近日，前沿交叉科学青岛研究院、空间科学研究院朱辉教授团队与南昌大学合作在近地空间的快磁声波的传播与演化方面取得重要进展。研究成果以“Statistical survey of fast magnetosonic waves in the L < 2 region”为题，发表在空间物理权威期刊《Geophysical Research Letters》（自然指数期刊，中科院一区）。山东大学（青岛）博士研究生秦志杰为论文第一作者，山东大学朱辉教授和南昌大学欧阳志海研究员为共同通讯作者。

快磁声波是分布于地球磁层赤道面附近的低频哨声模波动，能够与辐射带电子发生朗道共振，弹跳共振以及渡越时间散射等相互作用，进而影响辐射带电子的动力学演化。以往对该波动的统计研究主要集中在L > 2（L为磁力线磁壳数，以地球半径为单位）的区域。然而，最近的观测和模拟研究显示，由于快磁声波具有跨磁力线传播的特性，其在L < 2的近地区域同样可以被观测到。当快磁声波传播至L < 2区域时，由于局地磁场强度较强，波频率可能处在局地质子回旋频率以下，从而引起快磁声波极性反转、反射、模式转换等一系列物理过程。

朱辉教授带领课题组成员，依托范艾伦探测器2012-2018年期间高精度的观测数据，构建了L < 2区域完备的快磁声波特征数据库。通过多维度统计分析，揭示了该区域快磁声波的空间分布，并证实了快磁声波在L < 2区域处主要沿方位角传播，这导致了其在磁当地时上更广阔的分布范围。分析进一步表明，在L < 2区域，快磁声波的功率谱存在径向上的内边界和频率上的下边界。研究团队基于冷等离子体色散关系理论，阐明了这两个边界的形成机制及其与局地离子组成和波频率的动态关联。

该研究通过统计结果，证实了快磁声波在L < 2区域存在的极性反转和反射现象，并发现局地离子组成决定的截止频率阻碍磁声波进一步向更低海拔区域传播。这一发现不仅完善了对等离子体层波动传播规律的认识，也为深入理解内磁层波粒相互作用提供了重要的观测依据。

朱辉教授长期致力于磁层中波粒相互作用、辐射带电子演化以及等离子体波动特性研究，该系列研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和山东大学杰出中青年基金联合支持。

原文链接：https://doi.org/10.1029/2025GL117994

图1：L < 2区域快磁声波的样本数、振幅、椭圆率、法向角、表示传播方向的（为坡印廷矢量的方位角）和 在赤道面和子午面的统计分布。

图2：不同地磁扰动时期L < 2 区域快磁声波频谱图。 （a）磁场功率谱密度 （b）椭圆率 （c）（d）。