杨 艳, 万敏平, Valentini Francesco, Matthaeus William H, 史一蓬, 陈十一

(1. 南方科技大学, 广东深圳 518055; 2. 卡拉布里亚大学物理系, 意大利科森扎 87036; 3. 特拉华大学物理与天文系, 美国特拉华州纽瓦克 19716; 4. 北京大学, 北京 100871)

引 言

湍流普遍存在于空间等离子体中, 如太阳日冕不断向外膨胀从而形成的等离子体流——太阳风, 就呈现出湍流特征[1-4]. 等离子体湍流的高度非线性, 使其包含多尺度 (含能尺度区、惯性尺度区、耗散尺度区、离子尺度、电子尺度、Debye长度等)及多过程相互作用. 尺度间的能量级串是湍流研究中一个十分重要的概念, 能量从大尺度逐级向小尺度传递, 直至达到某一足够小的尺度, 能量通过黏性、电阻作用耗散成热. 基于以上物理图像, 学者们提出利用能量级串建立太阳风加热与太阳风湍流发展之间的关系[5]. 卫星观测发现太阳风从日冕向行星际空间膨胀的过程不是绝热膨胀冷却的过程[6], 高温太阳风加热机制是空间物理学的关键前沿课题之一. 此外, 恒星际、星系际间存在有超高能的粒子(宇宙线), 而关于粒子如何加速至高能是长期未得到解决的问题之一. 等离子体湍流耗散作为一种引起粒子加热加速的机制, 具有重要作用. 显然, 对等离子体湍流能量传输和耗散过程的研究有助于理解空间中的许多物理现象.

通过尺度l的能流率是能量传输过程中最基本的量, 能量在无穷大Reynolds数下的惯性区的传输是守恒的, 这意味着能流是常数. 值得注意的是, 这里的能流率指的是净……