常有大同行的老先生问：你们做磁约束聚变的，为什么喜欢用“模”（mode）？

是个好问题！

磁约束聚变等离子体研究，对各种不稳定性、甚至运行方式，都喜欢用“mode”——“模”来命名。大尺度的有锯齿模、撕裂模、扭曲模、交换模，还有半开玩笑的“腊肠模”；中间尺度的有剥离模；小尺度的有各种局域模、气球模、温度梯度模；动理学的还有捕获电子模；等等。运行模式还有高约束模（H-mode）、低约束模（L-mode）、改善约束模（I-mode），。。。

但是空间物理领域，则很少用“模”。空间等离子体中的各种运动模式，一般用“波”来命名。

为什么？

这后面有深刻的物理原因。

实验室等离子体、特别是磁约束等离子体，是把等离子体约束在有限的空间，而且约束越强越好。比如托卡马克等离子体，都很好地约束在闭合磁力线绕成的环状“磁面”。只有磁力线不能铺满整个磁面的那些有理磁面上（扰大环圈数和绕小环圈数之比是有理数（m/n），所以绕有限圈就闭合了），才有可能产生破坏约束的扰动模式（各种“模”）。所以电磁（广义的，包括静电）扰动局限在有理面附近的狭小空间氛围，而且具有分立谱的“模数”(m, n)。如果不考虑等离子体的抗磁漂移，这些“模”甚至不在空间传播（频率只有虚部）。显然，这些扰动几乎没有“波”的特性。所以聚变物理学家们就选择了“模”—— 模式（mode）来命名。

空间等离子体具有与实验室等离子体不同的特殊性质，主要表现为：第一，典型空间等离子体（主要包括日冕区、行星际空间、地球磁层空间）的温度特性显著区别于实验室等离子体；第二，相对于限制在装置内部空间、具有显著非均匀特性的实验室等离子体来说，空间等离子体在较大尺度上也常常具有很好的均匀性。 

我们这里只说第二点：

上面说了，实验室等离子体一般被约束在非常有限的空间范围。所以其参数变化的特征尺度相对比较小：如托卡马克等离子体参数发生显著变化的特征空间尺度只比离子回旋半径大一个数量级；而除一些特殊的边界层区域外，空间等离子体参数在空间发生显著变化的特征尺度往往比离子回旋半径大两个数量级以上。因此，空间等离子体有很多明显区别于实验室等离子体的特点。 

因为空间等离子体的大尺度均匀性，各种低频扰动引起的低频电磁波、特别是Alfvén波很容易被激发，并加速、加热等离子体；而不需要如实验室等离子体那样由外界向等离子体注入射频波来加热等离子体。在等离子体的比压特性方面，行星际空间的太阳风等离子体和地球空间的磁层等离子体都是高比压等离子体（𝛽≳1），日冕等离子体的比压虽然比较低（𝛽~0.01，与托卡马克等离子体相当），但是其约束可以被近似为“无力场”（force-free）形式；而实验室磁约束等离子体一般表现出强约束性质，等离子体比压都很低（𝛽~0.01）。

空间等离子体的约束特性决定了其扰动形式主要是长距离传播的、各种连续谱的等离子体波动；与之不同的是，实验室磁约束等离子体中的扰动形式主要是局域在特定位置（如环形磁约束等离子体的有理面）的、多数情况下是分立谱的各种等离子体不稳定性（模）。表现在湍流特性方面，在约束最强的托卡马克等离子体中，起主导作用的是静电湍流；在约束不那么强的反场箍缩（RFP）装置中，则可以观测到较强的电磁湍流，但只限于分立谱的撕裂模湍流；而在弱约束的空间等离子体中，可以观测到各种电磁湍流，包括连续谱、大尺度的磁流体湍流（如Alfvén湍流、快波与慢波湍流等），乃至各种激波、特别是无碰撞激波现象。