重联驱动湍流的统计

磁重联是一种在高导电性流体中改变磁场拓扑的过程。在标准的 Sweet-Parker 模型内，该过程过于缓慢而无法解释观测（例如太阳耀斑）。实际上，该过程必定无处不在，因为天体物理流体是磁化的，且流体元的运动必然导致冻结磁场线的交叉与磁重联。在湍流存在时，重联独立于微观等离子体性质，并且可能比先前认为的快得多，正如 Lazarian & Vishniac (1999) 所提出并由 Kowal 等人 (2009, 2012) 所验证。然而，Lazarian-Vishniac 模型中所考虑的湍流是由外部施加的。在本工作中，我们考虑由随机噪声引发的、真实三维几何中的重联驱动磁化湍流。我们通过数值模拟证明，随机重联能够通过其外流之间的相互作用自生成湍流。我们利用功率谱与各向异性标度分析了速度涨落的统计性质，这表明重联产生了类 Kolmogorov 湍流，与 Goldreich-Sridhar (1995) 模型相容。然而，各向异性统计受到重联外流动力学的强烈影响。一旦形成了广阔的湍流区，典型的各向异性标度 $l_\parallel \propto l_\perp^{2/3}$ 便得以形成，尤其是对于可用尺度范围更广的高分辨率模型。重联外流向以不同各向异性标度为特征的湍流状涨落的衰减，强烈依赖于等离子体 $\beta$。此外，所估计的重联率对分辨率的依赖较弱，表明无需外部过程即可使重联变快。