天体物理学家致力于统一湍流框架 - 发现了湍流中的弱到强转变

天体物理学家们致力于统一湍流框架-在湍流中发现了从弱到强的过渡

湍流是自然界无处不在的存在，从我们日常生活到遥远的宇宙都存在着湍流，被Richard Feynman称为“古典物理学中最后一个未解决的大问题”。波茨坦大学物理与天文学研究所和DESY的胡荣研究教授及其团队现在已经发现了一种长期预测的现象：小振幅空间等离子体湍流中的从弱到强的转变。

这一发现是通过对欧洲航天局集群任务的数据进行分析得出的——集群任务是绕地球飞行并研究太阳和地球相互作用的四个航天器组成的星座。该研究发表在《自然天文》杂志上。

阿尔文湍流中的从弱到强的转变是磁流体动力学（MHD）湍流理论在过去三十年中最关键但尚未得到观测确认的预测。这是非常困难的，因为尚未实现对湍流波动的三维采样。因此，研究团队开发了新的多航天器分析方法，以获得速度和磁场波动的三维信息，从而使观测和理论之间可以直接进行比较。

“对弱到强转变的观测确认解决了MHD湍流理论中的最后一个难题：它证明了湍流在能量级联（即跨尺度的能量传递）过程中是如何从线性二维波状波动自我组织为强烈的三维湍流的，而这是与非线性增加无关的初始扰动水平的，突显了强MHD湍流的普遍性。”波茨坦大学等离子体天体物理学教授、DESY主要科学家胡荣研究教授说道。

因此，这些发现极大地加深了我们对普遍湍流的了解，其影响不仅限于湍流本身的研究，还延伸到粒子输运和加速、磁重联、恒星形成以及从地球到遥远宇宙的所有其他相关物理过程。