具有超过百万雷诺数的涨落发电机与磁化可压缩湍流

超音速磁流体动力学（MHD）湍流是许多天体物理等离子体的普遍状态。然而，即使是这种类型湍流的基本统计特性仍不确定。我们展示了在无与伦比的分辨率下、等离子体雷诺数超过百万的超音速MHD湍流模拟结果。在动能谱中，我们发现以谱指数$-2$为主的动能尺度与以谱指数$-3/2$为主的强磁化尺度之间存在一个断裂。通过分析亥姆霍兹分解后的动能谱，我们发现可压缩模式并非通过不可压缩模式的级联被动混合。在高磁雷诺数（超过$10^5$）下，我们在磁能谱中发现了一个谱指数为$-9/5$的幂律。在强磁化、亚音速尺度上，等离子体倾向于自组织成局部弛豫区域，其中电流密度、磁场、速度场和涡量场之间存在强对齐，耗尽了MHD方程中的非线性和磁项，我们将其归因于在磁涨落演化时间尺度短于速度涨落时间尺度的尺度上的等离子体弛豫。这一过程将级联约束在弛豫区域之间的非均匀、体积贫乏的分形表面上，这对理解天体物理等离子体中磁化湍流的本质以及涨落发电机的饱和具有重要影响。