地震監(jiān)測衛(wèi)星

2008年5月12日14時28分發(fā)生的汶川地震，如果我們事先有該地區(qū)連續(xù)的空間監(jiān)測的熱和電磁效應(yīng)的圖像，可能會有預(yù)報。發(fā)展中國的地震電磁衛(wèi)星對地觀測技術(shù)，將空間手段與地基監(jiān)測相結(jié)合，建立“天地一體化”的立體地震電磁監(jiān)測系統(tǒng)，將明顯增加地震前兆的信息量，為地震預(yù)測預(yù)報提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1957年8月26日，蘇聯(lián)宣布：8月21日，世界上第一個多級遠(yuǎn)程洲際彈道導(dǎo)彈向太平洋發(fā)射成功。同年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星。緊接著，11月3日，蘇聯(lián)又發(fā)射了第二顆重500千克的人造地球衛(wèi)星，開創(chuàng)了人類邁入太空的新紀(jì)元。1961年4月20日，由蘇聯(lián)航天員加加林乘坐的“東方”號航天器進(jìn)入太空，實現(xiàn)了人類遨游太空的夢想。面對蘇聯(lián)咄咄逼人的太空攻勢，美國于1958年1月31日發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星。1969年7月20日，由美國人阿姆斯特朗和奧爾德林乘“阿波羅11”號宇宙飛船登上了月球，使人類邁出了踏上天體的“一大步”。從此，美蘇兩個超級大國在太空中展開了史無前例的爭奪戰(zhàn)，并帶動其他一些國家加入戰(zhàn)陣。一時間各種衛(wèi)星、航天器、航天飛機(jī)、空間站等紛紛來到太空。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前在太空中運(yùn)行的各類衛(wèi)星已達(dá)5000多顆，其中絕大多數(shù)為美、俄兩國所有。而到2010年前，全世界至少還要將1500顆新衛(wèi)星送上太空。屆時，加入“太空俱樂部”行列的除美國、俄羅斯、法國、日本、印度、以色列等國外，南非、巴西、韓國等國也有望成為新成員。

衛(wèi)星在軍事上的應(yīng)用并不是什么新鮮事，因為在冷戰(zhàn)時期從第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射升空起，首先就是服務(wù)于軍事用途的。在民用方面主要用于氣象預(yù)報、廣播通訊、地球動力學(xué)研究、地震監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、城市規(guī)劃、水利建設(shè)、精細(xì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)保護(hù)等等。

地震預(yù)測是指對地震發(fā)生的時間、地點(diǎn)和震級等三要素進(jìn)行預(yù)測。地震預(yù)測分遠(yuǎn)期預(yù)測(地震區(qū)劃)和近期預(yù)測兩類。遠(yuǎn)期地震預(yù)測是對某一地區(qū)在較長時間內(nèi)(如幾十年、上百年甚至更長時間內(nèi))可能發(fā)生的最大地震及其影響范圍進(jìn)行預(yù)測，即地震區(qū)劃工作。它包括地震危險區(qū)劃和地震烈度區(qū)劃兩類。地震區(qū)劃的具體方法是：一是劃分強(qiáng)震活動帶(地震帶)，確定未來百年的地震危險區(qū)；二是分析地震活動趨勢，估計地震危險區(qū)內(nèi)未來可能發(fā)生的地震的最大震級；三是預(yù)測未來百年內(nèi)發(fā)生的地震的烈度影響范圍。在上述前兩項工作基礎(chǔ)上做出地震危險區(qū)劃圖。在上述三項工作基礎(chǔ)上做出地震烈度區(qū)劃圖。近期地震預(yù)測是對幾年到幾十年內(nèi)可能發(fā)生的地震的三要素進(jìn)行預(yù)測。通常采用前兆性地震預(yù)測方法，即對地震活動性、地殼形變、地下水位、水化學(xué)成分、地電、地磁、重力、波速比、原地應(yīng)力和動物異常反應(yīng)等進(jìn)行測量和觀察。對地震前出現(xiàn)的各種異?，F(xiàn)象進(jìn)行綜合分析，找出與地震直接相關(guān)的前兆現(xiàn)象，研究它們與地震三要素之間的關(guān)系，并利用這種經(jīng)驗關(guān)系進(jìn)行地震預(yù)測。但影響異常的因素很多，難以從中區(qū)別真正的前兆性異常，且不同地震前出現(xiàn)的異常在種類、數(shù)量、分布范圍和幅度上往往都各不相同。因此，迄今為止仍未找到地震前必然出現(xiàn)的前兆現(xiàn)象。實現(xiàn)地震預(yù)測的另一途徑是根據(jù)現(xiàn)有的大量震前異常觀測事實和實驗室?guī)r石力學(xué)的實驗結(jié)果，建立孕震模式，以便最終實現(xiàn)根據(jù)孕震模式預(yù)測地震。這一方法尚在研究階段。

長期以來，地震帶給人們的威脅就如同夏天午后的雷陣雨般威力強(qiáng)大且令人來不及躲避。遺憾的是，氣象預(yù)報有能力告訴我們雷陣雨即將發(fā)生，但是對于地震，人們至今仍束手無策。從20世紀(jì)70年代初期開始，日、美、蘇等國的科學(xué)家都急于尋找預(yù)測地震的方法。在研究的過程中，各種探測技術(shù)紛紛被提出。例如：觀測巖層異常變化，觀測海潮變化，大地變動的連續(xù)觀測，觀測地震活動頻率大小，地磁及地電流的變化，地下水位及水質(zhì)的變化，井水含氡量的變化，分析天然氣含量，由動物異常行為進(jìn)行地震預(yù)測。

大量的觀測事實顯示，在多數(shù)大地震發(fā)生前，均在震中及其鄰區(qū)發(fā)現(xiàn)過大量與電磁波有關(guān)的異?，F(xiàn)象。據(jù)此，許多國家開展了地震電磁衛(wèi)星的探索研究，以期將其作為監(jiān)測地震災(zāi)害的手段之一。中國處于世界兩大地震帶之間，是一個多地震的國家。資料顯示，20世紀(jì)有1／3的陸上破壞性地震發(fā)生在中國，死亡人數(shù)約60萬，占全世界同期因地震死亡人數(shù)的一半左右。中國也非常重視利用衛(wèi)星預(yù)測地震。據(jù)了解，在“九五”期間，中國就開始了衛(wèi)星預(yù)報地震的研究和應(yīng)用，并取得了初步成果。中國有關(guān)專家認(rèn)為，發(fā)展地震監(jiān)測衛(wèi)星十分必要。俄羅斯地磁學(xué)、電離層和無線電傳播研究所發(fā)射的“羅盤－2”地震預(yù)測衛(wèi)星，任務(wù)是實驗觀測地震前地球磁層和電離層的特有現(xiàn)象。據(jù)專家介紹，早在1964年，蘇聯(lián)科學(xué)家在分析其發(fā)射的Aloute衛(wèi)星觀測資料時，就發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星電磁觀測在強(qiáng)地震前觀測到的異?，F(xiàn)象，這一現(xiàn)象被隨后發(fā)射的多顆衛(wèi)星反復(fù)觀測到。因此，最先利用太空中的衛(wèi)星監(jiān)測電磁異常的國家，正是冷戰(zhàn)時期的蘇聯(lián)。因為地下核實驗產(chǎn)生的強(qiáng)震同樣會引起電磁異常。蘇聯(lián)為了監(jiān)測有關(guān)國家地下核實驗的情況，在冷戰(zhàn)時期發(fā)射了多顆可監(jiān)測電磁異常的衛(wèi)星。20世紀(jì)90年代初，在多年研究的基礎(chǔ)上，蘇聯(lián)科學(xué)家提出建立地震前兆全球監(jiān)測衛(wèi)星系統(tǒng)的設(shè)想。該系統(tǒng)的目標(biāo)是對特定地區(qū)上空的電磁波、電離層等離子體特征等長期監(jiān)測，在震前2小時～48小時做出預(yù)報。按照科學(xué)家們的設(shè)想，這一系統(tǒng)由20顆微型中低軌道衛(wèi)星、地面接收網(wǎng)絡(luò)和地面飛行控制中心組成。地面接收系統(tǒng)將信息傳遞到地震預(yù)測中心，地震預(yù)測中心再將地震衛(wèi)星信息與地面?zhèn)鹘y(tǒng)地震監(jiān)測得到的信息相結(jié)合進(jìn)行地震預(yù)測。但是由于蘇聯(lián)的解體和俄羅斯經(jīng)濟(jì)實力的下降等原因，該系統(tǒng)建立進(jìn)程緩慢。俄羅斯先后于1999年、2001年、2006年發(fā)射了3顆衛(wèi)星，用來探測與地震有關(guān)的電離層變化信息，探索地震預(yù)報信息和預(yù)報技術(shù)，研究與地震、火山和其他大規(guī)模的自然災(zāi)害有關(guān)的電離層、電磁和等離子體等的變化前兆。從20世紀(jì)90年代初開始，法國、美國、烏克蘭等國家也著手進(jìn)行地震電磁監(jiān)測衛(wèi)星相關(guān)研究。2003年，美國發(fā)射了一顆重4.5千克的地震衛(wèi)星，用于研究磁場信號與地震巖石破裂關(guān)系機(jī)理，預(yù)測地震活動。2004年，法國和烏克蘭分別發(fā)射了一顆地震電磁衛(wèi)星。法國這顆名為Demeter的衛(wèi)星，用于研究與地震、火山相關(guān)的電離層變化，研究與人類活動有關(guān)的電離層活動及引起電離層變化的機(jī)理等。目前，美國、俄羅斯、烏克蘭、意大利等國，以及中國臺灣地區(qū)，都有發(fā)射地震電磁衛(wèi)星的計劃。其中，俄羅斯提出了一個包括兩種軌道面、共8顆衛(wèi)星的全新的電磁衛(wèi)星星座方案。烏克蘭航天局提出由3顆衛(wèi)星組成地震電磁監(jiān)測星座。法國并沒有處在地震帶上，但科學(xué)家們?nèi)蚤_展了地震電磁衛(wèi)星的研究。專家介紹說，目前法國的Demeter衛(wèi)星研究成效顯著，在業(yè)內(nèi)頗受關(guān)注。與傳統(tǒng)的地面地震監(jiān)測站相比，利用衛(wèi)星監(jiān)測并且預(yù)報地震的方法無疑為人們提供了新的預(yù)報依據(jù)。專家稱，雖然利用地震電磁衛(wèi)星預(yù)報地震目前還處于“探索階段”，但是這一方法已得到了許多科學(xué)家的認(rèn)同。未來隨著科技水平的提高和科學(xué)研究的深入，地震電磁衛(wèi)星有望在地震預(yù)測中發(fā)揮重要的作用。

美國科學(xué)家最近推出了一項讓人造地球衛(wèi)星和雷達(dá)“聯(lián)手”來尋找地球上干旱地區(qū)地下水源的新技術(shù)。據(jù)稱，該項技術(shù)可以利用人造衛(wèi)星標(biāo)出地球上干旱地區(qū)地下蓄水層的準(zhǔn)確方位，并通過地面雷達(dá)繪制成地圖，為尋找新的地下水源提供精確無誤的定位。研究發(fā)現(xiàn)，我們地球的地殼底下有一層蓄水層，這個蓄水層在注滿水的時候，同海綿受潮會鼓脹起來一樣，會在地殼表面輕微鼓脹起來，并隆起一塊凸出的部位。美國兩名地質(zhì)學(xué)家最近證實，人造衛(wèi)星可以將這些鼓脹隆起的部位準(zhǔn)確地表示出來。以往的勘測者們在尋找水源時，必須鉆上一系列的井眼，才能計算出一個地下蓄水層的體積，以決定值不值得開采。而這項技術(shù)可以從根本上解決這一問題，“可以馬上看出蓄水層的整個地貌”。據(jù)稱，該技術(shù)不僅可以測出地下水源，同時還可以幫助預(yù)測地震。研究人員認(rèn)為：“如果我們能區(qū)分出由地下水所造成的地球內(nèi)部的變化，那么我們也能同時獲得更精確的地震活動的圖像?！?/p>