来自太阳的高能电子是宇宙线的一部分，是空间天气事件中一类具有严重危害的客体。对于卫星设备等高度集成的电子模块而言，遇到一粒高能电子便可能丧失应有的功能。若遭遇数以百计、千计的高能电子，便如同迎面扑来漫天飞舞的暗器，被损毁的可能性更是剧增。

       电子对电子设备的损害性是由于电子带着电荷、体积特小、速度奇快、穿透力超强。可以改变电路中的二进制信号，使“0”变为“1”，或“1”变为“0”，即所谓单粒子翻转。若遇到某些绝缘材料，还会在其上积累，直至放电，烧毁器件。

       研究太阳高能电子对高科技设备的危害性看起来足够高大上了。而研究其起源，及加速过程本身也同样是令人肃然起敬的事情。太阳上有两类主要的粒子加速过程或现象，一是激波，一是重联。电子和离子，由于质量的巨大差异，具体的加速机制很不相同。但泛泛而言，都需要靠电场来加速，关键看电场的表现形式：有磁场变化引起的感生电场、有带电流体切割磁力线引起的动生电场、有等离子体湍流对应的湍动电场。不管重联，还是激波，往往不同形式的电场可能同时出现，或者在不同情形、参数下会有不同的电场表现。重联或激波电子加速本身都是业界非常前沿、活跃的研究课题。但如同本文题目所示，我们主要关心激波造成的电子加速。

       激波是如何加速电子的？

       这需要先定义一下激波的几何：(准)垂直、(准)平行或倾斜，分别对应于激波传播方向(法向)与上游磁场方向是(准)垂直，(准)平行，还是倾斜的。二者夹角(_Bn)在接近90度时，存在一种广为人知的加速机制----快Fermi加速(见图一)。细节如下，电子沿上游磁场向激波运动时，由于大的_Bn，电子看到的是激波以很大的速度向自己袭来，速度为U/cos(_Bn)，其中U是激波沿法向的运动速度。电子被波面处的磁场结构反射后，仍沿原磁力线返回。电子的迴旋半径非常之小，可理解为紧紧捆绑在磁力线上，因此，电子只能沿磁力线来、沿磁力线返。如同高速运动的乒乓球拍击球一样，球获得了很大的加速度。电子也在这一反射过程中获得了很大的加速，速度增量为2U/cos(_Bn)。可见，当cos(_Bn)很小时，得到的加速是相当可观的。这一非常有效的一次性激波电子加速就称为“快Fermi加速”。

       然而，_Bn并非总能靠近90度。更多的时候电子遇到的是准垂直至倾斜的激波，一次乒乓反射下来，也不过增加少许能量，如何能危害卫星设备？这就给这类激波如何有效加速电子提出了挑战。

       与著名的粒子加速之激波扩散加速理论(DSA)类比一下。上述快Fermi加速本质上属激波漂移加速(SDA)，即电子加速是由于其在激波处的磁场梯度漂移运动是沿着激波动生电场方向的。SDA多是一锤子买卖，而DSA则是靠捕获粒子于激波附近从而反复加速而致高能量的。DSA捕获粒子的能力来自于上下游看起来总是相向运动的湍流元(即起加速作用的球拍)。所以，“捕获”在激波粒子加速过程中是一个很重要的过程。“温水煮青蛙，生米成熟饭”，一点点来。

       然而，电子的小巧，使得对正离子起很好作用的湍流元，对于电子却无计可施(由于尺度的巨大差异)。因此，激波电子加速的一个大的难题就是如何将电子捕获在波前附近。

       这便是我们这里要介绍工作的核心价值(core value)了。

       这一价值的体现，要借助于早已扬名立万的太阳射电II型暴了。这是空间中激波的最佳示踪器！根据动态频谱(指太阳射电爆发强度随频率和时间的变化谱形)观测，II型暴被定义为“窄”且“慢”漂的带状射电爆发。通常信为是由激波加速的高能电子在激波处辐射的射电信号，“窄”说明源区跨度不大、“慢”是指激波运动速度跟高能电子速度或光速相比“老慢”。可见，II型暴还是激波加速电子的有力佐证。本工作以研究射电II型暴为表象，实质是在探索激波的电子加速机理。

       “醉翁之意不在酒，在乎山水之间”，洞察表象之后的物理才是科研的高境界。

        先描述一下本工作所分析的射电暴。事件伴随着日冕物质抛射(CME)与冕流结构的相互作用；有证据表明，这一作用与II型暴的产生密切相关。最有启发性的观测是在所研究的两例事件中，II型暴均止于CME前沿扫过冕流顶尖之时之处！二者可有因果关系？对这一问题的联想和思考，我们得出或许冕流闭场在激波加速电子过程中有着贡献。随即，在所开展的基于闭场模型加激波传播的试验电子数值模拟清楚地验证了这一思想，还给出了许多有意义的引申。

       本来闭场本身不会加速电子；而激波也只是在激波处反射和加速电子。二者置于一起，电子便被闭场“捕获”于激波上游，在与激波有两处交点磁力线上反弹、飞翔、反弹，能量逐增(见图二)。闭场的存在使得激波的电子加速效率陡增。

       故，波曰：乒乒乓乓，让电子飞一会；电子曰：左右逢波，越飞越快。吾等曰：闭场乃激波加速电子之催化剂也。

       这一工作，经颇为艰难的评审过程(请编辑更换了一次持异见审稿人)，终于“拨开云彩见天日”，被美国ApJ杂志接受(Kong et al., 2014, Possible Role of Coronal Streamer asMagnetically-closed Structure in Shock-induced Energetic Electrons and MetricType II Radio Bursts, ApJ)。

图一  快Fermi加速物理图像 (Holman and Pesses, 1983)

movie3.gif   (该图动画版)

图二  波曰：乒乒乓乓，让电子飞一会；电子曰：左右逢波，越飞越快。