近日，北京大學地球與空間科學學院教授宗秋剛團隊研究提出，在空間和天體等離子體中，跨尺度波動—粒子相互作用，可導致能量從宏觀尺度到微觀尺度的快速輸運。這一機制有助于解釋空間和天體系統中的能量耗散問題以及等離子體的加熱加速問題。相關論文在線發表于《自然—通訊》。

近期，宗秋剛團隊通過分析觀測資料證實，跨尺度波動—粒子相互作用是一種可能的跨尺度能量輸運機制。這類似于大氣中充斥著聲波，空間和天體等離子體中也充斥著各種等離子體波動。但是由于構成等離子體的組分(通常為質子和電子)的質量相差懸殊，等離子體波動具有多種不同的時間和空間尺度。

等離子體波動可根據尺度粗略劃分為三大類：流體尺度波動、離子尺度波動和電子尺度波動。研究團隊通過詳細分析美國宇航局的磁層多尺度探測(MMS)任務獲得的數據，發現空間中的離子可以同時和宏觀尺度的超低頻波、微觀尺度的電磁離子回旋波相互作用。通過這一相互作用，能量首先從超低頻波先傳遞到離子，然后從離子傳遞到電磁離子回旋波，最后通過電磁離子回旋波—離子回旋共振而耗散。與傳統湍流串級模型不同，在這一跨尺度波動—粒子相互作用中，能量可直接從宏觀尺度傳遞到微觀尺度，無須經過中間尺度的介導。對觀測數據的定量分析表明，跨尺度波動—粒子相互作用的時間尺度約為1分鐘，遠小于各種空間和天體能量過程的時間尺度，證明其是一種有效的跨尺度輸運能量的機制。

研究還發現，跨尺度波動—粒子相互作用可導致不同尺度的動態過程相互耦合，以及空間等離子體加熱和加速。這些發現為進一步理解極光、地磁脈動以及空間高能粒子的產生提供了新思路。(記者韓揚眉)

關鍵詞： 研究揭示太空跨尺度能量傳輸新機制 等離子體波動具有多種不同的時間和空間尺度 動態過程相互耦合 構成等離子體的組分質量相差懸殊