Observations of Transition from Imbalanced to Balanced Kinetic Alfvénic Turbulence
Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院紫金山天文台）；Space Sciences Laboratory, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校空间科学实验室）；Physics Department, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校物理系）；School of Physics and Electronic Sciences, Changsha University of Science and Technology（长沙理工大学物理与电子科学学院）；LPC2E, CNRS, CNES, University of Orléans（奥尔良大学CNRS/CNES LPC2E研究中心）；International Space Science Institute (ISSI)（国际空间科学研究所）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
帕克太阳探测器观测到日风湍流中磁螺旋度的变化，揭示了动能阿伏伽德罗波从不均衡到平衡的过渡过程。
2026-02-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Nature of Transonic Sub-Alfvénic Turbulence and Density Fluctuations in the Near-Sun Solar Wind: Insights from Magnetohydrodynamic Simulations and Nearly-Incompressible Models
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；University of Alabama in Huntsville（阿拉巴马大学亨茨维尔分校）；Center for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR)（空间等离子体与航空研究发展中心）
研究太阳风湍流从亚声速到跨声速转变的性质，提出近不可压缩模型，揭示低频二维结构主导，压缩波动为次要成分，扩展了湍流理论。
2025-09-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph
The Heating of Test Particles in Numerical Simulations of Alfvenic Turbulence
我们研究了弱可压缩磁流体动力学（MHD）湍流（"Alfvenic湍流“）的三维数值模拟中带电测试粒子的加热;这些结果与太阳风、太阳耀斑、黑洞上的吸积盘以及其他天体物理学和日光层环境中的粒子加热和加速有关。粒子加热的物理学取决于粒子的回转频率是否与在计算域上解析的湍流波动的频率相当。具有这些频率几乎相等的粒子经历强垂直加热（相对于局部磁场）和俯仰角散射。相比之下，具有大回转频率的粒子经历强烈的平行加热。由于小尺度电流片中的平行电场，具有有限电阻率的模拟产生额外的平行加热。我们的许多结果是一致的线性理论预测粒子加热所产生的阿尔文和慢磁声波，使阿尔文湍流。然而，与线性理论的预测相反，能量交换不是由粒子和波之间的离散共振主导的;相反，共振被大大地“加宽”了。我们讨论了我们的结果对太阳和天体物理学问题的影响，特别是近地太阳风的热力学。我们的结论是阿尔文湍流产生显着的平行加热通过粒子和磁场压缩（"慢波“）之间的相互作用。然而，在质子拉莫尔半径以上的尺度上，阿尔文湍流不会产生显著的质子或次要离子的垂直加热。
2009-08-28 astro-ph.HE astro-ph.SR
Turbulence in the Sub-Alfvénic Solar Wind
帕克太阳探测器（PSP）进入一个区域的亚阿尔夫文太阳风在遇到8，我们提出了第一个详细的分析低频湍流特性在这个新的区域。在此期间，磁场和流速矢量高度一致。通过构建频谱图的归一化磁螺旋度，交叉螺旋度，和剩余能量，我们发现，PSP观察到主要Alfvenic波动，一个后果的高度场对齐的流，使准二维波动不可观察到PSP。我们将Taylor假设推广到亚、超Alfvenic流。波动的前向和后向Elsasser变量的频谱。所观察到的光谱很好地拟合使用谱理论几乎不可压缩磁流体力学假设波数各向异性。密度谱是一个幂律，既不像Elsasser谱，也不像可压缩磁场谱，这表明这些是平流熵，而不是磁声模式，而不是由于参数衰减不稳定性。在相邻的适度超阿尔文间隔的光谱是相似的。
2022-02-05 astro-ph.SR physics.space-ph
A statistical model of three-dimensional anisotropy and intermittency in strong Alfvénic turbulence
我们提出了一个简单的统计模型的三维各向异性，间歇性，强Alfvénic湍流，结合临界平衡和动态对齐。我们的模型是基于沿磁场的Elsasser场增量的对数泊松统计。我们预测的Elsasser-field条件两点结构函数的标度与点分离在所有三个方向上的坐标系的磁场和波动场的方向局部对齐，并获得良好的协议与数值模拟。我们还推导出的波动，$l_\parallel \propto λ^{1/2}$，其中$λ$是垂直尺度的平行相干尺度的缩放。这确实是观察到的大部分波动的数值模拟。
2016-12-14 astro-ph.SR physics.space-ph
Alfvénic versus non-Alfvénic turbulence in the inner heliosphere as observed by Parker Solar Probe
我们利用帕克太阳探测器（PSP）的数据来探索太阳风湍流的性质，重点是Alfvénic字符和波动的功率谱及其对距离和背景（即大尺度太阳风属性）的依赖性，旨在了解不同的影响，如源属性，太阳风膨胀，流相互作用可能在确定湍流状态中发挥的作用。我们进行了统计调查的数据，从PSP的前五个轨道的重点是如何在大，MHD尺度的波动特性，不同的太阳风流和距离太阳。还对若干选定时期进行了更深入的分析。我们的研究结果表明，随着波动被太阳风向外传输，磁场谱变陡，而速度谱的形状保持不变。变陡过程由湍流的“年龄”控制，由风速和径向距离共同决定。从统计学上讲，较快的太阳风具有较高的“阿尔夫维尼性”，具有更多的主导向外传播的波分量和更平衡的磁能/动能。向外的波优势随着径向距离的增加而逐渐减弱，而当我们靠近太阳时，过剩的磁能会变得更强。我们表明，湍流特性可以显着不同的流到流，即使这些流是相似的速度，这些流的起源非常不同。特别是，起源于极冕洞附近的慢风与起源于活动区/伪流的慢风相比具有更低的Alfvénicity。我们表明，结构，如日光层电流片和速度剪切可以发挥重要的作用，在修改的湍流的属性。
2021-01-27 astro-ph.SR physics.space-ph
Sub-Alfvenic Non-Ideal MHD Turbulence Simulations with Ambipolar Diffusion: III. Implications for Observations and Turbulent Enhancement
双极扩散（AD）被认为是在恒星形成区域发生的致密分子气体中重新分配磁通量的关键过程。我们进行了数值模拟，这一过程中的低电离区使用重离子近似。模拟是针对强场（等离子体β=0.1）和轻度超音速湍流（M=3，对应于阿尔芬马赫数为0.67）的区域。中性气体的速度功率谱从理想MHD情况下的Iroshnikov-Kraichnan谱变为激波主导流体动力学系统情况下的Burgers谱。磁功率谱显示出类似的行为。我们使用一维辐射转移程序对模拟结果进行后处理;模拟的CS J=2-1和H13 CO + J=1-0谱线的辐射表明，AD的影响原则上是可观察的。离子的线宽被观察到小于那些中性，我们确认以前的建议，这是由于AD。我们表明，AD是不太可能影响的Erasekhar-Fermi方法推断的场强，除非AD比一般观察到的更强。最后，我们提出了第一个完整的三维研究的增强AD的湍流，发现AD是加速因子2-4.5的非自引力系统的湍流水平，我们认为。
2011-09-14 astro-ph.SR
Modeling Kelvin-Helmholtz instability-driven turbulence with hybrid simulations of Alfvénic turbulence
对地球磁层顶Kelvin-Helmholtz（KH）事件产生的等离子体湍流的磁层多尺度（MMS）观测结果与大尺度平衡Alfvénic波动驱动的衰减等离子体湍流的高分辨率二维（2D）混合直接数值模拟（DNS）进行了比较。模拟，设置了四个观测驱动的物理参数（离子和电子β，湍流强度和注射规模）表现出定量协议的光谱，不透明度，级联速率与原位观测的属性，尽管不同的驱动机制。这种一致性表明了从磁流体力学（MHD）到亚离子尺度的湍流级联具有一定的普适性，其性质主要由所选参数决定，也表明KH不稳定性驱动的湍流具有准二维性质。泰勒假设在亚离子空间范围内的有效性表明，在亚离子尺度上的波动主要是低频，与动力学阿尔文波性质或准静态结构一致。最后，三阶结构函数分析表明，在磁层顶的KH事件所产生的湍流的级联率是一个数量级大于周围的磁鞘。
2019-11-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Constraining Low-Frequency Alfvenic Turbulence in the Solar Wind Using Density Fluctuation Measurements
一个被提出的加热太阳风的机制，从接近太阳到超过10天文单位，调用低频，倾斜，阿尔芬波湍流。由于小尺度斜阿尔芬波（动力阿尔芬波）是压缩的，在太阳风中测量到的密度波动对动力阿尔芬波的振幅设置了上限，因此对太阳风可以被低频阿尔芬湍流加热的速率设置了上限。我们评估这两个冕洞在5太阳半径和在近地太阳风的上限。在这两个半径，上限，我们发现是一致的模型中，太阳风加热低频阿尔文湍流。在1天文单位，从测量的密度波动的湍流加热率的上限是在测量的太阳风加热率的2倍。因此，如果低频阿尔文湍流有助于加热近地太阳风，动力阿尔文波必须是一个主要来源的太阳风密度波动的频率为1赫兹。我们还提出了一个简单的论点，为什么密度波动测量似乎排除模型中，太阳风加热的非湍流高频波"扫“通过离子回旋共振，但与加热的低频阿尔芬湍流兼容。
2009-08-05 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Structure of Stationary Strong Imbalanced Turbulence
本文采用高分辨率直接数值模拟方法，系统地研究了不可压MHD湍流的谱和结构。我们考虑了平衡和不平衡（交叉螺旋）的情况下，模拟亚阿尔芬以及跨阿尔芬湍流。本文扩展了Beresnyak & Lazarian（2008）中的数值方法。我们证实，驱动不平衡湍流有一个稳定的状态，即使高度的不平衡。我们的主要发现是，显性和亚显性Alfvenic组件的结构是显着不同的。使用最稳健的观测量，如能量比，我们能够拒绝几个现有的强不平衡湍流模型。
2009-07-16 astro-ph.GA astro-ph.SR
Ion kinetic energy conservation and magnetic field strength constancy in multi-fluid solar wind Alfvénic turbulence
本文研究了高阿尔夫文快太阳风中大振幅低频波动的等离子体流体运动特性。我们表明，质子局部保存总动能时，从一个有效的参照系与波动。对于快风的典型性质，这个框架可以用α粒子来合理地识别，由于它们相对于质子以大约阿尔文速度沿着磁场漂移，所以不会参与流体的低频波动。利用它们的速度将质子速度转换到阿尔夫文湍流的框架中，我们证明了由此产生的等离子体运动的特征在于速度的绝对值恒定，电场为零，并且速度和磁场矢量对齐，正如平衡时单向阿尔夫文波动所预期的那样。我们认为，通过阿尔夫文湍流中速度和磁场之间的相关性，这种约束是观测到的磁场恒定性的起源：虽然对应于恒定能量的恒定速度只能在波动的框架中观察到，但在航天器框架中，对于伽利略变换不变的相应恒定总磁场仍然是观察特征，阿尔文湍流框架中的恒定总能量。
2015-01-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
First Observation of a Polar Coronal Hole-like Fast Solar Wind Stream in the Sub-Alfvénic Solar Corona: an Analysis of Turbulence Properties
University of Delaware（特拉华大学）；Smithsonian Astrophysical Observatory–Harvard & Smithsonian（史密森天体物理台-哈佛与史密森学会）
帕克太阳探测器在亚阿尔文日冕中首次观测到极区冕洞状快速太阳风，发现其湍流已充分发展且高度不平衡，为太阳风湍流演化提供新约束。
2026-09-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Identification of the weak-to-strong transition in Alfvénic turbulence from space plasma
利用四颗Cluster航天器首次在地球磁鞘中观测到MHD湍流的Alfvénic弱到强转变，揭示了非线性相互作用在能量级联中的关键作用，对恒星形成和太阳风加热等领域具有广泛影响。
2024-04-24 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Characterization of the Trans-Alfvénic Region Using Observations from Parker Solar Probe
利用帕克太阳探测器第8至19次相遇数据，对比亚阿尔文速与超阿尔文速太阳风的湍流特性，发现亚阿尔文速样本振幅更小、各向异性更强，且无极性反转超过90度的磁开关。
2025-10-08 astro-ph.SR physics.space-ph
Refined critical balance in strong Alfvenic turbulence
我们提出的数值证据表明，在强Alfvenic湍流，临界平衡原则-平等的非线性去相关和线性传播时间-是规模不变的，在这个意义上说，这些时间的比例的概率分布是独立的规模。只有在计算非线性时间时考虑了Elsasser场的局部排列，这一结果才成立。在任何给定的尺度上，对齐的程度被发现增加波动幅度，支持的想法，对齐的原因是相互动态剪切的Elsasser字段。临界平衡的标度不变性（而所有其他感兴趣的量都是强间歇性的，即，具有尺度依赖分布）表明它是用于描述Alfvenic湍流的尺度原理中最稳健的。在太阳风中的现场波动测量所提供的质量允许直接验证这一基本原理。
2015-08-24 astro-ph.SR nlin.CD physics.plasm-ph
The Temperature Anisotropy and Helium Abundance Features of Alfvénic Slow Solar Wind Observed by Parker Solar Probe, Helios, and Wind Missions
本文利用PSP、Helios和Wind数据统计分析高度阿尔芬尼化慢速太阳风的温度各向异性与氦丰度，发现其近太阳普遍存在、呈U形速度分布并含低速群体，且与快速太阳风源区不完全相同。
2025-06-05 astro-ph.SR physics.space-ph
Anisotropy of Imbalanced Alfvenic Turbulence in Fast Solar Wind
我们提出了第一次测量的尺度依赖的功率各向异性的Elsasser变量在不平衡的快速太阳风湍流。主要的Elsasser模式在较低的航天器频率是各向同性的，但在较高的频率变得越来越各向异性。次主导模式在整个过程中是各向异性的，但以与尺度无关的方式（在较高频率下）。在通常被认为是惯性范围的范围内，有两个不同的子范围表现出不同的标度。低阿尔芬比和浅标度的次主导Elsasser模式的速度和磁场标度之间观察到的差异的解释。总能量由后者主导。这些结果似乎不能完全解释的不可压缩不平衡MHD湍流的任何现有理论。
2010-12-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Sub-Alfvenic Solar Wind observed by PSP: Characterization of Turbulence, Anisotropy, Intermittency, and Switchback
在磁场占主导地位的低日冕区域，阿尔芬速度远高于风速。相比之下，近地太阳风是强烈的超阿尔文风，即，风速大大超过阿尔芬速度。这些制度之间的过渡被经典地描述为“阿尔芬点”，但实际上可能发生在一个分布式阿尔芬临界区。美国宇航局的帕克太阳探测器（PSP）任务已经进入这一区域，因为它遵循一系列逐渐接近太阳的轨道。在第8次和第9次与太阳相遇期间，PSP在距离太阳16个太阳半径的地方，对四个延长的时期进行了采样，其中太阳风的速度被测量为小于当地的阿尔芬速度。这是PSP首次在日光层内对亚阿尔夫文太阳风进行现场探测。在这里，我们探讨这些样本的亚阿尔夫文太阳风，这可能会提供重要的预览的物理过程中运行在较低的高度。具体来说，我们的特点的湍流，各向异性，不稳定性，和方向性的回折属性，这些子Alfvenic风和对比这些与邻近的超Alfvenic期间。
2022-01-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Initiation of Alfvénic turbulence by Alfven wave collisions: A numerical study
在压缩磁流体动力学（MHD）框架下，数值研究了Alfvén湍流是由反向传播的Alfvén波（AWs）碰撞产生的普遍假设.在典型的低β日冕和内太阳风条件下，在三维模拟箱中发射了两个反向传播的AW，分析了AW碰撞前后产生的扰动的偏振和光谱特性。所观察到的碰撞后扰动有不同的偏振和较小的交叉场尺度比原来的波，这支持直接湍流级联的理论方案。然而，与理论预期相反的是，在满足经典临界平衡的非压缩MHD尺度下，谱输运被强烈抑制。相反，修改后的临界平衡，可以建立碰撞AW与显着较短的垂直尺度。我们讨论了压缩等离子体的湍流动力学和湍流加热这些影响的后果。特别地，如果日冕环子结构的特征宽度比环宽度小十倍以上，则日冕环可以被强湍流级联加热。揭示的AW碰撞的新特性必须纳入AW湍流的理论模型和相关的应用。
2022-03-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Reflection-driven turbulence in the super-Alfvénic solar wind
本文用膨胀盒约化磁流体力学模拟和理论研究超阿尔文太阳风中的反射驱动湍流，解释其平衡化、$1/f$ 谱、Alfvén vortex 及相关观测特征。
2023-08-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Influence of the heliospheric current sheet on the evolution of solar wind turbulence
利用扩展箱模型（EBM）的MHD模拟方法研究了日球电流片（HCS）对太阳风中Alfvénic湍流演化的影响。模拟结果表明，在HCS附近，湍流的Alfvénicity降低，表现为较低的归一化交叉螺旋度和较大的过剩磁能。数值结果得到了OMNI数据叠加历元分析的支持，表明HCS周围等离子体片内部的归一化交叉螺旋度减小，HCS中心的过剩磁能显著增强。模拟结果表明，HCS周围Alfvénicity的降低是由于径向磁场的减弱和背景磁场中横向梯度的影响。湍流中的磁能过剩可能是由于速度和磁场之间的Alfvénic相关性的丧失以及球形膨胀的太阳风中横向动能相对于磁能的更快衰减的结果。
2022-02-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The impact of Alfvenic shear flow on magnetic reconnection and turbulence
本研究利用帕克太阳探测器数据，发现阿尔芬剪切流抑制磁重联触发，85%的重联事件发生在慢速非阿尔芬风中，并观察到重联时段磁场谱变陡，与湍流动力学相关。
2025-10-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Negative and Positive Cascade Rates of Slow Alfvénic Turbulence in Switchback and Non-switchback Intervals: \emph{Wind} Observations
Florida Institute of Technology（佛罗里达理工学院）
基于 Wind 卫星数据，研究发现非磁开关区间呈现正级联和 -3/2 谱标度，而磁开关区间呈现负级联和更陡的谱，表明大磁场旋转改变能量传递方向。
2026-09-29 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Weak Alfvénic turbulence in relativistic plasmas. Part 1. Dynamical equations and basic dynamics of interacting resonant triads
阿尔文波碰撞是贯穿日光层和中低能量天体物理系统的非相对论性湍流的主要组成部分。然而，许多天体物理系统，如伽马射线暴、脉冲星和磁星磁层以及活动星系核都具有相对论流或能量密度。为了更好地理解这些高能量系统，我们推导出简化的相对论MHD方程，并利用它们来研究弱Alfvénic湍流，主要由三波相互作用，在简化的相对论磁流体力学，包括力自由，无限磁化极限。我们比较了数值解和解析解，证明了非相对论弱湍流的许多发现保留在相对论系统中。但是，相对论极限的一个重要区别是形式上不可压缩极限的不适用性，即无论磁场的强度如何，都存在与可压缩快模的有限耦合。由于快模可以跨场线传播，这种机制为能量提供了一条逃离强磁化系统的途径，例如，磁星磁层然而，我们发现，快速Alfvén耦合在斜传播的限制减少。
2022-02-23 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Sub-Alfvenic Non-Ideal MHD Turbulence Simulations with Ambipolar Diffusion: II. Comparison with Observation, Clump Properties, and Scaling to Physical Units
双极扩散在重新分配磁通量和阻尼分子云中的阿尔芬波方面是重要的。双极扩散在长度尺度$\ell$上的重要性由双极扩散雷诺数$\rad=\ell/\lad$决定，其中$\lad$是双极扩散的特征长度尺度。在15个分子团的样品中，测量的磁场（Crutcher 1999）的AD雷诺数的对数平均值为17，与理论预期值相当。我们确定了湍流介质中双极扩散的几种状态，取决于流动时间与离子和中性粒子之间碰撞时间的比率; Crutcher（1999）观察到的团块都在双极扩散的标准状态中，其中中性粒子和离子在流动时间内耦合。我们已经进行了双极扩散的双流体模拟在等温，湍流箱的$\rad$值的范围。平均马赫数固定为$\calm=3$和$\ma=0.67$ ;不包括自重。我们研究了超密度的性质，clumps--在模拟中显示，随着$\rad$的减少，clumps质谱的高质量部分的斜率增加，这与Padoan等人（2007）的发现定性一致，即流体动力学湍流中的质谱比理想MHD湍流中的质谱明显更陡。对于一个类似于观测值的$\rad$值，我们发现了一个与恒星初始质量函数的高质量端一致的斜率。然而，我们在理想MHD模拟中发现的谱指数值与他们的不同，大概是因为我们的模拟具有不同的初始条件。这表明Padoan等人（2007）湍流碎片模型中的团簇质谱取决于环境，这将与证据相冲突。
2010-07-13 astro-ph.SR
Dynamical Age of Alfvénic Turbulence in the Solar Wind
University of Delaware（特拉华大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；University of Maryland（马里兰大学）
本文提出了一种新的太阳风湍流年龄计算方法，考虑了阿伦德湍流特性，分析了不同风流中湍流年龄的变化，揭示了交叉螺旋度对磁流体动力学湍流的影响。
2026-03-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
MMS Insights into CME Driven Sub-Alfvénic Solar Wind at 1 AU
University of Maryland（马里兰大学）；NASA Goddard Space Flight Center（NASA戈达德太空飞行中心）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；University of Delaware（特拉华大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
研究2023年4月日冕物质抛射驱动的亚阿尔文速度太阳风的等离子体和湍流特性，发现其电子温度显著高于其他区域，且存在超热尾和电子人口 depletion。
2026-04-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Spatially Coherent and Intermittent Alfvénic Fluctuations in Solar Polar Spicules
Queen Mary University of London（伦敦大学皇家玛丽学院）；Northumbria University（诺森比亚大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）
利用IRIS观测数据，通过时空傅里叶分析、速度增量PDF和空间相干性分析，发现太阳极区针状体中存在多尺度阿尔文涨落，其功率谱斜率接近-1.43，具有间歇性和相干尺度，表明存在发展中的湍流级联。
2026-06-29 astro-ph.SR
Basic Properties of MHD Turbulence in the Inertial Range
我们重新讨论了惯性范围内MHD湍流的谱斜率问题，并认为数值方法更倾向于Goldreich-Sridhar -5/3斜率而不是-3/2斜率。对MHD湍流的各向异性进行了精密测量，确定了Alfvenic湍流的各向异性常数C_A=0.34。它与以前测得的Kolmogorov常数C_K=4.2或纯Alfvenic情况下的C_K = 3.3一起，构成了对MHD级联的完整的谱量描述，具有很高的天体物理实用价值。
2012-04-04 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Effects of Alfvénicity on the Compressible Energy Cascade in Magnetohydrodynamic Solar Wind Turbulence: Evidence from Parker Solar Probe, Solar Orbiter, and WIND observations
Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales（布宜诺斯艾利斯大学，理学院）；CONICET – Universidad de Buenos Aires, Instituto de Física Interdisciplinaria y Aplicada (INFINA)（阿根廷国家科学研究委员会–布宜诺斯艾利斯大学，交叉与应用物理研究所）；Department of Physics, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校，物理系）；Department of Astronomy, University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校，天文学系）；Planetary Magnetospheres Laboratory, NASA Goddard Space Flight Center（NASA戈达德太空飞行中心，行星磁层实验室）
本研究利用多航天器观测数据，发现阿尔芬性和风速调控太阳风湍流中可压缩与不可压缩能量级联的比值，并揭示速度涨落是级联速率的主要预测因子。
2026-10-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Proton, Electron, and Ion Heating in the Fast Solar Wind from Nonlinear Coupling Between Alfvenic and Fast-Mode Turbulence
在经历最少库仑碰撞的日冕和太阳风部分，组成质子、电子和重离子的粒子数彼此之间并不处于热平衡。所观察到的温度，流出速度和速度分布各向异性的差异是有用的约束，建议解释如何加热和加速等离子体。本文提出了新的预测率的无碰撞加热的每种粒子，其中的能量输入假定来自磁流体动力学（MHD）湍流。我们首先创建了一个经验描述的径向演变的阿尔芬，快模式，慢模式MHD波。该模型提供了在高速太阳风中，每种模式下的总波功率作为沿着膨胀通量管的距离的函数。接下来，我们求解了一组级联对流扩散方程，给出了每个距离处的时间稳定波数谱。的阿尔芬和快模波动之间的非线性耦合的近似项。在合理选择参数的情况下，我们的模型包含了足够的能量从快模转移到Alfven模，以激发高频离子回旋共振。这种共振是有效的加热质子和其他离子在垂直于背景磁场的方向，我们的模型预测这些物种的加热速率，以及同意光谱和原位测量。尽管如此，高频波只占整个阿尔芬波动频谱的一小部分，而阿尔芬波动频谱仍然是行星际空间中观察到的高度二维的。
2012-05-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Recent progress in astrophysical plasma turbulence from solar wind observations
本文总结了一些最近的进展，已在了解天体物理等离子体湍流的太阳风，从现场航天器的观测。在大尺度上，湍流主要是Alfvenic的，临界平衡，剩余能量和三维结构的测量进行了讨论，以及最近的强Alfvenic湍流模型的比较。在这些尺度上，百分之几的能量也在压缩波动中，它们的性质，各向异性，以及与Alfvenic分量的关系被描述。在小尺度的动力学范围内，低于离子gyroscale，湍流成为主要动力学Alfven在性质上，和测量的光谱，各向异性，并讨论了这种湍流的不稳定性相对于最近的级联模型。剩下的主要问题之一是如何耗散的湍流能量，和一些最近的工作在这个问题上，除了未来的空间任务，这将有助于回答这个问题，简要讨论。
2016-11-10 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Multi-spacecraft Analysis of the Properties of Magnetohydrodynamic Fluctuations in Sub-Alfvénic Solar Wind Turbulence at 1 AU
本文利用磁层多尺度探测器在磁流体动力学（MHD）尺度上研究了亚阿尔夫文太阳风湍流的各向异性和尺度变化，给出了波矢空间的三维磁功率谱。磁功率分布被组织在由波矢（k）和背景磁场（$b_0$）在傅立叶空间中确定的新坐标中。本研究利用两种方法来确定波矢：奇异值分解方法和时序分析。这两种方法的组合允许检查磁场特性的模式组成，而无需任何时空假设。观测表明，在垂直于k的方向上的波动（$δB_{\perp1}$）和$b_0$显著地垂直于$b_0$级联，并且这种各向异性随着波数而增加。$δB_{\perp1}$的约化功率谱遵循Goldreich-Sridhar标度：$P(k_\perp)\sim k_\perp^{-5/3}$和$P(k_{||}) \sim k_{||}^{-2}$。相比之下，$kb_0$平面内的波动显示各向同性行为：垂直功率分布与平行分布大致相同。在$kb_0$平面内的涨落的约化功率谱遵循标度：$P(k_\perp)\sim k_\perp^{-3/2}$和$P(k_{||})\sim k_{||}^{-3/2}$。将频率波矢谱与MHD模的理论色散关系进行比较，发现$δB_{\perp1}$可能与Alfven模有关。此外，对于Alfvénic组件，级联时间的比值波周期被发现是一个因素的几个，在强湍流状态下的临界平衡一致。$kb_0$平面内的磁场波动更可能源自基于各向同性行为的快模…
2022-11-28 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Disruption of Alfvénic turbulence by magnetic reconnection in a collisionless plasma
我们计算的破坏尺度$λ_{\rm D}$在动态对齐Alfvénic湍流的片状结构被破坏的磁重联在低$β$碰撞等离子体的发病。$λ_{\rm D}$的缩放取决于所考虑的统计的顺序，在更大的尺度上更密集的结构被破坏。主导能谱的结构的破坏尺度是$λ_{\rm D}\sim L_\perp^{1/9}(d_eρ_s)^{4/9}$，其中$d_e$是电子惯性尺度，$ρ_s$是离子声音尺度，而$L_\perp$是湍流的外部尺度。当$β_e$和$ρ_s/L_\perp$足够小时，尺度$λ_{\rm D}$大于$ρ_s$，并且在$λ_{\rm D}$而不是在$ρ_s$处的能谱中存在中断。我们提出，由破坏产生的波动是循环的通量绳，这可能已经在太阳风中观察到。我们预测这些结构的振幅和半径之间的关系，并量化的重要性的中断过程中的级联的未中断的结构的填充分数和分数减少的能量包含在它们中的离子声标度$ρ_s$。这两种组分都强烈依赖于$β_e$，在较低的$β_e$下，破坏的结构变得更加重要。最后，我们预测，$λ_{\rm D}$和$ρ_s$之间的能谱是陡峭的比$k_\perp^{-3}$，当这个范围存在。这种陡峭的“过渡范围”有时会在太阳风湍流的短时间间隔内观察到。因此，无碰撞磁重联的发生可能会显著影响离子陀螺仪周围等离子体湍流的性质。
2017-10-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Sudden depletion of Alfvénic turbulence in the rarefaction region of corotating solar wind high speed streams at 1 AU: possible solar origin?
共转太阳风高速流的速度分布的规范描述可分为三个主要区域：流界面或共转相互作用区域，其特征是流速快速增加和压缩现象，这是由于快风流与周围较慢的等离子体之间的动力学相互作用造成的;快风平台，其特征是弱压缩现象和大幅度波动，主要是Alfvénic特征;稀疏区的特点是流速和风波动的幅度和Alfvénic字符急剧减少的下降趋势，其次是缓慢的环境风。有趣的是，在某些情况下，这些波动发生严重减少的区域在时间上非常短，大约为分钟，并且位于将快速风平台与稀疏区域分开的流速拐点处。这项工作的目的是调查可能是这种现象的起源的物理机制。我们首先寻找任何切向不连续的存在，这可能会抑制传播的Alfvénic波动从快风区到稀疏区。由于没有明确的证据表明这两个区域之间存在这种不连续性，因此我们对相应的太阳风进行了离子成分分析，寻找可能与风波动中观察到的现象有关的次要离子参数（作为源区的示踪物）的任何突然变化。在缺乏一个积极的反馈，从这个分析中，我们最后提出了一个机制的基础上交换重联经历的磁力线在基地的日冕，在该区域内分离的冕洞，快风的来源，从周围地区的主要特点是封闭的场线的开放场线。
2021-08-21 astro-ph.SR physics.space-ph
Parallel electric field generation by Alfven wave turbulence
{This工作的目的是研究在太阳耀斑等离子体条件下，由强各向异性和平衡Alfvenic湍流产生的平行电场的光谱结构与热粒子数电子加速问题的关系。{We考虑存在强背景磁场时的各向异性阿尔文涨落。利用这种各向异性，一组减少非线性，双流体等离子体动力学方程推导。该模型的低$β$极限用于跟踪动力学阿尔芬波之间的非线性相互作用产生的能量的湍流级联，从具有$k_{\perp}ρ_{s}\ll 1$的大磁流体动力学（MHD）尺度到具有$k_{\perp}ρ_{s} \gg 1$的小“动力学”尺度，$ρ_{s}$是离子声音回旋半径。{获得了湍流电磁涨落幅度与$k_{\perp}$和$k_{\parallel}$的函数关系，表明在大MHD尺度下，电场产生一个平行于磁场的分量。} {The我们导出的平行电场起伏谱可以有效地用于模拟太阳耀斑等离子体条件下Alfven波对电子的随机共振加速和加热
2010-06-14 astro-ph.SR
The Inherently Three-Dimensional Nature of Magnetized Plasma Turbulence
人们常常毫无根据地断言或暗示等离子体湍流的二维研究结果适用于感兴趣的三维等离子体环境。应用投影方法推导出两个标量方程，支配的理想不可压缩磁流体动力学（MHD）等离子体湍流的Alfvenic和伪Alfvenic分量的非线性演化。这些方程的数学形式清楚地表明了等离子体湍流固有的三维性质，从而能够分析常用于研究等离子体湍流的二维极限的非线性特性。在磁化等离子体系统中自然产生的各向异性极限k_perp >>k_parallel中，垂直2D极限保留了仅由阿尔芬波动介导的主要非线性，但缺乏与捕获湍流能量的各向异性级联所需的线性项相关的波动物理。在平面二维极限下，非线性能量传递由伪Alfven波控制，Alfven波被降级为被动角色。在倾斜的2D限制，一个不可避免的方位角的依赖性连接的波矢量分量将可能导致人工方位角的不对称性，在所得的湍流动力学。因此，这些2D限制都不足以完全捕获丰富的三维非线性动力学等离子体湍流的演变至关重要。
2014-06-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Stochastic Heating in the Sub-Alfvénic Solar Wind
本研究利用帕克太阳探测器数据，发现亚阿尔芬太阳风中线性共振加热不足以解释湍流耗散，而随机加热（通过质子磁矩破坏）结合湍流间歇性可解释观测到的离子增能，对低日冕等环境有重要意义。
2025-09-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
An Oscillating Langevin Antenna for Driving Plasma Turbulence Simulations
提出了一种通过振荡朗之万天线驱动Alfvenic湍流的方法。这种驱动方法的动机是希望将能量注入到有限域数值模拟中，其方式是在大于模拟域的尺度上对来自湍流叶栅中的波动的能量的非线性传递进行建模。振荡的朗之万天线被证明可以捕获更大尺度湍流的基本特征，并有效地耦合到等离子体，在一个特征周转时间内产生稳态湍流。天线也是足够灵活的，以探索强和弱的阿尔芬等离子体湍流制度。
2013-10-21 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Kinetic Turbulence in Collisionless High-Beta Plasmas
我们提出的结果从三维混合动力学模拟Alfvénic湍流在高β，无碰撞等离子体。这种湍流的关键特征是局部波-波之间的相互作用在级联中的波动和非局部波-粒子之间的相互作用与动力学微不稳定性驱动的各向异性的热压（即，消防水管，镜子，和离子回旋）之间的相互作用。我们提出的理论估计，并直接从模拟计算，有效的碰撞性和等离子体粘度的压力各向异性高β湍流，表明，对于强Alfvénic湍流，有效的平行粘性规模是可比的级联的驱动规模。在此尺度下，动能谱表明，由于各向异性粘性应力，Alfvénic叶栅的斜率比$-5/3$更陡。由于水龙带不稳定性产生的波动，磁能谱在离子拉莫尔标度附近比$-5/3$浅。大部分级联能量（80-90%）通过朗道阻尼和各向异性粘性加热的组合作为离子加热耗散。我们的研究结果对低光度吸积到超大质量黑洞的粒子加热模型，团内介质的有效粘度，以及近地太阳风观测的解释都有影响。
2023-03-02 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Turbulent generation of magnetic switchbacks in the Alfvénic solar wind
帕克太阳探测器（PSP）最重要的早期结果之一是磁之字形的普遍存在，其起源正在争论中。使用三维直接数值模拟的可压缩磁流体动力学方程从日冕到40太阳半径，我们调查是否出现磁之字形从粒度驱动的阿尔文波和湍流的太阳风。模拟的太阳风是一个阿尔夫维尼亚慢太阳风流，其径向分布与各种观测结果一致，包括PSP的观测结果。作为阿尔文波湍流的自然结果，模拟再现了磁之字形，具有许多与观察到的之字形相同的性质，包括阿尔文v-b相关性，球形极化（低磁压缩性）和体积填充分数随径向距离增加。传播速度和尺度长度的分析表明，磁之字形是大振幅（非线性）阿尔文波与不连续的磁场方向。我们直接比较我们的模拟与观察使用虚拟飞行的PSP在我们的模拟域。我们的结论是，至少有一些的之字形观察到的PSP是一个自然的结果，增长的幅度球偏振阿尔文波，因为它们传播远离太阳。
2021-06-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
The Violation of the Taylor Hypothesis in Measurements of Solar Wind Turbulence
受即将到来的太阳轨道器和太阳探测器+任务的启发，定性和定量预测违反泰勒假设对在近太阳环境中测量的磁能频谱的影响。合成航天器数据方法被用来预测观测签名的违反临界平衡Alfvénic湍流或平行的快速/哨声湍流。违反泰勒假设可能发生在慢流状态，导致整个频谱向更高频率移动，或在色散状态，其中耗散范围频谱在高频处发生振荡。结果表明，Alfvénic湍流不会显著违反泰勒假设，但哨声湍流会。因此，频谱的平坦化是快速/哨声湍流的关键观测特征。
2014-06-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A turbulence-driven model for heating and acceleration of the fast wind in coronal holes
提出了一个在冕洞中产生快速太阳风的模型，该模型依赖于由在太阳大气中向上传输的MHD波动的湍流耗散主导的加热。尺度分离的输运方程包括大尺度场、横向阿尔芬涨落和由于过渡区附近的平行剪切引起的小的压缩耗散。该模型考虑了质子温度、密度、风速和波动幅度，如在遥感和原位卫星数据中观察到的。
2009-11-27 astro-ph.SR
Kelvin-Helmholtz instability and Alfvenic vortex shedding in solar eruptions
本文报道了一个类似于日冕物质抛射（CME）的小规模爆发在非磁化太阳大气中传播的三维MHD数值实验。我们发现，Kelvin-Helmholtz不稳定性（KHI）在爆发场和背景大气之间的边界层的不同但特定的位置发展，取决于速度和磁场之间的相对角度。KHI在喷发的前方和四面中的两面发展。KHI在喷发的另外两侧被抑制。我们还发现，由于该领域的三维几何形状的发展中的CME的尾流的Alfvénic涡脱落流的发展。正演模拟表明，在观测离边时，KHI在太阳爆发中的观测可探测性仅限于一个狭窄的$\approx10^{\circ}$范围，因此由于投影效应，其发生可能被低估。这些新发现可能对观测、加热和粒子加速产生重大影响，这些影响来自与所有规模的太阳爆发相关的流动驱动的不稳定性。
2019-09-12 astro-ph.SR
Nonaxisymmetric Anisotropy of Solar Wind Turbulence as a Direct Test for the Models of Magnetohydrodynamic Tubulence
单点航天器观测的湍流太阳风流表现出一种特征性的非轴对称各向异性，它敏感地依赖于垂直功率谱指数。我们第一次使用这种非轴对称各向异性作为波矢方向的函数来测试模型的磁流体动力学（MHD）湍流。利用快速、平静的极区太阳风中的磁流体磁场观测资料，我们发现Goldreich-Sridhar模型与观测到的各向异性不一致，而Slab + 2D模型则能很好地再现观测结果。Golderich-Sridhar模型不能单独解释观测结果，除非还存在一个额外的分量。
2011-10-13 astro-ph.SR
Weak Alfvénic turbulence in relativistic plasmas II: Current sheets and dissipation
在黑洞吸积盘和中子星磁层中激发的阿尔文波是相对论性磁化等离子体中湍流的基石。在这些系统中可获得大量的磁能，使得即使在弱湍流状态下也可显著加热等离子体。我们进行高分辨率的三维模拟的反向传播的阿尔文波，显示出一个$E_{B_{\perp}}(k_{\perp}) \propto k_{\perp}^{-2}$能谱的发展作为一个结果的弱湍流级联在相对论磁流体力学和它的无限磁化（无力）的限制。等离子体湍流无处不在地产生电流片，这些电流片充当磁能耗散的位置。我们表明，电流片的形式作为一个自然的结果，非线性相互作用之间的反向传播阿尔文波。这些电流片的形成是由于细长的涡流的压缩，由增长的高阶模式引起的剪切驱动，并经历变薄的过程，直到它们分裂成小尺度的湍流结构。我们探讨了在重叠波和局域波包碰撞中{电流片}的形成。在天体物理系统中，局域阿尔文波的相对论相互作用既能产生阿尔文波又能产生快波，有效地介导了电磁能量的转换和耗散。等离子体在阿尔芬波相互作用过程中产生的电流片中通过重联而发生的碰撞可以解释黑洞吸积冕和中子星磁层中的X射线辐射。
2021-10-25 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Mind the Gap: Nonlocal Cascades and Preferential Heating in High-$β$ Alfvénic Turbulence
本文研究高β阿尔芬湍流中非局域级联如何跨越非传播谱隙使能量到达小尺度，并给出修正的质子-电子加热比函数，发现非局域效应会抑制局域模型预测的质子加热增强。
2024-02-26 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Anisotropy of Solar-Wind Turbulence in the Inner Heliosphere at Kinetic Scales: PSP Observations
太阳风湍流的各向异性是理解日球层尺度间能量传递和场与粒子间能量转换物理的关键问题。使用\emph{Parker Solar Probe}（\emph{PSP}）的测量，我们提出了一个观察的各向异性在动力学尺度上的缓慢，Alfvénic，太阳风的内日球层。\textbf{The magnetic compressibility behaves as expected for kinetic Alfvénic turbulence below the ion scale.}一个陡峭的过渡范围之间的惯性和动力学范围内的所有方向相对于当地的背景磁场方向。发现$k_\perp \gg k_\parallel$的各向异性在过渡区和动力学区都很明显，动力学区的幂次各向异性$P_\perp/P_\parallel > 10$大于过渡区的幂次各向异性，且比1 au的幂次各向异性强.光谱指数在过渡范围内从$α_{t\parallel}=-5.7\pm 1.0$到$α_{t\perp}=-3.7\pm 0.3$变化，在动力学范围内从$α_{k\parallel}=-3.12\pm 0.22$到$α_{k\perp}=-2.57\pm 0.09$变化。相应的波矢各向异性在过渡范围内具有$k_\parallel \sim k_\perp^{0.71\pm 0.17}$的标度，并且在动力学范围内变为$k_\p…
2021-05-15 astro-ph.SR physics.space-ph
Three-dimensional simulation of the fast solar wind driven by compressible magnetohydrodynamic turbulence
利用三维可压缩磁流体动力学（MHD）模拟，我们再现了快速太阳风在一个直接和自洽的方式，基于波/湍流驱动的情况下。作为阿尔文扰动在其底部的自然结果，高度压缩和湍流波动产生，导致加热和加速的太阳风。功率谱和结构函数的分析表明，湍流的特点是它的不平衡（在向外阿尔芬波动的意义上）和各向异性的性质。密度波动起源于向外传播的阿尔芬波的参数衰减不稳定性，并在触发湍流的阿尔芬波反射中起着重要作用。我们的结论是，快速太阳风加热和加速的可压缩MHD湍流驱动的参数衰减不稳定性和合成阿尔芬波反射。
2019-07-19 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Heavy Ion Acceleration by Super-Alfvenic Waves
提出了多离子种类等离子体中超Alfvénic（SPA）波的产生机制，并讨论了与之相关的重离子加速过程。SPA波由于其高的相速度而具有大的波电场，因此被认为在粒子加速中起重要作用。它表明，通过使用全粒子模拟，大振幅质子回旋波，激发由于质子温度各向异性，非线性不稳定SPA波通过参数衰减不稳定性的三个组成部分组成的等离子体中的电子，质子，和$α$粒子。同时，$α$回旋波通过另一种衰变不稳定性被激发。预加速的$α$粒子与两个子波（SPA波和$α$回旋波）同时共振，并且它垂直于环境磁场被进一步加速。该过程可以在天体物理环境中工作，其中发生足够大的低质量离子的温度各向异性。
2019-12-19 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
Two Types of $1/f$ Range in Solar Wind Turbulence
本文基于帕克太阳探针和 OMNI-LRO 数据，识别出太阳风湍流中快/阿尔文风型和慢/混合风型两类 $1/f$ 区间，并揭示了其 WKB 演化、频率迁移、太阳活动周依赖性及自相关共振特征。
2025-08-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A self-consistent solar coronal heating model by Alfvenic waves
School of Engineering, Physics and Mathematics, Northumbria University（诺森比亚大学工程、物理与数学学院）
该研究通过三维辐射磁流体力学模拟证实，太阳日冕主要由阿尔文波湍流主导的AC加热，占比至少80%，支持空间天气研究中AWSoM等阿尔文波湍流模型的应用。
2026-08-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Compressible magnetohydrodynamic turbulence in the Earth's magnetosheath: estimation of the energy cascade rate using in situ spacecraft data
利用CLUSTER和THEMIS卫星观测数据和可压缩等温磁流体力学湍流的精确定律，首次估算了磁鞘湍流的能量级联率${|ε_C|}$。发现${|ε_C|}$的数量级为${10{^{-13}} J.m^{3}.s^{-1}}$，至少比它在太阳风中的值大两个数量级（在快风中为${10{^{-16}} J.m^{3}.s^{-1}}$）。两种类型的湍流被证明和示出的不可压缩的Alfvénic或magnetosonic-like波动占主导地位。密度波动放大的级联率和空间各向异性相比，不可压缩的Alfvénic湍流。此外，对于可压缩的磁声波动，大级联率被发现主要位于附近的线性动力学不稳定的镜像模式。证明了新的经验幂律，并将${|ε_C|}$与湍流马赫数和内能联系起来。这些新的发现在遥远的天体物理等离子体中具有潜在的应用，而这些等离子体无法进行原位测量。
2017-12-19 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
The Near-Sun Streamer Belt Solar Wind: Turbulence and Solar Wind Acceleration
帕克太阳探测器（PSP）的第四个轨道到达日心距离下降到27.9 Rs，使太阳风湍流和加速机制能够在比以前更靠近太阳的地方进行现场研究。的湍流特性被认为是显着不同的PSP的第四次太阳能遇到的入境和出境部分，可能是由于接近日光层电流片（HCS）在出境期间。在HCS附近，在流光带风中，湍流被发现具有较低的振幅，较高的磁压缩性，较陡的磁场谱（谱指数接近-5/3而不是-3/2），较低的Alfvénicity，以及在低得多的频率下的“1/f”突变。这些也是1天文单位时慢风的特征，表明近太阳流带风是典型的慢太阳风。性质的转变发生在距HCS约4°的预测角距离处，这表明在这些距离处，流光带风的全宽约为8°。虽然大多数的Alfvénic湍流能量通量PSP测量的反射驱动的湍流模型所需的太阳风加速是一致的，在流光带的通量显着低于模型预测，这表明额外的机制是必要的，以解释加速的流光带太阳风。
2021-01-01 astro-ph.SR physics.space-ph
