在最近發表在《Physical Review Letters》上的一項研究中，來自日本的研究人員表明，地球空間的高頻等離子體波可以通過波粒相互作用加熱低能離子而產生低頻等離子體波，這揭示了無碰撞等離子體中一個新的能量傳遞途徑。

等離子體–一種以自由漫遊的帶電粒子通過電磁力相互作用為特徵的物質狀態–的一個突出特徵是“等離子體波”的產生，它是由等離子體分佈的不穩定性導致的。“快速磁聲波(MSWs)”是地球空間的一種電磁等離子體波。MSWs由熱質子產生，被認為是“高頻波”。

另一種通常在地球空間產生的波是“電磁離子迴旋波(EMIC)”，它被認為是一種”低頻波”。最近，地球空間的衛星觀測顯示，MSWs和EMIC波經常一起出現。然而這種共同出現的機制仍不清楚。

現在，由日本名古屋大學的Yoshizumi Miyoshi教授領導的一個研究小組已經在某種程度上解開了這一機制。“眾所周知，MSWs跟低能量質子的加熱一起發生，另外研究表明MSWs可以加熱這些’冷’離子。最近Arase衛星的觀測數據顯示同時出現了EMIC波，我們想知道EMIC波的出現是否真的跟MSW介導的離子加熱過程相耦合，”Miyoshi教授解釋了這項研究的動機。

為此，研究小組對MSW和EMIC波–他們用Arase衛星觀察到的–應用了一種波粒互動分析方法以檢查它們之間通過離子加熱的“交叉能量耦合”。得到的結果是有啟發性的：他們發現，當MSWs將能量轉移到“冷”質子上以加熱它們時，質子轉移的部分能量被用於激發EMIC波。考慮到MSWs反過來又被熱質子激發，它們事實上充當了向EMIC波轉移能量的中介，即熱質子、冷質子、MSWs和EMIC波之間的交叉能量耦合。

虽然这些发现本身令人振奋，但Miyoshi教授解释了它们如何对我们关于地球空间的知识也有意义。“EMIC波在范艾伦辐射带中导致了‘杀手电子’的显著散射和损失，这往往会导致卫星故障。我们的研究中所揭示的刺激EMIC波的新的能量转移路线可能有助于改善空间天气预报，并使卫星在范艾伦辐射带中的运行变得更加安全。”

或許在地球空間的財富中有更多這樣有趣的現像等待著我們人類去發現。