湍流、波浪及天文望远镜观测中的泰勒假设

Voyager 探测器在日托宇宙护壳中测得的磁场波动常被表征为可压缩的，这一点体现在沿平均磁场方向的强烈波动分量上。然而，湍流数据解释面临一个限制：标准泰勒假设在此情形下无效，因为日托风在护壳中的流速亚声速且小于快速磁声速，这源于护壳中热捕获离子的贡献。我们尝试通过引入 4D 频率-波数谱模型来克服这一限制，这本质上是按照各自色散关系对不同波模式进行分解。我们考虑各向同性阿尔芬湍流和快速模式湍流来代表护壳波动。我们还包括两个来自三流体理论的离散快速波模式。我们发现：(1) 内日托护壳的磁场波动的可压缩性不如以往想象的那么强；一种约为 1/4 的可压缩波动功率的各向同性湍流谱模型与护壳中观测到的磁场可压缩性一致；(2) 热捕获离子成分和相对冷的日托离子导致在垂直传播极限下产生两个离散快速磁声波支架；捕获离子快速波可能解释观测谱中靠近质子 gyrofrequency 处的谱峰；(3) 可能存在护壳波数谱不像 Kolmogorov 那样，尽管观测到的频率谱具有 -5/3 的功率指数，这取决于功率在各波模式之间的分配，而这种分配可能随波数变化。