太阳，作为人类生命之源和最亲近的恒星，承载了人们对宇宙奥秘的无尽遐想，更是科学家们长久以来研究的焦点。日前，哈工大（深圳）空间科学与应用技术研究院教授袁丁及其合作研究者利用全球先进空间太阳望远镜——太阳动力学天文台，首次观测到电磁波（光）的动态传播，相关成果以《具备时间分辨率的太阳日冕中磁流体动力学波透镜效应》为题发表在世界顶级期刊《自然•通讯》上。

袁丁的研究一直围绕“太阳”进行。2023年初，他和合作者提出太阳日冕加热的革新性物理机制，让“人造太阳”有望变成现实，成果登上了《自然·天文学》。此次又有新成果，他说：“浩瀚宇宙有无数未解之谜，这比科幻小说更引人入胜。用空天科技让科幻小说中的情节一步步变为现实，这就是我们科技工作者的使命。”

人类的“首次”带来“无限可能”

人类能够看见光线传播的轨迹，但无法观测光波的动态演化，这是因为光速是宇宙中最快的速度。要观测光波的动态传播过程有两种途径，一是发明比光速还快的成像仪器，二是让光速降下来。长久以来，这都是困扰科学界的一道难题。

一次观测发现，让袁丁团队发现了“光的秘密”。“我们在观测中发现，太阳耀斑爆发触发了大尺度的磁流体动力学波，波前以太阳耀斑为中心往四周扩散传播，磁流体动力学波途径过了一个巨大的冕洞——日冕中温度低、等离子体密度低、磁场强度低的区域，在空间太阳望远镜的极紫外波段辐射弱，所以称为冕洞。而冕洞则充当了‘凸透镜’的角色，磁流体动力学波从由四周扩散变为向焦点逐渐聚焦。”袁丁说，这是一个基础的物理学问题。磁流体动力学波是电磁波与等离子体（离子和电子）相互作用和耦合的低频近似形式，传输速率远低于真空中的电磁波（光波）的速率，所以该研究可视为电磁波（光波）的首次动态观测，即该研究首次验证了实现了具有时间分辨率的电磁波（光波）的动态传播。类似过程常见于光学凸透镜、引力透镜等光学现象。

“据测量，磁流体动力学波经过聚焦后，波动的振幅增加了3倍，所携带的能量流提升了7倍，这表明这种现象具备能量聚焦的效应。”袁丁说，这个成果为很多科学构想提供了可能，可利用磁流体动力学波诊断空间等离子体和磁场特征，特别是太阳的极区和背面，全面理解太阳和空间等离子体基础物理过程，为“人造太阳”核聚变发电和空间天气灾害研究奠定理论基础。同时作为长期目标，可战略性开展星际间通讯或能量传输等前瞻性实验，优先抢占太空资源应用的高地。

另一方面，该研究还可以为航空航天事业“保驾护航”。由哈工大和中国航天科技集团联合建设的我国航天领域首个国家重大科技基础设施“空间环境地面模拟装置”，已开展空间磁环境和空间等离子体环境等相关系统的研究，可为研究空间环境与材料、器件及生命体的相互作用等提供重要支撑，对于保障人类太空探索活动的顺利开展、突破地面单因素模拟的局限、全面了解空间环境综合因素对物质的作用和影响等具有重要意义。袁丁团队的研究就可为“空间环境地面模拟装置”提供理论依据和数值模型基础。

太阳动力学天文台观测的耀斑爆发（波源）、冕洞（棱镜）和磁流体力学波的波前的扩散和聚焦过程

无数“偶然”背后的“必然”

从首次观测到电磁波在冕洞里的传播现象，到最终成果发表，花费了三年多的时间。袁丁说，这个过程充满了很多个“偶然”。

首先，观测到这种特殊现象就是“天时地利人和”的“偶然”。在这项成果中，先进的研究手段可谓最强“助攻”。课题研究采用了美国太阳动力学天文台望远镜提供的大气成像阵列的高清观测资料，该望远镜是世界上目前正在运营的最大的天基太阳望远镜之一。“理论上，世界上的科研工作者都可能观测到这一现象。但是，只有我们的灵光闪现了，从中发现了不同寻常的意义。”袁丁说。

其次的“偶然”是研究方向的调整。袁丁团队在观测到这一特殊现象后，最开始的构想是只在物理层面上做解读，但是一次去云南天文台的交流活动，让他碰到了另外一支研究团队。“他们也在分析这个事件，从其他角度写了文章。我把想法跟同行交流后，他们建议我们从电磁波的聚焦效应入手，这样，研究的意义就会更大。”就这样，同行之间智慧的碰撞，让研究又上了一个台阶。交流、碰撞，恰恰是袁丁团队的“常态”，因为这是一支跨国、跨专业的团队。美国的先进空间卫星、比利时完备的磁流体动力学数值模拟程序 与中国的智慧相融合，才最终实现了突破。

另外，文章在审稿过程中也经历了一波三折。袁丁笑着说，因为成果既有物理界的突破，也有天文学的意义，所以审稿人对于究竟发表在什么期刊上合适意见不一，导致审稿过程很漫长。几经“转会”，成果在得以在《自然•通讯》上发表。

科研上的重大发现往往来自于“偶然”，但“偶然”的背后，是一双双善于发现的眼睛和一颗颗对科学执着的心。

高性能计算机模拟的磁流体力学波的发射与聚焦过程

让科幻小说一步步成真

科幻小说《三体》描述的未来世界里，人类造出了可控核聚变装置——反应炉中燃起的“微型太阳”，消耗少量的燃料就能释放出巨大的热量用于发电，这种装置被称为 “人造太阳”。袁丁团队2023年发表在《自然·天文学》上的成果，让“人造太阳”的“进度条”再进一步。

同样是在《三体》中，主人公意外掌握了一种特殊的电磁信号传输方法，于是她用太阳作为信号放大器，以“恒星级”的传输功率向宇宙打出了人类文明的第一个“招呼”。袁丁团队此次的成果，又让人们对这一幕的实现产生无数联想……

研究成果仿佛都在一一与《三体》相呼应，这是巧合还是追求？“虽然我读过的科幻小说不是很多，但是《三体》这样经典的科幻小说还是读过很多次的，我也经常会借助其中的一些情节，给中小学生进行科普。”袁丁说，2019年《流浪地球》首映的时候，他立刻在科技馆和中小学等机构开展了《<流浪地球>中的科幻与科学》科普报告。另外，他还长期针对不同的中小学和公众群体开展《<三体>中的天文科学》科普报告，并以专家嘉宾身份参与多场科普节目的录制，将科学研究和科幻结合在一起，科技研究和科普宣传两翼齐飞。

“空间和天文物理学研究跟我们的生活息息相关。我国已经是空间探测、空间科学和空间应用领域的重要国家，开展前沿太空探索的同时，将太空的信息以大家能够理解的形式传递给大众，也是一项重要的工作。”袁丁说，他希望青少年既能通过科幻小说爱上科学，但同时也要分清虚构与现实。“事实上，科幻小说中大多借用的是科学概念，要变为现实还有很长的路要走。就像我们这次的研究，虽然已经取得了理论上的突破，但是要落实到应用，还需要长时间的探索。”

袁丁及其团队目前又在进行一项围绕太阳的“神秘任务”。成果还没到对外公布的时候，但他说，“真的很有意思”。“科幻小说中的情节虽然令人神往，但很多在科学上还无法实现。我们要做的，就是把科幻一步步变成现实……”，袁丁的脸上，有兴奋的期待，更有坚持的笃定。