从多航天器测量视角看理解等离子体湍流的挑战与下一步变革性步骤
等离子体物理
2019-08-13 v1
摘要
我们从电网到 GPS 再到无线通信，已高度依赖电气技术。这些系统的任何中断都将带来严重的全球后果。造成此类电气中断的一大自然危害来自太阳风扰动对地球空间的剧烈影响。据估计，一场堪比 1859 年卡林顿太阳超级风暴规模的太阳风暴如今将造成超过 $2 trillion 的破坏。2012 年 7 月 23 日，我们险些遭遇一场可能打破地球最强此类风暴纪录的太阳超级风暴。为能采取 preemptive 措施，发展精确的空间天气预报十分紧迫。空间天气预报的核心是等离子体物理，尤其是动理学湍流。例如，已在弓形激波与上游激波处激发的强烈湍流被证明为高速太阳风团块开辟了绕过地球磁层防护盾并在电离层与低层大气中制造扰动的途径。理解动理学湍流及其全球影响的一个主要挑战在于其多尺度本质，跨越从电子尺度到磁层宏观尺度。当前具有三维构型的四航天器任务 Magnetospheric Multiscale (MMS) 与 Cluster 已在理解此类湍流方面取得进展。然而，给定时刻固定航天器编队尺寸的限制阻碍了对现象多尺度特性及动力学演化的探测。预期通过原位探测器布满三维体并在 MHD 到动理学尺度上形成多个‘n-面体（n > 4）’，我们将在理解湍流上实现变革性飞跃。
引用
@article{arxiv.1908.04192,
title = {Challenges and the next transformative steps in understanding plasma turbulence from the perspective of multi-spacecraft measurements},
author = {Li-Jen Chen and Naoki Bessho and Jay A. Bookbinder and Damiano Caprioli and Melvin Goldstein and Hantao Ji and Lan K. Jian and Homa Karimabadi and Yuri Khotyaintsev and Kristopher G. Klein and Benoit Lavraud and William Matthaeus and Thomas E. Moore and Alessandro Retino and Owen W. Roberts and Vadim Roytershteyn and Conrad Schiff and Harlan Spence and Julia Stawarz and Jason TenBarge and Shan Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1908.04192},
year = {2019}
}
备注
White Paper for Plasma 2020 Decadal Survey