磁化等离子体中的湍流模型：对太阳风耗散区的启示

本文研究了弱碰撞磁化等离子体中磁能的湍流级联。基于波数空间中局部非线性能量转移、线性传播与非线性相互作用时间之间的临界平衡，以及线性耗散率适用于非线性湍流等离子体的假设，我们提出了一个级联模型。该模型追踪能量从磁流体动力学（MHD）机制下的驱动尺度开始的非线性级联，经过离子拉莫尔半径处的过渡，进入动力学阿尔芬波机制，在此机制中湍流通过动力学过程被耗散。由于湍流涨落的强各向异性，$k_\parallel \ll k_\perp$（由临界平衡隐含），湍流涨落的频率保持在离子回旋频率以下。在此极限下，陀螺动力学是描述湍流的最佳方法；研究表明，对于典型的慢太阳风参数，陀螺动力学近似得到很好满足。波相速度测量结果与动力学阿尔芬波级联一致，而非离子回旋阻尼的开始。我们确立了陀螺动力学级联达到离子回旋频率的条件。级联模型的解表明，无碰撞阻尼为太阳风耗散区中观测到的谱指数范围提供了自然解释。预测耗散区谱呈指数衰减；观测中 apparent 的幂律行为可能是仪器灵敏度有限的产物。该级联模型的动机来自于对太阳风中湍流和粒子加热的陀螺动力学模拟计划。