在地球空间传播的Alfvén波一般是非常非常“慢”的，其频率经常就是几个Hz（相应的波长大约在几百公里）。这么“缓慢变化”的电磁波，简直可以说是大自然的奇迹。在理论上预言这种电磁波的存在，是人类认识和了解自然迈出的重要一步。所以H. Alfvén的Nobel物理奖是当之无愧的。

 

那么Alfvén波是怎样产生的呢？

 

中学的物理课上就讲过：自然界中的磁场可以用磁力线来描述。因为带电粒子环绕磁力线的运动，所以等离子体中的磁力线不仅有“张力”，而且有“惯性”（即其“携带”的带电粒子的惯性）。这样，某一段磁力线上垂直于原来磁力线的小扰动，就会如同抖动一根拉直的绳子一端，形成一个沿着磁力线传播的波动。从Faraday定律知道，因为这个波动具有随时间变化的垂直于原来的“未扰动”磁力线的 “磁形变”，所以会激发同时垂直原来磁力线和这个“磁形变”的电矢量。这样就激发起一个传播的电磁振荡——电磁波。类似“拉直的绳子”上传播的横波（剪切波）、或者“弦振动”的传播一样，这个电磁波的速度的平方与“张力”成正比（在SI单位制里等于磁感应强度的平方除以两倍的真空磁导率），与“惯性”（一般是离子的质量密度）成反比。因为这个波具有“剪切波”的形式，所以被称为“剪切Alfvén波”。

 

这种低频电磁波模式的存在，为我们设计超低频通信的接收天线提供了一种选择：只要这个天线可以将低频信号转换成该频段的Alfvén波，那么就可以将天线的长度缩短到几米或者更短。原则上来说，这样的天线可以通过沿着轴线方向磁化的柱状等离子体来实现。

 

除我们前面谈到的“剪切Alfvén波”，还有一种波长更短的“动力学Alfvén波”。其波长可以短到离子Larmor半径的数量级。对于一般的离子温度以0.01 eV计的实验室等离子体来说，这一波长大约在10/B厘米。这里B是用Gauss来计量的磁感应强度。也就是说，即使是在1 Gauss这么弱的磁场中，这一波长也不过才10厘米！

 

“动力学Alfvén波”的理论，是在上世纪70年代才发展起来的。提出这一理论的两位科学家（当时都在Bell Lab工作），一位是光纤通信理论的奠基人A. 长谷川先生（美籍日裔），另一位是美国加州大学（UC Irvine）教授、浙江大学光彪讲座教授陈骝先生。后者因为其在Alfvén波物理方面的杰出贡献，获得了欧洲物理学会颁发的2008年Hannes Alfvén Prize。这一以Alfvén命名的科学奖，是世界上等离子体物理学界最高奖项之一（另一个是美国物理学会颁发的Maxwell奖）。奖给Alfvén波物理方面的工作，更是名至所归！这些工作还包括了陈骝教授后来与其它两位华人物理学家一起完成的堪称经典的环形Alfvén本征模的研究。以后如果有机会，再做简要介绍。

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