解密張衡一號-國際科學大咖寄語張衡一號！

羅貝托·巴蒂斯通

Roberto Battiston

義大利空間局局長，教授

CSES- 從新角度看老問題地震是人類面對的自然災害中的老對手。中國和義大利，兩個千年文明古國均位於地震高發地帶，由古至今多次承受了地震帶來的重大災難。正因為這個原因，兩國均使用當前最有效的探測技術對地震開展了系統化研究。儘管人們付出了大量的努力，但在有效預測未來強震的發生並給出可靠性水平較高的時間預測方面進展仍然比較緩慢。造成這種情況的原因究根結底是由於孕震區的寬泛性及長時間的孕育過程中產生的地震現象的複雜性導致的。在未來地震將要發生的地區合理裝備精確測量儀器基本是不可能的。這讓抓住地震發生的瞬間以及人們更感興趣的分析震前幾天或幾小時內多種物理參量的變化這樣的研究變得非常困難。有鑒於此，每一次強震都是一個獨立發生的事件，對於同震地面加速及其後續機理影響我們所知甚少，應該加強精確測量，大多數情況下，震前及同震時各物理量的變化形態對於理解地震事件都是相關的（如電場、磁場、大氣或者水汽中的稀有氣體溢出、聲波、水位等等）。

在過去的幾十年里，一種新的地球探測技術進入人們的視野，即圍繞地球運行的衛星探測技術。空間探測提供了人類看地球的新視角，並且顯示出極大優勢。衛星載荷可提供對地球表面、大氣層、電離層和磁層多個層位的不同物理量的探測結果。因其覆蓋全球的本質特點，衛星觀測能夠提供固定時間以及多次的大範圍全球監測。對於地震監測而言這是一種全新的方法，而地震監測也切實需要一種新的系統性的數據分析方法獲取地震前可能存在的微弱信號。儘管在過去的試驗中人們已經獲得了一些有趣的指示信息，但利用空間技術監測地震的潛能仍有待開發。

這就是為什麼CSES 是如此地重要：最先進的衛星、第一個星座、配備最好的探測器、致力於獲取原位探測（空間）與地震活動（地面）之間的關聯性。

2004 年我第一次在中國地震局做報告，講述關於空間探測技術的新技術：自那時義大利和中國、義大利國家核物理研究院/ 義大利空間局和中國地震局/ 中國國家航天局，共同商討CSES 衛星計劃的發展。10 年後，CSES 被納入中國未來5 年計劃。又經歷了一段時間，今天我們迎來了CSES 的發射，並將開啟這令人激動的獨一無二的數據的分析工作。我們的科學團隊將一起努力並期待在這個值得探索的領域有新的發現。

試驗科學中重要發現的黃金定律是利用從未達到的靈敏度在一個新的科學領域開展探索。CSES 遵從這個定律的所有特性，成為地震領域的重要貢獻者。

米歇爾·帕羅特

Michel Parrot

法國DEMETER 衛星計劃首席科學家，教授

自上個世紀80 年代以來，很多衛星被用於與地震活動相關的電離層參量變化研究，但這些衛星的科學目標並不在此，所以觀測非常有限，而且不確定性較強。1999 年法國國家研究中心（CNES）決定發射一顆專門用於地震研究的衛星，命名為DEMETER(Detection of Electro-Magnetic Emissions Transmitted fromEarthquake Regions, 來自地震區的電磁輻射探測)，這顆衛星2004 年6 月發射，2010 年12 月結束運行。

自DEMETER 衛星項目開始之初，來自中國地震局的科學家們就表現出了極大的興趣，這也是中國與法國開始大量互訪的源頭。中法雙方科學家利用DEMETER衛星數據發表了大量的科研論文（https://demeter.cnes.fr/fr/DEMETER/Fr/A_publications.htm），其中大部分是針對地震前的電離層參量擾動研究。但是需要注意的是，由於中緯度及赤道區受到包括太陽在內的大量擾動源的影響，在很多非震源區電離層也觀測到類似的擾動變化。多震例的統計研究可以反映電離層擾動的常規形態，並有助於我們確定震前的電離層擾動特徵。DEMETER 衛星運行時間超過了6 年，因此有利於開展統計分析。基於這顆衛星的統計研究也清晰顯示了震前的電離層擾動現象。

非常高興中國科學家將持續這個領域的研究，中國將發射一顆名為CSES 的新衛星。與DEMETER 衛星相比，CSES 衛星增加了新的電離層探測載荷和科學試驗，CSES 的衛星軌道和升降交點時間都不同於DEMETER 衛星。

另外，之前使用衛星數據的研究，我們發現並不是所有地震前都有電離層擾動，這可能是由於地殼成分和土壤結構影響所致。而且單一一顆衛星經過未來震中上空1500km 範圍內的時間每天只有3 分鐘，所以我們也不可能期望能觀測到持續的電離層擾動，這種情況下，擾動很可能無法觀測到，這也是單一衛星與地基觀測對比中顯示出來的主要缺陷。這也是為什麼中國電磁衛星計劃中會考慮多顆衛星觀測的重要之處。

地震電離層的產生機制目前仍多有爭議。主要的假設有，岩石受壓過程中產生的波和震中區水的擴散，引起地表電荷的重新分配，進而傳播影響大氣層和電離層。最重要的是中國有很多的地面觀測網，探測與地震活動相關的多種參量。通過地基與空基衛星數據對比將非常有助於深入理解岩石層- 大氣層- 電離層耦合過程和機理。

地震電磁擾動因其明顯的短臨前兆特性深受關注，他們往往出現在震前幾個小時。未來地震的時間預測非常困難，但我認為利用CSES 衛星數據給出預警是非常有可能，同時我也預祝CSES 項目和它的工作團隊取得巨大成功。

尤里·如金

Yuri Ruzhin

俄羅斯科學院IZIMIRAN 研究所副所長，教授說

CSES 是中國第一顆地球物理場空間探測衛星，將會在地震科學、地球物理、空間科學有重大應用價值。

地震預報目前仍是全球科學家面臨的巨大挑戰。地震的發生是地殼積累能量的突然釋放，但地震孕育是地球多圈層相互作用的結果，當地震發生時，地下、地表及空間會同時觀測到各種不同的現象。

中國已經建成了一個包括電磁觀測在內的巨大的地基地震監測網以降低甚至預防地震災害帶來的損失。觀測數據主要用於發展地震預測方法和模型。觀測技術的發展是地震預報研究的基礎，中國第一顆電磁衛星將有助於獲得與地震相關的電離層前兆擾動。

利用CSES 衛星研究電離層擾動與地震的相關性是非常重要的，尤其是對於那些災難性地震，衛星數據應用可有助於發展用於地震短臨預測的新的方法技術，並從理論上找到研究地震孕育過程機理的新思路。這是一次非常好的機會，用一套新的技術和儀器獲得全球範圍內電離層電磁環境如電磁場、等離子體和高能粒子等，來測試電磁衛星監測系統的可靠性和效能。通過分析震前電離層擾動特徵評估基於衛星觀測的地震短臨預測試驗的可能性，研發適用於地震短臨預測的新方法。衛星觀測可揭示由太陽、磁暴、大氣振蕩、地震等多種擾動源引起的電離層變化，發展電離層層析演算法及建模技術。這些研究將為研究地球多圈層耦合過程提供更為詳實的資料。

我相信空間探測和地基監測網路的一體化觀測將有效改善獲取地震電磁信號的概率，並有益於地震預報研究。IZIMIRAN 將積极參与其中的工作，2018 年衛星發射後積極推進俄羅斯SURA 加熱站與CSES 衛星的聯合試驗，並採集獲得試驗期間儘可能豐富的衛星和地基台站觀測資料。

IZIMIRAN 團隊為雙方持久的科研合作向中方CSES 項目團隊表達誠摯地謝意，並期望未來雙邊更深層次的合作。

迪米塔·烏佐諾夫

Dimitar Ouzounov

美國查普曼大學施密德科技學院教授說

新的中國電磁衛星系統（CSES）設計採用了一整套新的載荷和演算法，用來檢查電磁類監測衛星的可靠性和效能。申旭輝教授領導的CSES 團隊在使用衛星和地基電磁觀測研究震前過程領域發揮了重要的作用。

地震災害仍然是全球面臨的巨大挑戰，如果沒有積極主動的國際合作和數據交換，地震前兆現象很難給出統一的認識和事先的預測，因為其中一些信號與地震有關，另一些無關。我們仍然需要一個綜合的觀測系統和統計驗證來固化擾動信號與地震的關聯。在國際科學理事會（ISC) 資助下，來自中國、俄羅斯、美國、歐盟和日本的科學家們已經在震前大氣層和岩石層耦合分析領域開展合作。目前我們的認知是震前確實存在地震活動引起的岩石層- 大氣層- 電離層耦合現象，電磁衛星CSES-1 的發射將獲得與地震孕育過程相關的多種電磁信號。CSES-1 保留並發揚了了法國電磁衛星DEMETER 在地球電磁環境研究中的科學合作傳統。

CSES-1 是一個非常複雜的科技項目，它可以獲得全球範圍內的空間環境數據，包括電磁場、等離子體和高能粒子，尤其是在中國大陸，人們可獲得准實時的衛星觀測。從技術層面而言，不久的未來，CSES-1 將為促進地震監測天地聯合觀測系統提供一個非常好的機會。這個衛星計劃的目的是研究中國大陸6 級以上、全球7 級以上地震前的電離層電磁擾動信息。最終目標是分析地震電離層擾動，測試地震短臨預測的可能性，觀測獲得有大氣熱紅外和地面電磁觀測，這為系統解決地震監測問題提供了一條技術思路，我認為這是目前降低觀測階段不確定性的最好的科學框架。

我們非常希望CSES-1 能成功發射，申旭輝教授的團隊能按計劃完成這次任務。CSES-1 應該會成為空間物理、電磁觀測、地震監測預測的衛星演算法等多個領域科學家在未來國際合作的重點。

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