强磁流体动力学湍流的能谱

磁流体动力学（MHD）湍流的能谱因其基础重要性及其对解释天体物理数据的相关性而备受关注。在此，我们展示了一系列高分辨率直接数值模拟的能谱测量结果，这些模拟针对具有强引导场的 MHD 湍流，并涵盖了递增的雷诺数。所呈现的模拟数值分辨率高达 $2048^3$ 网格点，统计量累积了 30 至 150 个涡旋周转时间，据我们所知，构成了迄今为止最大的稳态 MHD 湍流统计样本。我们研究了两种情况：平衡态，即沿引导场相反方向传播的 Alfv\'en 模相关的能量 $E^+$ 和 $E^-$ 相等；以及非平衡态，即能量不相等。在平衡态下，我们发现随着雷诺数的增加，能谱收敛于指数为 -3/2 的幂律，这与包含尺度依赖动态排列的现象学模型一致。对于 $E^+>E^-$ 的非平衡态，模拟显示对于所有考虑的雷诺数，$E^- \sim k_{\perp}^{-3/2}$，而 $E^+$ 在小雷诺数下具有稍陡的谱。随着雷诺数增加，$E^+$ 变得平坦。由于 $E^+$ 和 $E^-$ 均在耗散尺度处被固定并在驱动尺度处被锚定，我们推测在足够高的雷诺数下，惯性区内的谱将变得平行，并按 $E^+ \sim E^- \sim k_{\perp}^{-3/2}$ 标度。文中还讨论了关于谱的普适性和"Kolmogorov 常数"数值的问题。