2026年5月15日上午，中国科学院大学工程科学学院（简称“国科大工学院”）邀请俄罗斯科学院乌拉尔分院连续介质力学研究所首席研究员，彼尔姆国立研究理工大学Rodion Stepanov教授，于雁栖湖校区教三楼207教室为全校研究生带来一场题为“MHD turbulence: phenomenology, laboratory evidences, and dynamo applications”的学术讲座。本次讲座由工学院吕泽老师主持，全校师生三十余人聆听了本次讲座。
首先，Stepanov教授首先介绍了磁流体动力学（MHD）湍流的基础理论框架。他从经典的Kolmogorov湍流理论出发，依次讲解流体湍流与磁流体湍流核心特征，明确总能量、磁螺旋度、交叉螺旋度、动力学螺旋度四大核心守恒量，区分能量直接级联与螺旋度主导下的能量逆级联两种不同传递模式。讲座指出，在具有最大螺旋性的湍流中，能量传递的方向可以发生逆转，即从小尺度向大尺度的逆级联过程。这一机制是理解小尺度湍流如何形成和维持太阳、恒星等天体大尺度磁场的理论基石。
然后，Stepanov教授讲解了该理论在磁流体中的深化及其核心应用。他将螺旋度理论推广至MHD领域，阐明了磁螺旋度在驱动磁能逆级联过程中的核心作用。Stepanov教授详细分析了不同物理参数条件下湍流能谱标度律的变化特征，探究能量与螺旋度联合注入、单独注入带来的湍流演化差异，点明了磁瓶颈效应的形成原因与物理影响。依托大量数值模拟结果，直观证实磁螺旋度驱动磁能逆级联的客观存在，还划分出直接数值模拟、实验室液态金属实验、行星核心、恒星对流区等不同研究场景的参数空间，打通理论研究与实际物理场景之间的联系，并引入平均场发电机基础理论，解读湍流电动势、α效应、湍流扩散等核心关键概念。Stepanov教授由浅入深的讲解，将研究思路讲解得清晰透彻，同学们深受启发，对科研思维也有了更深入的理解。
接着，Stepanov教授重点结合自主研发的环形螺旋流液态金属实验装置，全面讲解实验室发电机系列实验研究成果。他梳理了里加、卡尔斯鲁厄、VKS三大经典液态金属发电机实验发展历程，对比三代彼尔姆环形实验装置的介质、尺寸、流速、雷诺数与磁雷诺数等核心实验参数，详细介绍实验装置运行原理与流动控制方式。同时公布多项实测实验数据，在实验中成功精准测量出α效应、湍流扩散系数，清晰观测到湍流抗磁性等重要物理现象，利用小波谱分析手段剖析湍流磁场多尺度演化特征，汇总整理出包含多种湍流作用的通用湍流电动势表达式，以真实实验数据充分验证前期MHD湍流相关理论结论。这些受控实验为理论提供了坚实的实证基础，架起了从抽象方程通向天体应用的关键桥梁。讲 座最后，Stepanov 教授分享了该领域前沿研究方向，他展示了如何用时频分析工具处理百年太阳黑子数据，揭示了太阳周期的统计特性。在此基础上，他构建了包含螺旋度动力学和非线性反馈的发电机方程，其数值模拟成功再现了太阳活动周期。更引人注目的是，教授介绍了一种前沿的神经微分动力模型，该方法用神经网络替代传统模型中未知的复杂函数，通过让AI学习太阳观测数据来自动发现物理规律，为解决发电机理论中的非线性难题开辟了新路径。讲座以客观总结结束，指出虽然MHD湍流理论、实验和天体观测都面临挑战，但数值模拟与跨学科方法的结合，正强力推动着人类对宇宙磁场的理解迈向新高度。
讲座最后，Stepanov 教授分享了该领域前沿研究方向，他展示了如何用时频分析工具处理百年太阳黑子数据，揭示了太阳周期的统计特性。在此基础上，他构建了包含螺旋度动力学和非线性反馈的发电机方程，其数值模拟成功再现了太阳活动周期。更引人注目的是，教授介绍了一种前沿的神经微分动力模型，该方法用神经网络替代传统模型中未知的复杂函数，通过让AI学习太阳观测数据来自动发现物理规律，为解决发电机理论中的非线性难题开辟了新路径。讲座以客观总结结束，指出虽然MHD湍流理论、实验和天体观测都面临挑战，但数值模拟与跨学科方法的结合，正强力推动着人类对宇宙磁场的理解迈向新高度。
整场讲座内容详实严谨、层层递进，全程依托学术理论、数值模拟、实体实验、天体观测四大板块展开，完整梳理了MHD湍流从基础现象研究、实验室实证，到太阳天体实际应用再到智能数据建模的全链条研究脉络，让在场师生们系统掌握了该领域前沿研究成果，进一步拓宽了学术研究视野，为相关专业后续科研探索提供了坚实的理论参考与研究思路。
报告结束后，现场多位师生Stepanov教授进行了积极充分的学术交流，Stepanov教授对现场师生的提问一一进行了细致地解答，互动交流过程气氛活跃。聆听了这样一场精彩的学术讲座，相信同学们必将获益匪浅。
文字：闫孟阳
图片：马佳慧、王钟震
审核：吕泽
