[科普中国]-阿尔芬波

基本介绍

因瑞典物理学家阿尔芬首先提出而得名。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。

阿尔芬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，就会激发阿尔文波。阿尔文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阿尔文波，列纳尔特（Lehnert）使用液态钠也证实了阿尔文波的存在。

性质阿尔芬从电磁场理论出发，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，加上沿磁力线方向的张力，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，阿尔芬于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.这种波称为阿尔芬波。1

色散关系为 。

相速度与群速度均为 ，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。

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

称为阿尔芬速度，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阿尔芬波不能传播。

参与过程阿尔芬波是行星际空间广泛存在的一种主要的MHD波模，太阳风尤其是高速流的绝大多数扰动都存在明显的阿尔芬波特性。阿尔芬波对空间等离子体的许多物理过程，如日冕加热、太阳风加速、地磁扰动的形成等，都有着重要的贡献，因而引起学者们的广泛关注。2