物理学家证实了空间中有效的波增长理论

名古屋大学的一个团队首次观察到能量从共振电子转移到太空中的哨子模式波。正如波浪的非线性增长理论所预测的那样，他们的发现为先前理论化的有效增长提供了直接证据。这不仅可以提高我们对空间等离子体物理学的理解，还可以提高我们对空间天气的理解，空间天气是一种影响卫星的现象。

当人们想象外太空时，他们通常把它想象成一个完美的真空。事实上，这种印象是错误的，因为真空中充满了带电粒子。在太空深处，带电粒子的密度变得很低，以至于它们很少相互碰撞。

与充满空间的电场和磁场相关的力不是碰撞，而是控制带电粒子的运动。除了非常靠近天体(例如恒星、卫星或行星)之外，整个空间都不会发生碰撞。在这些情况下，带电粒子不再穿过真空空间，而是穿过可以撞击其他粒子的介质。

在地球周围，这些带电粒子相互作用产生波，包括电磁哨模波，它会散射和加速一些带电粒子。当漫射极光出现在行星两极周围时，观察者看到的是波与电子相互作用的结果。由于电磁场在太空天气中非常重要，研究这些相互作用应该有助于科学家预测高能粒子强度的变化。这可能有助于保护宇航员和卫星免受太空天气最严重的影响。

由名古屋大学太空与地球科学研究所 (ISEE) 的指定助理教授 Naritoshi Kitamura 和 Yoshizumi Miyoshi 教授以及来自东京大学、京都大学、东北大学、大阪大学和宇宙航空研究开发机构的研究人员组成的团队(JAXA) 和几个国际合作者主要使用美国宇航局磁层多尺度航天器上的低能电子能谱仪(称为快速等离子体研究-双电子能谱仪)获得的数据。

他们分析了电子和哨子模式波之间的相互作用，航天器也测量了这些相互作用。通过应用使用波粒相互作用分析仪的方法，他们成功地直接检测到在航天器在太空中的位置处从共振电子到哨子模式波的持续能量转移。由此，他们推导出了波浪的增长率。研究人员在Nature Communications上发表了他们的研究结果。

最重要的发现是观察到的结果与非线性增长发生在这种相互作用中的假设是一致的。Kitamura 解释说：“这是第一次有人直接观察到电子和哨子模式波之间波粒相互作用的波在空间中的有效增长。”

“我们期望该结果将有助于研究各种波粒相互作用，也将提高我们对等离子体物理研究进展的理解。作为更具体的现象，该结果将有助于我们对电子加速到高能的理解在辐射带中，有时被称为‘杀手电子’，因为它们会对卫星造成损害，同时也会导致大气中高能电子的损失，从而形成漫射极光。”

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