太阳风加热的机理是什么？朗道阻尼过程赋予其新解释

伦敦玛丽女王大学(Queen Mary University of London)主导了一项研究，关于能量如何从太空中的混沌电磁场转移到构成太阳风的粒子中，从而导致太空温度升高，该研究阐述了首次直接测量这一现象的方法。这项研究发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

      研究表明，朗道阻尼负责将太空中电磁等离子体湍流中的能量转移到太阳风中的电子上，赋予后者能量。

朗道阻尼是以物理学家的列夫·朗道(Lev Landau，1908-1968)的名字命名的，他曾获得过诺贝尔奖。朗道阻尼过程是指当波穿过等离子体时，以同样速度运动的等离子体粒子会吸收波的能量，导致波的能量(阻尼)降低。

虽然之前曾在简单情境下测量过这一过程，但是在太空中自然发生的等离子体湍流和复杂等离子体中，这一过程是否会继续尚不明确，也不清楚是否会有完全不同的过程。

在整个宇宙中，物质处于激发的等离子体状态，温度远比预期要高。例如，日冕的温度是太阳表面温度的数百倍，这个谜团至今仍然困扰着科学家。

了解大量其他天体物理等离子体加热也至关重要，比如星际介质和黑洞周围的等离子体，以便解释在相应环境下会出现的一些极端行为。

若能直接测量太阳风中运转中的等离子体激发机制的作用，将有助于科学家理解许多关于宇宙悬而未决的问题。

研究人员借助NASA的磁层多尺度任务(MMS)宇宙飞船的高分辨率测量数据，以及新开发的数据分析技术(场-粒子关联技术)发现了太阳风加热的原理。

太阳风是带电粒子流(比如等离子体)，来自太阳，遍布整个太阳系。而MMS宇宙飞船则位于太阳风中，当太阳风流过时，它会测量其中的场和粒子。

伦敦玛丽女王大学的博士克里斯托弗·陈(Christopher Chen)是该研究的主要作者，他说:“等离子体是迄今为止宇宙中最常见的的可见物质，通常处于一种被称为湍流的高度动态和明显的混乱状态中。这种湍流将能量传递给等离子体中的粒子，导致其温度升高且处于激发态，使得湍流和相关的加热现象非常普遍。

在这项研究中，我们首次直接测量了自然产生的天体物理等离子体中湍流加热的过程。并且验证了这种新的分析技术，经验证它可以作为用来探测等离子体激发态的工具，也可以用于一系列后续研究等离子体的不同方面。”

爱荷华大学的教授格雷格·豪斯(Greg Howes)也参与了这项新的分析技术，他说:“在朗道阻尼的过程中，与通过等离子体的波相关的电场可以加速一种电子，这种电子以适当的速度随波运动，就像冲浪运动员随波冲浪一样。”这是场-粒子关联技术的首次成功观测应用，它有望回答有关空间等离子体行为和演化的长期、基本的问题，比如日冕加热。

关于这项技术在未来太阳系其他区域的探索任务中的应用，这项研究也为其铺平了道路。比如NASA的帕克太阳探测器(2018年发射)，它将首次开始探索太阳附近的日冕和等离子环境。