宇宙磁流體力學
正文
磁流體力學是研究導電流體與電磁場相互作用的學科，它在天體物理學中的套用，便形成了宇宙磁流體力學，是理論天體物理學的一個分支。在電磁場中運動的導電流體，一方面受到洛倫茲力的作用，同時還產生感應電動勢。前者使流體運動受到電磁場的影響，後者則使電磁場又受到流體運動的影響，因此形成流場與電磁場之間的耦合。電漿在一定條件下可以看作連續介質，磁流體力學則是研究電漿理論的巨觀方法。實際上，磁流體力學的發展一直是與電漿動力學的發展互相促進的。
宇宙中絕大部分物質都處於氣體和電漿狀態。在恆星內部，氣體幾乎是完全電離的。太陽光球的電離度雖不太高，但色球和日冕的電離度幾乎達到百分之百。高溫恆星周圍的星際空間的氣體，一般也是高度電離的。宇宙中磁場是普遍存在的。太陽上不僅普遍有磁場，而且在局部區域和一定時間內，磁場可以很強，如太陽黑子的磁場強度可達數千高斯。恆星上也存在磁場，已觀測到的磁變星的磁場強度可達幾萬高斯。中子星的場強更大，可達1012～1014高斯。在恆星際空間和星系際空間也存在磁場。因此，磁場中電漿的運動就成為天體物理研究的重要對象，而磁流體力學則是一個重要的研究工具。
磁流體力學以流體力學和電動力學為基礎，把流場方程和電磁場方程聯立起來，引進了許多新的特徵過程，因而內容十分豐富。宇宙磁流體力學更有其特色。首先，它所研究的對象的特徵長度一般來說是非常大的，因而電感的作用遠遠大於電阻的作用。其次，其有效時間非常久，所以由電磁原因引起的某些作用力縱然不大，卻能產生重大效應。磁流體力學大體上可以和流體力學平行地進行研究，但因磁場的存在也具有自己的特點：在磁流體靜力學中的平衡方程,和流體靜力學相比,增加了磁應力部分，這就是產生磁約束的根據。運動學在磁流體力學中有著不同的涵義,它研究磁場的“運動”,即在介質流動下磁場的演變。與正壓流體中的渦鏇相似，磁場的變化也是由對流和擴散兩種作用引起的。如果流體是理想導體,磁力線則凍結在流體上,即在同一磁力線上的質點恆在同一磁力線上。如果電導率是有限的,則磁場還要擴散。兩種作用的強弱取決於磁雷諾數 4πσUL/c2（c為光速,σ 為電導率，U和L分別為問題的特徵速度和特徵長度）的大小。研究流動如何產生和維持天體中磁流發電機制（見太陽平均磁流發電機機制），目前大多是以運動學為基礎的。
擾動的傳播與一般流體力學有很大不同。首先，由於磁張力，凍結在流體中的磁力線象繃緊的弦一樣，垂直磁力線的擾動可以沿著這種磁力線傳播，形成阿爾文波,其速度為（B為基態磁感應強度;μ為流體的磁導率；ρ是流體密度）,叫作阿爾文速度。其次,磁流體力學中聲波受磁場影響將分解為快磁聲波和慢磁聲波兩種，它們的相速度分別大於和小於阿爾文波的相速度。這三種波的傳播一般是各向異性的，它們統稱為磁流體力學波。
無論對於平衡的不穩定性，層流轉換為湍流的不穩定性或熱力不穩定性，磁場的影響都會起很重要的作用。一般來說，磁場對導電流體的運動起著像粘滯阻力一樣的作用，並且使導電流體具有一定程度的剛性。這樣就會減弱任何導致不穩定的趨向。同時，磁場的存在也將傳播一些新的擾動模式。
磁流體力學湍流往往是與宇宙中磁場的產生和維持相聯繫的。湍流的無規則運動一般會使磁力線伸長，而使磁場增強。另一方面，湍流也會增加磁場的耗散率。當然，磁場也將對湍流運動起反作用。
參考書目
考林著，唐戈、郭均譯：《電磁流體力學》，科學出版社,北京,1960。(T.G.Cowling,Magnetohydrodynamics,Hilger Bristol.)
阿爾芬等著，戴世強譯：《宇宙電動力學》，科學出版社，北京，1974。(H.Alfven and C.G.Flthemmer,Cosmical Electrodynamics, Oxford Univ. Press,London,1963.)
