Hall 磁流体力学能否解释亚离子尺度的下的等离子体湍流？

我们通过二维 Hall-磁流体力学 (HMHD) 和混合粒子网格 (HPIC) 数值模拟研究等离子体湍流的性质。我们发现 HMHD 模拟所展现的谱性质在大多数情况下与 HPIC 模拟结果及太阳风观测一致。磁涨落的能量谱呈现双幂律，在 MHD 尺度谱指数为 $-5/3$，在动理学尺度为 $-3$，而速度涨落在 MHD 尺度的谱指数为 $-3/2$。MHD 与动理学尺度间的转折在两种模拟中发生于同一尺度。在 MHD 范围内，总能量与剩余能量谱的斜率满足快速 Alfvén 发电机平衡。湍流级联的发展同时伴随发生于大涡之间形成的薄电流片中的磁重联事件。统计分析揭示，在 HMHD 与 HPIC 模型中重联在定性上相同且快速，其特征为逆重联率远小于大涡非线性时间。一致性还延伸至其他统计性质，例如磁场的峰度。此外，观测到由磁重联触发从大涡到亚离子小尺度的直接能量转移，进一步支持了动理学尺度存在重联介导的湍流态。我们得出结论：Hall-MHD 流体描述在很大程度上捕捉了湍流级联在大型 MHD 尺度与亚离子尺度之间的过渡。