赤道层中的 1/f 噪声：PUNCH 科学的目标

我们综述了赤道层中 1/f 噪声的观测结果，讨论并补充了与 NASA PUNCH 任务相关的通用 1/f 模型的理论背景。1/f 无尺度谱最初观察于真空管的电压波动中，此后在包括心率波动和音乐作品音量模式在内的广泛自然与人造系统中被识别。在日风中，日际磁场幅值谱在频率从约 2×10⁻⁶ Hz 到约 10⁻³ Hz 之间显示 1/f 缩放。产生 1/f 噪声的一个引人注目的机制是叠加原理，即由由尺度不变相关时间分布组成的多个单一幂律谱的叠加产生复合 1/f 谱。在日风背景下，这种叠加可能源于日球中尺度不变的重联过程。进一步的观测在频率范围与日际观测相容的日球和日冠中检测到 1/f 信号，暗示 1/f 谱甚至在日 dynamo 本身的更低高度处产生。该假设得到火山 dynamo 实验和模拟的支持，这些实验和模拟指出逆级联活动，这些活动可链接到日冠下方的连续重联，已知通过在最大尺度上的非局域相互作用可能产生 1/f 噪声。相反，认为 1/f 信号在 situ 产生的模型在解释 1/f 谱的低频部分面临因果问题。理解日风中的 1/f 噪声可能有助于解决赤道层物理学中的核心问题，如日 dynamo、日冠加热、日风起源以及日际湍流的本质。