“張衡一號”衛星的發射，同時對衛星的科學意義，包括與意大利的合作，做出了高度評價。

　　這就是我們的衛星，有七百多公斤、大概 1.5 米見方。現在衛星運行在五百多公里高度的軌道上，如果有一個簡易望遠鏡的話，每天下午 2 點、凌晨 2 點，你可以看到衛星過境。圖右是它展開之后的樣子，展開的天線叫“伸桿”，能把探頭放到頂端。

　　衛星上，根據科學研究結果，一共搭載了三類八個載荷：

　　第一類，是電磁性質的，包括低頻電磁擾動的高精度磁強計、感應式磁力儀和電場探測儀。

　　第二類，是一系列等離子體的新產品，因為在五百米高度上更多的是離子化的氣體，有電子和離子。這些產品包括：GNSS 掩星接收機、三頻信標發射機、等離子體分析儀和朗繆爾探針。

　　第三類，跟太陽有關，就是高能粒子探測器。

　　從去年 2 月 2 號到今天，“張衡一號”上天已經一年零兩個多月了。這段時間，衛星做了什么？

　　首先，“張衡一號”已經收集到了十幾個七級、幾十個六級以上地震震例，并得到了一些觀察結果。衛星 2 月 2 號上天，13 號開始工作，16 號獲得了墨西哥 7.1 級地震的信息。2018 年 8 月份印尼的兩個地震，這些信息也都獲取了。

　　然后，在這些觀測基礎上，我們也正在做統計分析。我們希望用大量的震例，得出一些統計特征，也去解決一些個例；得知它到底是怎么變化的，然后得到一個統計規律。

　　最后，我們希望實現科學理論的突破。現在的地震科學是經典物理學，是常溫常壓下的流動物理學，但是地震震源在十幾公里之外，超高溫、超高壓。為了發展，就要在現在的基礎上，利用學科交叉優勢，發展“多板塊、多圈層、多物理場”的地震過程模型，來推進科學發展。

　　我相信，有這些發展之后，地震預測的科學能夠往前大大進一步。

　　不過，我想跟大家說的是：“張衡一號”衛星最原始的產出不是地震前兆，而是地球的磁場模型（圖左）和電離層模型（圖右）。

　　現在國際上對中國電磁星評價很高，說數據非常好。有了這兩個模型，后續除了地震研究，還能做一些其他的應用。

　　比如說，磁場可以用于導航。大家知道 GPS 導航精度很高，但是在某些時候，它是受影響的，因為它必須實時。所以在沒有 GPS 的時候，地磁可以作為可能不精確、但絕對可靠的導航工具。

　　此外，也可以用于一些科學研究，比如地球物理反演（即探索地殼結構）。

　　還有一個問題，就是隨著科學技術的發展，電離層對現代科學技術系統有極大影響。1989 年太陽耀斑和超級磁暴，對輸電線路、海底電纜、衛星運行都帶來了明顯影響。

　　2017 年 9 月初，北美產生了太陽風暴，同時還有特大地震和颶風。地震和颶風產生時，人們需要通訊、救災——但太陽風暴又使當時航空海事應急的高頻通訊中斷了八個小時。當時造成的受災很嚴重。

　　最后，想跟大家說說，與“張衡一號”未來可能的應用有關的一個東西。

　　大家可能知道，1962 年，古巴導彈危機差點引發了第三次世界大戰。其實，1967 年 5 月，還有一件事情也差點引發第三次世界大戰。

　　1967 年 5 月 23 號早上，太陽爆發了 20 世紀最大的一次風暴，導致美國的軍事通訊手段、通訊系統中斷了小半個月。當時正是“冷戰”時期，美國軍方包括總統，一直認為是蘇聯在發動攻擊，所以準備起動所有的戰略導彈去打蘇聯了。

　　還好，有一個太陽預報中心，很快把太陽風暴告訴了美國的空軍司令部，攔下了即將執行的任務。要知道，當時全球有 3 萬多顆核彈頭，戰爭一旦發動，后果不堪設想。

　　我的分享就到這里，謝謝大家。

　　作者：申旭輝

　　編輯：麥芽楊、凝音

總結

以上是生活随笔為你收集整理的“张衡一号”卫星，除了研究地震，还能为人类带来什么？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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