空間天氣里的科學(xué)叩問者
——記中國科學(xué)院云南天文臺高級工程師董亮

□ 謝更好

當(dāng)踏上云南天文臺，第一次感受到射電望遠(yuǎn)鏡帶來的震撼時，他不由得抒發(fā)出“更有天山明月夜，星辰大海任遨游”的壯闊胸懷；而當(dāng)他的足跡留在云南省普洱市景東縣，為射電天文臺成功選擇了合適的地址后，又不禁留下了“廣集電波自寰宇，敢言何處是故鄉(xiāng)”的華美詩篇。

這位有著濃厚文人情懷的文學(xué)愛好者長期扎根于射電天文技術(shù)及轉(zhuǎn)化、空間天氣等研究領(lǐng)域里。作為云南省昆明市官渡區(qū)射電天文微弱信號處理及民用技術(shù)轉(zhuǎn)化創(chuàng)新團(tuán)隊的領(lǐng)銜人，他帶領(lǐng)團(tuán)隊在射電天文微弱信號處理技術(shù)上潛心研究；而作為云南省射電天文應(yīng)用團(tuán)隊的核心成員，他又不僅僅將研究范圍局限于射電天文的基礎(chǔ)理論上，而是致力于將研發(fā)的技術(shù)進(jìn)行民用轉(zhuǎn)化。多年來，他以空間天氣為對象，為我國導(dǎo)航通信的發(fā)展、人體健康的維護(hù)做出了突出貢獻(xiàn)。他就是中國科學(xué)院云南天文臺高級工程師董亮，在一篇篇?dú)鈩萑绾绲脑娫~中，董亮多年的科研心境盡現(xiàn)其中，他在空間天氣里發(fā)出的聲聲叩問也引發(fā)了無數(shù)共鳴。

雕琢天文寶庫

在董亮看來，研究太陽就等于了解了空間天氣的源頭。人類之所以可以在地球上隨心所欲地生活，其能量均來自離地球最近的恒星——太陽。太陽通過光和熱等形式，源源不斷地向地球輸送能量，為人類提供著溫暖。但溫暖有時也會衍變成凜冽的“寒風(fēng)”，一旦太陽不再保持穩(wěn)定，發(fā)生劇烈活動時，往往會給人類社會的生產(chǎn)、生活帶來巨大影響。

太陽的射電爆發(fā)不但會引起大氣層、地質(zhì)層、電離層內(nèi)的物理參數(shù)的變化，還會在網(wǎng)絡(luò)通信、衛(wèi)星搭載芯片、人體健康等方面產(chǎn)生影響。由此看來，劇烈的太陽爆發(fā)和CME（日冕物質(zhì)噴發(fā)）是空間災(zāi)害天氣的驅(qū)動源，也是直接影響人類近地空間環(huán)境變化的最重要因素。因此，研究太陽活動的規(guī)律并對其進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)報，已經(jīng)成為全球共同關(guān)心的重大課題，同時對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國家安全和人類生活等方方面面都具有重要的實(shí)用意義。

董亮已在這個與國家發(fā)展和民生大計息息相關(guān)的領(lǐng)域里研究多年，可本身對天文學(xué)有極大興趣的他卻在本科時陰差陽錯選擇了有關(guān)電子的學(xué)科?！盁o心插柳柳成蔭”，隨著對電子技術(shù)了解得愈發(fā)深入，董亮發(fā)現(xiàn)其實(shí)在天文學(xué)中想要探測到一個物理現(xiàn)象，多數(shù)也需要通過電磁波來表達(dá)，這就涉及他所學(xué)習(xí)的電子技術(shù)。于是，本科畢業(yè)后，董亮便將他在電子領(lǐng)域里積累的經(jīng)驗運(yùn)用到碩士及博士期間從事的天文學(xué)中，主要研究太陽射電頻譜與射電爆發(fā)對空間體、通信等方面的影響。有了電子的輔助，他仿佛擁有了一雙更加靈敏與智慧的雙眼，為他在天文研究中找到了更廣闊的天地。

從2012年開始，董亮所在的中國科學(xué)院云南天文臺便和北京跟蹤與通信技術(shù)研究所、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)研究中心及國家衛(wèi)星氣象中心聯(lián)合，開始了太陽射電爆發(fā)干擾導(dǎo)航通信預(yù)警、預(yù)報以及監(jiān)測方面的研究。

首先，他們在中國科學(xué)院國家空間科學(xué)研究中心廊坊臺站建立了一個專門針對L波段進(jìn)行觀測的太陽射電望遠(yuǎn)鏡，挑選出了8個“干凈”的5MHz無線電頻段，建立了精密太陽射電流量監(jiān)測系統(tǒng)。針對單頻點(diǎn)觀測易受到無線電干擾的情況，該8通道同步監(jiān)測系統(tǒng)可有效減少誤報的可能性。其次，根據(jù)當(dāng)時現(xiàn)有的多波段太陽觀測資料，董亮團(tuán)隊繼而得出多條結(jié)論。他們認(rèn)為在太陽耀斑活動時，從X射線流量上升到射電流量達(dá)到最大值之間會存在2分鐘到1小時不等的時間差，為此可以將X射線流量的上升點(diǎn)作為太陽射電爆的一個預(yù)警點(diǎn)；但預(yù)警時間往往較短，且易受到無線電干擾，為此，團(tuán)隊定論必須在多個點(diǎn)頻均發(fā)生流量異常時才能確定太陽射電爆發(fā)；同時對于少部分射電流量上升早于X射線流量上升的事件，陸基和空間兩個子系統(tǒng)均需要集成通信收發(fā)機(jī)，形成數(shù)據(jù)互通機(jī)制。

除了對太陽射電爆發(fā)進(jìn)行研究，合適的射電天文臺址無疑也是研究成敗的點(diǎn)睛之筆。近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，射電天文設(shè)備也逐步由數(shù)字化終端取代了原有的模擬終端。在極大程度提升射電天文觀測效率的同時，射電窗口以上的幾乎整個無線電頻段都納入了射電天文的觀測范疇。再加上信息化的飛速發(fā)展，越來越多的無線電頻段都已經(jīng)被使用，由此帶來的無線電干擾也成為困擾射電天文觀測的主要因素，甚至有時還會對射電天文觀測帶來“致命”影響。

為此，董亮與團(tuán)隊積極尋找合適的天文臺址。他提到，建設(shè)新的大型射電望遠(yuǎn)鏡，選擇無線電干擾較少的地區(qū)就是必勝法寶。可寶貴的資源往往極其稀缺，但董亮及團(tuán)隊心意已決，他們在經(jīng)過4年多艱苦卓絕的無線電環(huán)境測試，并長期對無線電環(huán)境進(jìn)行考察后，終于得到了云南普洱市景東縣哀牢山這塊優(yōu)良的無線電寧靜區(qū)，將其作為射電天文臺的新址。

鑄造天文利器

“太陽活動對人體健康也有影響，可能會導(dǎo)致心腦血管疾病和精神疾病的發(fā)病率上升。”董亮的一席話揭示了空間天氣更大的影響力。近年來，他通過研究在地磁爆發(fā)時期心腦血管疾病患者體內(nèi)的血液指標(biāo)，有了重大發(fā)現(xiàn)。

2012年，在董亮的牽頭下，中國科學(xué)院云南天文臺射電天文研究組與昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院（簡稱“云大醫(yī)院”）合作，展開空間天氣對人體健康的研究。他們對醫(yī)院內(nèi)85例穩(wěn)定性心絞痛患者以及77例無冠心病患者進(jìn)行考察，在詳細(xì)了解所有患者的臨床數(shù)據(jù)后，團(tuán)隊在未給藥物干預(yù)的前提下，先后分別于不同日期內(nèi)兩次對患者進(jìn)行了血液流變學(xué)指標(biāo)的分析。結(jié)合地磁指數(shù)D s t數(shù)據(jù)，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，與地磁寧靜時期相比，地磁爆發(fā)期間患者的全血粘度、低剪切力全血粘度明顯有所上升（P＜0.05）。同時相比血脂正常人群，高血脂患者的變化量更大?？梢?，地磁活動對人體相關(guān)血液指標(biāo)確有影響。與此同時，云大醫(yī)院還對2009年—2015年期間胸腔積水疾病的發(fā)病率做了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)不同年同一時期內(nèi)，地磁指數(shù)變化與滲出性胸腔積液發(fā)病率呈正相關(guān)性，從獲得的指數(shù)便可以直接在臨床上得到驗證，即在長期地磁不穩(wěn)定的情況下對生物膜透過率具有實(shí)際影響。

4年多的艱苦探索，董亮與團(tuán)隊也喜得科研碩果，他們榮獲了云南省科技進(jìn)步獎，得到了多項基金項目的資助，并計劃與云南天文臺和昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院建立空間天氣—人體健康數(shù)據(jù)通報、分析機(jī)制，以便進(jìn)一步挖掘受太陽活動影響的疾病事件。

想要為人類健康保駕護(hù)航的董亮，又將研究目光移向了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中特有的通信方式——短報文通信。他與云南省120急救中心合作，將短報文信息與醫(yī)院前急救分診系統(tǒng)相結(jié)合，通過北斗短報文信息傳遞患者常規(guī)的生理指標(biāo)數(shù)據(jù)和判斷數(shù)據(jù)。在其全天候、高可靠性、亞太區(qū)全覆蓋等特點(diǎn)的支持下，醫(yī)院指揮中心便可以更加清晰明了地判斷當(dāng)前患者的生命狀態(tài)、所處地理位置信息以及救護(hù)人員數(shù)量等信息。除此之外，團(tuán)隊還特別考慮到常規(guī)的院前急救和戰(zhàn)場中院前急救之間的規(guī)范差別，分別開發(fā)了民用輸入規(guī)范和軍用輸入規(guī)范兩種模式，全方位地了解患者信息。

該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于在大規(guī)模突發(fā)事件中，救護(hù)車醫(yī)護(hù)人員和急救指揮中心之間的信息傳遞，而在戰(zhàn)場環(huán)境下，也可以為大面積傷病員進(jìn)行信息傳遞。目前，團(tuán)隊已與昆明磐鵬科技有限公司聯(lián)合開發(fā)了初步的試驗樣機(jī)，成功安裝在云南省120急救中心的救護(hù)車上，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、收集等工作。

著名學(xué)者王國維曾在《人間詞話》中提到成大事者必經(jīng)的三種境界，第一境界是“立”，第二境界是“守”，第三境界是“得”。當(dāng)年在立下從事空間天氣領(lǐng)域研究的大志后，董亮就深知哪怕付出再多，也并不一定會有等量的回饋。但在他看來，這是一種鞭策，可以讓他更好地堅守科研初衷，細(xì)細(xì)品味所得科研果實(shí)的甘甜。