本报讯  地球和空间科学学院郭静楠教授和汪毓明教授领衔的国际研究团队，在太阳高能粒子加速和传播方面取得重要进展，相关成果发表在《国家科学评论》上。该研究报道了10个逆向速度色散（IVD，即高速晚到）的太阳高能质子事件，认为激波扩散加速过程将质子束缚并加速到几十MeV是造成这一现象的主要原因，挑战了传统的图像，也为直接探查粒子实际加速过程打开了新的诊断窗口。

基于欧洲航天局Solar Orbiter搭载的高能粒子探测器在离太阳1AU以内的距离处发现了多起逆向速度色散事件（IVD）：更高能的质子反而更晚到达。研究团队系统梳理了Solar Orbiter2022年至2024年的观测，对其中3个证据最完备的事件做了深入分析。分析发现，大约以2MeV能量为界，低于2MeV的能量粒子展现出传统的速度色散结构，但高于2MeV的能量粒子展现清晰的逆向速度色散特征。研究团队利用速度色散分析法（VDA）求得正常色散粒子共同释放的时刻与传播路径，并在充分考虑粒子的加速机制和加速过程等因素后，迭代出依赖能量的粒子释放时间，获得高能粒子的逆向色散结构。

团队认为，逆向色散可由扩散激波加速机制来解释：粒子在激波上下游反复散射并多次跨越激波面，能量逐级提升，因此到达更高能量需要更长的加速时长，表现为能量越高、释放越晚。因此，高能逆向色散粒子可视为较低能端正常色散粒子（即“种子”粒子）进一步加速的产物。

团队基于扩散激波加速的理论推导，从加速粒子的能谱指数反演得到了激波的压缩比，并推得激波上下游速度等无法直接观测的物理参数。团队继续利用激波参数计算了扩散激波加速的时间尺度，定量推导出粒子能量如何随加速时长而增加，且与观测推断的释放时间趋势一致。进一步结合观测结果和加速理论，团队反推出激波加速中粒子的平均自由程。深入研究的三个示例事件均得到了相同量级的平均自由程，进一步支撑了扩散激波加速可能是主导逆向色散现象的解释。

该研究系统深入地分析了Solar Orbiter观测的1AU以内的10个高能粒子逆向色散事件，创建了逆向速度色散分析方法，定量给出了随粒子能量变化的释放时刻与加速时长；并进一步运用扩散激波加速机制，创新性地反演出激波的压缩比、上下游速度，首次从观测事件中反演出了扩散激波加速的时间尺度和加速时的粒子平均自由程等关键物理参数；建立了从可直接观测到的逆向速度色散结构，诊断不可直接观测的激波加速区物理条件的新方法。

中国科大郭静楠教授、Daniel Pacheco博士、汪毓明教授为共同通讯作者，博士研究生李昀聪为第一作者，合作者还包括奥地利格拉茨大学的Manuela Temmer教授、德国基尔大学的丁浙一博士和Robert F. Wimmer-Schweingruber教授。

（地球和空间科学学院 科研部）