[科普中国]-磁流体波

当导电流体在磁场中运动时，根据法拉第电磁感应定律，这时在流体中产生感生电场和感应电流，这电流和磁场的相互作用又要改变流体的运动，这样，磁场和流体运动交替作用的结果使某一部分具有初速流体的运动状态向它的周围传播出去，在流体中产生一种新的周期运动形式，即磁流体波。磁流体波的存在首先是阿尔文（H.Alfven）在1942年提出来的，1949年隆德奎斯特（S.Lundquist）第一个在实验室里检测到这种波。

简介磁流体波又称阿尔文波，因瑞典物理学家阿尔文首先提出而得名。存在于晶体、地球大气层及宇宙空间的等离子体内，对于许多等离子体现象有重要作用。

磁流体波是等离子体中的一种沿磁场方向传播的波，这种波的频率远低于等离子体的回旋频率，是一种线偏振的低频横波。处在磁场中的导电流体在垂直于磁场的方向上受到局部扰动时，沿着磁感线方向的磁张力提供恢复力，就会激发磁流体波。磁流体波是由瑞典物理学家汉尼斯·阿尔文首先预言的，因此得名。后来隆德奎斯特（Lundquist）使用1特斯拉左右的磁场在水银中观察到了磁流体波，列纳尔特（Lehnert）使用液态钠也证实了磁流体波的存在。1

基本性质阿尔文从电磁场理论出发，认为既然磁场在导电流体中引起的电磁应力等价于各向同性的压力β2/2μ0，加上沿磁力线方向的张力β2/2μ0，这样人们可以把磁力线描绘成犹如张力作用下的弹性弦。根据这一类比，阿尔文于1942年提出：“弹拨”磁力线会产生沿磁力线方向传播的横波。我们知道，若流体是可压缩的，则扰动能以声波的形式自扰动源向外传播，流体的可压缩性是传播声波的必要条件。然而，对导电流体来说，即使是不可压缩的，还能产生横向的波向外传播，而不存在流体的宏观流动.这种波称为磁流体波。

色散关系为ω=kVacosθ。

相速度与群速度均为Vacosθ，即等离子体的温度和压力都不影响波的传播速度。

有电场、磁场和电流扰动，密度和压力扰动为0。

这样的波称为斜磁流体波。θ=0时是沿着磁感线的方向传播的，称为阿尔文波。此时磁流体波的相速度为：

称为阿尔文速度，其中μ0是等离子体的磁导率，ρ0是离子的密度。在垂直于磁感线的方向上磁流体波不能传播。

磁流体波对地表电磁环境的影响磁流体波在穿透中纬度电离层和大气层的传播过程中，电场在低电离层和大气层逐渐衰减，在地面达到 0，而磁场能够穿透电离层和大气层而到达地面，但在到达地面时衰减了一个量级。

磁流体波在地表的影响，主要体现在磁场方面，即主要影响形式为低频磁场。为避免外太空磁流体波对电磁监测的影响，应重点屏蔽磁场而非电场。而为了更好的去除本底，取得干净的监测结果，应着重考虑去除磁场干扰。此外，外太空的电磁活动特别是磁流体波的干扰对人类电磁环境有着重要的影响。2

本词条内容贡献者为:

屈明 - 副研究员 - 西南大学