近日，高海拔宇宙线观测站（LHAASO）国际合作组取得突破，首次在TeV（万亿电子伏特）能段观测到宇宙线大尺度各向异性的瞬时变化。该研究成果于2026年6月26日以《Transient Large-Scale Anisotropy in TeV Cosmic Rays due to an Interplanetary Coronal Mass Ejection》为题，作为封面文章发表于《Physical Review Letters》（《物理评论快报》），并入选“编辑推荐”和“物理学亮点”（Features in Physics）。

宇宙线是来自外太空的高能粒子。一般认为，其在银河系内的通量和各向异性在数十年的时间尺度上保持恒定。然而进入日球层后，宇宙线会受到太阳活动及日球层活动的影响，随时间发生变化。此前，宇宙线瞬时各向异性的变化仅在约150 GeV以下的能段被观测到，TeV及更高能区的大尺度各向异性是否存在时间演化从未被证实。

2021年11月4日，一次强烈的日冕物质抛射（CME）事件携带激波和磁通量绳结构抵达地球附近，引发强烈的地磁暴。研究团队创新性地发展了逐小时天图梯度分析方法，对宇宙线相对强度的空间梯度进行了精确测量（图1）。分析发现，在CME激波抵达后、磁通量绳结构到达前的鞘层过境阶段，宇宙线强度分布呈现出显著的大尺度各向异性，其幅度高达约1%，显著度超过5倍标准偏差，且来自太阳方向的宇宙线通量明显高于背向太阳方向。这一发现突破了TeV能段宇宙线各向异性恒常不变的传统认知。

研究团队提出，该瞬时各向异性可能源于CME激波与磁通量绳之间的鞘层区域中增强的磁场湍流对宇宙线粒子的随机散射。在鞘层过境地球期间，强磁场湍流集中在天空的半球区域，导致沿不同方向传播的宇宙线受到不同程度的散射，从而在TeV能段产生观测到的大尺度各向异性（图2）。该物理机制不同于低能宇宙线被束缚在CME内部的局域磁效应，反映了TeV宇宙线与行星际磁场结构之间一种独特的相互作用方式，为深入研究宇宙线与等离子体相互作用开辟了全新途径。

该研究由中国科学院紫金山天文台和泰国玛希隆大学等单位联合完成，通讯作者包括紫金山天文台叶轩昂博士、张毅研究员，泰国玛希隆大学David Ruffolo教授和Warit Mitthumsiri博士。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划等的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1103/mkk2-hbq5

APS报道链接: https://physics.aps.org/articles/v19/92

图1. 2021年11月4日WCDA观测到的宇宙线相对强度天图。每个子图对应一个世界时（UT）小时的观测，黑色箭头表示最佳拟合梯度矢量，箭头长度正比于梯度幅度，方向从亏损区（蓝色）指向增强区（红色）。

图2. ICME磁通量绳穿越地球示意图。激波与磁通量绳之间的鞘层区域存在强烈的磁场湍流，宇宙线在穿越该区域时受到增强散射，从而产生瞬时大尺度各向异性。