早于战国时代，我们的祖先已发现了地磁场，并据此发明了“司南”。到了宋朝，指南针的出现，令航海事业得到长足发展。时至今日，地磁场的应用十分广泛。

为观测南大西洋上空地球磁场异常区磁场变化的精细特征，澳门首颗科学与技术试验卫星“澳科一号”，计划于今年内或明年初升空。澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室主任张可可教授称，澳科一号是世界上第一颗低纬度地球磁场监视卫星，对研究相关地球科学问题具有重要作用。

全球第一颗低纬度地磁卫星

在澳门特别行政区政府、中央人民政府驻澳门特别行政区联络办公室和国家航天局的大力支持和协调下，澳门科技大学（下称“澳科大”）于2018年7月，成立了中国天文学领域第一个国家重点实验室――月球与行星科学国家重点实验室（下称“实验室”），与国内外多家机构联合展开“澳门首颗科学卫星”的研制及相关科学研究，这是澳门太空研究领域的里程碑。

磁场是行星的“保护伞”，地磁场作为地球的保护伞，抵挡了许多来自外太空的有害宇宙射线、强烈的太阳风暴粒子，然而，近400年来，地磁场出现持续衰减现象，这将会左右人类生存环境。科学家们发现，很多飞机和太空飞船在大西洋南纬20°-30°的区域（南大西洋异常区，简称“SAA”）经常出现通讯信号失灵的现象，于是便研究该现象产生的原因，并预测未来的变化趋势。

作为全球第一颗低纬度地磁卫星，为了有效捕捉和监测SAA的磁场、高能粒子通量、太阳X射线辐射的时空变化等，“澳科一号”（注1）将围绕低纬度地区飞行。与极轨道卫星相比，低纬度卫星不仅在检测数据上有不同，在发射方式、监测方式、发射轨道等亦大不一样。“由于实验及研究需要庞大的数据量，而极轨道卫星几天才会经过异常区一次，停留的时间仅为几分钟，收集的数据量不足。因此，唯一的解决办法就是发射低纬度卫星进行持续监测。”

张可可教授进一步解释，低纬度卫星移动速度较快，可增加经过监测区域的次数。不过，低纬度卫星的发射难度更高，成本非常昂贵。因为火箭一般可搭载多个极轨道卫星发射到轨道上，而低纬度卫星则需要利用专门的火箭发射单一卫星升空。

“澳科一号”另一个任务是研究太阳风对空间天气的影响，张可可介绍：“‘澳科一号’工作寿命约5至6年，能覆盖半个太阳活动周期，我们正在研究发射第二颗，甚至第三颗卫星的可行性，由数颗卫星组成的星座，能够持续监测太阳活动周期，这具有非常重要的研究意义。”

精确监测地球磁场

张可可称，“澳科一号”卫星的研究分为4个阶段：一是提出卫星将要实现的科学目标；二是基于科学目标设置卫星工作的高度及纬度；三是确定卫星工作需要测量的物理参数；四是与研究机构展开对卫星部件的设计。为严谨地达到“澳科一号”卫星默认的科学任务，4个阶段的工作环环相扣，缺一不可。

另外，为达到“澳科一号”卫星“南大西洋异常区地磁探测与地球液核发电机动力学研究”的核心科学目标，科研人员需要测量地球的磁场，但在卫星设计上，面临不少技术难题。“我们都知道，磁场是由电流产生的，而卫星需要用到电器，电器运行时除会产生电流，亦会衍生磁场。这样一来，卫星本身产生的磁场（主体剩磁）与地球产生的磁场迭加在一起，便会影响到测量地球磁场的精确度。为了防止卫星磁场与地球磁场混淆，卫星必须配备一定长度的伸杆，使磁场测量仪器的监测范围离开卫星磁场区，才得以精确测量地球磁场。”

装配一枝伸杆，似乎是简单不过的事，但原来确定伸杆的长度以及选用的材质，已是一大难题。张可可解释：“实际上，伸杆越长越不稳定，如果测量的磁通量不准确就没有参考意义了，所以长度设计约8米是必须的。此外，为防止伸杆在天上一直晃动，其制作材料必须采用刚性，且不能产生电流的非磁性物质。”

进军澳门磁场导航

一直以来，博彩及旅游业都是澳门的经济支柱，为实现经济适度多元，澳门特区政府近年积极探索不同的发展方向。与内地合作科研“澳科一号”卫星，看似与改变经济结构单一风马牛不相及，实际上却是一条可行出路，张可可分析：“若航天科技产业作为澳门经济发展的支柱之一，前景非常可观。澳门寸金尺土的环境并不适合大量开设工厂，发展高科技的航天产业，只需要几位重要的技术人员就位便可。”

至于人才方面，航天项目落户澳门，不但能积极推动人类科学进步，亦助力澳门成为国际高端基础科学人才的优势平台，为澳门青少年科普提供了良好环境，可谓一石三鸟。张教授认为，青少年是社会发展建设的中坚力量，让澳门的基础教育融入科学元素，不但能提升青少年的科学兴趣，更能推动社会的高科技产业发展。

对于这个愿景，也许普罗大众没有具体概念，张可可兴奋地为我们描述了一幅初步蓝图：“我们现正准备在澳门建设卫星地面站，由地面发射指令控制卫星工作。与此同时，我们即将创建行星数据分析中心，将卫星收集到的所有数据都储存到中心内进行分析处理。工作人员可在同一块大银幕上见到整齐排列的分割荧幕，它不仅能展现卫星的精确高度、纬度以及工作运行状态，还能监测全世界地球磁场的空间环境并收集磁场数据。”

地球磁场对现代化工业产业起着举足轻重的作用，诸如矿产资源普查、室内导航、石油钻探智能导向、航海导航、空间天气预报等应用领域都需要精确的磁场数据。“利用地球磁场幅能够确定地理位置，尽管这和GPS功能很像，但GPS在地下甚至在海上都会失灵，而磁场导航能弥补这个缺点，GPS和磁场两套导航系统相互配合工作，能为未来导航带来新机遇。”张可可教授心里充满期盼：“我期望未来，每部手机都配备了由澳门发明的磁场导航系统。”

科技名片助澳立足世界

2019年12月15日，国家航天局与澳门共同设立了太空探索与科学中心（下称“科学中心”），科学中心在澳门科技大学揭牌，标志着澳门与内地的航天合作步上新台阶，为中国与国际深空探测合作交流搭建平台。“澳科一号”作为与内地科技合作的媒介，这张本地“科技名片”能够扩大澳门在粤港澳大湾区中的科技影响力，并有助于推动澳门成为高科技研究国际中心。

“与世界接轨、合作是澳门未来的发展方向。卫星项目启动的时候，世界各国在天文领域有卓越成就的科学家齐聚一堂，对澳门来说，将科技名片立足在地球版图上，是千载难逢的好机会，对澳门航天科研发展具有巨大的推动作用。”教授再补充，中国已经把航天事业作为强国的发展战略（航天科技是评估一个国家硬实力的其中一项重要指标），国家航天局为了扶持鼓励发展澳门的航天科技，不仅提供了科研基金，也让实验室的成员参与很多国家航天工程项目。

从2005年开始，澳科大研究团队在实验室正式成立前，已参与国家探月工程（又称“嫦娥工程”），展开中国探月工程的数据分析和研究工作，为“澳科一号”的研究奠定了夯实的科学基础。除了“嫦娥工程”、“澳科一号”外，澳科大还参与了中国首次火星探测任务“天问一号”（注2）的科研工作，负责火星环绕器工程测量分系统可分离遥测探头研制生产、数据处理及分析工作。“类地行星具有相通性，火星已处于演化的后期，研究目前火星内部机理与外部环境，对于研究地球未来的发展具有重要的参考意义。”

注1：为了与大众分享澳门科学发展的喜悦，提升社会各界对澳门科学发展的关注，2019年10月9日，实验室启动澳门首颗科学卫星征名活动，共收到超过1,500个提案，最终卫星定名为“澳科一号”，象征澳门科学技术展翅腾飞。

注2：2020年7月23日，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器在中国文昌航天发射场，由长征五号遥四运载火箭成功发射，进入地火转移轨道，发射任务取得圆满成功，拉开了我国行星探测的序幕。澳门科技大学在中国的首次火星探测任务中发挥了重要作用，目前实验室已完成和在研的火星研究项目有11项。

澳门星 航天情 中国梦

航天科普展

2019年12月15日，澳门科技大学举办了“澳门星 航天情 中国梦”航天科普展，展览分为“澳门星”、“航天情”及“中国梦”三部份，藉航天珍贵历史图片、嫦娥四号着陆器、长征五号运载火箭、“澳科一号”模型等，记录了澳门支持祖国、内地与澳门在航天领域的交流合作成果，以及祖国航天发展历程中令人难忘的重要瞬间。

展览期间，吸引了多所学校学生、众多市民前往参观。为丰富展览的科普性、互动性和趣味性，展览还专门设置了“梦回神舟太空返回舱”、“火星救援太空座椅”等科普互动体验展区，让参观者体验“太空人”的工作。

除了向公众开放的科普展外，澳科大每年都会展开各式各样的科普活动，例如科普培训课程、交流游学、科学教育实验、高校科学营等，致力提升青少年的科学兴趣，培养科技储备人才。张可可教授透露，日后澳科大会举办更多展览与活动，让市民瞭解航天科技。

延伸阅读

三颗姐妹星

张衡一号02卫星将于2022年初发射，届时，张衡一号、张衡一号02卫星将与澳科一号共同组成姊妹星。3颗卫星在轨道运行，将有效支撑地震监测预测科学探索和空间天气监测预警研究。张可可教授指出，澳科一号卫星与张衡系列卫星都需要磁场数据的支撑，但对于磁场要求的精度不一样。

张可可教授简历

1982年获得南京大学天文学学士学位，1985年和1987年分别获美国加利福尼亚大学洛杉矶分校地球物理与空间物理硕士学位和博士学位，1987年至1992年在美国加利福尼亚大学与英国剑桥大学从事博士后研究。2013年获得英国皇家天文学会成就奖（Achievement Award），于2017年在剑桥大学出版关于物理流体动力学专着《THEORY AND MODELING OF ROTATING FLUIDS》。

自2018年开始，担任月球与行星科学国家重点实验室讲座教授与主任、“澳门科学一号”卫星项目首席科学家，主要从事行星物理研究。2020年获得澳门特区政府科学技术一等奖。

文：曾海英　图：宋楚珊、陈思礼、澳门科技大学