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徐文耀屏住呼吸，輕輕旋動剛懸好的石英絲上端，借助扭力，石英絲下端墜的小磁針輕微扭動。徐文耀靜靜等待著小磁針靜止下來，記錄下這次測量出的磁偏角。

“扭的力太小，石英絲不足以帶動磁針扭轉(zhuǎn)，扭的力稍大些，那比頭發(fā)絲還細很多的石英絲又會斷掉。”對于60多年前參與野外地磁測量的經(jīng)歷，中國科學(xué)院地球物理研究所（以下簡稱地球物理所，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所前身之一）原所長徐文耀至今仍然歷歷在目。

高分辨率、高精度的地磁圖編繪，對于探礦、防震減災(zāi)、導(dǎo)航等具有多方面的重要意義。

自20世紀(jì)50年代首張全國地磁圖編繪出版以來，中國地磁學(xué)在實驗觀測技術(shù)、理論和應(yīng)用研究等方面均取得重要進展，包括開展了青藏高原、南極地磁考察，完成了20世紀(jì)70年代首次全國地磁普測任務(wù)，不僅開辟了震磁效應(yīng)、生物地磁學(xué)等新的研究領(lǐng)域，更為國民經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)作出了重要貢獻。

首套全國地磁圖歸檔材料。

1?“墮指裂膚”仍不棄

我國第一張全國地磁圖的完成，離不開我國地磁事業(yè)的開創(chuàng)者、1950年被任命為地球物理所副所長的陳宗器等科研人員的早年積累。

20世紀(jì)二三十年代，陳宗器帶領(lǐng)并參與了我國西北荒原的科學(xué)考察，負責(zé)天文、地形的測量，并兼管磁偏角測量工作，逐漸形成了發(fā)展、建設(shè)中國地磁學(xué)的初步構(gòu)想。

新中國成立后，由于石油礦藏區(qū)的磁異常信號在指示隱藏油田和礦產(chǎn)方面具有獨特應(yīng)用價值，陳宗器的這一構(gòu)想有機會變成規(guī)劃，并得以逐步實現(xiàn)。

可以說，新中國成立初期，開展全國地磁觀測及繪制地磁圖的根本目的，就是為了服務(wù)國民經(jīng)濟和國家安全。當(dāng)年，飛機、艦艇的導(dǎo)航都要依靠地磁。

在百廢待舉、百業(yè)待興之際，這一踐行過程被認(rèn)為是“地磁紅軍”的“長征”壯舉。他們首先面臨的是地磁臺站稀缺的問題。地磁場無處不在，并且時刻變化，因此，地磁觀測需要在盡可能多的地點進行長期的數(shù)據(jù)記錄。

我國地磁工作的建制化研究能夠開展，很大程度上依賴于當(dāng)時中國科學(xué)院的建制化組織體系。在上級組織的領(lǐng)導(dǎo)下，地球物理所地磁組由陳宗器領(lǐng)導(dǎo)、研究員陳志強主持，收集整理出大量華東、華中和華南等地區(qū)的磁測資料，并派出科研人員進行其他地區(qū)的補測。

在西北科考時，陳宗器曾給妻子寫信道：“二三步外的人物也不能見，躲在帳內(nèi)也頃刻積沙二三寸厚，當(dāng)面吹來如刀割一般。在這樣嚴(yán)寒的天氣，只有‘墮指裂膚’四個字形容得?！币巴鉁y量條件之惡劣可見一斑。

然而，他同時又寫道：“我不能叫苦偷懶，因為這是我的責(zé)任?！痹谶@樣的精神激勵和傳承下，1950年至1953年9月，地球物理所劉慶齡、胡岳仁、周煒、章公亮等人，分別組隊完成了對西北、華北和東北地區(qū)的野外地磁測量。

1936年，陳宗器在東南沿海地區(qū)開展地磁測量。

結(jié)合300余個新老測點包括磁偏角（D）、地磁水平強度（H）和磁傾角（I）等在內(nèi)的測量信息，他們于1953年手繪完成首幅全國地磁圖，并配合石油工業(yè)部在柴達木盆地找油，同時將地磁觀測運用于地震預(yù)測、軍用地磁導(dǎo)航，為國民經(jīng)濟和國防建設(shè)及科學(xué)研究服務(wù)。

這套精度為1：800萬的地磁圖于1955年正式出版并通過審查審評。時任中國科學(xué)院副院長竺可楨指出：“《1950.0年代中國地磁圖》代表了中國科學(xué)水平?！?/p>

2?借力建成全國地磁基本臺網(wǎng)

為了研究地球磁場長期變化規(guī)律，永久性及臨時性地磁臺站必不可少。在新中國成立之前，老一輩科學(xué)家和外國學(xué)者合作建過3個地磁臺站，做過短期、區(qū)域性觀測。而新建一個永久性地磁臺站，在當(dāng)時需要耗費幾十萬元。

其他的問題更是多如牛毛。例如，科研器材缺乏、地磁測量儀器裝備落后，只能依靠昂貴的進口儀器，甚至連最起碼的具有無磁干擾的銅螺絲都很難找到。

1950年地球物理所剛成立，就開始規(guī)劃中國地磁臺站的建設(shè)。但地磁臺站的選址、建設(shè)等方方面面的細致考量，往往要耗費數(shù)年時間。

在地球物理所地磁研究室即第五研究室擔(dān)任過副主任的劉長發(fā)，在20世紀(jì)80年代負責(zé)中國科學(xué)院地磁臺鏈的臺站建設(shè)與觀測研究。

他參加過的選址工作都是純?nèi)斯た剂康?，既要遠離交通線、電力線等產(chǎn)生磁干擾的人工環(huán)境，又要與海岸保持距離，以免受到潮汐沖擊的震動影響，還得避開礦藏等磁性物體，占地面積小至22.5畝、大至數(shù)十畝。尤其備選臺站的地磁場分布及變化水平需要在空間、時間上保持平穩(wěn)。諸多條件差一個，就要重新選址、重新測量。而在地磁觀測室、記錄室等開展工作，直到現(xiàn)在都要摘去手表、項鏈、戒指等會產(chǎn)生磁干擾的物品，如果鞋子、皮帶上有金屬制品，也都得脫下。

在陳宗器領(lǐng)導(dǎo)下建成的地磁絕對觀測室。

1955年，中國科學(xué)院決定參加首次國際大規(guī)?？萍己献骰顒印讓脟H地球物理年（IGY）的同步觀測，并成立IGY中國委員會。在此推動下，我國建成了長春、北京、拉薩、廣州、蘭州、武漢6個地磁臺站，它們與后來補建的烏魯木齊臺站以及新中國成立后接收的法屬上海佘山臺站一起，被業(yè)內(nèi)稱為“老八臺”。

“老八臺”為中國地磁臺網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展奠定了初步基礎(chǔ)，為中國地磁學(xué)后續(xù)發(fā)展提供了保障。

為參加IGY觀測，地球物理所研究員劉慶齡主持并仿制了拉苛型三分量地磁記錄儀，成功研制出57型地磁記錄儀，能夠記錄D、H、I三要素，并旋即生產(chǎn)了14套。

57型地磁記錄儀。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所供圖

此后，中國地磁臺站第一次用上了國產(chǎn)地磁儀器，并在IGY期間獲得一批珍貴的地磁觀測資料。

3?從轉(zhuǎn)行組隊到獨當(dāng)一面

1956年，我國制定《1956—1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃》，地磁學(xué)研究被列入規(guī)劃。這給“缺兵少將”的地磁研究隊伍帶來了新機遇。

同年，地球物理所成立“中國科學(xué)院地磁測量隊”，并向中國科學(xué)院申請調(diào)來一批學(xué)習(xí)物理和測量的大學(xué)畢業(yè)生，讓他們一邊學(xué)習(xí)，一邊工作，還派人出國進修。

劉長發(fā)正是在這樣的情形下加入地球物理所的?！昂臀彝诩尤氲卮沤M的薛小楨、任國泰、徐元芳，基本都是學(xué)測繪的，一開始因為擔(dān)心要改行，以前學(xué)的技術(shù)用不上，還有點不情愿。”如今已90多歲的劉長發(fā)，對70年前的那些事仍然記憶猶新，“可是第一次見到陳宗器副所長時，這樣的大先生一直微笑著跟我們說話，讓我們的心立即安定了下來?！?/p>

幾個小伙子決心像陳宗器所期待的那樣，努力成長為測量隊骨干，努力發(fā)展中國地磁測量事業(yè)。由于幾個人學(xué)的是工科，陳宗器提出，要具備地磁研究的能力，他們還需要補習(xí)外語，以及數(shù)學(xué)、物理的基礎(chǔ)知識。

當(dāng)年，地球物理所與北京大學(xué)聯(lián)合設(shè)置地球物理專業(yè)，劉長發(fā)等人接受委派參加旁聽。他至今還保存著當(dāng)年在北京大學(xué)的聽課證。

通過聽課學(xué)習(xí)、參加地磁業(yè)務(wù)知識培訓(xùn)，以及野外測量實練，地磁科技人才隊伍迅速成長起來。他們對地磁工作從開始的陌生到認(rèn)識、再到熟悉直至熱愛。不久后，這批年輕人投入到地磁測量的任務(wù)中。

1957年6月至1958年5月，地球物理所與石油部合作，派出3個地磁測量組共10人，開展西北地磁測量。劉長發(fā)負責(zé)建立敦煌等3個臨時地磁臺站，他用特批的公文皮包，裝了少量野外補助現(xiàn)金和聯(lián)系介紹信，以及便于臨時開證明的“中國科學(xué)院地磁測量隊”印章。為避免發(fā)生意外，他又將公文包放在高中時用的舊書包里，一直背在身上，“誰也不知道里面裝有重要的錢物，很安全”。

這一期野外測量工作，他們共獲得41個地磁測點以及3個臨時地磁臺站的記錄資料，并將這些資料及時提供給青海省和新疆維吾爾自治區(qū)的石油管理部門。這是地磁測量資料應(yīng)用于中國石油勘探的一次成功嘗試。

當(dāng)時，青年地磁人才逐漸可以獨當(dāng)一面。1957年至1962年，包括這些人在內(nèi)的地球物理所20余人，先后在西北、西南和福建沿海等地區(qū)，完成445個地磁測點的地磁測量，于1964年編印出版了1：800萬精度的《1960.0年代中國地磁圖》。

4?承擔(dān)全國地磁普測任務(wù)

1964年至1966年，地球物理所先后派出40余人次，完成了青藏高原的93個地磁測點測量，其中安振昌、王世元在珠穆朗瑪峰6565米處，完成了當(dāng)時世界地磁測量史上海拔最高的地磁三要素D、H、I絕對值測量。在這些工作的基礎(chǔ)上，1：300萬精度的《1965.0年代青藏高原地磁圖》于1968年編印出版。

1969年1月，地球物理所承擔(dān)了全國地磁普測任務(wù)，任務(wù)代號“3912”。此時，第五研究室已有67人。但棘手的是，測量組人手有所減少，只剩下8人。

沒有測量，何談數(shù)據(jù)和繪圖？已經(jīng)成長為組織管理人員的劉長發(fā)有點著急，找到中國科學(xué)院辦公廳商討選調(diào)人員問題。令他意外的是，接待同志早有準(zhǔn)備，拿出了一份30多人的花名冊。經(jīng)過協(xié)商，最后選定24人參加培訓(xùn)，學(xué)習(xí)如何掌握儀器、如何觀測。當(dāng)年5月，“3912”隊正式組建。

1969年6月15日，第一期“3912”隊在北京天安門宣誓后出發(fā)。此后，6個野外組，每期6個月，分期分批共100余人次奔波在祖國大地上，開展第一次全國地磁普測。

地球物理所研究員夏國輝參與了野外測量，也參與了回京后的地磁圖編繪。他還記得，當(dāng)時的測量組構(gòu)成與以往基本一致：每組一輛車，配備至少1位地球物理所的專業(yè)人員，加上司機不超過4人，各分擔(dān)地磁三要素D、H、I的測量。

“當(dāng)時的地磁測量，還需要白天借助太陽、晚上借助北極星，所以為了保證測量準(zhǔn)確，很多人得連軸轉(zhuǎn)，或者在重慶這樣的地方‘搶’晴天?！毕膰x回憶。

野外測量面臨種種困難。夏國輝認(rèn)為其中最難的是給車加油。“在上海、成都這樣的大城市還好一些，到了物資匱乏的偏遠縣城，更是難上加難?！?/p>

首次全國地磁普測于1972年8月完成，整支隊伍耗時3年多，行程36萬多公里，測量了遍布全國陸地與海疆的1882個測點的地磁三要素。

5?地磁事業(yè)的新征途

測點數(shù)量增長數(shù)倍，因之所獲得的地磁數(shù)據(jù)幾乎是海量增長，相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和計算問題隨之而來。

徐文耀表示，地磁圖編繪是一項綜合研究工作，不僅涉及浩繁的數(shù)據(jù)整理、通化和組織工作，而且與數(shù)學(xué)模型的選擇、數(shù)值方法的比較、誤差分析和邊界問題的處理有密切關(guān)系，又與主磁場、長期變化、局部異常特征及其成因等物理問題的深入研究有相輔相成的關(guān)系。

“一方面要消除觀測數(shù)據(jù)中太空磁場的數(shù)據(jù)干擾；另一方面，所有觀測數(shù)值要通過計算，歸算到1970年1月1日0時的相應(yīng)值，以往只能用手算、珠算或手搖計算機，太慢了，錯誤率也高?！毕膰x說。

所幸，地球物理所在1970年購買了電子計算機，夏國輝率先學(xué)習(xí)使用。當(dāng)時的計算機依靠打孔輸入數(shù)據(jù)，只要孔打?qū)α?，就基本不出錯。他很快掌握了用法，又開始建立地磁場的數(shù)學(xué)模型。這是我國首次采用計算機進行地磁數(shù)據(jù)處理。

有了準(zhǔn)確的科學(xué)數(shù)據(jù)，1：300萬精度的手繪《1970.0年代中國地磁圖》于1973年12月編印出版，首次采用大比例尺的等值線和等年變線圖。1978年，“1970.0年代中國地磁圖和地磁場模式”獲全國科學(xué)大會獎。

首次全國地磁普測任務(wù)迄今仍是我國“四最”紀(jì)錄保持者：地磁測點最多、地磁圖質(zhì)量最高、地磁場模型精度最高、相關(guān)地磁資料使用率最高。

其后以10年為一個周期，夏國輝、安振昌等完成了1980.0年代、1990.0年代的地磁測量及相應(yīng)年代地磁圖的編繪，徐文耀帶著博士研究生魏自剛等接手了2000.0年代的工作。

2005年，這項工作交接給中國地震局來承擔(dān)，并按國際慣例將編繪周期縮短為5年。

幾十年來，隨著地磁事業(yè)的開展，我國測量技術(shù)由單純的地磁經(jīng)緯儀的磁法和天文經(jīng)緯儀的天文方法測量，逐漸發(fā)展到電法數(shù)字顯示，包括數(shù)字化核旋磁力儀與GPS衛(wèi)星定位的空間技術(shù)相結(jié)合的綜合測量。同時，包括海島、海洋在內(nèi)的地磁圖編繪逐步完善，為維護國家海洋主權(quán)和權(quán)益提供了重要科學(xué)支持。

如今的中國地磁研究隊伍的技術(shù)與規(guī)模已能與世界發(fā)達國家平起平坐，“地磁紅軍”早已不復(fù)當(dāng)年“墮指裂膚”之苦。

秉承老一輩地磁學(xué)家的 “長征”精神，在新時代的行星磁場“長征”中，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的青年科研骨干們也碩果累累——建立我國首個火星全球磁場模型，自主研發(fā)的高性能磁測儀搭載祝融號火星車獲得火星表面磁場數(shù)據(jù)，論證天問四號木星磁層探測任務(wù)……

這場跨越半個多世紀(jì)的“長征”，早已踏上了全新征途。

（原載于《中國科學(xué)報》?2024-10-31?第4版?專題）