地球科学学院空间物理团队在太阳风湍流相干结构附近离子加热研究取得重要进展

近日，云南大学地球科学学院地球物理系空间物理团队在国际天体物理学期刊《The Astrophysical Journal Letters》发表了题为“Preferential Heating of Protons over Alpha Particles near Turbulent Coherent  Structures: Parker Solar Probe Observations”的研究论文。该研究通过分析NASA帕克太阳探测器（Parker Solar Probe, PSP）提供的近太阳观测数据，发现太阳风湍流相干结构能够对不同离子组分产生差异化加热作用，具体表现为质子相较于阿尔法粒子（氦-4原子核He⟡⁺）获得更加显著的升温，该结果有助于深入理解原初湍动太阳风微观能量转换和离子能化机制。

太阳风是日冕持续向外膨胀形成的超声速高温等离子体流，其径向演化中的非绝热加热及不同粒子组分间的能量分配，是日球层物理的重要科学问题。太阳风中广泛存在电流片、涡旋等湍流相干结构，被认为是能量耗散和粒子能化的重要场所，但不同离子组分，尤其是阿尔法粒子在其中的局地响应仍缺乏系统观测。本研究利用帕克太阳探测器的高分辨率磁场和粒子数据，通过PVI识别相干结构并开展统计分析。结果表明，相干结构中心附近质子的温度增幅高于阿尔法粒子，阿尔法粒子与质子的温度比显著下降（图1）；离子温度增强主要发生在垂直于背景磁场方向，同时两类离子的相对漂移速度和库仑碰撞年龄均有所下降。本研究首次系统揭示了太阳风湍流相干结构中质子和阿尔法粒子的差异化加热特征，表明相干结构能够选择性调节不同离子组分的能量分配，并使其温度趋向平衡。相关能量转换可能由湍流随机加热、波粒相互作用等无碰撞过程驱动。该研究为理解太阳风湍流耗散和多组分离子热力学演化提供了新的观测依据，并为改进太阳风及空间天气模型提供了约束。

图.不同 PVI 阈值下质子与α粒子归一化温度中位数以及α粒子与质子温度比

云南大学地球科学学院2022级本科生习佳阳为论文第一作者，王铁砚副教授为通讯作者，主要合作单位包括英国伦敦大学学院，美国特拉华大学，意大利国家研究委员会，瑞典皇家理工学院。该研究成果得到了国家自然科学基金、云南省“兴滇英才支持计划”青年人才专项项目的支持。

原文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae8d1c

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