太阳风中发现新结构

湍流无处不在，发生在我们地球上的日常生活中，例如将牛奶混入咖啡时，或者海洋和大气的暴风雨运动期间。空间和天体物理系统中的介质也可以产生湍流，但物理原理不同，因为介质处于电离状态（称为等离子体）并且流动与电磁场强烈耦合。此外，宇宙等离子体是无碰撞的，因为介质速度很慢，粒子不会相互碰撞。等离子体如何变得湍流？无碰撞湍流中的涨落能量如何分布？宇宙等离子体中的湍流仍然是物理学中的一个谜。

来自布伦瑞克工业大学和东京大学的国际研究团队与东北大学、九州大学、大阪大学和多国研究机构合作，首次证明了太空中磁场旋转反转的现象。结构出现在非结构化的宇宙等离子体中。研究结果发表在《天体物理学杂志快报》上。

来自布伦瑞克工业大学理论物理研究所和东京大学的一个团队与来自十个国家的联合研究人员合作，展示了一种全新的现象。利用美国宇航局帕克太阳探测器任务的高精度磁场和粒子数据，该团队首次直接证明，湍流磁场在某些波长处表现出明显的磁场旋转反转，甚至在距离太阳径向较远的波长处以相反方向增加。回归对应于从大尺度流体动力学到小尺度粒子动力学的转变。

一个小现象的发现对科学有很大的影响

在更大的长度尺度上，宇宙等离子体的行为就像流体，并且通过搅拌涡流和电磁波产生湍流。变化是随机的，即混乱的。但磁场的旋转并不是随机的。当这些磁场看到来自太阳的辐射时，它们往往会逆时针旋转。然而，旋转在较小的长度尺度上有所不同。当人们在较小的长度尺度上观察湍流等离子体时，场会顺时针旋转。该尺度仅处于从类等离子体流动行为到类粒子行为的转变的尺度。

该论文的第一作者 Masatomi Iizawa 博士（布伦瑞克工业大学）表示：“我们在光谱中看到了清晰的结构，尽管扰动代表了非结构化运动。”

横井博士（东京大学）强调了这一发现的重要性，“该结果对等离子体物理学和天体物理学都具有重大意义。”

当宇宙等离子体变得湍流时，结构就会出现，关键的见解在于从流体动力学到粒子动力学的转变。等离子体湍流在天体物理学中发挥着重要作用，例如在地球磁层、太阳风、太阳耀斑、行星际空间和吸积盘中。宇宙等离子体的湍流可以影响太阳耀斑引起的行星际空间中的冲击波和磁云，是预测地磁暴的一个非常重要的因素。