［本站讯］近日，山东大学前沿交叉科学青岛研究院太空科学与航天工程团队在太阳大气中磁流体行波能量耗散方面取得新进展。研究团队揭示了扭曲行波在非均匀开放磁结构中向小尺度结构转化的具体物理机制。成果以“Alfvénic Motions in a Stratified Open Flux Tube: Transition from Propagating to Locally Standing Motions and Implications for the Kelvin-Helmholtz Instability” 为题发表在天文与天体物理学重要期刊 The Astrophysical Journal Letters（中科院一区top，IF：11.1），山东大学前沿交叉科学青岛研究院研究员郭明哲为论文第一及通讯作者，合作者包括山东大学教授李波、陈耀，北京大学高宇航。

图1:（左图）太阳极紫外全日面图像，可见高温日冕等离子体形成的复杂磁结构。图片来源：NASA/SDO；（右图）日冕波动加热示意图。太阳表面运动激发的磁流体波沿磁场向上传播，将能量输运至高层大气，并通过耗散加热。图片来源：ISAS/JAXA。

日冕加热问题是太阳物理重大前沿课题，波致加热是主要候选机制之一（见图1）。冕羽及其他开放磁场区观测到了大量扭曲行波，这些波被认为是将能量从低层大气传输至日冕和太阳风的重要载体。然而，波动所携带的能量究竟如何耗散仍是重要而开放的问题。在闭合磁场区域，扭曲驻波可将波能转移到磁结构边界附近的局域阿尔芬型运动，并通过增强边界速度剪切进一步诱发开尔文-亥姆霍兹不稳定性(KHI)。KHI所产生的湍态结构可使能量向小尺度转移，因此被认为是波能耗散的重要途径。然而，传统理论认为，开放磁结构中的行波不利于KHI的启动，因而较难发展出后续湍态结构，使得扭曲行波的耗散仍缺乏清晰的物理认识。

图2: 磁流管边界附近各物理量随时间的演化。(b1) 速度（黑色线）和磁场扰动（蓝色线）；(b2) Elsässer变量z+（黑色线）和z-（蓝色线）；(b3) Poynting矢量的轴向分量随时间的演化

图3: (a)重力分层大气中的3D平衡态磁流管的密度图；(b1)-(b4) z=20Mm处磁流管横截面随时间的演化；(c1)-(c4) z=10Mm处磁流管横截面随时间的演化

该研究利用三维磁流体力学数值模拟，构建了一个从色球层延伸至日冕的重力分层开放磁流管，并在其中持续激发扭曲行波。结果表明，尽管磁流管轴附近的整体扭曲运动仍保持外传行波特性，但磁流管边界附近却逐渐表现出截然不同的动力学特征。纵向阿尔芬速非均匀性使边界处产生局部反射，并逐渐表现出局地驻波特征（见图2）。这一“全局行波、局地驻波”的状态使边界速度剪切能够在局部持续存在，从而显著改善KHI的生长条件。随着时间演化，磁流管边界形成了清晰的涡旋，并进一步发展出复杂的湍态小尺度结构（见图3）。这表明，在非均匀开放磁结构中，行波同样可以通过KHI将能量向更小尺度转移，而介质的轴向和横向非均匀性在该过程中起着同样重要的作用。这一机制可适用于冕洞区如冕羽等开放磁结构中，为理解扭曲行波的非线性演化、能量级联以及开放太阳大气中小尺度结构的形成提供了新的理论视角。

该工作得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东大学齐鲁青年学者项目及山东省泰山学者工程专项经费等资助。