冕洞透鏡事件

今年，一則新聞《我國科研人員首次觀測到電磁波動態(tài)傳播》出現(xiàn)在各大科技媒體上，其核心內容是：“太陽日冕的特殊結構以及行星等大型天體可作為電磁信號放大器，或可實現(xiàn)星際間通訊或者能量傳輸。相關研究成果發(fā)表在《自然·通訊》上?！?/p>

猛一看，大家會驚呼：《三體》誠不我欺！彈撥太陽發(fā)送廣播莫非馬上要變成現(xiàn)實了？

實際上，這是對論文的錯誤理解，也讓很多天文學工作者無奈苦笑。找來《自然·通訊》上的原始論文就會發(fā)現(xiàn)，論文說的內容其實是：“特定形狀的太陽冕洞能夠使磁流動力波聚焦，類似的效應應可在具有磁場的行星、其他恒星或星系找到。該透鏡過程可用于冕震學的研究?！?/p>

這里的要點有四個：

被影響的是磁流體動力波（簡稱磁流波），不是電磁波。磁流波以等離子體作為介質，和不需要介質的電磁波不是一回事。在這項研究里，磁流波沒有離開日冕。

是聚焦，不是放大。這項研究里，磁流波從太陽耀斑開始擴散，途徑一個冕洞后，部分磁流波發(fā)生聚焦，焦點處的波幅比擴散期的大，但遠小于耀斑源頭的波幅。

只有特定形狀與密度的冕洞可以觀察到這種透鏡效應。在這項研究里，聚焦發(fā)生在冕洞的一個月牙形灣區(qū)。

該現(xiàn)象的潛在應用是對冕震學的研究，也就是對日冕內發(fā)生的震動的研究，而非用于星際通訊或者能量傳輸，因為磁流波未能離開日冕，并且沒有放大原始信號。

要點總結完畢，接下來，我們詳細梳理一下：

這項研究早在2022年就已提交，使用的是2011年的觀測數(shù)據(jù)（感嘆：要在科學前沿做出新發(fā)現(xiàn)，真的太難太難了）。具體的觀測事件是這樣的：

2011年2月24日，日地關系觀測臺B星（STEREO-B）觀測到太陽表面一處耀斑爆發(fā)。這顆衛(wèi)星當時運行在尾隨地球約95°的環(huán)日軌道上，所以它看到的是當時太陽的背面。從地球方向看過去，則能夠看到這個耀斑激蕩出的磁流波（等離子體受磁場影響表現(xiàn)出的波），就像地震引發(fā)的海嘯波浪一樣，從太陽邊緣出現(xiàn)，緩緩繞到正面來。對磁流波的后續(xù)觀測，由運行在地球身邊的太陽動力學觀測臺（SDO）所完成。

日地關系觀測臺B星觀測到的太陽耀斑（紅圈）和冕洞（白圈）

從太陽動力學觀測臺的數(shù)據(jù)得到的磁流波聚焦現(xiàn)象

磁流波以耀斑為中心向外擴散的途中，經(jīng)過了一個形狀不規(guī)則的冕洞（日冕上的較冷、較稀薄的磁場開放區(qū)域）。通過分析SDO的觀測數(shù)據(jù)，中國研究人員發(fā)現(xiàn)，在這個冕洞的一個月牙形開口的灣區(qū)，磁流波的“波浪”前沿（波前）發(fā)生了過去從未觀測過的現(xiàn)象：原本外凸的波前呈現(xiàn)出內凹，最后聚焦在一個點上，就像光/電磁波通過透鏡聚焦一樣。

——順便說說，原始論文中常常以光/電磁波通過透鏡打比方，或許是報道解讀出現(xiàn)偏差的原因。

研究人員認為，冕洞里的磁場由單一極性主導，并且物質比冕洞周圍更稀薄，這里的阿爾文速度（衡量磁流波的一個速度）較高，當磁流波離開冕洞后，就朝向阿爾文速度較低的區(qū)域偏折。通過數(shù)學模擬，研究人員重現(xiàn)了磁流波聚焦的現(xiàn)象。

對磁流波聚焦現(xiàn)象的數(shù)學模擬

總而言之，這項研究的內容是日冕內物質的運動現(xiàn)象，并未討論它對電磁波（包括光）的影響，研究并未涉及通訊或能量傳輸?shù)脑掝}。

參考資料：

我國科研人員首次觀測到電磁波動態(tài)傳播—新聞—科學網(wǎng) (sciencenet.cn)

Resolved magnetohydrodynamic wave lensing in the solar corona | Nature Communications

作者：曲炯 科普作者

審核：劉茜 北京天文館研究員