Turbulent Thermal Equilibration of Collisionless Magnetospheric Plasmas
本文通过理论分析与非线性回旋动理学模拟,证明磁层等离子体中由磁曲率和密度梯度驱动的湍流可在无碰撞条件下均衡不同种类粒子的温度,实现热平衡。
2024-05-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Parametric Decay Instability and Dissipation of Low-frequency Alfvén Waves in Low-beta Turbulent Plasmas
利用三维混合模拟方法研究了湍流低β等离子体背景中圆偏振Aflvén波的参量衰减不稳定性(PDI)的演化。结果表明,湍流降低了PDI的增长率相比,线性理论预测,但PDI仍然可以存在。有趣的是,与线性弗拉索夫预测相比,离子声模式的阻尼率(作为PDI的产物)也减小。然而,由于离子声波的共振朗道阻尼,观察到在平行于背景磁场的方向上的离子的显著加热。在低β湍流等离子体中,与传统的湍流耗散模型不同,PDI能在远大于离子动力学尺度的尺度上为低频Alfvén波的能量耗散提供重要的通道.
2018-01-31 physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent Density Spectrum in Solar Wind Plasma
太阳风的密度起伏谱在波数空间中呈现出一种谱斜率为-5/3的类Kolmogorov标度。在磁化太阳风,典型的特点是MHD湍流的能量传递过程中,在扩展的长度尺度仍然是一个悬而未决的矛盾的现代湍流理论,提出了一个问题,如何可压缩磁流体表现出的湍流频谱是不可压缩的流体动力学流体的特性。为了解决这些问题,我们已经进行了三维时间相关的数值模拟描述超Alfvénic,超音速和强磁化等离子体流体的可压缩磁流体。结果表明,Kolmogorov样的密度谱可以开发由Alfvénic级联占主导地位的等离子体运动,而压缩模式耗散。
2009-10-15 physics.plasm-ph physics.space-ph
Evidence of a "current-mediated" turbulent regime in space and astrophysical plasmas
在空间和天体物理等离子体中,湍流能量级联如何在磁流体动力学尺度下发展是一个主要的开放问题。在这里,我们测量了帕克太阳探测器在太阳附近的观测和等离子体湍流的最先进的数值模拟中的磁波动的功率谱。两者都揭示了幂律行为的斜率兼容$-11/3$在尺度小于离子特征尺度,比通常观察到的太阳风和地球的磁鞘陡峭。我们解释这种行为,通过开发一个简单的双流体模型,不需要任何动力学过程,也不电子惯性效应。其特征在于,在子离子尺度下,离子动能对总湍流能量级联的显著贡献,尽管动力学通过电流密度由磁场驱动。我们预计,这一制度可能是相关的低β等离子体,如太阳日冕,非相对论性磁化喷流和磁盘,和实验室等离子体的广泛类别。
2020-10-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron Modulational Instability in the Strong Turbulent Regime for an Electron Beam Propagating in Background Plasma
我们使用模拟和分析理论研究集体过程的电子束通过背景等离子体传播。一个新的制度,朗缪尔波包的不稳定性可以增长本地远快于离子频率被清楚地确定。这种新制度的关键特征是电子调制不稳定性,快速创建本地朗缪尔波包,这反过来又产生本地电荷分离和强离子密度扰动,因为有质动力的作用,使束-等离子体波相互作用停止共振。三个演变阶段的过程和观察到的周期性突发功能进行了讨论。不同的物理制度,在等离子体和光束参数空间的第一次被证明。
2022-08-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
The Importance of Electron Landau Damping for the Dissipation of Turbulent Energy in Terrestrial Magnetosheath Plasma
日光层等离子体湍流在将大尺度磁场和等离子体流波动的能量转移到小尺度上耗散,最终导致等离子体加热的过程中起着关键作用。磁层多尺度飞行任务对地球磁鞘中的电磁场和电子速度分布进行了高质量的测量,这为描述等离子体湍流的特征和确定其耗散机制提供了一个独特的机会。我们应用场粒子相关技术的一组20 MMS磁鞘间隔,以确定耗散机制和量化的耗散率。据发现,95%的间隔具有电子朗道阻尼的速度空间签名,这与动力学Alfvén波的无碰撞阻尼的线性动力学理论定量一致。大约75%的间隔包含不对称的签名,这表明沿磁场的一个方向上的动力阿尔文波能量通量的局部不平衡。大约三分之一的间隔具有相同的数量级的估计的湍流级联率的电子的衰减率,这表明电子朗道阻尼起着显着的,有时占主导地位,在这些磁鞘间隔的湍流能量的耗散的作用。
2021-12-03 physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonlinear growth of firehose and mirror fluctuations in turbulent galaxy-cluster plasmas
在湍流的高β天体物理等离子体中(以星系团等离子体为例),压力各向异性驱动的水龙带和镜像波动在与湍流运动的周转时间相当的时间尺度上非线性地增长到大幅度dB/B ~ 1。它们的非线性演化的原理是产生长期增长的小尺度磁波动,这些磁波动平均抵消了造成压力各向异性的大尺度磁场的时间变化。小尺度磁涨落的存在可能会极大地影响高β天体物理等离子体的输运性质,从而影响大尺度动力学。
2008-02-29 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic dissipation and anisotropic heating in a turbulent collisionless plasma
利用无碰撞混合模拟方法研究了Orszag-Tang涡旋的动力学演化。在磁流体动力学制度,这种涡流迅速导致宽带湍流。与MHD的显著差异出现在小尺度上,其中流体尺度能量几乎完全通过磁场耗散成热,因为质子与磁场解耦。虽然没有回旋共振,但质子在垂直于平均场的平面上优先加热,就像日冕和太阳风一样。计算了有效输运系数。
2008-06-20 physics.plasm-ph physics.space-ph
Whistler Wave Turbulence in Solar Wind Plasma
哨声波存在于太阳风等离子体中。这些波具有典型地由分别大于离子陀螺频率和小于离子陀螺半径的频率和长度尺度表征的特征湍流波动。电子惯性长度是哨声波湍流中的一个内在尺度,它将高频太阳风湍流谱划分为小于和大于电子惯性长度的尺度。我们提出了非线性三维,时间相关的,流体模拟哨声波湍流研究它们在太阳风等离子体中的作用。我们的模拟发现,色散哨声模式的演变完全不同的两个制度。虽然色散哨声波效应在大尺度范围内更强,但它们不影响由Kolmogorov样$k^{-7/3}$谱描述的谱级联。相比之下,小尺度湍流波动表现出类似Navier-Stokes的演化,其中特征湍流涡旋表现出典型的$k^{-5/3}$流体动力学湍流谱。利用波速与磁场的均分关系,定量地讨论了哨声波在太阳风等离子体涨落中的作用。
2009-11-11 physics.plasm-ph physics.space-ph
Proton Kinetic Effects and Turbulent Energy Cascade Rate in the Solar Wind
第一个观察到的质子温度各向异性驱动的动力学不稳定性和估计的能量级联率在湍流太阳风之间的连接报告使用测量从风航天器在1 AU。我们发现增强级联率集中沿边界的($β_{\parallel}$,$T_{\perp}/T_{\parallel}$)平面,其中包括理论上不稳定的镜像和消防水龙带不稳定性的区域。在估计的级联速率和动力学效应(如温度各向异性和等离子体加热)之间观察到强相关性,导致质子比典型的各向同性等离子体条件下热5-6倍,各向异性70-90%。这些结果提供了新的见解动力学过程中的湍流制度。
2013-08-11 physics.plasm-ph physics.space-ph
Statistical Properties of Turbulent Fluctuations Associated with Electron-only Magnetic Reconnection
内容:最近的卫星测量地球湍流磁鞘的证据表明,一个不寻常的重联机制,完全由电子驱动。这个新观察到的过程被称为电子重联,它与等离子体湍流的相互作用是一个有很大争议的问题。目的:通过对自由衰减等离子体湍流的二维-三维混合Vlasov-Maxwell模拟,研究了电子重联在等离子体湍流发展中的作用。特别是,我们寻找可能的差异与标准离子耦合重联相关的湍流。研究方法:通过对湍流磁场和离子流体速度涨落的结构函数的分析,刻画了湍流能量级联的结构和不稳定性。结果如下:我们发现,与纯电子重联相关的湍流涨落的统计特性与标准离子耦合重联相关的湍流涨落的统计特性一致,并且在湍流统计中没有发现与纯电子重联相关的特殊特征.这一结果表明,在无碰撞磁化等离子体中的湍流能量级联不依赖于与磁重联相关的特定机制。讨论了耗散范围的性质,指出在亚离子尺度下只有电子对磁场能量的耗散有贡献。
2020-08-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
von Kármán energy decay and heating of protons and electrons in a kinetic turbulent plasma
衰减的时间未驱动的弱碰撞动力学等离子体湍流的系统大的离子动力学尺度相比,研究使用完全电磁粒子在细胞模拟开始与横向流动和磁扰动,恒定密度,和一个强大的引导场。所观察到的能量衰减是一致的冯卡门假设的相似性衰减,在制定适应磁流体力学(MHD)。动力耗散发生在小尺度上,但总的速率显然是由大尺度动力学控制。在小的湍流幅度下,电子优先被加热。在更大的振幅质子加热是主要的效果。在太阳风和日冕中,质子通常更热,这表明这些自然系统处于大振幅湍流状态。
2013-08-30 physics.plasm-ph physics.space-ph
Whistler Wave Cascade in Solar Wind Plasma
对哨声波湍流进行了三维非线性、时间相关的流体模拟,研究了哨声波在太阳风等离子体湍流中的作用。在这些湍流中,特征湍流起伏的频率和长度尺度分别大于离子陀螺频率和小于离子陀螺半径。电子惯性长度是哨声波湍流中的一个内在尺度,它将高频太阳风湍流谱划分为小于和大于电子惯性长度的尺度。我们的模拟发现,色散哨声模式的演变完全不同的两个制度。虽然色散哨声波效应在大尺度范围内更强,但它们不影响由Kolmogorov样$k^{-7/3}$谱描述的谱级联。相比之下,小尺度湍流波动表现出类似Navier-Stokes的演化,其中特征湍流涡旋表现出典型的$k^{-5/3}$流体动力学湍流谱。利用波速与磁场的均分关系,定量地讨论了哨声波在太阳风等离子体涨落中的作用。
2009-02-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
Plasmoid-dominated Turbulent Reconnection in a Low $β$ Plasma
采用电阻磁流体动力学(MHD)方法研究了低$β$背景等离子体中等离子体团主导的湍流重联特性。在$β_{\rm in} < 1$区域,其中$β_{\rm in}$是流入区域的等离子体$β$,重联位置由激波和激波相关结构主导,等离子体压缩是显著的。当$β_{\rm in}$减小时,有效重连率从$0.01$增加到$0.02$。我们假设等离子体压缩允许更快的重联率,然后我们估计的加速因子,基于可压缩MHD理论。我们验证了我们的预测通过一系列的MHD模拟。这些结果表明,在日冕的$β\ll 1$环境中,等离子体团占主导地位的重联可以比预期的快两倍。
2020-04-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Temporal and Spatial Turbulent Spectra of MHD Plasma and an Observation of Variance Anisotropy
从时间和空间磁涨落谱两个方面分析了MHD湍流的本质。在斯沃斯莫尔球形马克实验(SSX)的MHD风洞中产生了磁湍流等离子体。磁波动的功率被投射到垂直和平行于局部平均场的方向上;这些量的比率显示了方差各向异性的存在,其作为频率的函数而变化。磁,速度和密度谱之间的比较也表明,观察到的湍流的能量主要是由等离子体生产过程中产生的磁场播种。直接空间谱使用多通道诊断构造,并用于与使用泰勒假设转换为空间尺度的频谱进行比较。由于离子惯性长度尺度物理的观察耗散的证据也进行了讨论,以及实验室实验可以发挥的作用,在理解湍流通常研究空间设置,如太阳风。最后,所有的湍流结果显示比较相当不错的霍尔MHD模拟实验。
2014-04-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
Local and global properties of energy transfer in models of plasma turbulence
利用直接数值模拟方法研究了弱碰撞空间等离子体湍流能量传递率的性质。这是做比较从混合Vlasov-Maxwell模拟colissionless等离子体,霍尔磁流体力学,和朗道流体模型再现低频动力学效应,如朗道阻尼的结果。在这个部分开发的湍流的情况下,估计不同的能量通道的本地和全球的标度特性获得使用代理的本地能量传输(LET)。这种方法提供了有关能量通量结构的信息,假设湍流级联传递了大部分能量,然后在小尺度上通过这种等离子体中的各种动力学过程耗散。
2020-10-16 physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent electromagnetic fields at sub-proton scales: two-fluid and full-kinetic plasma simulations
等离子体动力学是一个涉及多个时空尺度的多尺度问题。湍流通过由非线性相互作用建立的级联将该系统中的不同尺度连接起来。大多数天体物理等离子体系统是弱碰撞,使一个完整的动力学弗拉索夫描述系统的必要。使用简化的模型来研究这样的系统是计算上可取的,但在不同的模型物理仔细基准是必要的。我们在这里进行一个这样的比较完全动力学粒子在细胞(PIC)模型和双流体模型,包括霍尔物理和电子惯性,特别关注亚质子尺度电场。我们表明,在一般的两个流体模型捕捉大尺度动力学相当不错。在较小的尺度下,霍尔物理也被流体代码捕获得相当好,但电子特征显示偏离完全动力学模型。使用这种流体模型的影响进行了讨论。
2018-09-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Energy conversion in turbulent weakly-collisional plasmas: Eulerian Hybrid Vlasov-Maxwell simulations
动力学模拟的基础上的欧拉混合Vlasov-Maxwell(HVM)形式主义允许检查等离子体湍流与有用的分辨率的质子速度分布函数(VDF)。HVM模型在这里被用来研究能量的平衡,重点是导致质子动力学效应的转换通道,包括内能和温度各向异性的增长。我们表明,这种欧拉模拟方法,这是几乎无噪声,是能够提供一个准确的能量平衡的质子。结果表明,恢复的温度增长是直接相关的压力-应变相互作用的作用。此外,局部空间相关性的分析表明,压力-应变相互作用定性地与强流,高涡度结构,虽然其他地方的条款-如热通量-削弱的相关性。这些数值计算能力的基础上的欧拉方法将使更深入的研究弱碰撞弗拉索夫等离子体中的传输和转换通道。
2019-07-12 physics.plasm-ph physics.space-ph
The dissipation of solar wind turbulent fluctuations at electron scales
我们提出了二维全动力学粒子模拟衰减电磁波动。计算盒是这样的,从电子到离子的回旋半径范围内的波长被解决。所使用的参数是现实的太阳风,和离子电子质量比是物理的。对小尺度湍流波动消散的理解被认为是太阳风加速和日冕加热的关键机制。计算结果表明,幂律级联的磁波动可以维持到电子拉莫尔半径和更小的尺度。我们分析了模拟结果的光的Vlasov线性理论,我们评论的粒子加热。轻阻尼模式的色散曲线表明,在电子尺度上,线性机制可能是导致所观察到的功率谱变陡的原因,但不可能直接将湍流波动识别为线性模式的集合
2011-01-31 physics.plasm-ph physics.space-ph
Fine structure of type III solar radio bursts from Langmuir wave motion in turbulent plasma
太阳经常加速通过日冕和行星际空间的近相对论电子束。这些射束与它们的等离子体环境相互作用,产生III型射电暴,这是从地球上看到的最明亮的天体物理射电源。III型精细频率结构的形成和运动是一个谜,但通常认为与日冕和太阳风中的等离子体湍流有关。结合动力学模拟和高分辨率无线电III型观测的低频阵列的理论框架,我们定量地表明,精细结构是由移动强烈的朗缪尔波在湍流介质中的团块。我们的研究结果表明,III型精细结构可用于远程分析压缩密度波动的强度和频谱,并可以推断天体物理等离子体中的环境温度,这两者都显着扩大了当前太阳射电辐射的诊断潜力。
2021-03-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Estimation of turbulent heating of solar wind protons at 1AU
本文提出了一种利用等离子体矩和磁场资料计算太阳风湍流加热的新方法。我们发展了这种方法,并将其应用于计算1AU的太阳风质子等离子体的湍流加热。该方法利用了膨胀的太阳风等离子体的两个物理性质:波粒热力学平衡和熵率输运。我们分析等离子体矩和场数据从风S/C,以计算(i)波动的磁能,(ii)相应的相关长度,和(iii)湍流加热率。我们确定了它们与太阳风速度的关系,以及这些关系相对于太阳风和行星际日冕物质抛射等离子体的变化。
2020-12-09 physics.space-ph
Effects of Unequal Electron-Ion Plasma Beta on Pressure-Strain Interaction in Turbulent Plasmas
Clemson University(克莱姆森大学);University of Delaware(特拉华大学)
研究不等电子-离子温度对湍流等离子体中压力-应变相互作用的影响,揭示热不平衡如何影响物种依赖的加热率。
2025-12-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
The Fundamental Parameters of Astrophysical Plasma Turbulence and its Dissipation: Nonrelativistic Limit
该研究引入无量纲等离子体与湍流参数,将10个通用参数缩减至各向同性温度下的3个基本参数,明确湍流阻尼动力学机制的参数依赖,首次绘制出基于驱动尺度和离子等离子体β的湍流阻尼机制相图,为湍流加热预测模型构建提供基础。
2024-04-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Quasilinear Premise for the Modeling of Plasma Turbulence
准线性前提是等离子体湍流建模的假设,其中湍流波动由随机定相的线性波模式的叠加表示,并且能量通过非线性相互作用在这些波模式之间传递。我们具体定义是什么构成的准线性的前提,并提出了一系列的理论论据,即使在强烈的湍流等离子体中的线性波特性的相关性的支持。我们回顾证据支持和冲突的准线性前提下,从数值模拟和测量等离子体湍流的太阳风。虽然准线性前提的有效性问题仍有待解决,我们认为,证据在很大程度上支持了准线性前提在等离子体湍流建模中的价值,并且其有用性也可以通过从这种方法中获得的见解来判断,最终目标是发展预测任何湍流等离子体系统演化的能力,包括湍流波动的频谱,它们的耗散以及由此产生的等离子体加热。
2014-04-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Characterization of the Turbulent Magnetic Integral Length in the Solar Wind: From 0.3 to 5 Astronomical Units
太阳风是一个结构化的复杂系统,其场在大范围的时空尺度上变化剧烈。例如,风中的湍流活动会影响积分湍流尺度或相关长度[λ]在日光层中的演变,通常与将惯性范围与注入范围分开的惯性能谱中的断点有关。磁场的这种巨大变化要求对太阳风进行统计描述。在这项工作中,我们研究的概率分布函数(PDF)的磁自相关长度观测到的太阳风在不同的距离,从太阳。我们使用来自Helios,ACE和ESTA航天器的观测结果。我们区分了通常的太阳风和它的一个瞬态分量(行星际日冕物质抛射,ICMEs),并研究了具有低和高质子β [β p ]的太阳风样本。我们发现,在最后3个制度的PDF的λ是一个对数正态函数,符合乘法和非线性过程中发生的太阳风,初始λ(Alfvénic点之前)是较大的ICME。
2014-04-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
In situ Measurement of Curvature of Magnetic Field in Turbulent Space Plasmas: A Statistical Study
利用磁层多尺度(MMS)任务在湍流磁鞘中积累的现场数据,我们报告了磁场曲率的统计研究,并讨论了它在湍流空间等离子体中的作用。与以前的模拟结果相一致,曲率的概率分布函数(PDF)被证明具有不同的幂律尾部的上限和下限。我们发现磁力线曲率在空间上是间断分布的。高曲率值位于弱磁场区域附近,而低曲率值与垂直于场线作用的力的小幅度相关。一个简单的统计处理提供了一个解释所观察到的曲率分布。空间等离子体中磁曲率的这种新的统计特性提供了一个起点,用于在湍流背景下评估依赖于这一基本量的粒子微扰过程(如曲率漂移)的适用性和影响。
2020-03-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Proton-proton collisions in the turbulent solar wind: Hybrid Boltzmann-Maxwell simulations
热、稀和湍流等离子体的加热机制是空间物理学中一个长期存在的问题,其影响涉及近地环境和天体物理系统。为了探索粒子间碰撞的可能作用,等离子体湍流的模拟-在无碰撞和弱碰撞制度-已通过采用欧拉混合Boltzmann-Maxwell模拟进行了比较,质子-质子碰撞明确引入通过非线性Doughnut算子。虽然碰撞并不显着影响湍流的统计特性,它们耗散质子分布函数中的非热功能,并抑制速度空间中的拟能/熵级联,阻尼向大厄米模式的光谱传输。这种拟能耗散在等离子体分布函数强烈扭曲的区域特别有效,这表明精细的速度空间结构增强了碰撞效应。建立了流体湍流能量级联与等离子体涡度拟能级联之间的定性联系,为天体物理等离子体湍流的理解开辟了新的途径
2019-12-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Adaptive critical balance and firehose instability in an expanding, turbulent, collisionless plasma
使用混合动力学粒子模拟,我们研究了膨胀的,无碰撞的,磁化等离子体中的强Alfvénic湍流持续驱动的演变。由等离子体膨胀产生的温度各向异性(以及随之而来的平均磁场强度的降低)逐渐降低了场线的有效弹性,导致Alfvénic波动的线性频率和剩余能量的降低。作为响应,这些波动修改它们的相互作用和空间各向异性,以保持它们的特征线性和非线性频率之间的逐尺度“临界平衡”。最终等离子体变得不稳定,动力学消防水龙带不稳定性,激发快速增长的离子拉莫尔尺度的磁波动。随之而来的粒子的俯仰角散射保持边缘稳定附近的温度各向异性,即使作为湍流等离子体继续扩大。由此产生的平行和垂直温度的演变不满足双绝热守恒定律,但准确地描述了一个简单的模型,包括异常散射。我们的研究结果有影响,了解各种热,稀,天体物理等离子体中的宏观和微观尺度物理之间的复杂相互作用,并提供有关功率谱,剩余能量,离子拉莫尔尺度的光谱断裂,和非麦克斯韦功能的离子分布函数,可以通过在高β地区的太阳风的测量进行测试的预测。
2021-11-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic Reconnection in Turbulent Diluted Plasmas
本文用双流体理论研究了湍流等离子体中的磁重联事件。通过识别扩散区域,我们测量的重联率的电导率和电流片厚度的函数。我们已经发现,重联率的规模作为电流片的厚度的倒数的平方,是独立的扩散区域的纵横比,在其他分析,例如,甜帕克和Petscheck,和数值模型。此外,虽然重连率也与电导率的平方倒数成比例,但扩散区域的纵横比(其表现出$0.1-0.9$范围内的值)与后者不相关。我们的研究结果提出了一个新的磁重联率的表达式,经过实验验证,可以提供一个进一步了解的磁重联过程。
2017-03-03 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Menura: a code for simulating the interaction between a turbulent solar wind and solar system bodies
尽管行星科学和等离子体物理之间有着密切的关系,但很少有先进的数值工具能够将这两个主题联系起来。代码Menura提出了对这些重叠领域的自洽建模的突破,在一个新的两步的方法,允许一个完全湍流的太阳风和太阳系的各种机构之间的相互作用的全球模拟。本文介绍了新的代码和它的两步全局算法,通过第一个例子:湍流太阳风和彗星之间的相互作用进行说明。
2021-08-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.comp-ph
The interaction between shocks and plasma turbulence: phase space transport
数值研究了无碰撞激波与充分发展的等离子体湍流的相互作用。混合动力学模拟,湍流射流对斜激波猛烈抨击,是用来解决等离子体传输上游湍流的作用。提出了一种新的技术,使用粗粒化的弗拉索夫方程,表明传输特性强烈依赖于上游湍流强度,湍流结构调制模式。这些结果对于理解空间等离子体中的加速和加热过程可能是相关的。
2020-11-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Self-consistent Castaing distribution of solar wind turbulent fluctuations
太阳风湍流脉动的间歇性行为经常通过模拟其概率分布函数(PDF)来研究。其中,Castaing模型(Castaing等人,1990年)在过去已成功使用。本文对Helios 2和Helios 2号探测器记录的快、慢和极风样本,研究了太阳风湍流的能量耗散场。耗散率的统计描述,然后被用来消除通过调理的PDF的不稳定性。在此基础上,提出了一个自洽的无参数Castaing模型。自洽模型进行了测试,对实验的PDF,显示出良好的协议,并支持图片的多重分形能量级联的起源太阳风不稳定性。
2015-05-28 physics.space-ph
Evidence for Electron Landau Damping in Space Plasma Turbulence
湍流能量如何在弱碰撞空间和天体物理等离子体中耗散是一个重要的问题。在这里,我们提出了一个场粒子相关技术的应用,直接测量地球的磁鞘,该地区的太阳风下游的地球的弓形激波的湍流电磁场和电子之间的能量转移。从平行的电场作为电子速度的函数的长期的能量转移的测量示出了与朗道阻尼一致的签名。这个签名是连贯的,随着时间的推移,接近预测的共振速度,类似于动力学Alfvén湍流模拟中看到的,并在相位随机化下消失。这表明,电子朗道阻尼可以在湍流等离子体加热中发挥重要作用,该技术是一个有价值的工具,用于确定粒子的通电过程中运行的空间和天体物理等离子体。
2019-02-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Extended Cyclotron Resonant Heating of the Turbulent Solar Wind
基于 Parker Solar Probe 观测与准线性理论,研究发现15–55太阳半径快速太阳风中的离子回旋波加热率占湍流级联率显著比例,是重要耗散机制。
2024-06-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Interaction between the turbulent solar wind and a planetary magnetosphere: a 2D comet example
使用新开发的代码\emph{Menura},我们提出了第一个全球图片之间的相互作用的湍流太阳风和行星障碍,在我们的太阳系,即彗星。这第一次出版的目的是脱落的上游太阳风湍流的宏观影响的彗星诱导磁层的灯。使用混合粒子在细胞模拟代码,我们模拟一个中等活动彗星,使用湍流和层流太阳风输入,两个制度之间的直接比较。我们展示了如何湍流特性的太阳风导致一个较小的障碍物的大小。然后,我们提出了如何上游湍流结构,跟踪垂直磁场波动缺席层流的情况下,自洽披盖和堆积在周围的致密的内彗发,形成强烈的等离子体团下游的核,拉开密集的彗星离子泡。这种伪周期性侵蚀现象重新引导了全球彗星离子逃逸,因此,在湍流情况下,发现最里面的彗发平均比通过模拟层流上游流预测的密度低45%。
2023-01-20 astro-ph.EP physics.space-ph
The Impact of Turbulent Solar Wind Fluctuations on Solar Orbiter Plasma Proton Measurements
太阳轨道器将观测太阳和内日光层,研究太阳活动、日冕结构和太阳风起源之间的联系。太阳轨道器上的等离子体仪器将以高时间分辨率确定等离子体离子和电子的三维速度分布函数。对这些分布的分析将确定等离子体体参数,如密度、速度和温度。本文研究了短时间尺度等离子体变化对粒子测量和等离子体参数估计的影响。为了这项研究的目的,我们模拟预期的观测太阳风质子,考虑到太阳轨道器上的质子-阿尔法传感器(PAS)的性能。我们特别研究的影响Alfvénic和慢模式的波动,通常观察到的太阳风的时间尺度上的毫秒到小时,对意见。我们这样做是通过构造分布函数从建模的观察和计算它们的统计矩,以获得等离子体体参数。与已知的输入参数之间的比较,使我们能够估计太阳轨道器质子测量在典型条件下的太阳风的预期精度。我们发现这些湍流效应引起的等离子体起伏对未来的SWA-PAS观测只有很小的影响
2019-10-25 physics.space-ph
The Complex Structure of Magnetic Field Discontinuities in the Turbulent Solar Wind
使用高分辨率的星团卫星观测,我们表明,湍流太阳风是由不同尺度的磁不连续性,从质子到电子尺度。这些层的结构类似于等离子体中的Harris平衡分布。使用一个多维的不透明度技术,我们表明,这些结构是通过规模连接。支持的磁重联的数值模拟,我们表明,观察是一致的情况下,许多电流层发展的湍流,这些重联事件的流出的特点是复杂的次质子网络的二级岛屿,在自相似的方式。目前的工作建立了“湍流重联”和“湍流重联”的图片,分别援引为无处不在,共存于空间等离子体。
2015-11-10 astro-ph.SR physics.space-ph
Turbulent dynamo in a collisionless plasma
磁场遍布整个宇宙,影响着从宇宙到行星尺度的天体物理系统的形成和演化。银河系外磁场的产生和动力学放大贯穿宇宙时间,达到附近星系团报告的$μ$高斯水平,接近等离子体运动的动能均分,尺度至少为数十千秒差距,这是一个主要的难题,基本上不受观测的约束。在这种情况下,经常会引用发电机效应将动能转化为磁能,然而河外等离子体是弱碰撞的(与磁流体力学流体相反),并且在这种等离子体中是否可能通过有效的湍流发电机不稳定性来实现磁场增长和维持还没有确定。在六维相空间中的弗拉索夫方程的完全动力学数值模拟回答这个问题所必需的,直到最近仍然超出计算能力。在这里,我们通过这样的模拟表明,磁场放大通过发电机不稳定性发生在随机驱动的,非相对论性的亚音速流最初未磁化的无碰撞等离子体。我们还发现,发电机自加速,并成为纠缠与动力学不稳定性的磁化强度增加。结果表明,这样的等离子体发电机可能在实验室实验中实现,支持的想法,即集群内介质(ICM)湍流可能显着有助于放大集群磁场近均分水平的时间尺度短于哈勃时间,并强调多尺度动力学物理在高能天体物理等离子体的关键作用。
2016-04-01 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
Solar wind magnetic turbulence: Inferences from spectral shape
从理论上解释了太阳风湍流谱斜率的理论、数值和观测测定之间的某些差异。在太阳风磁湍流和磁流体动力学模拟中湍流Kolmogorov斜率的计算显示出微小的差异。这些被用来推断熵产生的湍流级联和推断的异常湍流碰撞频率的耗散范围内,以及平均能量输入太阳风湍流。获得了v < 200 Hz量级的异常湍流碰撞频率。相应的固定太阳风磁能输入到磁湍流中的Kolmogorov惯性范围内得到的数量级为50 eV/s。讨论了它的热命运。
2016-02-27 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar wind turbulent spectrum at plasma kinetic scales
在尺度动力学范围内对太阳风中磁涨落的湍流谱的描述尚未完全建立。在这里,我们进行了100光谱测量的STAFF仪器的集群任务,它允许解决湍流波动从离子尺度下降到电子尺度的一小部分,即从$\sim 10^2$公里到$\sim 300$米的统计研究。我们表明,对于$k_{\perp}ρ_e \in[0.03,3]$(这大约相当于在航天器框架$f\in [3,300]$ Hz的频率),所有观察到的光谱可以描述的一般规律$E(k_\perp)\propto k_\perp^{-8/3}\exp{(-k_\perp ρ_e)}$,其中$k_{\perp}$是垂直于背景磁场和$ρ_e$电子拉莫尔半径的波矢量分量。这种在太阳风中发现的指数尾似乎与电子上磁波动的朗道阻尼相一致。
2012-12-03 astro-ph.SR physics.space-ph
Alfven Wave Reflection and Turbulent Heating in the Solar Wind from 1 Solar Radius to 1 AU: an Analytical Treatment
我们研究了阿尔芬波在冕洞和太阳风中的传播、反射和湍流耗散。我们从Heinemann-Olbert方程开始,该方程描述了在背景流平行于背景磁场的非均匀介质中的非压缩磁流体动力学波动。按照Dmitruk等人的方法,我们使用一个简单的现象学的级联和波能量的耗散模型的非线性项在这些方程中,并假设有更多的能量在波传播远离太阳比波向太阳传播。然后,我们求解方程解析波的周期小时和更长的时间,以获得表达式的波振幅和湍流加热率作为日心距离的函数。我们还开发了第二个近似模型,其中包括周期约为1分钟至1小时的波,其反射比长周期波少,并将我们的模型与观测结果进行比较。我们的模型通过考虑太阳风的速度来推广Dmitruk等人的唯象模型,这样湍流加热率就可以从日冕底部超过阿尔芬临界点进行评估-也就是说,在整个区域中,大部分的加热和加速发生。我们得到的简单的解析表达式,可以用来将阿尔芬波反射和湍流加热到流体模型的太阳风。
2009-11-05 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph