快速模式可压缩湍流中的能量级联与阻尼

可压缩湍流支配着在空间和天体系统中跨尺度的能量传递。因此，捕捉湍流级联与阻尼对于能量转换、等离子体加热和粒子输运建模至关重要，但仍具有挑战性。进展受到两个尚未解决的根本问题的制约：在冲击波和不连续点存在时，湍流级联是否仍然持续，以及在强非线性条件下，经典波理论是否仍然有效。特别是，在相位尖峰化的可压缩湍流中，是否可以定义有意义的级联动力学，以及针对复杂、宽带波动的单色波框架是否仍然适用，仍不明了。我们使用大规模、高分辨率动力学模拟，对湍流-粒子相互作用进行分析，这超出了标准磁流体动力学（MHD）模拟的能力。我们表明，即使在完全发展的非线性状态下，可压缩湍流阻尼也与传递时间阻尼理论在MHD尺度上定量一致。此外，尽管相位尖峰化导致冲击波和不连续点的生成，级联仍然持续，揭示了在极端条件下跨尺度能量传递的惊人鲁棒性。我们进一步提供了可压缩湍流的谱表达式。这些结果弥合了可压缩湍流物理学中的长期空白，为从日食带到星系的湍流建模奠定了稳健的基础。