近日，前沿交叉科学青岛研究院朱辉教授团队在闪电激发哨声波研究方面取得系列重要进展。相关研究成果分别以“First Observation of Four-Band Ion Cyclotron Whistlers”和“Evidence of lightning-generated whistlers as the source of plasmaspheric hiss:Conjugate observation of Van Allen Probes and WWLLN”为题，发表在空间物理领域国际权威期刊 Geophysical Research Letters（自然指数期刊，JCR 一区）和空间物理国际期刊 Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 上。山东大学前沿交叉科学青岛研究院博士研究生陈慧聪为两篇论文的第一作者，朱辉教授和南方科技大学冼桃研究助理教授为论文共同通讯作者，其他合作者还包括中国科学技术大学陆高鹏教授，山东大学为第一完成单位。
闪电激发哨声波是闪电放电过程中产生的一种甚低频电磁波，在地球-电离层波导中传播，部分可泄漏进入电离层并向上传播至内磁层。当其传入具有多离子组分的等离子体环境时，每增加一种离子成分，都会产生一个额外的交叉频率，右旋极化的电子哨声发生极性反转，形成相应频带的离子回旋哨声。离子的种类和相对丰度会影响离子回旋哨声波的形成及其频谱特征，反之，对离子回旋哨声波的观测也可用于推断这些离子的存在和分布。由于航天器充电效应和相对论粒子污染等因素，磁层卫星对冷离子尤其是微量离子的探测灵敏度不足，而低地球轨道卫星和地面雷达又分别受轨道高度和空间覆盖限制，冷离子的原位直接探测十分困难。因此，发展基于离子回旋哨声的间接诊断方法，对推断这些离子的分布具有重要意义。
朱辉教授带领课题组成员与南方科技大学和中国科学技术大学合作，基于范艾伦探测器的高分辨率波形数据，并结合全球闪电网络定位系统的观测数据，首次观测到一例同时包含与H⁺、M/Q=2离子、He⁺和M/Q=8离子对应的四个频带的离子回旋哨声事件，并首次获得了离子回旋哨声经历多次电离层反弹的观测证据。利用电子哨声与四带离子回旋哨声的频谱特征，研究团队进一步推断出相应的四种离子达到足够丰度、能够有效共振吸收离子回旋哨声波的起始高度：H⁺在400-500 km、M/Q=2离子约在900 km、He⁺约在700 km、M/Q=8离子约在800 km以上。这是首次获得 M/Q=8 离子在低纬电离层达到足够丰度的起始高度信息，可为低纬电离层模型提供新的观测约束，并有助于理解多离子环境中的波粒相互作用。
同时，团队还基于范艾伦探测器与全球闪电网络定位系统的联合观测，统计分析了等离子体层嘶声波与闪电活动的相关性。结果表明，在L值较高的区域（1.5<L<3.0），2 kHz以上的嘶声波主要来源于闪电激发的哨声波；在L值较低的区域（1.1<L<1.5），0.6 kHz以上的嘶声波均与闪电活动表现出显著相关性。该研究将闪电贡献的嘶声波频率下限拓展至0.6 kHz，深化了对等离子体层嘶声产生机制的认识。
该系列研究首次实现了对四带离子回旋哨声的同步观测，为利用离子回旋哨声诊断电离层多种离子成分及其分布提供了重要观测依据；同时进一步揭示了闪电激发哨声波对等离子体层嘶声的重要贡献，对于深入理解内磁层波粒相互作用和辐射带动态演化具有重要意义。
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等的联合支持。
原文链接：https://doi.org/10.1029/2026GL126134;https://doi.org/10.1016/j.jastp.2026.106900
图1：四带离子回旋哨声事件及事件期间的行星际磁场、地磁活动，以及与该事件相关的闪电分布
图2：不同季节等离子体层嘶声波与闪电活动在地理坐标系下的全球分布对比
