磁流體力學在天體物理學中的應用所形成的學科。

  電磁場中運動的導電流體,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。等離子體在一定條件下可看作連續介質,磁流體力學則是研究等離子體理論的宏觀方法。實際上,磁流體力學的發展一直是與等離子體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等等離子體狀態。恒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。高溫恒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。恒星上也存在磁場,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10121014高斯。恒星際空間和星系際空間也存在磁場。因此,磁場中等離子體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,引進瞭許多新的特征過程,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征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,它有效時間非常久,由電磁原因引起的某些作用力雖然不大,但卻能產生重大效應。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,與流體靜力學相比,增加瞭磁應力部分,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含義,它研究磁場的“運動”,即在介質流動下磁場的演變。與正壓流體中的渦旋相似,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恒在同一磁力線上。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σUL/c2c為光速,σ為電導率,UL分別為問題的特征速度和特征長度)的大小。研究流動如何產生和維持天體中磁流發電機制,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像繃緊的弦一樣,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:

式中 B為基態磁感應強度, μ為流體的磁導率, ρ是流體密度。 v稱為 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,磁場對導電流體的運動起著像黏滯阻力一樣的作用,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系的。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。