太阳风是日冕持续向外喷射的带电粒子流，其速度可达数百至上千公里每秒。电子作为太阳风中的关键组分，其速度分布函数（VDF）远非热平衡状态下的麦克斯韦分布，而是由核（core）、晕（halo）和高度各向异性的束流（strahl）等成分构成。理解这些成分的形成与演化，是空间等离子体物理学的重要课题。传统模型通常采用简化假设来描述哨声波（whistler wave turbulence）与电子之间的相互作用，但其对波能谱的处理过于理想化，导致在较大日心距离处对电子的散射效率被严重低估，无法解释观测中出现的晕电子分布特征。
实验室研究人员唐勃峰等人在太阳风电子动理学研究方面取得新进展。他们将近不可压缩磁流体动力学（NI MHD）湍流输运模型与太阳风超热电子动理学输运模型相结合，构建了一套湍流-修正的波粒相互作用扩散系数，实现了对太阳风电子输运过程更真实、更自洽的描述。
在传统方法中，哨声波的能谱通常被假定为简单的幂律形式，而本研究首次从湍流模型出发，结合量纲分析方法，推导出共振波数处的磁能谱密度解析表达式。这一表达式可直接利用湍流模型输出的物理量（如磁涨落能量、相关长度等）来计算波粒相互作用的扩散系数，从而摆脱了以往对经验参数的依赖。。
图 1：从靠近太阳0.1个天文单位到远及2个天文单位，针对500电子伏特的电子，新旧扩散系数随日心距离的变化特征被清晰地展示和比较。
研究结果显示，基于湍流模型的新扩散系数在0.2至2个天文单位（AU）范围内比传统系数高出约一个数量级，且随电子能量的变化更加平缓。这意味着在更远的日心距离处，电子仍能受到有效的散射，从而形成更多的向太阳方向的晕电子，解决了此前模型中散射不足的问题。此外，研究还发现，扩散系数的物理合理性对耗散范围的谱指数有严格约束，只有谱指数大于2时，模型才能与观测趋势相符。
该研究首次实现了从宏观湍流演化到微观电子散射的跨尺度耦合，为太阳风超热电子的长期演化提供了新的理论工具。未来，研究团队将把这些湍流-修正的扩散系数引入数值模拟中，进一步揭示太阳风电子速度分布函数的形成机制，并与帕克太阳探测器（PSP）、太阳轨道器（Solar Orbiter）等任务的最新观测数据进行对比验证。
该论文发表于皇家天文学会月刊（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，MNRAS），第一和通讯作者为天气室唐勃峰博士，共同通讯作者为天气室沈芳研究员，合作者还包括美国阿拉巴马大学亨茨维尔分校的Laxman Adhikar教授、Gary P. Zank教授（美国科学院院士）、。审稿人充分肯定了本文的学术贡献，认为其“为理解湍流演化条件下波粒相互作用的扩散机制提供了新的视角”。该工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、空间中心攀登计划以及中国科学院GJ专项等项目的联合支持。
论文信息：Tang, B.*, Adhikari, L., Zank, G. P., & Shen, F.* (2026). Impact of Evolving Turbulence on the Diffusion Coefficients for Wave-Particle Interactions Associated with Whistler Waves. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 547(4), 1-9.
https://doi.org/10.1093/mnras/stag393