[等离子体2020十年调查]利用多航天器数据解构湍流的时空结构

本提交于2020等离子体科学十年评估的白皮书关注多航天器任务对解决等离子体湍流基本问题的重要性。等离子体湍流在宇宙中无处不在，并在太阳日冕与太阳风、吸积盘、行星形成及实验室聚变装置等多样系统中负责质量、动量与能量的输运。湍流是一种固有的多尺度与多过程现象，通过能量级联将系统最大尺度与亚电子尺度耦合，同时产生重联电流片、激波以及无数不稳定性与波。太阳风是人类研究弥漫宇宙的天然湍流等离子体最佳资源。自1958年发射首个主要科学航天器任务Explorer 1以来，我们在刻画太阳风湍流方面已取得显著进展。然而，由于单点测量的严重局限，我们仍无法充分刻画太阳风的空间与时间特性，令许多关于等离子体湍流的基本问题悬而未决。因此，当下正是时候：要在确定太阳风湍流动力学性质上取得显著额外进展，需要跨广泛尺度同时覆盖的多航天器任务。一个在太阳风中同步覆盖广泛尺度的专用多航天器任务，不仅将使我们直接确定等离子体湍流的时空结构，也将缓解当前多航天器任务面临的限制，例如观测太阳风湍流的非理想轨道。本文讨论了仅能通过原位多点测量解决的一些基本重要问题。