最近，「澳門科學一號」（以下簡稱「澳科一號」）衛星科學團隊發布了中國首個WM?（澳門世界地球磁場模型）即時四維地球磁場系列模型1.0版。 「這是『澳科一號』衛星計畫科學研究與應用的重大進展，將對地球科學研究與地磁導航應用發揮重要作用。」澳門科技大學講座教授、「澳科一號」衛星首席科學家、 「澳科一號」衛星科學與應用系統總設計師張可可透露。記者就此採訪了張可可。
張可可介紹，此即時地球磁場模型充分利用了「澳科一號」衛星等高精度地球磁場數據，是中國首個自主可控的即時地球磁場模型，具有廣泛重要的科學與應用價值，可用於地球深部、地球海洋、地球太空的科學研究，也可用於航太航空航海導航、資源探勘、智慧終端等。
大量高精度科學數據為建立即時地磁模型打下堅實基礎
「澳科一號」衛星計畫由美國國家太空總署與澳門特別行政區政府共同進行，是首顆內地與澳門合作研發的太空科學衛星。
「澳科一號」衛星成功發射一年多來，產生了大量高精度科學數據，被各國相關領域的科學家用於地球深部、地球海洋、地球太空科學研究與應用。張可可表示，這為本次數據應用重大進展的取得打下了堅實基礎。
「有了高精度的數據，要建立即時地球磁場模型，依然是一項科學與技術上極具挑戰性的任務。」張可可解釋，這是因為地球是一個非常複雜的耦合圈層系統。地球主磁場由位於地下2890公里至5150公里處的地球外核流體產生，但科學家對地球外核鐵鎳混合物導電流體的動力學時空結構知之甚少，因此地球磁場的時空變化被《科學》雜誌評選為最具前瞻性的科學議題之一。
地球固體內核約5000K（開爾文）的高溫，地球外核鐵鎳混合物導電流體產生強烈的熱對流，保持地球外核處於液體狀態，通過非常複雜的非線性發電機效應，產生並維持地球液態外核的電流，進而產生隨時間變化的地球內秉磁場。
衛星測量的高精度地球磁場與地球系統動力學、物理結構、化學性質等緊密相關，地球磁場是唯一能反映地球系統的地核、地函、海洋、岩石圈、電離層與磁層特性的物理場。 「因此，衛星測量的高精度地球磁場為科學家研究地球複雜系統提供了寶貴資訊。」張可可說。
建立了世界首個地球外核流場三維結構與中國首個全球海洋運動磁場結構
「澳科一號」衛星科學家團隊基於「澳科一號」衛星磁場數據及其他有效地磁數據，利用人工智慧物理資訊神經網路新演算法，刻畫了地球外核發電機三維流場，揭示了地球液態外核流場結構呈現顯著的東西半球不對稱性，發現了大西洋下方液態外核中呈現由東向西的大尺度環流，顯示了地球液態外核中發電機三維流體運動的核函耦合特徵。 「這是開創性的科學發現，揭開了地球液態外核流場的神秘面紗，就像透過指紋認識了一個人。」張可可形像地說。
地球海洋由導電率較高的流體組成，地核發電機產生的主磁場與大尺度海水運動相互作用會產生感應磁場，高精度「澳科一號」衛星可以觀測到地球海洋潮汐運動感應磁場。由於海洋感應磁訊號對海洋幾何形態、海底結構、海水電導率和海洋流場都很敏感，因此可用感應磁場來研究海底地球物理和地質結構與大規模海洋運動的性質。
「建立全球海洋運動磁場結構，又是一項在理論與計算上具有挑戰性的難題。」張可可說，因為海洋幾何形態、大陸邊界、海洋洋流的複雜性，通用的球諧函數方法無法直接用於海洋感應磁場的計算。利用「澳科一號」衛星磁場數據及其他有效地磁數據，「澳科一號」衛星團隊透過海洋與陸地的網格化、海水潮汐速度的網格化，利用現代演算法來求解方程，進而求得中國首個全球海洋運動磁場結構。
目前發表的即時地球磁場模型1.0版本是基於「澳科一號」衛星高精度磁場數據及其他有效地磁數據，利用「澳科一號」衛星團隊自主研發的核心技術、核心演算法、核心軟體所建立。 「隨著『澳科一號』衛星資料不斷累積以及演算法與軟體的更新，『澳科一號』衛星團隊將會不斷發布即時地球磁場模型的更新版本。」張可可說。
未來將建立“全球高精度地磁場星座”
「建立『全球高精度地磁場星座』已寫入最近發布的《國家太空科學中長期發展規劃（2024—2050年）》。」張可可說，澳門回歸25週年之際，「澳科二號」衛星計畫也獲得了澳門特區政府的批准。 「澳科二號」衛星與「澳科一號」衛星組成高精度地磁場星座，並組網觀測，提供全球高精度的地球磁場時空變化資料。
「澳科二號」衛星與「澳科一號」衛星主要科學任務一致：對地球磁場時空變化進行高精度的觀測與研究。張可可透露，「澳科二號」衛星將是近地點達到約200公里、遠地點達到約2,000公里的大橢圓極軌道衛星。
「隨著全球高精度地磁場星座的建立，澳門將會成為高精度地球磁場測量、數據與應用的中心，提升澳門在科技界的影響力，為澳門適度多元化發展提供一個可行的高科技途徑。
