四川师范大学周新平博士等人研究成果在《Nature Communications》上发表

华夏文明对太阳的崇拜和探索从未间断。2300多年前，伟大的爱国诗人屈原发出了“羲和之未扬，若华何光，何所冬暖，何所夏寒”的天问，至今仍激起人们对宇宙起源的思考。在今天的我们看来，太阳不仅是地球生命的摇篮，更是天然的等离子体实验室，它为我们提供了研究高能爆发的宝贵机会。太阳上的各种爆发活动是宇宙中最为强大的能量释放过程之一，如太阳耀斑和日冕物质抛射等。这些现象不仅让人叹为观止，也为科学家们探索宇宙的奥秘提供了重要的线索，更重要的是它们与人类赖以生存的空间环境息息相关。太阳是距离人类最近的一颗恒星，可供人类高分辨成像观测。这为我们研究恒星演化，了解恒星的内部运作机制，揭示宇宙起源，以及预测灾害性空间天气提供了机会。

近年来，我国相继发射了多颗搭载天文望远镜的空间卫星，中国最佳的太阳观测基地也落户四川稻城。这一系列的重大项目表明我国正处于对宇宙探索的蓬勃发展阶段。四川师范大学和中国科学院云南天文台、哈尔滨工业大学（深圳）、鲁汶大学等科研院所合作，利用高分辨的成像数据结合数值模拟，在国际上第一次成功解析了太阳等离子体环境中的透镜效应。

4月16日，该成果以“Resolved magnetohydrodynamic wave lensing in the solar corona”《解析太阳大气中磁流体力学波的透镜效应》为题发表在Nature Communications（《自然•通讯》）上。据了解，该项研究是中国、比利时和美国等多国科学家、科研机构的共同合作的结果，其中四川师范大学周新平博士为第一作者，云南天文台申远灯研究员、哈尔滨工业大学（深圳）袁丁教授为共同通讯作者，鲁汶大学Rony教授和亚利桑那大学月球与行星实验室赵小舟博士为共同作者。

透镜效应是一种很常见的自然现象，它能够把电磁波或声波汇聚在焦点处。在气动力学中，声学透镜在生物医学、癌症治疗等方面具有重要的应用价值；在流体力学中，海洋中较浅水域也可形成透镜，海浪在通过浅水区域时，它们的振幅和能量将在焦点处增强从而导致海啸的发生；在广义相对论中，光线由于受引力透镜效应影响其路径会围绕大质量天体弯曲，这种效应可用于探测宇宙中的黑洞和暗物质。透镜效应还被广泛用于人们的日常生活中，比如在相机、望远镜、显微镜和激光器等光学镜头中。尽管如此，由于电磁波的速度高达300000km/s，导致追踪其动态演化过程仍然异常困难。而在太阳的等离子环境中普遍存在的磁流体力学（MHD）波在等离子体环境中的速度只有1000km/s，这为追踪其动态演化过程成为可能。

四川师范大学周新平博士与其合作者利用高时空分辨率数据发现一个MHD波列在穿过冕洞右边界后汇聚（图2），在这个过程中冕洞充当了“凸透镜”的作用。冕洞的温度、密度和磁场强度相对较低，在紫外波段中表现为较暗的区域，冕洞的这些物理性质及其独特的形状对捕获MHD波的动态演化过程起到了关键的作用。据计算，MHD波在焦点处振幅增强了3倍，波前的能量密度提升约7倍。

为了深入理解太阳大气中的透镜效应过程并揭示其背后的物理机制，该团队利用磁流体力学数值模拟进行了进一步的研究，基于观测到的冕洞轮廓成功地复现了磁流体力学波的动态演化过程，他们的研究结果表明：1. 焦距的长度对冕洞边界轮廓具有很强的依赖性，边界曲率增大会导致焦距变短。2. 透镜效应随着冕洞内外等离子体密度比Rρ的降低而增强，等离子体密度比处在0.2 < Rρ < 0.5范围时透镜效应最为明显。3. 当波源相对于冕洞边界的距离增大时，焦距的长度会减小。这些研究成果对探究冕洞内部温度、密度和磁场强度等难以直接获取的物理量具有极其重要的参考意义。

据悉，该工作得到了国家自然科学基金优秀青年项目、面上项目、青年项目、四川省青年科学基金、云南省杰出青年科学基金、广东省杰出青年基金、深圳技术项目、深圳重点实验室启动项目、欧洲研究理事会高级资助等项目的支持。