大家好，我是陈鹏飞，来自南京大学天文与空间科学学院，一名专注于太阳研究的学者。今天站在这里，我想和大家分享的，不仅是太阳的奥秘，更是一段“半路出家”追光逐梦的科研旅程，以及一个贯穿始终的信念：对任何奇特的天文现象，理论学家或许能提出成百上千个模型，但唯有实践，才是检验真理的唯一标准。
我的科研起点，和很多科班出身的同行截然不同。上世纪八九十年代，房地产行业蓬勃发展，我考入南京理工大学土木工程专业，这在当时是妥妥的热门之选。可我内心总觉得少了点什么，那时的我，满心向往成为爱因斯坦那样的学者，对工程领域始终提不起真正的热情。在那段迷茫的时光里，有人跟我说“遇事不决，量子力学”，这句半开玩笑的话，竟成了我人生的转折点。我开始自学量子力学，凭借这份执着，成功考上中国科学院近代物理研究所，正式踏上了物理研究的道路。
硕士在读的第二年，一场偶然的报告彻底改变了我的人生轨迹。南京大学天文系彭秋和教授的演讲，让我第一次接触到天体物理——那一刻，我仿佛找到了命中注定的归宿，意识到这才是我愿意用一辈子去坚守和付出的专业。于是我毅然决定跨考，最终如愿进入南京大学天文系，师从方成教授攻读天体物理博士学位。
这段跨界经历，我常用来勉励我的学生。我告诉他们，人一定要有自己的爱好、梦想和追求，一旦找到，就要义无反顾地去追寻，无论要付出多大代价。但同时我也会强调，“追梦”不代表“弃责”：学土木工程时，我从未懈怠，本科毕业论文获评南理工优秀;攻读物理硕士时，我潜心钻研，论文也拿下了中科院近物所的优秀;找到挚爱天体物理后，我更是全力以赴，博士毕业论文最终斩获全国优秀。这让我深刻体会到：“爱一行干一行”与“干一行爱一行”从不矛盾，立足当下把每件事做好，才能在机会来临时，有底气去奔赴梦想。
言归正传，说说我毕生钻研的对象——太阳。我们每天都能看到它，它为地球生命的存续提供了恰到好处的光和热，看似“白净温和”，实则“活力四射”。大家有没有想过，太阳也会长“雀斑”?这些“雀斑”就是我们常说的太阳黑子。它之所以呈现黑色，是因为其温度比周围低了1000多摄氏度，而温度偏低的核心原因，是这里存在极强的磁场，阻碍了太阳内部的能量向表面传输。
别小看这些“雀斑”，它们的出现，是太阳活动的重要信号，随之而来的，是一系列壮观却暗藏风险的太阳现象。比如“日珥”，它就像悬浮在100万摄氏度日冕中的“低温耳环”，温度仅7000℃，寿命通常只有三四天到五六天，最终大多会以爆发的形式抛射而出。而日珥抛射之后，其下方常会爆发剧烈的太阳耀斑——视频中这个环状结构就是典型的太阳耀斑，它的持续时间不过五六十分钟，释放的能量却相当于100亿颗原子弹同时爆炸，分摊到全球80亿人身上，相当于每个人都握着一颗原子弹一同引爆。视频右上角的小圆块是地球，大家可以直观感受到，太阳耀斑的规模远比地球庞大。
与太阳耀斑相伴发生的，还有更壮观的“日冕物质抛射”——几十亿吨物质随日珥一同向外抛射，速度可达几百甚至上千公里每秒。这些由日冕物质抛射、太阳耀斑、日珥等组成的爆发现象，统称为“太阳风暴”。一旦太阳风暴的物质朝着地球袭来，就会扰动地球磁场，引发地磁暴，进而给人类高科技领域带来致命打击：加速的电子、离子会给卫星表面充放电，甚至击穿芯片导致卫星报废;太阳耀斑的强烈辐射会干扰地球电离层，中断短波通讯;而地磁暴则可能摧毁电网、瘫痪电站，造成巨大的经济损失和社会混乱。
这样的案例并非危言耸听。1989年3月，一次剧烈的太阳耀斑爆发后，几十亿吨物质以2000公里每秒的速度冲向地球，精准“击中”加拿大魁北克省。这次冲击直接烧毁了当地水电站的核心变压器，导致整个魁北克省停电——在寒冷的冬夜，600万人在饥寒交迫中度过了9个小时。2022年2月，马斯克一次性发射了49颗卫星，恰逢一次中等强度的太阳耀斑爆发，最终40颗卫星因受太阳风暴影响坠毁大气层，被网民调侃为“一场盛大的太空烟火”。据统计，太阳爆发活动每年给全人类高科技领域造成的损失高达几十亿元人民币。这也让我们深刻认识到：太阳物理研究绝非单纯的基础学科探索，它与国计民生息息相关，有着极强的现实意义。
或许有人会问：既然黑子会带来这么多麻烦，那太阳没有黑子是不是更好?答案恰恰相反。400年前，太阳曾经历过一段长达70年几乎没有黑子的时期，天文学上称之为“蒙德极小期”，而这一时期恰好对应地球小冰期温度最低的阶段。当时，英国泰晤士河彻底结冰，人们无需绕行伦敦桥，直接在冰面上通行、摆摊;全球气温骤降导致农作物大量减产，老百姓食不果腹。有学者甚至认为，这次小冰期是明朝灭亡的重要诱因之一。可见，太阳黑子的存在，是太阳能量平衡的重要标志，也是地球气候稳定的间接保障。
聊完太阳的“脾气”，再说说我的研究方式。太阳研究有个很特别的地方：其他天文领域需要夜间加班观测，而太阳只在白天出现，想加班都没机会。但我天生喜欢“多做事、肯钻研”，于是选择了一条特殊的道路——不依赖传统观测，而是通过计算机数值模拟研究太阳现象。这样一来，即便太阳下山，只要有电，我就能继续“追光”，在电脑上还原太阳爆发的全过程。接下来，我想通过两个核心研究案例，讲讲我们是如何用数值模拟破解太阳的奥秘，又如何用实践验证理论的。
第一个案例，是太阳爆发的预报。既然太阳风暴危害巨大，能不能像天气预报一样提前预警?这是全球太阳物理学者共同关注的问题，其中就包括著名物理学家理查德·费曼的妹妹——琼·费曼，她也是我们太阳物理领域的杰出同行。中国有句古话“山雨欲来风满楼”，任何重大事件发生前，往往都会有先兆。琼·费曼经过长期研究发现：日珥爆发的前一天，其周边常会出现新的黑子;且只有当新黑子朝上的正极，靠近原有日珥朝下的负极时，正负磁场抵消才会触发太阳爆发;若磁场方向相同，则不会出现爆发现象。
这个发现在国际上引起了巨大反响，为太阳爆发预报提供了重要思路，但大家始终“知其然不知其所以然”。我们团队基于此提出了一个理论模型：日珥悬浮于日冕中，其磁场从左侧正极流出、右侧负极流入;当新的黑子(带正极磁场)靠近原有日珥的负极时，正负磁场会发生抵消，磁力线会重新连接并延伸至右侧;重新连接的磁力线会产生类似弹弓的张力，拉动日珥物质加速向上运动，最终导致日珥抛射。为了验证这个模型，我们进行了计算机数值模拟，结果完美复刻了这一过程——当正负抵消的磁场出现时，日珥果然失去平衡发生爆发，精准解释了琼·费曼发现的规律。这篇论文至今已被引用475次，是我所有成果中引用率最高的论文之一，但真正让我引以为豪的，是另一项关于“太阳海啸”的研究。
1998年，美国学者汤普森及其同事意外发现了一种奇特的波动现象——“太阳海啸”。当大型太阳耀斑爆发后，太阳表面会激发起类似地球海啸的波动，且只要这种海啸发生在太阳中心附近，100%会有几十亿吨物质以极高速度朝着地球袭来。起初，全球学者普遍认为太阳海啸是一种“磁声波”——就像我们能听到声音是因为声波传播一样，太阳上的声波会与磁场耦合，形成磁声波。但德国同行随后发现了一个矛盾点：太阳海啸的传播速度，仅为太阳大气中磁声波速度的1/3，这与“磁声波”的理论属性完全不符。一时间，学界争论不休，公说公有理婆说婆有理。
2008年，世界空间科学大会在加拿大举行，组织者特意设置了专场辩论，邀请我和欧洲、美国的两位专家就此话题展开交锋，上演了一场太阳物理界的“三国演义”。几年后的2014年，瑞士国际空间科学研究所举办太阳海啸专题研讨会，9位全球代表中，8位依然坚信太阳海啸是磁声波，只有我坚持“反方观点”——那一刻，我真正体会到了“舌战群儒”的滋味，但我始终坚信：真理往往掌握在少数人手中。
我的核心观点是：太阳海啸并非沿直线传播的磁声波，而是受磁场约束，沿着磁力线“拐弯”传播。大家可以看这张示意图：日珥是太阳表面突出的耳环状结构，红线是日珥上方的磁力线。磁声波沿直线传播，从C点到D点速度极快;而太阳海啸则从A点传到C点形成第一个波前，再从A点向上传到B点，随后拐弯传到D点形成第二个波前。传播路径变长、耗时增加，表观速度自然就慢了下来，计算结果恰好是磁声波速度的1/3，完美解决了学界的矛盾。
我们的数值模拟也印证了这一猜想：当日珥从太阳表面抛射时，首先会产生红色的磁声波，速度极快;而在磁声波后方，会有一个深蓝色的波缓慢传播，速度正好是磁声波的1/3——这就是太阳海啸，它确实不是磁声波。更重要的是，我基于这个模型做出了一个预言：当初发现太阳海啸的望远镜，拍摄太阳的时间间隔过长，错过了关键细节;如果未来能发射拍摄频率更高的望远镜，一定能同时观测到两个波动——前方快速传播的磁声波，和后方缓慢传播的太阳海啸。
这个预言在发表十年后，终于得到了实践的验证。美国发射了一颗新的太阳探测卫星，国内外同行纷纷发表论文证实：他们确实观测到了“快慢双波”，慢波是太阳海啸，快波是磁声波，两者速度比约为1:3，与我的预言完全吻合。这件事让我更加坚信“实践是检验真理的唯一标准”，也让我意识到：单纯的数值模拟不够，观测研究同样不可或缺。于是，在从事了十年计算机模拟研究后，我开始涉足太阳观测领域，而这也让我有幸参与到一项重大的国家项目中。
我的导师方成老师，一直非常重视太阳观测研究。1980年，他克服重重困难，建成了我国第一座太阳塔。后来，随着南京城市化进程加快，市区的观测环境逐渐恶化，方老师又带领我们前往云南美丽的抚仙湖畔，建成了光学与近红外太阳探测望远镜。目前，我们团队正在研制一台2.5米的太阳光学望远镜——这是国内最大的太阳光学望远镜，计划2026年底建成，选址在四川稻城海拔4700米的无名山。我相信，等到望远镜建成的那天，这座“无名山”一定会变成享誉国际的“观日名山”。
但地面望远镜存在诸多局限：一是地球大气的扰动会影响观测精度;二是单一地点每天只能观测7到8小时，太阳下山后便无法继续;三是日珥爆发早期速度极慢，现有地面设备无法捕捉到这种“青萍之末”的微小速度变化，难以精准预报其是否会爆发、物质是否会撞击地球;此外，太阳海啸的研究虽已取得突破，但仍有诸多未解之谜，比如并非所有太阳海啸前方都有磁声波，需要更清晰的观测数据来解答。
为了突破这些局限，我们南京大学羲和团队历经6年攻坚，在航天部门的全力支持下，成功研制出我国第一颗太阳探测卫星——“羲和号”。2021年10月14日，“羲和号”在太原卫星发射中心由长征二号丁运载火箭发射升空，而这也是太原卫星发射中心自建立以来发射的第100颗卫星，有着特殊的纪念意义。
“羲和号”的运行堪称完美，这张图片就是它拍摄的太阳像，清晰度远超以往。截至目前，全球已有15个国家的同行在使用“羲和号”的数据。2024年我在比利时参加国际会议时，英国同行对“羲和号”的数据赞不绝口。更让我们振奋的是，“羲和号”实现了多项突破：以往的望远镜只能看到日珥的存在，而“羲和号”通过多普勒效应，能清晰捕捉到日珥缓慢向地球抛射的过程——图中蓝色部分代表物质朝我们运动(蓝移)，红色部分代表物质向下掉落;更重要的是，“羲和号”探测到了大量太阳海啸前方的磁声波，为我们的理论研究提供了坚实的观测支撑。
在“羲和号”成功的基础上，我们团队正在全力研制“羲和二号”。未来，它将被发射到第五拉格朗日点——这个点与太阳、地球构成等边三角形，能让“羲和二号”以“旁观者”的视角，全程监测太阳爆发物质从太阳传到地球的完整过程，为太阳风暴预报提供更精准的数据支持。
至今，我依然清晰记得2021年10月14日那个夜晚：在太原卫星发射中心，长征二号丁运载火箭冒着熊熊烈焰，携带着“羲和号”冲破漆黑的夜幕，朝着太阳的方向飞去。那一刻，我内心满是激动与自豪，深刻感受到：我们的科研事业，正与国家的发展同频共振、蒸蒸日上。
从土木工程到天体物理，从计算机模拟到观测研究，从理论预言到卫星验证，我的追光之路充满了跨界与挑战，但始终坚守着“实践出真知”的信念。太阳的奥秘还有很多，我们的探索之路还很长，但我坚信，只要我们心怀梦想、脚踏实地，就一定能在追光的道路上不断前行，为国家的航天事业、为人类的天文探索贡献更多力量。
谢谢大家!
——陈鹏飞·南京大学天文与空间科学学院教授
格致论道第124期|2025年10月25日北京
本文来自微信公众号：格致论道讲坛，作者：陈鹏飞