程鑫：追逐太阳狂暴之谜

徐芳芳

太阳让地球拥有了一片欣欣向荣的景色，但在更近的观察距离上它却具有狂暴的一面。它的外层——日冕，是一个炎热且充满活力的地方，在那里会不断发出带电粒子流形成太阳风，更会有太阳系中最大尺度的爆发现象——日冕物质抛射（CME）发生。CME发生时，数十亿吨磁化等离子体爆炸喷发的物质会对地球产生影响，损坏卫星的电子器件，杀死在太空漫步的宇航员，大的风暴甚至会使电网中断。所以研究CME的起源和演化不仅对理解太阳活动现象的本质有重要意义，而且对能否提高空间天气的准确预测能力也很关键。为破解太阳狂暴之秘，不少人正在为此前赴后继，南京大学天文与空间科学学院副教授程鑫也是其中的探秘者之一。

太阳上捕捉“磁绳”

关于CME的起源，科学家们猜测，可能与太阳活动区存在着的巨大“磁绳”有关，这种“磁绳”可能正是引发太阳风暴的罪魁祸首，但“磁绳”是否真的存在一直没有定论，因为它的演化速度极快，可见时间极短，要捕捉到它并非易事。尽管如此，程鑫还是发现了它。捕捉到“磁绳”时，他还是南京大学天体物理专业的一名在读博士生。

在太阳上捕捉到“磁绳”，发生于2011年。当时程鑫正作为南京大学天文系和美国乔治梅森大学物理、天文与计算科学学院联合培养的博士在美国跟随张捷教授做CME的观测工作，发现“磁绳”对程鑫来说既是偶然也是必然。

赴美之前，程鑫针对“磁绳”其实已经开展了一些工作，并且他一直在思考着一个问题：“CME到地球附近时，的确能探测到磁绳，但是在太阳附近，虽然大多数文献都认为CME是‘磁绳，但在没有日冕磁场直接测量的情况下，这一观点并不能完全说服我，所以我一直在寻找证据来证明这件事情。”

当时张捷教授的研究方向正好与程鑫的兴趣相吻合，更幸运的是2010年2月美国航天局刚刚发射了一架名为“太阳动力学天文台”的观测器，其携带的大气综合成像仪每隔10秒对太阳拍一次照，所得数据正是张捷教授和程鑫感兴趣的。

“每天早上到办公室的第一件事情就是打开电脑看数据，看那些在太阳不同部位发生爆炸时拍的照片。有一天在一个高温波段我看到一个很有意思、以前从来没见过的结构，就拿给张捷教授看，我们看了好多遍，讨论了很多次，但都不敢相信这可能就是‘磁绳。后来经过深入的数据分析，我们达成一致，确定这可能就是大家一直在找的‘磁绳。”程鑫回忆。

通过这次观测，程鑫首次发现了磁绳在CME爆发之前已经存在的证据——在极紫外波段表现为一个扭曲的高温热通道结构，并发现在爆发过程中，这一高温磁绳会被进一步增强，并控制CME的形成和早期动力学过程，这些发现极大推进了学界对CME物理机制即磁绳核心作用的认识。相关文章发表以来，不仅他们为磁绳存在特征命名的“热通道”一词被国内外大多数太阳物理学家所使用，而且引发了国内外很多团组利用SDO数据研究磁绳的兴趣。

程鑫说也没想到这项工作会产生那么大的影响，当时只是觉得有意思，看到大家都关注这件事情时，他心里还是非常开心的。

做自己喜欢的事情

多年过去，程鑫的研究已向CME爆发领域的深处迈进，而他对科研的热情和执着却始终如初。因为兴趣选择了现在的工作，因执着他也收获了一些成果。因在CME爆发领域的一系列成果，程鑫获得美国地球物理学会“Basu奖”和第五届“黄授书奖”。提到获奖的事情，程鑫反而有点不好意思，他说：“比我優秀的人多得是，我今后还需要更加努力”。

从2007年进入南京大学天文系读研究生至今，在天文与空间科学领域坚持了13年的程鑫，一路走来也并非一帆风顺，幸而有诸多前辈，尤其是恩师长江学者丁明德教授的一路扶持。当遇到困难时，他更是时常会想起父亲去世前对他说的话：“你该做你自己喜欢做的事情！”出身农村的程鑫，家里本不算富裕，大学快毕业，父亲又查出患了癌症，这种情况下程鑫本想放弃自己读研的梦想出去工作，是父亲的坚持改变了他的想法，继续走上求学的路。

进入南京大学天文系读研究生期间，程鑫选择了自己喜欢的研究小组——太阳组。本科学物理专业的程鑫，一开始对天文一无所知，为了尽快适应这种转变，明确自己的研究目标，他用了大半年时间把近10年太阳爆发领域顶级杂志上的代表性文章都看了一遍，最后找到了自己感兴趣的方向——CME，并一直坚持研究至今。

程鑫的母亲常说他的性格很倔，但他认为“倔”是对所喜欢事情的一种执着：“倔劲儿用到科研上，别人可能轻易放弃的事你如果能坚持下来可能就有了新的发现”。

可能跟每个人的成长经历有关，人不可能跳出自己的经验去思考问题，带学生也一样，程鑫会用要求自己的标准去要求学生，他鼓励学生独立思考，先提出问题再想办法解决问题，同时也必须非常努力。

现在，程鑫已是一位父亲，日常他必须在工作和生活之间平衡，幸好有妻子的全力支持，这让程鑫有了更多时间投入科研工作。当问到程鑫未来的目标是什么时，他说是带领研究生在太阳爆发领域多取得些突破性的成果，为我国空间天气预报提供理论支撑。

“使者”助力未来研究

科学研究离不开高质量的数据，尤其对太阳和空间物理、空间天气学而言。程鑫介绍，为揭开笼罩在太阳头上的神秘面纱，获取高质量数据，人类朝太阳派出了不少“使者”。自1995年起，包括SOHO、TRACE、RHESSI、Hinode、STEREO、SDO、IRIS等太阳观测科学卫星被相继发射，这些科学卫星各个身怀绝技，除TRACE和RHESSI已退役外，其他5颗卫星都在轨正常运行，继续为人类揭示太阳的奥秘。

让程鑫兴奋的是，2020年2月10日，欧洲航天局和美国国家航空航天局携手研制的“太阳轨道飞行器”（以下称“太阳轨道器”）成功发射，它将首次从高纬度给太阳拍照，揭示太阳极区磁场的奥秘。“这是继2018年升空的‘帕克太阳探测器（以下称‘帕克）后，人类近期朝太阳派遣的第二位使者。‘帕克比‘太阳轨道器能更近距离触摸太阳，研究太阳风如何产生，但缺点是它没有相机给太阳爆发源区拍照；而‘太阳轨道器可以弥补这个缺点，它与太阳距离适中，能对太阳进行远程拍照及原位测量。‘太阳轨道器将与‘帕克双剑合璧，刷新我们对太阳爆发的认识。”

然而“太阳轨道器”的成功发射，并不意味着人类探测太阳脚步的停歇。未来10年，人类还将发射更多太阳探测卫星，中国的“先进天基太阳天文台”（ASO-S）和南京大学的“Ha望远镜”就是其中两个。

据程鑫介绍，A S O-S是我国太阳物理界自主提出的一个太阳空间探测卫星计划。它以太阳活动第25周峰年作为契机，将实现我国太阳卫星探测零的突破。ASO-S的科学目标简称为“一磁两暴”，“一磁”即太阳磁场，“两暴”即太阳上两类最剧烈的爆发现象——耀斑爆发和CME，即观测和研究太阳磁场、太阳耀斑和CME的起源及三者之间可能存在的因果关系。

为实现这样的目标，ASO-S上共安排了3个主要载荷：全日面矢量磁像仪用来观测太阳光球矢量磁场；太阳硬X射线成像仪用来观测太阳耀斑非热物理过程；莱曼阿尔法太阳望远镜主要用来观测CME的形成和早期演化。ASO-S独特的载荷组合将首次实现在一颗卫星上同时观测太阳全日面矢量磁场、太阳耀斑高能辐射成像和CME的近日传播，力争在太阳物理前沿领域“一磁两暴”观测和研究方面取得重大突破，揭示太阳磁场演变导致太阳耀斑爆发和CME的内在物理机制，在拓展人类知识疆野的同时，也为人类生存环境有重大影响的空间天气提供预报的物理基础。

有这些太阳观测设施的助力，程鑫对未来的研究充满信心。在接下来的工作中，他将把CME的初發、CME磁绳的三维演化、磁重联物理作为自己研究的重点，帮助提高当前空间天气的预报水平。另外，基于太阳爆发的研究经验，他也将探索类太阳恒星的爆发过程。程鑫说：“我们不能阻止太阳风暴，就像不能阻止地震和火山爆发一样。但是，我们却可以提前预报它，将危害减至最轻。”

专家简介

程鑫，南京大学天文与空间科学学院副教授，博士生导师。2012年获南京大学天文学博士学位，2010年9月至2011年12月在美国乔治梅森大学联合培养，2019年2月至2019年8月在德国马普太阳系研究所做洪堡学者。主要研究方向为日冕物质抛射、磁场重联、太阳射电暴、空间天气预报等。在Nature Communications和ApJ等天文学主要期刊发表论文70多篇，引用1800多次。2013年获美国地球物理学会“Sunanda and Santimay Basu Early Career Award”，2015年获第五届中国天文学会“黄授书奖”。