根据对美国宇航局（NASA）朱诺号探测器数据的最新分析，研究人员发现，木星前方的弓形冲击波不仅会偏转太阳风，还可作为高效粒子加速器，将电子加速到至少1兆电子伏特的相对论能量水平。

弓形冲击波与前震区

当行星或恒星在空间中穿过由带电粒子组成的太阳风等流体时，其磁场会对来流产生阻挡作用。在行星磁层前方，由此形成一个压力和速度突变的边界结构，即弓形冲击波，其名称源自船首在水中产生的类似波形结构。在弓形冲击波上游，则存在一个被称为前震区的可变区域，部分粒子在此区域内可被加速到接近光速。

研究指出，空间等离子体中的大多数冲击波属于无碰撞冲击波。由于粒子密度极低，粒子之间难以通过直接碰撞将冲击能量转化为热能，能量转移主要由电磁力完成。无碰撞冲击波被认为是宇宙射线被加速到相对论速度的重要场所，这一过程被称为相对论电子加速，但长期以来缺乏直接观测证据。

宇宙射线起源的观测线索

约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室的Savvas Raptis博士及其同事在声明中表示，自一个多世纪前宇宙射线被发现以来，其起源一直是天文学研究的核心问题之一。现有观点认为，这些高能粒子可能来自多种源头，包括超新星爆发和太阳爆发等。

声明指出，当太阳宇宙射线抵达地球时，可能引发空间天气效应，对卫星运行、通信系统和电力系统造成干扰。此前NASA的任务显示，在地球附近的前震区——太阳粒子首次遇到地球磁场的区域——部分电子会被显著加速。科学界一直怀疑类似机制也存在于其他行星及天体系统的前震区，但缺乏直接证据。

朱诺号在木星前震区的观测

此次研究基于朱诺号探测器在2023年10月1日接近木星时获取的数据。研究人员介绍，在穿越木星弓形冲击波之前，朱诺号首先飞越了上游前震区，该区域为太阳风开始受到木星磁场影响而形成的湍流区。

在约20分钟的时间窗口内，朱诺号观测到一个被称为“前震瞬变”的大型泡状扰动结构。利用探测器上的三台科学仪器，研究团队测量到，在这一瞬变结构内部，电子被加速到高达1兆电子伏特的能量。

提出通用标度关系

作者在论文中表示，结合此次观测及太阳系内其他相关观测结果，研究团队提出了一个关于“希拉斯极限”的通用标度定律，用经验方式将前震瞬变等结构的可观测尺寸与其能够加速到的最大粒子能量联系起来。

研究称，将这一标度关系应用于从行星弓形冲击波到原恒星喷流、再到超新星遗迹等不同天体环境，可得到一个简单模型：在不同环境中，粒子可获得的最大能量从兆电子伏特量级，到约几十吉电子伏特，再到约几十太电子伏特不等。作者认为，这一方法为利用观测结果约束天体物理冲击波中宇宙射线的最大能量提供了一种途径。

相关研究成果已于2026年6月3日发表在《自然》（Nature）杂志上，论文题为《木星弓形冲击波及其以外的相对论电子加速》（Relativistic electron acceleration at and beyond Jupiter’s bow shock），作者为S. Raptis等，刊登于第654卷47-51页，DOI为10.1038/s41586-026-10473-z。