阿尔文波 基本定义 阿尔文波是磁化等离子体中沿磁场方向传播的一种低频横波。它由瑞典物理学家汉尼斯·阿尔文于1942年首次预言，因此得名。这种波可视为“磁力线的振动”，类似于弦的振动，其传播需要背景磁场和等离子体的耦合。 物理机制 假设等离子体具有均匀背景磁场 \( \mathbf{B}_ 0 \)，当等离子体垂直于磁场方向发生局部扰动时，磁力线随之弯曲。弯曲的磁力线会产生磁张力（类似于绷紧的弦的恢复力），试图将磁力线拉回原状；同时等离子体的惯性会阻碍这一过程，两者结合形成振荡，并以波的形式沿磁场方向传播。 关键公式与特征 阿尔文波的相速度（传播速度）为： \[ v_ A = \frac{B_ 0}{\sqrt{\mu_ 0 \rho}} \] 其中 \( B_ 0 \) 是背景磁场强度，\( \mu_ 0 \) 是真空磁导率，\( \rho \) 是等离子体质量密度。该速度与频率无关，因此阿尔文波是非色散波。波中带电粒子的运动方向垂直于磁场和波矢方向，属于横波。 推广形式：磁声波与剪切阿尔文波 在非严格沿磁场传播时，阿尔文波分化为两支： 剪切阿尔文波 ：粒子运动与波矢和磁场均垂直，仅磁力线弯曲，等离子体密度不变。 压缩阿尔文波（快磁声波） ：传播方向与磁场夹角较大时，等离子体密度和磁场强度同时振荡，形成磁压与热压共同驱动的快模波。 在天体物理和实验室中的应用 阿尔文波广泛存在于空间和天体等离子体： 太阳风中可观测到阿尔文波传播，影响太阳风加热和加速； 地球磁层中阿尔文波参与磁层-电离层耦合； 核聚变装置（如托卡马克）中，阿尔文波可用于加热等离子体，也可能激发不稳定性。 与其它波动的区别 与之前讲过的 朗缪尔波 （静电纵波）不同，阿尔文波是电磁横波；与 磁流体力学 （磁流体方程组描述的整体行为）相比，阿尔文波是此框架下的特征波动模式之一。