科技日報記者 張夢然

科學(xué)家在理解宇宙中無碰撞沖擊波如何將粒子加速至極高能級方面，取得了重要進(jìn)展。這項(xiàng)13日發(fā)表在《自然·通訊》上的研究，結(jié)合了美國國家航空航天局（NASA）的磁層多尺度任務(wù)（MMS）、阿爾忒彌斯任務(wù)的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)與最新理論研究成果，提出了一種新的綜合模型，用于解釋宇宙中最強(qiáng)大的天然粒子加速器。

該研究解決了天體物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一個長期存在的難題：即電子是如何達(dá)到極高，甚至是相對論能量水平的。費(fèi)米加速或擴(kuò)散沖擊加速（DSA）是解釋這一過程的主要機(jī)制，但要使DSA起作用，電子首先需要被激發(fā)到一定的閾值能量，這就是所謂的“注入問題”。

新模型提出，在多種加速機(jī)制復(fù)雜交互作用下，電子可跨越多個尺度的過程得到加速。研究人員利用MMS任務(wù)和阿爾忒彌斯任務(wù)的實(shí)測數(shù)據(jù)，觀察到了2017年12月17日在地球弓形激波上游發(fā)生的一種大規(guī)模且瞬態(tài)的現(xiàn)象。在此事件中，太陽風(fēng)因與弓形激波相互作用而受到預(yù)先干擾的區(qū)域——即激波前區(qū)的電子，達(dá)到了超過500keV（千電子伏特）的能量水平，遠(yuǎn)高于通常觀察到的大約1keV的能量水平。

研究顯示，高能電子是由電子與等離子波、激波前區(qū)的瞬態(tài)結(jié)構(gòu)以及弓形激波本身的互動，共同作用的結(jié)果。所有這些因素加在一起，將電子從低能量狀態(tài)提升到高達(dá)500keV的相對論能量，從而形成了高效的電子加速過程。

該成果改進(jìn)了人們對沖擊加速的理解，并為研究空間等離子體物理提供了新見解。

總編輯圈點(diǎn)：

宇宙能量轉(zhuǎn)移由誰來控制？本文的成果，就在推進(jìn)人們對宇宙中“天然粒子加速器”運(yùn)作原理的理解，同時也為解釋高能宇宙射線起源開辟了新途徑。這一突破對于未來探索星際介質(zhì)、星系演化以及設(shè)計(jì)人工粒子加速器具有深遠(yuǎn)意義。同時，新模型也向人們展示了空間等離子體物理現(xiàn)象的復(fù)雜性，而我們對這一領(lǐng)域的認(rèn)知依然有限。