《REVIEWS OF GEOPHYSICS》：Collisionless Shocks: Contemporary State After Three Quarters of a Century of Research
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无碰撞激波（collisionless shock）研究始于20世纪50年代末。自那时起，由于日球层（heliosphere）中的大量任务提供了场和粒子的原位测量（in situ measurements），积累了丰富的数据。这些测量的质量在过去二十年中显著提
无碰撞激波（collisionless shock）研究始于20世纪50年代末。自那时起，由于日球层（heliosphere）中的大量任务提供了场和粒子的原位测量（in situ measurements），积累了丰富的数据。这些测量的质量在过去二十年中显著提升。可供分析的数据远多于已分析的。理论研究在1966年得到推动，当时研究表明激波是由磁场剖面的非线性陡化（nonlinear steepening）和色散展宽（dispersive broadening）之间的相互作用形成的。目前，普遍观点认为激波本质上由离子动力学（ion kinetics）塑造。到目前为止，研究人员对低马赫数（Mach number）激波中的离子加热及其与磁场剖面的关系达成了良好的半定量理解，并对离子反射和良好结构磁场的性质有了定性理解。已观测到波纹状和非稳态的准垂直激波（quasi-perpendicular shocks），相关理论正在发展中。
在空间等离子体基础过程与无碰撞激波的角色方面，无碰撞激波（collisionless shock）是空间等离子体中最普遍的现象之一，存在于实验室、日球层及超新星遗迹（SNR）和星系团等天体物理尺度。激波表征为质量、动量和能量连续流跨越过渡区，伴随熵产生，其守恒律表现为Rankine-Hugoniot关系。激波的主要作用是将定向流动能量重新分配为加热离子和电子的能量、增强磁场能量以及小部分高能粒子能量。宇宙射线被认为由SNR激波产生，更高能量可能由星系团激波加速。无碰撞激波是多尺度结构：电子分布受亚激波过渡区尺度场影响，离子分布和磁场剖面在过渡区尺度改变，而粒子加速通过扩散激波加速（DSA）在更大尺度发生。
在历史评述部分，激波原为流体动力学（HD）概念，后推广到磁流体动力学（MHD），分为快激波和慢激波，本综述关注快激波。无碰撞激波研究始于1955年Thomas Gold的预测，随后太阳风存在被理论预测，实验室激波被产生，地球弓形激波被观测。早期模型通过双流体分析非线性磁声波，揭示了非线性陡化与色散展宽的相互作用，并引入伪势类型微分方程描述孤子解，弱耗散下形成激波解，并存在第一临界马赫数。观测方面，从IMP 1、Vela 4到ISEE、Cluster、THEMIS、MMS等任务积累了大量数据，改进了测量分辨率。早期多航天器观测用于确定激波法向和速度，并识别波纹和重构。现代观测任务（如Wind、ACE、STEREO、Cluster、THEMIS、MMS、SOLO、PSP）提供了不同时间分辨率的场和分布测量，地球弓形激波通常为高马赫数，行星际激波通常为低马赫数。
在激波结构当前状态方面，守恒律要求质量、动量、能量通量在激波过渡区恒定，包括非回转各向异性离子压力。次临界激波分为耗散型和色散型，前者电阻率维持激波，后者存在上游哨声前驱波。观测显示次临界激波存在前驱波、过冲和下游磁场振荡，其上游部分可用双流体模型描述，耗散机制尚不明确。准垂直超临界激波具有典型结构：足、斜坡、过冲、下冲及下游振荡，足由反射离子电流引起，过冲在次临界中也存在。下游振荡由运动学无碰撞弛豫解释。非平面性和时间依赖性在高马赫数下加剧，表现为波纹和重构。波纹由反射离子驱动，可视为表面波，重构则表现为斜坡消失再出现。准平行超临界激波缺乏明确结构，通常呈现“拼凑”状大幅磁场结构，但近太阳观测显示此类激波可具有清晰过渡区和局部准垂直特征。
在激波等离子体过程方面，等离子体热化源于粒子在电磁场中的动力学，宏观场（如斜坡、足）和微观场（如德拜尺度电场）共同作用。熵增主要通过离子实现，粗粒化熵增加与回转相位混合有关。离子加热通过直接传输离子在斜坡中的运动实现，能量由定向流动转化为回转能量，反射离子在超临界激波中贡献显著。反射模式包括静电模式（势垒反射）和磁模式（回转后返回）。准垂直激波中反射传输离子影响下游，准平行激波中反射回流离子影响上游。电子加热对微观场敏感，当前认为跨激波电势由多个小尺度静电尖峰积分构成，电子加热机制仍待研究。粒子加速主要模式包括激波漂移加速（SDA）和扩散激波加速（DSA），后者通过多次穿越激波面并在上下游磁涨落中散射实现，谱指数由压缩比决定。注入机制（从热分布产生超热种子）尚不完全清楚，电子加速需更高洛伦兹因子。
在天体物理激波启示方面，日球层激波（马赫数<30）与超新星遗迹激波（马赫数~1000）的关联存在两种极端观点：悲观派认为高马赫数下物理定性改变，乐观派认为可通过适当缩放参数外推。近期观测到日球层激波具有类似天体物理激波的特征，如持续的大幅下游磁场振荡，其均方根磁场可远大于均值，这要求重新考虑激波边界条件，并对SNR磁场估计和电子辐射机制有直接影响。
在结论与展望方面，无碰撞激波是多尺度系统，本综述聚焦于离子尺度（即激波结构），目前理论理解主要为定性，但可通过守恒律进行定量估计。高分辨率MMS测量有望为理论进一步发展提供线索。
