劉睿：聆聽陽光的聲音

本刊記者 嚴(yán)永紅

清晨，當(dāng)太陽從漫天紅霞中噴薄而出，將萬丈金光灑向大地，一種蓬勃向上的激情油然而生。看到這個充滿生機(jī)的世界，人們不能不熱愛和贊美賜予我們生命和力量的萬物主宰——太陽。

自古，太陽在人類文明中就占有非常重要的地位，而人類對太陽探尋的腳步也從未停止。《漢書·五行志》中記載：“日出黃，有黑氣，大如錢，居日中”，這是得到世界公認(rèn)的最早的有關(guān)太陽黑子的記錄。

不僅古人如此，時至今日，探索神秘的宇宙，揭開太陽的秘密，大概是每個人兒時都曾向往過的一個美好愿望。記者面前的這位年輕學(xué)者劉睿，也曾仰望星空，對宇宙充滿憧憬，不過他選擇了腳踏實地——北京大學(xué)地球物理系本科、北京大學(xué)空間物理學(xué)碩士、美國萊斯大學(xué)天體物理學(xué)博士學(xué)位、美國新澤西理工學(xué)院日地物理研究中心空間天氣實驗室博士后研究，一路走來，兒時的興趣，加之少年時代的努力，終于鋪就劉睿的圓夢之路。2011年，劉睿完成博士后研究工作，選擇回國發(fā)展，被聘為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院教授。事實上，回國的想法早在幾年前就已縈繞在他心間。2005年卡特里娜颶風(fēng)襲擊之后美方政府的救災(zāi)不力，2008年汶川大地震時中國政府的迅速反應(yīng)，兩相對比，使身為四川人的劉睿更加真切地感受到祖國的凝聚力，也更加堅定回國的念頭。他說：“我們每個人都有一個中國夢，也都在為此努力。”

把握太陽“脈搏”

太陽不僅給地球帶來光明和溫暖，它的活動也會對地球環(huán)境帶來災(zāi)害性影響。太陽上的爆發(fā)活動會噴射出大量物質(zhì)和高能帶電粒子，稱為太陽風(fēng)暴，有時一天會發(fā)生數(shù)次之多。

盡管普通人察覺不到太陽風(fēng)暴的發(fā)生，它的破壞力卻不可小覷。

1989年3月，日面上出現(xiàn)一個超級太陽黑子群，源于這個黑子群的太陽風(fēng)暴到達(dá)地球，引起近50年來最強(qiáng)的地磁暴，導(dǎo)致加拿大魁北克省一個變壓器因地磁感應(yīng)電流過大而燒毀，整個電網(wǎng)在90秒內(nèi)全面癱瘓，停電達(dá)9小時以上，600萬居民受到影響，直接經(jīng)濟(jì)損失約5億美元。

2003年10月底至11月初，太陽上再次發(fā)生一系列強(qiáng)烈的爆發(fā)活動，由于恰逢西方萬圣節(jié)前后，因此被稱為“萬圣節(jié)風(fēng)暴”。這次事件引起的地磁暴強(qiáng)度不如1989年3月的地磁暴，但由于我們對復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)的依賴性已經(jīng)大大增加，產(chǎn)生的損失有過之而無不及：半數(shù)以上的地球軌道衛(wèi)星報告了異常或出現(xiàn)故障，多顆科學(xué)衛(wèi)星遭受數(shù)據(jù)丟失或損壞，其中日本的環(huán)境觀測衛(wèi)星ADEOS-2完全失效，僅此一項造成損失6.4億美元，甚至遠(yuǎn)在火星的奧德賽號太空飛船（Mars Odyssey）上的火星環(huán)境輻射探測儀也因太陽風(fēng)暴襲擊而報廢；全球范圍內(nèi)的通信受到干擾，海事緊急呼叫系統(tǒng)癱瘓，GPS定位精度降低，珠峰探險隊通信中斷，我國北方短波通信受到嚴(yán)重干擾；瑞典馬爾默市一個電力系統(tǒng)遭到破環(huán)，5萬居民的電力供應(yīng)中斷，而美國電網(wǎng)得力于及時的空間環(huán)境預(yù)警，僅受到輕微影響。

劉睿主要從事太陽風(fēng)暴（包括日珥爆發(fā)、耀斑和日冕物質(zhì)拋射）的研究，涉及太陽風(fēng)暴的起源、物理結(jié)構(gòu)、爆發(fā)條件以及爆發(fā)的物理過程。在國外工作期間，對日珥爆發(fā)中的硬X射線爆、日冕內(nèi)爆、大尺度耀斑電流片等的研究取得了一系列成果。作為空間災(zāi)害性天氣事件的主要驅(qū)動源，太陽風(fēng)暴的研究成果是空間環(huán)境保障服務(wù)不可缺少的理論基礎(chǔ)和預(yù)報依據(jù)。空間環(huán)境保障涉及國防、航空航天、通訊導(dǎo)航、電力和石油運輸?shù)雀鱾€方面，是國家需求之一。

2012年，劉睿入選第二批青年“千人計劃”，并獲得國家首批“優(yōu)秀青年科學(xué)基金”資助。回國后，劉睿迅速融入中國科大日地物理研究團(tuán)組，與汪毓明教授、申成龍副教授等密切合作。劉睿圍繞磁繩形成和雙層日珥及其爆發(fā)機(jī)制開展了相關(guān)科研。

磁繩形成：報導(dǎo)了高度剪切的冕環(huán)結(jié)構(gòu)通過似穩(wěn)的非爆發(fā)性磁重聯(lián)形成磁繩并逐漸演化為不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)從而最后爆發(fā)的詳細(xì)過程，證實了磁繩作為儲存自由磁能的一個重要結(jié)構(gòu)可以在太陽大氣中穩(wěn)定存在，并為解釋行星際磁繩的來源問題提供了線索。

雙層日珥及其爆發(fā)機(jī)制: 首次發(fā)現(xiàn)并研究了一個雙層日珥由似穩(wěn)平衡態(tài)向部分爆發(fā)演化的過程。他們發(fā)現(xiàn)爆發(fā)前數(shù)小時內(nèi)日珥下層多次向上層輸運物質(zhì)和磁通，最終使得上層不穩(wěn)定，從而爆發(fā)形成日冕物質(zhì)拋射；下層則保持平衡態(tài)。基于SDO、STEREO A和B三顆衛(wèi)星同時觀測的數(shù)據(jù)，他們不僅得到日珥各層爆發(fā)前的真實高度，還明確推斷出兩層的磁螺度均為左手性。在此基礎(chǔ)上，提出雙層日珥的兩種可能磁場位形。由于任意一層磁結(jié)構(gòu)中都可能缺失日珥物質(zhì)從而表現(xiàn)為普通的日珥，這種雙層結(jié)構(gòu)具有廣泛的意義。他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)由色球纖維向日珥輸運磁通也可以驅(qū)動日珥爆發(fā)，因此這是一種重要的爆發(fā)機(jī)制。這些成果均發(fā)表在頂級學(xué)術(shù)刊物《天體物理期刊(The Astrophysical Journal）》上。

璀璨之后甘于寂寞

將時空放大, 日子周而復(fù)始, 類似的情節(jié)如煙花, 一時璀璨過后, 平靜下來, 只剩枯燥與寂寞。對于科研工作者來說, 這種難耐的重復(fù)似乎更是常人難以想象，談及此，劉睿很坦誠：“科研工作辛苦而平淡，主要在于堅持，有些工作需要幾年如一日地鉆研，需要坐得住冷板凳。”艱苦耕耘的汗水，凝結(jié)成累累成果, 那些記憶中仍然歷歷在目的點與面, 在劉睿的話語中徐徐展開，并潛移默化地成為他之后科研道路上的準(zhǔn)則。

在中科院空間天氣實驗室做碩士論文時，當(dāng)年已經(jīng)60多歲的魏奉思老師（現(xiàn)為院士）仍銳意創(chuàng)新，并堅持親自動手處理一些非常繁瑣的科研工作，他的探索精神給劉睿留下了很深的印象。而在美國攻讀博士期間遇到的兩名導(dǎo)師——David Alexander和Holly Gilbert，在治學(xué)上非常嚴(yán)謹(jǐn)，劉睿經(jīng)常與他們就某個科研問題激烈爭論，有時因為無法相互說服對方，這種爭論會持續(xù)很久，這種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度也不知不覺滲入劉睿的教學(xué)思想中。博士后期間的導(dǎo)師是新澤西理工學(xué)院的王海民教授，他非常鼓勵基于興趣的探索，并不強(qiáng)求開展項目里的工作，劉睿說：“因為是興趣使然，反而能出很多成果，愿意付出很多精力。”

在美國新澤西理工學(xué)院從事博士后研究時，劉睿就已晉升為研究教授并指導(dǎo)學(xué)生。2013年，他開始在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院招收博士生和碩士生，結(jié)合自己的求學(xué)經(jīng)歷，他更相信言傳身教、以身作則，按照學(xué)生自身背景和興趣因材施教。

如今，劉睿已經(jīng)回國兩年多了，當(dāng)被問及國內(nèi)外在太陽物理領(lǐng)域的對比時，他坦言，就發(fā)表論文、科研成果來說，國內(nèi)外較為接近，但在觀測手段上的差距較大。在太陽物理領(lǐng)域，國內(nèi)目前還沒有搭載空間望遠(yuǎn)鏡來觀測太陽的衛(wèi)星和飛船。國內(nèi)的科研人員主要依靠國外的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，盡管國外儀器的科學(xué)數(shù)據(jù)通常免費共享，但沒有自己自主的儀器和觀測數(shù)據(jù)，不能不說是一個很大欠缺。然而，劉睿從未后悔過自己的選擇，在他看來，選擇回國是一件很自然的事：“我認(rèn)為一個人對親人、朋友的愛，對自己所在團(tuán)體、國家的認(rèn)可，是一種自然、樸素的情感。”讓他深感幸福的是，太陽物理研究滿足了自己的好奇心，同時能為國家做出貢獻(xiàn)。