他前往美国国家大气研究中心（NCAR）做博士后
2年后，受哈佛－史密松天体物理中心邀请
成为IRIS卫星科学团队主要成员之一
2015年，他重新回到北大
他的重要成果之一
回应了2012年美国《科学》杂志评选出的
当代天文学八大未解之谜之一
2020年，他成为国内首位获得
哈维奖（Karen Harvey Prize）的学者
该奖是国际太阳物理界的重要荣誉
他就是北京大学地球与空间科学学院教授
博士生导师田晖
田晖教授领衔的合作团队
在国际上首次初步实现了
日冕磁场的常规测量
揭示了日冕磁场在约8个月时间内的演化规律
今天，相关研究成果
哈佛－史密松天体物理中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics），世界上规模最大的天文与空间科学研究机构。在那里，众多的宇宙奥秘曾被率先揭开，人类得以更清醒地认识地球及太阳系，反观自身；也正是在那里，田晖度过了他人生中极为重要的三年时光。至今，田晖仍然十分认可，海外经历对于塑造一个学者学术视野的重要价值。但顺着田晖的回忆而上，国际视野，这一本应代表着开放与广阔的词汇，却也在现实中沾染了狭窄的风味。在哈佛－史密松天体物理中心，田晖的核心职责聚焦于准确标定、校正卫星数据及基于所得科学数据撰写学术论文，这些工作无疑是重要的。然而，空间科学研究的精髓远不止于此，更涵盖了卫星探测原创思想的提出和工程任务的推动、科学仪器的设计与研制等“源头活水”。遗憾的是，中国籍身份的田晖并不被允许涉足这些领域。他好像站在滔天大浪的浪尖向前翻滚着，又好像一个浪头过去，他还在原地。他被局限在了科研生态链的下游。这是加在田晖研究道路上的桎梏，也是当年我国太阳物理和空间科学前进亟需解决的困境。田晖的选择，是——2015年，应北大多位师长之邀，田晖满怀期待地回到了中国，入职北京大学地球与空间科学学院。这一年，国内的空间科学观测设备还极为稀缺，田晖研究所依赖的先进太阳观测设备就更是寥寥，仅有一两台较为先进的地面望远镜，勉强撑着门户。落差非常大。彼时的田晖，已经有了多年的国外教育及工作经历。早在博士就读期间，他就通过国家留学基金委的博士联合培养项目，前往德国马普学会太阳系研究所，跟随导师涂传诒院士的合作者Eckart Marsch教授和Werner Curdt博士，通过分析太阳紫外光谱数据来研究太阳过渡区结构和太阳风起源。德国马普学会与北大有着很深的渊源，北大空间物理与应用技术研究所有约一半的老师，曾以联合培养、攻读博士学位或担任客座研究员等方式在马普太阳系研究所学习或工作。在马普学会，田晖参与了太阳与日球层天文台（SOHO）卫星上太阳紫外辐射测量仪（SUMER）的几次观测计划的制定与实施，这让他对研究的问题“体悟”更深。在马普学会的游学经历也极大地提高了他的科研与英语交流能力。可以说，马普岁月，为田晖后来的太阳物理研究之路，打下了坚实基础。2010年，田晖在北京大学获得理学博士学位。这时，中国在太阳物理方向尚没有多少可用的自主科学数据，为了学术上的发展，田晖选择了暂时离开。他从众多申请者中脱颖而出，被录取为美国国家大气研究中心（NCAR）久负盛名的ASP项目的博士后。美国计划发射太阳界面区成像光谱仪卫星（IRIS）的消息，也在这一时期攫住了他的目光，2012年，田晖接到了一封邀请，来自哈佛－史密松天体物理中心——IRIS卫星工程的主要参与单位之一。他们当时就想招一个熟悉太阳紫外光谱及相关科学的人，为卫星发射以后的科学研究和数据处理做准备。当时全世界熟悉这个的没多少人，而且当时他们可能没有那么多钱招一个太资深的人，只够招一个比较年轻的。经过调研后，他们觉得我的专长和研究经历非常适合这个岗位，便邀请我去他们那儿工作。田晖果断地接受了邀请，就这样，2012年，他成为IRIS卫星科学团队的一员。刚进入哈佛-史密松天体物理中心时，卫星及其载荷正在研制期，田晖被安排开展大量的准备工作，比如分析实验室测试和定标的数据、制定卫星上天初期两个月内的核心观测计划、设计仪器定标方案、撰写和测试相关数据处理软件等。2013年，卫星成功发射，这时田晖的主要任务是与同事一起开展在轨调试和定标，制定并上传每天的观测计划，将原始观测数据校正、标定为科学数据，培训数据用户，并最终基于这些数据开展科学研究。这为田晖打开了一扇新的大门，他对空间科学研究的范式有了更精准的把握。身边的同事们用行动告诉我，提出原创科学想法并设计仪器、标定和处理数据，是比基于别人校正好的数据写文章更重要的硬实力。我们国内空间科学要发展，真正核心的竞争力其实不是写几篇小文章，而是自主把能解决重大科学问题的前瞻性探测思想提出来，把先进和可靠的观测设备造出来，把高效可行的数据标定和处理软件写出来，然后让全世界的人用上我们提供的优质科学数据，这才是最核心的竞争力。
但在美国发展，终归是有瓶颈的，哪怕是被“特意选中”的田晖，除非加入美国国籍，否则也是不被允许推动相关卫星探测任务，不被允许接触卫星仪器的，这让他的研究止步于数据标定和写论文，难以更进一步。再者，作为中国学者，在各种国际学术会议上作报告，却只能讲基于别国设备观测的研究结果，也让田晖觉得颇为“脸上无光”。
△在学术会议上发言
5年时光，于田晖而言，并非只是时间轴上简单标注他与北大间距离变化的刻度，更是他用以精准衡量国内与国际在空间科学前沿领域探索上差距日益缩小的宝贵标尺。他带着明确的目的归来：要依托国内陆续建成的新观测设备来做探索性研究，也要推动国际领先的、面向未来的自主观测设施建设。多年的国外经历，是一个伏笔。2015年起，田晖开始着手推动我国云南抚仙湖一米新真空太阳望远镜（NVST）与美国IRIS卫星的联合观测，并基于协同观测的数据发现了磁重联有效加热太阳低层大气的证据。这推动了紫外爆发相关研究成为太阳物理的一个国际研究热点，由此还促进了部分电离等离子体中的磁重联研究。
△云南抚仙湖一米新真空太阳望远镜
他们基于NVST的观测揭示了困扰人们40多年的黑子超声速下降流的起源机制；
利用中国“天眼”（FAST）探测到迄今最清晰的红矮星射电暴精细结构；
利用“夸父”一号卫星和46.5nm极紫外太阳成像仪等设备观测到耀斑电流片中大量的双向等离子体团；
利用“羲和”卫星等的观测揭示了太阳大气中三维扇脊零点磁场结构的形成过程。
△中国“天眼”观测到的恒星射电暴精细结构(ApJ, 953, 65, 2023)
他们的成果，还远不止这些。太阳黑子精细结构、冕环形成、白光耀斑产生机制、日冕暗腔磁场结构、暗条爆发的触发机制、喷流驱动II型射电暴的过程、恒星耀斑区的等离子体流动、星冕磁场结构……这些研究成果大大提升了我国自主观测设备在国际上的影响力。
每一次仰望，都拥有了它的意义，“利其器”成为了“善其事”的注脚。田晖的重要成果之一，他对2012年美国《科学》杂志评选出的当代天文学八大未解之谜之“为什么日冕那么热”的回应，也在这段时间里逐步完善。早在美国国家大气研究中心时，田晖与合作者就猜测，低层大气中普遍存在的小喷流（色球针状物）在往外传输的过程中可能被加热，从而为日冕源源不断地供应百万度高温的等离子体。在哈佛－史密松天体物理中心时的观测则支撑了这一猜想——IRIS卫星通过对太阳过渡区的高分辨率成像和光谱观测，发现到了许多小喷流，这些间歇性喷流的温度至少达到了10万度，很多正是针状物在往外传输的过程中被加热的结果。
△太阳针状物的产生与加热。背景为日冕极紫外图像，层叠图从下到上分别是黑色方框内的光球纵向磁场、光球辐射、色球辐射和日冕辐射图（Science, 366, 890, 2019）
通过IRIS的观测，田晖在他与合作者搭建的日冕加热问题解释框架中迈出了重要一步。回国后，田晖又在国家自然科学基金和中科院国家天文台太阳物理TAP项目等的支持下，为这一解释框架“添砖加瓦”。田晖团队发现，许多针状物在往外传输的过程中，不仅可以加热到10万度左右，还可以进一步加热到百万度左右，这已经是日冕的温度了——该发现为这一解释框架提供了进一步的支持。这一观测结果也说明，高温日冕的物质供应方式很可能是间歇性和爆发式的，这与当前大多数理论模型假设的连续、温和的物质供应过程迥异。同时，田晖团队还为长期以来学界争论纷纷的针状物产生机制问题之磁重联驱动针状物说提供了迄今最强的观测证据——他们发现，针状物通常产生于太阳上一种对流单元边界处的强磁场区域（称为网络组织）附近，当网络附近出现相反极性的小尺度弱磁场结构时，通常便会产生针状物。
田晖也还干着“老本行”，他带领团队为我国首台空间太阳成像望远镜——风云三号E星的太阳X射线极紫外成像仪的首图制作、数据定标和科学数据生产作出了关键贡献，并利用其数据研究了极紫外波的三维传播规律，发表了基于该望远镜数据的第一篇科学论文。
但他的心境却与在哈佛-史密松天体物理中心工作时大不相同。现在，他所做的很多工作，都将冠以“中国”的名义，每一个“首次”“首台”都更加令人振奋。
极紫外光学技术，这一中国科研界的痛点，也成为了田晖近几年来关注的核心。他不懈推动着面向未来的卫星探测任务，尤其是太阳和恒星的极紫外探测。
迄今为止，我国还无法研制出高性能的用于芯片生产的极紫外光刻机，也没有开展过用于天文研究的极紫外光谱观测，而西方发达国家早在半个世纪以前就已经开始了空间极紫外光谱观测。要做出重大原创性的研究成果，将望远镜放在卫星上进行长时间观测是非常重要的。
田晖意识到太阳高过渡区（太阳大气中10-80万度的区域）可能是未来太阳探测的一个重点，随后在中科院空间科学先导专项的支持下开展了预研。 他与中科院国家天文台邓元勇、白先勇老师以及同济大学王占山老师决定先期开展46.5nm极紫外太阳成像仪（SUTRI）搭载试验。 田晖团队又与中科院国家天文台、同济大学、中科院西安光机所、微小卫星创新研究院合作，凑钱研制了国际首台工作在40-100nm波长范围的窄带成像望远镜。该望远镜2022年7月随中科院空间新技术试验卫星发射升空，成功实现了我国首次太阳过渡区探测。SUTRI的观测，获取了当前国内急缺的太阳高层大气数据，已在第25太阳活动周峰年的太阳爆发监测中发挥重要作用。目前，合作团队已连续发布两年多的SUTRI科学数据，这也是我国首次面向全世界公开发布太阳极紫外常规观测数据。利用SUTRI与其他设备的联合观测数据，田晖及太阳物理同行已有超过20篇论文在ApJ、ApJL、A&A、RAA等国内外著名期刊发表。自主观测、自主数据，长远来看，更是自主原创性重大科学研究的基础。SUTRI搭载试验对合作团队的影响，还在于积累了空间极紫外探测的宝贵经验，培养了多位熟悉极紫外望远镜研制、运行和定标的年轻人——我国未来更高水平的极紫外探测，有了基础。2020年，美国天文学会（AAS）太阳物理分会（SPD）将该年度哈维奖（Karen Harvey Prize）颁给田晖，该奖是国际太阳物理界的重要荣誉，田晖是国内首位获得该奖的学者。颁奖词肯定了田晖对太阳物理研究的重要贡献：
田晖关于太阳大气中普遍性喷流和紫外爆发活动的观测研究促进了日冕加热和太阳风理论新的发展，他关于黑子动力学的研究大大增进了我们对黑子中磁重联过程的理解。
在过去的四年里，他还在北京大学建立了一个新的太阳物理研究团队，指导了多名学生和博士后。
——哈维奖颁奖词
他尤为注重将最新的研究进展与学科的发展脉络都融入到教学之中。讲太阳的科学探测，他会追溯到伽利略发明天文望远镜，然后告诉学生们诸位学人是如何一步步将最初的可见光观测推进到现在的全波段观测，学界的探测设备又是如何从最初的直接照相升级到现在的光谱偏振观测。太阳物理的研究“道阻且长”，田晖会向学生一一细数，哪些人、哪些思路对于学科的发展起到了重要的推动作用，从中启发学生去自主地思考。田晖常常用金庸小说中王重阳的弟子们来警醒自己：“金庸小说中的王重阳听说过没有？你看他那些弟子都不如他，然后他弟子们再带的弟子又不如他们，那可真是一代不如一代。”田晖想做的，是要实现“一代胜于一代”。他更倾向于鼓励学生们选择与他不太一样、有区分度的方向，将视野扩开，去大胆尝试，“太阳物理这个领域对于整个空间科学或天文学来讲，是一个很小的分支，然后我所精通的还是太阳物理里面一个更小的方向，如果我让学生限制在这么小的一个范围里面，对学生不是个好事情。我可以精通这么窄的一个课题，但如果我的学生继续做十年前我就在做的课题，这个学生未来当老师以后，又让他的学生做几乎一样的课题，那可能会限制学生学术研究的高度与广度。”陈亚杰是田晖带的第一个博士生，“他能力非常强，所以我就有意识地引导他开展多个不同方向的研究”。从日冕加热机制的研究到日冕和星冕性质的诊断，从基于各种望远镜的成像到光谱和偏振数据处理，从自主的望远镜观测到计算机数值模拟，田晖都有意识地引导陈亚杰带着问题去训练。2017年暑假，难得一见的美国日全食。在日食前的几周，刚刚本科毕业的陈亚杰先后前往云南天文台和美国俄勒冈州，与合作者一起把望远镜从最初的一堆零部件组装起来，并进行调试。由于是在很短的时间内定制的，这台科学级日食望远镜还存在不少问题，而田晖希望的，是陈亚杰能通过自己的思考和调试，并与合作者充分协作，把这些问题对观测的影响降到最低。经过几个星期的紧张调试，终于，在日全食的前一晚，陈亚杰和硕士生张婧雯将望远镜调试到了能观测的最佳状态。在那一分钟左右的时间里，当大家的目光都聚焦于日全食的时候，二人迅速拍摄了100多幅高质量的日冕红线图像。之后，陈亚杰又对数据进行了标定、处理与分析，并基于这些数据在ApJ上发表了一篇论文。
△2017年美国日全食期间，北京大学拍摄的日冕红线图像与云南天文台拍摄的日冕绿线图像、美国SDO卫星拍摄的日面图像拼接而成的日冕图像(EPP, 1, 68, 2017)
2023年，第五届“科学探索奖”获奖名单公布，田晖正在其中。他因为探索性的工作所获得的荣誉与奖励，也被他重新散播在探索性的工作中。他与团队沿着太阳物理的核心枝干出发，在继续挑战多个太阳物理难题的同时，也陆续将太阳研究中的一些方法与思路拓展至其他恒星的研究上，蔓延出更多的可能性。日冕磁场测量方法研究、日冕外流与太阳风起源研究、日冕和色球加热机制研究、恒星射电极光的起源研究、星冕爆发及其对系外行星宜居性的影响研究、日/星冕的新探测原理研究……在田晖带领的学生团队里，每个人的研究话题虽有交叉，却绝不雷同，而是拓展向更远处，不断推进着太阳和日球物理的学科边界。
△2019年，田晖（右四）与课题组博士后、博士生、硕士生、本科生在办公室合影
就这样，田晖的学生们，在田晖“窄窄的研究”基础上，捏着田晖给出的线索，以解决问题和探索未知为出发点，向太阳物理及其相关研究领域的各个方向铺开。
田晖依然重视海外经历对学生学术视野的拓展功用，他一直鼓励学生在读期间赴国外一流研究机构联合培养1-2年。
每个学生我都鼓励他们要跟更多的人交流，不能只跟我交流，因为我自己的思维能力和知识范畴毕竟有限。我也会创造一些条件，让他们跟国际上做这个方向研究的顶尖学者有合作和交流讨论的机会，去获得一些启发，同时也更好地体会他们对科学研究的严谨态度和对学术规范的尊重。
△2019年与博士后Tanmoy Samanta、博士生陈亚杰等在德国参加关于日冕加热的小型研讨会
田晖直言，他最希望学生们拥有的并非聪明才智，而是对未知的好奇和想要探索它的动力，这也是他认为科研工作者所必须拥有的特质。田晖是学生的引路者，也会在学生背后轻轻地推，但他始终坚信，最终决定学生们的路有多长的，是他们自己。目前，田晖指导的几位学生大多都已取得了不错的研究成果，田晖对他们的学术进展了如指掌：“陈亚杰的多篇论文已被欧洲空间局和美国Science杂志官网选为研究亮点进行报道，受到Solar Orbiter、IRIS、Hinode、GST等多个科学卫星和大望远镜科学团队的关注，近日还荣获国际天文学联合会2022年度优秀博士论文奖；杨子浩博士就读期间就在Science上发表两篇第一作者的论文，并入选了竞争激烈的NCAR/ASP博士后项目……”田晖是个“爱啃硬骨头”的人。
2005年，田晖进入北大地空学院攻读博士学位。在他和导师涂传诒院士第一次见面时，老师就给他打“预防针”，“他就说学空间科学不可能大富大贵，可能以后也没钱，也没有很好的工作”。田晖清楚老师说的是事实，在那个年代，空间科学的就业和待遇总体来讲确实不太乐观。
△2024年初，田晖与地空学院张立飞院长一起看望涂传诒院士
田晖给出的回答是“都没问题”，他是不怕“冷门”的。甚至在之后许多年的研究中，田晖做的方向一直是偏冷门的。
别人不做的我愿意去做。别人不做的，要么是大家还没发现这个东西很有意思，要么就是大家觉得这个东西很有意义，但是太难了，所以不做。可我就愿意做这种东西。就像日冕磁场测量这一难题，一直被学界大多数人回避。但它却成了田晖研究的大课题。2020年，田晖团队发展了基于波动追踪和密度诊断来测量磁场的新方法，由此测得世界首幅全局性的日冕磁图。近期，他们又取得了新的进展，首次在国际上初步实现了日冕磁场的日常测量，揭示了日冕磁场在近1年时间内的演化规律。
△田晖团队领衔初步实现日冕磁场的常规测量。图中黑白部分为太阳极紫外图像，彩色部分展示的是测量的日冕磁场强度分布（Science, 386, 76, 2024）
探索还在推进，Fe X 257埃谱线的磁诱导跃迁、射电诊断、近红外偏振诊断……田晖与合作者在不断地尝试，用各种方法探索日冕磁场的测量前景，最终目标是完全实现日冕磁场的常规和准确测量。
他带领团队，也开始将日冕磁场测量的思路拓展到其他恒星乃至系外行星的磁场测量中。
这是更大的难题，但意义深远，田晖不愿绕行。
近五年来，田晖带领博士后和学生们利用国内外不同波段的望远镜，一直在搜寻太阳系外的恒星上星冕物质抛射及恒星-行星相互作用的证据，有收获，但也常常收获一片空白。不过对于开拓性的工作而言，每一次尝试都至关重要。那些尝试中的意外新发现，往往又会诱发一些新的想法，许多非常有意思的研究课题就从这里起步。
在多年研究积淀的基础上，田晖与中国科学院的合作者一起提出了下一代太阳和恒星极紫外探测的新想法，他称之为“探冕计划”：通过发射一颗极紫外科学卫星，来探索太阳系内外空间天气的源头——日冕和星冕的活动规律。
他们希望首次开展快速的、全球视场的日冕光谱观测，刻画日冕外流和爆发的源区特性，以推动对空间天气更准确的预报。同时，为了揭示恒星星冕的爆发规律，把空间天气的疆域从太阳系内拓展到系外，他们还希望尽快填补当前系外极紫外观测的空白。
田晖期待着，能够主要对少数离太阳系比较近的恒星进行长期极紫外测光和光谱观测，这与天文观测中常用的“巡天”观测模式截然不同——后者旨在观测更多目标，但每个目标的连续观测时间非常有限；而田晖与合作者更希望选择少数有代表性的恒星来进行长达数周甚至数月的连续观测，以期比较准确地刻画各种星冕爆发活动及其性质。然后再结合理论模型，来探究星冕活动和系外空间天气如何影响系外行星的大气和磁场，进而影响行星上的生命起源与演化。
这是田晖锚定的一个重要目标，面向未来的学科前沿，他的研究盛宴，刚刚开始。
2018年，在地球与空间科学学院的开学典礼上，田晖曾作为教师代表发言，他这样评价自己所投身的专业：“空间科学是最大气的学科，因为广袤无垠的太空是我们的领地，而航天强国则是大国崛起不可或缺的标志。”他预言：“在地球与空间科学跨越式发展的大背景下，我们地空人将迎来空前的机遇，地空人将大有用武之地。”
时光流逝，六年间，我国空间科学（包括空间物理学、天文学、行星科学等）的发展也正如田晖曾经期盼的那样，盛宴已经开始，深空探测凯歌高唱。北大也有了不小的变化，跟随着国家深空探测战略的推进，在课程设计上做出了相应的调整，吸引着更多的学生们积极投身空间科学的研究，为国家培养更多急需的人才。此外，北大多个团队也已开始深度参与包括巡天空间望远镜、太阳极轨探测等在内的多个国家重大空间探测任务，为建设国际一流的空间科学学科、服务航天强国战略贡献力量。
△田晖在办公室，身后照片是风云三号E星拍摄的我国第一幅太阳极紫外图像
深空浩瀚无穷，尤显时间珍贵。“太阳”，在田晖的背后，田晖的目光，正跃出太阳系。
田晖，北京大学地球与空间科学学院教授、博士生导师、国家杰出青年科学基金及延续资助获得者。主要从事太阳物理研究，涉及太阳过渡区动力学、日冕加热及日冕磁场测量、黑子和耀斑动力学、星冕活动与系外空间天气、空间极紫外探测等。在The Astrophysical Journal、Astronomy & Astrophysics等天文与空间科学主要期刊发表第一/通讯作者论文数十篇， 并在Science发表第一/通讯作者论文4篇。曾任美国CoMP日冕仪团队及IRIS卫星团队成员，获美国天文学会太阳物理分会Karen Harvey Prize、中国青年科技奖、科学探索奖等荣誉。任美国日冕磁场天文台(COSMO)指导委员会(Steering Committee)成员、Living Reviews in Solar Physics期刊Associate Editor等。
来源 | 北京大学融媒体中心、北京大学地球与空间科学学院