大磁雷诺数下的螺旋湍流非线性发电机

在包括行星、恒星和星系在内的旋转天体物理系统中,大尺度磁场的激发与维持通常被认为涉及由螺旋磁流体湍流驱动的流体磁发电机效应。尽管该图景在一般意义上颇具吸引力,但其目前仍基本未被约束,特别是因为对于天体物理相关但棘手的大磁雷诺数 $Rm$ 区间内大尺度流体磁性的非线性渐近行为,仍缺乏基础性理解。我们利用由非均匀螺旋强迫驱动的湍流磁流体局部高分辨率模拟来探究此问题,该强迫产生动螺旋度的正弦剖面,模拟了旋转湍流流体体中动螺旋度的半球分布。我们确定了在大 $Rm$ 下向非线性状态的转变,并追踪至 $Rm\simeq 3\times 10^3$,该状态由强烈的、饱和的小尺度磁流体湍流和较弱的、行进的相干大尺度场振荡组成。此状态的特征在于磁螺旋度的渐近小电阻耗散、由动螺旋度半球分布驱动的跨赤道湍流通量进行的空间重分布,以及缠结动力学磁场中典型大 $Rm$ 重联的等离子体团的可能存在。