根据Cluster的观测，Yao et al. (2011) 发现密度和磁场强度呈现多尺度反相关，相关系数可达到-0.98，由此推测太阳风湍流中可存在多尺度压力平衡结构。北大太阳风研究团队采用数值模拟方法考察多尺度压力平衡结构是否可形成于磁流体湍流中。不同于以往工作多采用谱方法求解不可压的磁流体力学方程组，该工作采用高阶多项式插值方法(PPM)及精度高、耗散小的黎曼求解器(HLLD)的有限体积法求解可压缩的磁流体力学方程组。该方法可有效求解非线性及捕捉非线性结构，如间断面和激波等。模拟结果表明磁压和热压可呈现从大尺度到小尺度的多尺度反相关，相关系数可达到-0.99，同时总压力在整个尺度上保持不变。通过分析压力平衡结构的演化，发现多尺度压力平衡结构的传播速度接近慢波的传播速度，同时多尺度压力平衡结构传播的角度与大尺度背景磁场的夹角约为60度。该研究结果证实多尺度压力平衡结构可在磁流体湍流中形成，并且其产生机制可能与斜传慢波有关。该工作揭示了太阳风湍流中普遍存在的压力平衡结构的成因，对太阳风湍流研究具有重要的科学意义。
该项工作受到国家自然科学基金委重点项目、创新研究群体、面上项目以及青年拔尖人才计划的支持。
Citation: Yang L. P, J. S. He, C. Y. Tu, S. T. Li, L. Zhang, E. Marsh, L. H. Wang, X. Wang, and X. S. Feng (2017), Multiscale Pressure-Balanced Structures in Three-dimensional Magne-Tohydrodynamic Turbulence, Astrophys. J., 836, 69.
图1 模拟三维湍流中存在的多尺度压力平衡结构。不同尺度磁压Pmag和热压Pth的反相关。第一行是磁压Pmag和热压Pth的相关谱，展示的是小波系数乘以相关相角；其它行是磁压Pmag，热压Pth和总压Ptot的空间序列。
