图 空间等离子体中动理学阿尔芬波的粒子探测方法示意图
动理学阿尔芬波和质子之间的相互作用将显著改变质子的分布函数，提供了一把测量动理学阿尔芬波垂直波长的“尺子”。灰色曲线表示磁力线，蓝色背景代表波动相位，红色曲线代表质子的回旋运动轨迹。
在国家自然科学基金项目（批准号：42230202）资助下，北京大学宗秋刚教授团队提出一种诊断空间等离子体中动理学阿尔芬波的新方法，获得了动理学阿尔芬波的空间结构和带电粒子通过波粒相互作用加速的能量上限。研究成果以“动理学阿尔芬波空间结构的粒子探测方法（Particle-sounding of the spatial structure of kinetic Alfvén waves）”为题，于2023年4月12日在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上发表。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37881-3。
宇宙中99%的物质是以等离子体的形式存在。在等离子体研究中，一个非常重要的科学问题是宏观的、定向运动的能量如何通过串级和耗散转变成微观的、随机运动的能量。其中，动理学阿尔芬波和带电粒子相互作用广受关注。长期以来，由于难以在实地观测数据中识别动理学阿尔芬波，该研究一直进展缓慢。为此，研究团队根据动理学阿尔芬波和热离子相互作用的独特性质，创新性地提出了一种新的测量波动垂直波长和识别动理学阿尔芬波的粒子探测方法。通过这一新方法，研究团队成功识别出大量的动理学阿尔芬波事件，并证明这些动理学阿尔芬波的垂直波长约为局地离子温度计算得到的离子回旋半径的2.4±0.7倍。这一结果不仅从观测上证明了动理学阿尔芬波的离子尺度特性，而且确定了在与动理学阿尔芬波相互作用时离子加速所能达到的能量上限，即约为离子背景垂直温度的5.76倍。
该研究成功解码太空中神秘的动理学阿尔芬波，开拓了诊断空间等离子体中动理学阿尔芬波的新思路，有助于理解在太阳日冕、太阳风、行星磁层和星际介质等各类等离子体系统中等离子体加热、能量传输与耗散等方面的作用。