透镜效应是一种很常见的物理现象，它能够把电磁波或者声波汇聚在焦点处。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。海洋中较浅区域水域也可形成透镜，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。人们利用光学镜头对光操作实践了多个世纪，已经发展出一个成熟的镜头制造行业，例如制造相机、望远镜、显微镜和激光器。 在广义相对论中，光线遵循时空曲率，其路径会围绕大质量物体弯曲。 这种效应被称为引力透镜效应，可以在宇宙中用于探测黑洞和暗物质。太阳是一个巨大的等离子体球，其外围大气中充满了各种波动现象。研究人员的大量研究表明，磁流体力学波会在经过日冕磁结构时会表现出折射、透射和反射等典型波现象，但发生在磁化等离子体环境中的磁流体力学波的透镜效应尚未被直接观察到。

近期，中国科学院云南天文台申远灯研究员等人采用太阳动力学天文台首次观测到一个耀斑爆发激发的准周期快模磁流体力学波穿越一个巨型冕洞后两次聚焦于一点的整个完整的动态演化过程，这一过程清晰地展示了日冕磁流体力学波的透镜效应，其中冕洞充当了棱镜的角色（如图1所示）。测量结果表明，该准周期快模磁流体力学波经过棱镜聚焦后，波动的振幅在焦点处增加了3倍，能量流提升了7倍左右。这表明磁流体体力学波的棱镜效应具备聚焦波动能量的作用，也许可在某些领域得到实际应用，以及为估计难以直接测量的日冕物理参量等提供了一种新的冕震学诊断工具。为了进一步理解太阳大气中透镜效应过程，研究团队进一步采用先进的磁流体动力学数值模拟程序，完整再现了磁流体力学波的透镜效应传播过程。

成果以“Resolved magnetohydrodynamic wave lensing in the solar corona”（《具备时间分辨率的太阳日冕中磁流体动力学波棱镜效应》）为题于2024年4月16日发表在Nature Communications（《自然·通讯》）杂志。论文第一作者为四川师范大学物理与电子工程学院周新平博士，云南天文台申远灯研究员和哈尔滨工业大学（深圳）袁丁教授为共同通讯作者。该成果由云南天文台申远灯研究员和哈尔滨工业大学（深圳）空间科学院袁丁教授领衔的国际合作团队完成。云南天文台申远灯研究员负责科研方案设计、数据观测、指导学生等方面工作；哈尔滨工业大学（深圳）袁丁教授负责研究方案设计、指导学生工作和论文初稿撰写等方面工作；四川师范大学周新平博士负责天文数据分析和论文撰写的方面工作；比利时鲁汶大学数学系Rony Keppens教授和亚利桑那大学月球与行星实验室赵小舟博士负责数值模拟工作。云南天文台博士研究生汤泽浩和周承瑞，哈尔滨工业大学（深圳）硕士研究生付立博和王骄阳参加了数据分析与数据可视化等工作。

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、云南省杰出青年科学基金、四川省青年科学基金、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，以及欧洲研究理事会高级资助等项目的支持。

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图1. 从STEREO 和SDO视角观测的日冕环境以及MHD波的透镜过程。（a）STEREO视角下的爆发活动区（AR11163）和其附近的白色轮廓线标记的冕洞。 （d）-（f）MHD波在演化过程的快照。（c）冕洞和波前轮廓的叠加图。

图2. 对透镜效应的数值模拟