地球大陆、海洋和大气空间微物理场的探测与研究是地球系统科学研究的重要前沿，地球微物理场探测与研究中获得的地球微重力、微地磁场、微电场等重要参数，对国家经济建设和国防安全等都有重要应用意义。以“地球与空间微物理场研究及其应用系统构建”为主题的第300次香山科学会议日前在京举行，与会多学科专家交流总结了该领域国际前沿研究动向和国内外最新研究成果，探讨了我国的研究对策和重点研究方向。
    重新研究微物理场
    地球与空间微物理场是指物理效应微弱的空间或给定物理效应的微小空间。在中国古代，人们就熟知如何利用地球的磁场来判别方向。几百年来，地球磁场和宇宙磁场的观测研究极大丰富了人类关于自然界的认识，成为探索宇宙奥秘的一门基础学科。
     会议执行主席、国家外国专家局研究员马俊如说，今天我们重新研究地球与空间微物理场的重要意义在于，一方面，随着微/纳电子机械系统 (MEMS/NEMS)传感器芯片及其无线网络系统技术的发展，测量地球与空间微物理场变得越来越容易，随着测量精度的提高，许多由此揭示出的地球与空间微物理场的局域特征需要人们重新认识和研究；另一方面，随着探测速度的提高，许多地球与空间微物理场的变化特征或变化规律，有待人们重新研究。
     同时，生命与近地空间的物理场关系密切，特别是空间环境中特有的空间辐射、微重力场和微磁场对地球生命具有多方面的影响，对这些微物理场的研究有助于理解生命科学中的一些基本问题。21世纪，人类将进入数字地球构建与应用的时代，人们将广泛应用MEMS/NEMS传感器芯片对各种地球物理信息进行采集、获取和使用，利用取得的最新研究成果，可以构建更多先进的应用系统，甚至可能产生出新原理和新概念的工业产品系统。地球大陆、海洋和大气空间微物理场的探测与研究是地球系统科学研究的重要前沿，地球微重力、微地磁场、微电场等的探测与研究是地球空间物理学研究的重要参数。地球高层空间微物理场的探测与研究对空间宇航活动具有重要科学意义。
    会议执行主席、中国气象局研究员许小峰在主题报告《地球与空间微物理共享系统的构建及其在大气科学中的应用》中介绍说，地磁场与大气电场、空间电磁场、重力场、风场、声场等一样，是地球的基本物理场之一。以气象为例，除了空间天气方面对地磁场进行了研究和应用外，与气象相关的其他领域对地磁场的研究和应用还很薄弱。
    广泛的应用前景
    构建地球与空间微物理场探测与共享系统，在推动国家经济建设和维护国家安全方面有着广泛的应用前景。
     许小峰说，这一系统可以为地球科学研究与应用提供实时的高密度的公共基础数据，减少基础设施的重复投资与重复建设，提高社会应急保障能力。通过构建实时高密度的地磁立体观测网与地磁差分系统，在无GPS导航的情况下，可用廉价的技术实现各类高速飞行器、水下运动目标等的导航和精确定位；也可用于地理、工程测绘，特别是地下、水下等特殊环境的测绘与测量等。
    会议执行主席、中国人民公安大学教授刘舒介绍了微磁在公共安全领域方面的应用。刘舒说，微磁传感器成本低廉、精度高，不会对人体产生任何伤害，即使是隐蔽的金属炸弹或武器也能准确地探测出来，完全克服了X光机的局限性，具有很强的探测优势。在智能交通方面，微磁具有不可破坏性和唯一性，具有无源、无辐射、全天时、全天候、全地域、低能耗等特点，这些优点可以弥补GPS系统的不足，尤其是当汽车行驶到地下隧道、高层楼群等地方而捕捉不到GPS卫星信号时，微磁可连续完成定位信息，完成导航、跟踪等功能。
     近年来，欧美等发达国家加大了利用MEMS/NEMS传感器对地球物理学中各种微物理场研究的投入，特别是在微重力、微磁、微压力和微震动探测方面。为研究太阳对地球引力场和磁场的影响，发射了多个用于研究日地关系的空间探测器。国外微物理场探测技术在军事上的应用包括微重力组合导航、地磁导航、引信发火控制系统、战场侦察、微型无人机的姿态控制等。国内微物理场探测技术在民用产品上的应用非常广泛，其中包括卫星姿态控制、民用车辆复合导航系统、汽车测速传感系统等。
    许小峰说，开展地球与空间微物理场探测、储存、应用及其共享系统的构建研究，不仅对促进地球科学的研究与应用十分必要，而且可带动多种先进敏感材料及传感器技术等多学科和新技术的发展，在工业、农业、国防、航天、生物工程、医学、仪器仪表以及气象探测等诸多领域都有着广阔的应用前景。
    古老并不意味着成熟
    地磁学是一门古老的学科，虽然用科学的方法对地磁现象进行系统观测和研究已有400多年的历史，但地磁学的许多基本问题，如磁场的起源等问题还远没有解决，已有定论的许多问题也需要新的资料、新的理论重新加以审查和认识。
    与会专家指出，目前我国地磁观测站数量不多，难以获得高精度的全国和全球的实时地磁场资料，难以满足高精度实时定位等应用与科研的需求。建议加快地球与空间微物理场探测共享应用系统的开发应用研究，利用我国有自主知识产权的新型微磁传感器和气象部门7000多个地面观测站、100多个高空观测站以及民航飞机、气象卫星等，组成国内完备的三维立体观测网等；建立瞬时、立体、以地面为基础的地磁观测网，形成全天时、全天候、全方位的地磁全球定位系统和实时动态数据库，将地磁定位导航技术普及化、民用化，使地磁这一自然资源能更好地服务于我国国家安全与公共事业的基础建设。
    与会学者同时建议，应积极开展地磁等微物理场的理论研究与应用研究。尽管目前已有相当多的有关地磁场特性的研究，但关于地磁与地球各物理量场和生物场等之间的相互作用机制，以及地磁场自身形成的物理机制还很不清楚，有待探测和积累大量的观测数据和观测事实进行深入、细致的科学研究。国家应支持有基础、有能力的企业开发具有自主产权的达到国际领先水平的关键性高新技术产品，以带动相关产品的开发，促进企业的科技创新，帮助企业提高国际市场竞争力。