中國(guó)“張衡一號(hào)”飛向太空“看”地震——

人類能否交出“地震預(yù)測(cè)”的答卷？

在21世紀(jì)的今天,，人類文明已經(jīng)走過6000多年歷史并迎來第六次科技革命,，如果要問還有哪些世界性難題久攻未破,，甚至仍在限制人類的想象力,？地震預(yù)測(cè)肯定算一個(gè),。

2月2日,，我國(guó)第一顆觀測(cè)地震電磁信息的衛(wèi)星“張衡一號(hào)”成功發(fā)射,。公元132年，張衡發(fā)明了人類歷史上最早的地動(dòng)儀,，開創(chuàng)世界地震勘測(cè)研究的先河,。1800多年過去了，如今以他的名字命名的衛(wèi)星飛上了天,，研究的還是同樣的問題：地震預(yù)測(cè),。

這顆衛(wèi)星仍然不能直接預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)地震。用國(guó)防科工局系統(tǒng)工程司副司長(zhǎng)趙堅(jiān)的話說,，“‘張衡一號(hào)’主要是用于地震前兆信息研究，為未來建立地震監(jiān)測(cè)體系進(jìn)行前期技術(shù)儲(chǔ)備,?！?/p>

盡管如此，在中國(guó)的地震預(yù)測(cè)研究之路上,，這顆衛(wèi)星還是邁出了一大步——有望讓我國(guó)第一次具備全疆域和全球三維地球物理場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力,。換句話說,，中國(guó)境內(nèi)6級(jí)以上、全球主要地區(qū)7級(jí)以上的地震電磁信息,，這顆衛(wèi)星都有可能“看到”,。

人類究竟能否預(yù)測(cè)地震？

仰望星空,，人類拿起“天文”的尺子來看待自己,，不免會(huì)產(chǎn)生敬畏之感，同樣地,，面對(duì)大地,，人類同樣會(huì)感到“浩渺滄海之一粟”，這不單是因?yàn)轶w積上的巨大差異,，更有來自這個(gè)龐然大物“發(fā)脾氣”時(shí)的巨大威脅——大地一顫抖,，帶來的就可能是生與死。

以去年為例,，來自中國(guó)地震局的數(shù)據(jù)顯示,，2017年我國(guó)發(fā)生5級(jí)以上地震19次，其中大陸地區(qū)13次,，臺(tái)灣地區(qū)6次,，最大地震為8月8日四川九寨溝7.0級(jí)地震。這些地震共造成大陸地區(qū)37人死亡,，1人失蹤,，617人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失145.58億元,。放眼全球,，2017年發(fā)生7級(jí)以上地震8次，最大地震為9月8日墨西哥近海沿岸8.2級(jí)地震,。

相應(yīng)地,，地震認(rèn)知上的一個(gè)個(gè)空白，加劇了這種威脅：大地究竟為何顫抖,，地震究竟能否預(yù)測(cè),，以及該如何預(yù)報(bào)，仍是全球科學(xué)家面臨的巨大挑戰(zhàn),。

“張衡一號(hào)”衛(wèi)星工程首席科學(xué)家兼副總師,、中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所總工程師申旭輝說，擺在科學(xué)家面前的地震預(yù)報(bào)難題有“三座大山”,。首先是地震事例太少,。他說，中國(guó)平均每3年有兩個(gè)7級(jí)地震,，全球每年則有18個(gè)——盡管誰也不愿看到地震發(fā)生,，但這無法避免,，僅從科研角度來說，這樣幾次的數(shù)據(jù)連有效的統(tǒng)計(jì)分析都不夠,，不足以幫助科學(xué)家形成完整的地震預(yù)測(cè)科學(xué)體系和方法體系,。

換言之，地震監(jiān)測(cè)的研究結(jié)果難以檢驗(yàn),。申旭輝說,，強(qiáng)烈地震對(duì)于同一地區(qū)可能是幾十年、幾百年或者更長(zhǎng)的時(shí)間才能遇到一次,，對(duì)于不同地區(qū),，甚至不同時(shí)期的孕震過程，機(jī)理差異很大,，所以,，“重復(fù)實(shí)踐”進(jìn)行檢驗(yàn)的機(jī)會(huì)很難碰到。

其次,，地震科學(xué)研究的方法和手段受到很多制約,。申旭輝說，地震發(fā)生在地下二三十公里處,，而當(dāng)今世界上最深的鉆孔只有12公里,，科學(xué)家們很難去地下“看”究竟發(fā)生了什么，“既看不見,，也摸不著”,。

相應(yīng)地，現(xiàn)有的地震“觀測(cè)”均是間接的,，人們只能依靠地面的觀測(cè)資料,，對(duì)地球內(nèi)部的狀況進(jìn)行反演和推測(cè)，但申旭輝告訴記者,，地面的探測(cè)站點(diǎn)畢竟分散,，又很難把全球的地球物理場(chǎng)搞清楚。

第三是理論的更新相對(duì)較慢,。地震是地球上規(guī)模宏大的地下巖體破裂現(xiàn)象,，其孕育過程跨越了幾年、幾十年,，甚至更長(zhǎng)的時(shí)間,，因而，不但很難用經(jīng)典物理學(xué)從本質(zhì)上加以描述,，也難以在實(shí)驗(yàn)室或者野外進(jìn)行模擬,。

申旭輝說，地震研究的基本理論本身起源于早期的牛頓物理學(xué),，而如今物理學(xué)發(fā)展很快,，基礎(chǔ)理論學(xué)科相互交叉滲透，地震研究迫切需要吸收其他相關(guān)學(xué)科的理論,。

其實(shí),，地震究竟能不能預(yù)測(cè)，科學(xué)界長(zhǎng)期以來就有爭(zhēng)議,。

20多年前,，這個(gè)問題還曾在我國(guó)掀起過一次大討論。我國(guó)地球物理學(xué)家,、中科院院士陳運(yùn)泰當(dāng)時(shí)的態(tài)度相對(duì)樂觀——“地震不可預(yù)報(bào)這樣的論斷要慎言”,，在他看來，自然科學(xué)問題必有解決的辦法,，需要尋找探索新的思路,。

申旭輝認(rèn)為，如今“張衡一號(hào)”的發(fā)射就是一次新的探索和嘗試,。正如陳運(yùn)泰院士所說,，“地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，是世界性難題,，但并不是說在這個(gè)難題解決之前,，地震工作者就什么都不能做?！?/p>

為何要上天“看”地震,？

在地球的周圍，有著一層薄薄的“殼”,，是一個(gè)“電子”和“離子”的世界,，當(dāng)受到地殼運(yùn)動(dòng)、地面人類活動(dòng)等的影響時(shí),，其中的“電磁波”就會(huì)像水中的“漣漪”一樣,，在等離子體環(huán)境里傳播。

申旭輝告訴記者,，過去幾十年科學(xué)家發(fā)現(xiàn),，他們所監(jiān)測(cè)到的“空間電磁擾動(dòng)”也就是“電磁波漣漪”，與地震的發(fā)生具有明顯的相關(guān)性：統(tǒng)計(jì)意義上,，地球上6級(jí),、7級(jí)以上地震在發(fā)生前即孕育過程中，相應(yīng)區(qū)域的“空間電磁擾動(dòng)”都有可能發(fā)生異常,。

上世紀(jì)60年代,，蘇聯(lián)科學(xué)家分析一顆衛(wèi)星電磁信號(hào)時(shí)，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星記錄到地震低頻電磁輻射前兆現(xiàn)象,，稱之為“地震電離層效應(yīng)”,。我國(guó)在1976年唐山地震時(shí),，也通過地面雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的電離層擾動(dòng)現(xiàn)象。

申旭輝說,，這給人類探索地震發(fā)生的機(jī)理帶來了一絲“難得的光明”,。

“張衡一號(hào)”正是依據(jù)這一原理來運(yùn)行的。申旭輝說,，地震簡(jiǎn)單來說就是“地殼運(yùn)動(dòng)”,，這種運(yùn)動(dòng)會(huì)切割磁力線，也會(huì)造成磁力線的扭曲,。另一方面,，地球巖石的摩擦破裂，會(huì)產(chǎn)生電磁波,，這些電磁波往大氣層傳播,，將致使大氣層的電磁信息發(fā)生變化。

事實(shí)上,，國(guó)外利用衛(wèi)星進(jìn)行地震前“空間電磁異?！爆F(xiàn)象的研究已經(jīng)有多年的歷史。趙堅(jiān)說,，此前俄羅斯,、法國(guó)、美國(guó),、烏克蘭等國(guó)家已經(jīng)發(fā)射過同類衛(wèi)星,，不過均已退役，其中法國(guó)的DEMETER衛(wèi)星連續(xù)在軌運(yùn)行6年半,，取得了不小的成功,。

法國(guó)DEMETER衛(wèi)星計(jì)劃首席科學(xué)家米歇爾·帕羅特教授說，基于這顆衛(wèi)星的統(tǒng)計(jì)研究,，可以反映電離層擾動(dòng)的常規(guī)形態(tài),，并有助于科學(xué)家確定震前的電離層擾動(dòng)特征。值得一提的是,，中法科學(xué)家也聯(lián)合利用這顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)發(fā)表了大量科研論文,，其中大部分是針對(duì)震前研究。

而跳出地球來“看”地震,，還能突破許多地震研究的限制,。比如，填補(bǔ)地面觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)在青藏高原和海域地區(qū)觀測(cè)的不足,。

申旭輝說,，在地面上，像青藏高原的極寒地區(qū)，現(xiàn)有的地震臺(tái)網(wǎng)并不能完全覆蓋,，面積廣闊的海洋也觀測(cè)不到,。相應(yīng)地，衛(wèi)星上天之后,，就可以不受這些自然環(huán)境的約束,，對(duì)全疆域?qū)崟r(shí)觀測(cè)。

一兩顆衛(wèi)星就能研究地震,？

按照趙堅(jiān)的說法，“張衡一號(hào)”真正投入運(yùn)行后,，能夠重點(diǎn)監(jiān)測(cè)中國(guó)全境,，檢驗(yàn)衛(wèi)星電磁監(jiān)測(cè)新技術(shù)設(shè)備的效能和空間適應(yīng)性。

具體來說,，“張衡一號(hào)”可以開展全球7級(jí)以上,、我國(guó)6級(jí)以上地震電磁信息分析研究，總體技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,，部分技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,。

不過，申旭輝告訴記者,，對(duì)于地震研究而言,，指望一兩顆衛(wèi)星遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。這一點(diǎn)國(guó)外的“先驅(qū)者”已經(jīng)給出了理由,。

米歇爾·帕羅特談及法國(guó)的DEMETER衛(wèi)星時(shí)說,，盡管這顆衛(wèi)星運(yùn)行了6年，但作為一顆低軌衛(wèi)星,，衛(wèi)星經(jīng)過未來震中上空1500公里范圍內(nèi)的時(shí)間,，每天只有3分鐘，所以科研人員不可能期望能觀測(cè)到“持續(xù)的”電離層擾動(dòng),。

如此一來,，一些電離層擾動(dòng)很可能“看”不到，這就是單一衛(wèi)星與地基觀測(cè)對(duì)比中顯示出來的主要缺陷,。米歇爾·帕羅特說,，這也是中國(guó)的“張衡”衛(wèi)星計(jì)劃要設(shè)計(jì)多顆衛(wèi)星的重要之處。

趙堅(jiān)說,，后續(xù),，國(guó)防科工局將會(huì)同中國(guó)地震局，開展電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星即“張衡”系列衛(wèi)星的在軌測(cè)試及相關(guān)應(yīng)用,，提升民用衛(wèi)星對(duì)地震監(jiān)測(cè)與應(yīng)急服務(wù)能力,，進(jìn)一步提升天基信息防震減災(zāi)服務(wù)能力。

他還透露，“張衡一號(hào)”及其后續(xù)衛(wèi)星計(jì)劃已經(jīng)納入國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃,，目前“張衡二號(hào)”已經(jīng)通過可研評(píng)估,，預(yù)計(jì)2020年發(fā)射。

事實(shí)上,，能夠真正對(duì)全球?qū)嵤┯^測(cè),，統(tǒng)計(jì)研究全球地震的前兆變化特征，對(duì)地震研究者來說是件“極其興奮”的事,。申旭輝告訴記者,，也許在他有生之年，也未必能見證“地震預(yù)測(cè)”真正實(shí)現(xiàn)的那一天,，但這并不意味著現(xiàn)在的努力就付諸東流,。

申旭輝說，一代人有一代的使命,，如今有了衛(wèi)星以及相應(yīng)的星座計(jì)劃,，可以積累更多有效的、原始的數(shù)據(jù),，不斷探索地震預(yù)測(cè)新方法——這是他這一代科學(xué)家要做的,。（中國(guó)青年報(bào)·中青在線記者 邱晨輝）