地震预测终极武器！中国科学家用“张衡一号”从太空捕获神秘信号

地震是一种自然灾害，对人类社会造成了巨大的损失和影响。根据中国地震局的统计，2019年全球共发生6级以上地震134次，其中7级以上地震16次；中国境内发生5级以上地震31次，其中6级以上地震3次。如何有效预测地震的发生时间、地点和强度，减少灾害风险和损失，一直是世界各国科学家追求的目标。

然而，地震预测一直是一个难题。主要原因有两个：一是破坏性地震案例太少，难以形成可靠的统计规律和验证方法；二是现有技术手段难以探知从深层震源到近地表的复杂变化过程。因此，传统的基于地面观测数据的研究方法存在很大局限性。

为了突破这些限制，中国科学家开始利用卫星技术从太空寻找地震预测之法。2018年2月2日，“张衡一号”电磁监测试验卫星成功发射升空，并进入预定轨道。“张衡一号”是中国首颗专门用于电磁监测和空间天气探测的卫星，也是中国第一颗具备全球覆盖能力、实时监测能力、高精度观测能力、多参数联合观测能力、跨圈层耦合观测能力等特点的综合性科学实验卫星。

“张衡一号”的命名源于东汉时期著名天文学家、数学家、工程师张衡。他在公元132年发明了世界上第一台可以检测到远方地震并指示方向的仪器——“候风地动仪”。这台仪器由一个铜制球体和八个龙头组成，在每个龙头下面有一个铜制蟾蜍。当某个方向发生较强的地动时，“候风”机关就会启动，并使相应方位上的龙头张口吐出铜球落入蟾蜍口中，并发出声响。“候风”机关可能利用了惯性原理或水平仪原理来感知微小的振动变化。“候风地动仪”的发明标志着中国古代在自然灾害监测领域达到了很高水平。

“张衡一号”卫星则利用了电磁波跨圈层传播原理来探索前兆信号。“张衡一号”搭载了多种电磁探测设备，在500公里高度左右运行，在每天24小时内对全球进行连续观测地球的电磁场、电离层等离子体、高能粒子等参数，对中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，开辟探索地震监测预测新途径。

“张衡一号”的工作原理是利用电磁波跨圈层传播原理来探索前兆信号。什么是电磁波跨圈层传播原理呢？简单来说，就是指电磁波可以从地下到太空跨越不同的圈层进行传播。这些圈层包括固体地球、大气层、电离层和磁层等。每个圈层都有自己的物理特性，对电磁波的传播有不同的影响。例如，在固体地球内，由于介质导电性很高，电磁波会被迅速衰减；而在大气层内，由于介质导电性很低，电磁波可以相对自由地传播；而在电离层内，由于存在大量自由带电粒子，电磁波会受到折射、反射、散射等效应的影响；而在磁层内，由于存在强大的地球磁场和太阳风等因素，电磁波会受到偏振、旋转等效应的影响。

那么为什么要利用这种原理来寻找地震预测之法呢？这是因为统计表明，在某些条件下，在发生强震前后，在空间中会出现异常的低频（几赫兹至几十赫兹）或超低频（0.001赫兹至1赫兹）范围内的变化信号。这些信号可能与发生在深部震源区域或近地表区域的物理过程有关。

例如，在深部震源区域可能发生岩石断裂、流体渗透、应力集中等现象，在近地表区域可能发生气体释放、水文变化、温度变化等现象。这些现象都可能导致局部或全局性的介质参数变化（如导电率、介电常数、密度等），从而影响了当地或远处产生或存在的低频或超低频范围内的自然或人工源产生的电磁波。这些电磁波在地下、大气层、电离层和磁层等不同圈层中传播时，会受到不同程度的衰减、折射、反射、散射等效应，最终到达卫星轨道高度被“张衡一号”捕获。因此，“张衡一号”可以从太空观测到地震前后可能产生的异常电磁信号，为地震预测提供新的线索和依据。

当然，“张衡一号”的工作并不是一帆风顺的。它面临着很多挑战和困难，如如何区分自然源和人工源产生的电磁信号，如何消除太阳活动、雷暴等干扰因素，如何提高信噪比和数据质量，如何建立合理有效的数据处理和分析方法，如何确定异常信号与地震之间的因果关系和时间窗口等。这些问题需要长期持续的观测实验和理论研究来解决。

总之，“张衡一号”是中国在空间科学领域取得的重要成果之一，也是中国在探索地震预测之法方面做出的重要贡献之一。它体现了中国科学家对自然现象的好奇心和探索精神，也展示了中国科技创新能力和国际影响力。“张衡一号”还将与其他国家或机构合作开展多领域多学科的空间科学实验，为人类认识自然规律、保护生命财产安全、促进社会发展进步提供有力支撑。

参考文献：

1:《Korean nuclear fusion reactor achieves 100 million C for 30 seconds》, New Scientist

2:《电磁波-维基百科，自由的百科全书》

3:《介质中的波传播（修改版）》

4：《基于 AETA 的电磁扰动与地震的相关性分析》

5:《Nuclear fusion breakthrough as reactor runs seven times hotter than the sun》, Yahoo News UK