In-situ observation of Hall Magnetohydrodynamic Cascade in Space Plasma
我们提出的湍流能量级联率的估计，来自霍尔MHD三阶定律。计算了霍尔项和磁流体项对能流的贡献。我们使用MMS数据积累的磁鞘和太阳风，并与以前建立的模拟结果进行比较。我们发现，在观察中，MHD的贡献是占主导地位的惯性尺度，在模拟中，但霍尔项变得显着的观测在更大的尺度比在模拟中。可能的原因提供了这种意想不到的结果。
2020-05-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar wind turbulent spectrum from MHD to electron scales
利用星团观测，从MHD到电子尺度研究了自由太阳风中磁涨落的湍流谱。我们讨论了电子尺度下的仪器噪声及其对测量的影响。我们确认的频谱$\sim \exp{\sqrt{kρ_e}}$在宽频率范围$\sim[10,100]$ Hz的曲率的存在下，表示存在的耗散。在不同的等离子体条件下的七个光谱的分析清楚地表明，在MHD和离子尺度的准普适幂律谱的存在。然而，从惯性范围$\sim k^{-1.7}$到离子标度$\sim k^{-2.7}$的光谱的转变不是普遍的。最后，我们讨论了不同的动力学等离子体尺度上的光谱形状的作用，考虑归一化的无量纲光谱。
2009-12-14 physics.plasm-ph physics.space-ph
Hall-magnetohydrodynamic waves in flowing ideal incompressible solar-wind plasmas: Reconsidered
众所周知，磁结构的太阳大气支持MHD波沿各种喷流的传播，也包括太阳风。众所周知，在某些条件下，即足够高的射流速度下，传播的MHD模式可以变得不稳定，而不是最常见的Kelvin-Helmholtz不稳定性（KHI）。在这篇文章中，我们将探讨如何传播和不稳定性的特点，沿着一个缓慢的太阳风MHD模式的影响时，他们调查的理想霍尔磁流体力学的框架。如果射流宽度小于或相当于所谓的霍尔参数$l_\mathrm{Hall} = c/ω_\mathrm{pi}$（其中$c$是光速，$ω_\mathrm{pi}$是离子等离子体频率），则霍尔磁流体动力学是适用的。我们模拟太阳风作为一个移动的速度$\vec{v}_0$圆柱形通量管半径$a$，包含不可压缩的等离子体密度$ρ_\mathrm{i}$通过一个恒定的磁场$\vec{B}_\mathrm{i}$。周围等离子体的特征在于其密度$ρ_\mathrm{e}$和磁场$\vec{B}_\mathrm{e}$。在标准模型和Hall-MHD模型的框架下推导了MHD波的色散关系，并以密度对比度$η= ρ_\mathrm{e}/ρ_\mathrm{i}$、磁场比$b = {B}_\mathrm{e}/{B}_\mathrm{i}$和霍尔尺度参数$l_\mathrm{Hall}/a$为输入参数进行了数值求解。结果表明，当$l_\mathrm{Hall}/a$为中等值时…
2020-02-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Physical Origin of the Quadrupole Out-of-Plane Magnetic Field in Hall-MHD Reconnection
重联区域内的磁场的平面外分量的四极模式被视为重联的霍尔磁流体动力学（Hall MHD）制度的一个重要特征。它首先在数值模拟中被观察到，最近在MRX（磁重联实验）中得到证实[M。Yamada，H. Ji，S.许氏T.卡特河Kulsrud，N. Bertz，F. Jobes，Y. Ono和F. Perkins，Phys.Plasmas 4，1936（1997）]，也见于航天器对地球磁层的观测。在这项研究中，四极场的物理起源进行了分析，并追踪到一个电流的电子，沿着线流入和流出的内部重联区，以保持电荷中性。四极磁场的重联过程中的整体动力学的作用进行了讨论。此外，双极极向电场的估计和离子运动的影响被强调。
2006-05-12 astro-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Extension of the Electron Dissipation Region in Collisionless Hall MHD Reconnection
本文提出了Sweet-Parker型标度参数的背景下，超阻霍尔磁流体动力学（MHD）。预测的稳态标度与Chacón等人[PRL 99，235001（2007）]发现的标度一致，尽管与该研究一样，未预测电子耗散区\emph{length}。数值实验证实，尖点状和适度更扩展的几何形状是可实现的。然而，重要的是，电子耗散区的长度，这是作为一个参数，最近的几项研究，被发现明确地依赖于超电阻率的水平。此外，尽管超电阻率可以产生更扩展的电子耗散区域，但是对于这里考虑的最大超电阻率值，该区域的长度仍然小于一个离子趋肤深度。这些电子耗散区显着短于那些在最近的动力学研究中看到的。电子耗散区的长度被发现依赖于电子惯性以及，缩放像$(m_e/m_i)^{3/8}$。然而，该区域的厚度看起来类似地成比例，使得纵横比最多非常弱地依赖于$(m_e/m_i)$。标度理论不能预测电子耗散区的长度的局限性被强调。
2009-09-16 physics.plasm-ph physics.space-ph
Small scale magnetosphere: Laboratory experiment, physical model and Hall MHD simulation
通过实验、解析分析和2.5维霍尔MHD模拟，研究了弱磁化体周围离子惯性尺度上的磁层形成问题。给出了霍尔项产生特定磁场的实验证据。直接比较制度与小和大的离子惯性长度显示显着差异，在测量磁层顶的位置和等离子体的距离。提出了一个解析模型，解释了以往动力学模拟中观测到的小磁层弓形激波消失和等离子体停止在Stoermer粒子极限而不是压力平衡距离等基本特征。数值模拟结果与实验结果和理论模型吻合较好。给出了霍尔场的详细空间结构，揭示了离子深入微磁层内部时，电子沿磁层顶边界在微磁层周围溢出。
2011-10-20 physics.space-ph
Colliding Alfvénic wave packets in MHD, Hall and kinetic simulations
Parker-Moffatt问题的分析，最近在Pezzi et al.（2016）中重新讨论，在这里通过包括Hall磁流体动力学和两个混合动力学Vlasov-Maxwell数值模型进行扩展。分散和动力学功能的存在下进行了详细的研究，两个动力学代码之间的比较也报道。关注非麦克斯韦签名的存在表明，在碰撞过程中，具有强温度各向异性特征的区域被恢复，质子分布函数沿磁场的方向显示出一个光束，类似于最近对太阳风的一些观测。
2017-02-03 physics.space-ph
Spectral transfer and Kármán-Howarth-Monin equations for compressible Hall magnetohydrodynamics
我们推导了两种新形式的衰减可压缩霍尔磁流体动力学（MHD）湍流的Kármán-Howarth-Monin方程。我们测试他们的弱可压缩，二维，中等雷诺数霍尔MHD模拟的结果，并比较它们与各向同性频谱传输（ST）方程。由于边界条件的周期性，KHM和ST方程在整个模拟过程中自动满足，并具有互补的累积行为。它们在这里被用来分析湍流的开始及其充分发展时的性质。这些方法给出了等价的结果表征：在大尺度上的动能+磁能的衰减，MHD和霍尔跨尺度能量传递/级联，压力膨胀和耗散。当磁流体效应使能量接近离子惯性范围时，出现霍尔级联，并与重联电流片的形成有关。在稍后的时间，压力膨胀能量交换率在零附近振荡，当在其振荡的一段时间内平均时，对跨尺度能量转移没有净影响。一个减少的一维分析表明，所有这三种方法可能是有用的估计能量级联率从现场观测。
2021-04-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A heuristic model for MRI turbulent stresses in Hall MHD
虽然Shakura-Sunyaev $α$粘度公式在表征无数天体物理环境方面非常成功，但已证明它在模拟MRI驱动的湍流应力方面部分不足。因此，我们采用\citet{GIO03}所采用的方法，但在霍尔磁流体力学（MHD）的背景下，研究MRI湍流。我们利用精确的演化方程的应力，并通过调用量纲分析和物理考虑关闭的非线性项。我们表明，包含霍尔项导致非平凡的结果，包括修改的雷诺和麦克斯韦应力，以及（渐近）之间的动能和磁能的非均分;后者的问题也通过非线性波的分析来解决。的动能和磁能的渐近比示出为\emph{independent}的初始条件的选择，但它是由\emph{Hall parameter}。我们将我们的模型与小尺度发电机理论的卡赞采夫处方进行了对比，霍尔项在后一种方法中没有贡献，说明了卡赞采夫形式主义的局限性。我们指出我们的模型，包括太阳风，缺乏均分已被观察到潜在的天体物理应用。
2016-04-25 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nature and Scalings of Density Fluctuations of Compressible MHD Turbulence with Applications to the Solar Wind
太阳风是一种磁化的、湍流的等离子体。它的湍流通常由阿尔夫维尼克波动主导，并且通常被认为在远离太阳的地方几乎不可压缩，如1AU附近的现场测量所示。然而，对于更靠近太阳的太阳风，等离子体$β$减小（通常低于1），而湍流马赫数$M_t$增加（可以接近1，例如，跨音速波动）。这些条件可能会产生明显更强的可压缩效应，其特征是密度波动增强，正如几次空间飞行任务所看到的那样。本文对湍流进行了一系列三维MHD模拟，以了解可压缩湍流的性质，特别是密度波动的产生。我们发现，在等离子体$β$、交叉螺旋度和多方指数的很宽的参数空间范围内，湍流密度涨落的尺度线性地作为$M_t$的函数，其尺度系数对参数的依赖性很弱.此外，通过详细的时空分析，我们表明，密度波动是由低频非线性结构，而不是可压缩MHD本征波。这些结果对于理解可压缩湍流如何有助于太阳附近的太阳风加热可能是重要的。
2022-07-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Fast and Differentiable MHD Surrogate for Solar Wind using Neural Operator
University Corporation for Atmospheric Research（大气研究大学联盟）；Space Weather TREC, University of Colorado（科罗拉多大学空间天气TREC）；Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）；National Center for Atmospheric Research（国家大气研究中心）；University of Michigan（密歇根大学）
本文提出SNOW，一种基于神经算子的快速可微代理模型，用于全球MHD太阳风模拟，在单GPU上不到一秒生成完整三维解，并保持物理结构准确性。
2026-10-06 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
On Kinetic Slow Modes, Fluid Slow Modes, and Pressure-balanced Structures in the Solar Wind
对太阳风的观测表明，惯性范围内太阳风湍流的压缩分量主要由慢模式控制。太阳风的低碰撞性允许非热特征存活，这表明需要动力学等离子体描述。最小阻尼的动力学慢模式与离子声（IA）波和非传播（NP）模式。我们推导出解析表达式的IA-波的色散关系在各向异性等离子体的框架中的gyrokinetics，然后比较它们的全动力学的数值计算，从双流体理论，和MHD的结果。这种比较表明，在中等到高$β$下，MHD和动力学理论预测的波相速度存在重大差异。磁流体力学和动力学理论还规定，所有的等离子体正常模式表现出独特的签名方面的极化。我们量化的相对振幅的波动在三个最低的粒子速度的时刻与IA和NP模式的gyrokinetic限制，并比较这些预测与MHD的结果和太阳风湍流的原位观测。波偏振的观测结果和我们的MHD预测之间的一致性好于动力学预测，这表明等离子体的行为比预期的更像太阳风中的流体。
2017-05-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Fast magnetic reconnection: The "ideal" tearing instability in classic, Hall, and relativistic plasmas
磁重联被认为是天体物理学中许多爆炸现象的驱动力，从太阳到磁星和蟹状星云中的伽马射线耀斑。然而，经典MHD模型的重连率太慢，无法解释这样的观测结果。最近，人们意识到，当电流片变得足够薄时，撕裂不稳定性的重联率变得“理想”，在这个意义上，电流片在“宏观”阿尔夫文尼克时间尺度上不稳定，而不管等离子体的伦德奎斯特数。在这里，我们提出了2D可压缩MHD模拟在经典，霍尔和相对论制度。特别是，二次撕裂不稳定性的发病率内Hall-MHD的第一次调查。在相对论MHD的框架下，我们总结了Del Zanna等人[1]的主要结果：相对论撕裂不稳定性是非常快的，重联率是光穿越时间的倒数，这是解释高能爆炸现象所需要的。
2018-01-29 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Solar wind turbulence from MHD to sub-ion scales: high-resolution hybrid simulations
我们提出的结果从一个高分辨率和大规模的混合（流体电子和粒子在细胞质子）的二维数值模拟的衰减湍流。两个不同的光谱区域（在质子尺度上被一个平滑的间断分开）以清晰的幂律标度发展，每个区域占据大约十年的波数。模拟结果同时表现出所观察到的太阳风波动的几个属性：磁流体动力学（MHD）的惯性范围内的磁，动能，和剩余能量谱的谱指数，随着平坦的电场谱，磁压缩性的增加，以及强耦合的级联与密度和平行分量的磁波动在亚质子尺度。我们的研究结果支持的解释，在太阳风大规模的MHD波动自然演变超出质子尺度的湍流制度，是由广义欧姆定律。
2015-04-18 astro-ph.SR physics.space-ph
Microphysical Regulation of Non-Ideal MHD in Weakly-Ionized Systems: Does the Hall Effect Matter?
本研究证明弱电离系统中磁场梯度过陡会使非理想MHD失效，提出修正因子方案恢复物理行为，并表明霍尔效应在多数条件下不具动力学重要性。
2025-09-22 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Predicting the Solar Wind at Parker Solar Probe Using an Empirically Driven MHD Model
自2018年8月12日发射以来，帕克太阳探测器（PSP）已经完成了绕太阳的第一次和第二次轨道，在每个近日点达到了35.7个太阳半径。在这种前所未有的距离令人兴奋的新数据的预期中，我们已经模拟了全球三维日光层使用MHD模型加上半经验日冕模型，使用最好的光球磁图作为输入。我们比较我们的日光层MHD模拟结果与现场测量沿PSP轨迹从其发射到完成的第二个轨道，特别强调的太阳风结构周围的前两个太阳能遇到。此外，我们还展示了我们对2019/09/01发生的第三个近日点的模型预测。MHD结果与PSP观测结果的比较为太阳风加速提供了新的认识。此外，PSP观测揭示了ADAPT-WSA预测在整个日光层内部工作的准确性。
2019-12-05 astro-ph.SR physics.space-ph
On the low-frequency boundary of Sun-generated MHD turbulence in the slow solar wind
研究了慢太阳风湍流加热和加速的新方面。本文研究了太阳大气和太阳风中阿尔文波湍流谱下界的物理意义，论证了这一自然参数的意义。通过分析和定量处理的问题，我们表明，截断的波谱从较低的频率侧，这是一个后果的太阳磁场结构和它的周期性变化，结果显着减少的产热和加速率。一个适当的分析与现有的观测数据和缓慢的太阳风启动的情况下考虑的问题的联系。
2012-04-14 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Spectral Properties of Solar Wind Charge Exchange from Earth's Magnetospheric Boundaries: MHD and Test Particle Simulations
University of Warwick（华威大学）；Imperial College London（伦敦帝国学院）；University of Leicester（莱斯特大学）；Space Park Leicester（莱斯特太空公园）
本文通过Gorgon MHD与XIM粒子模拟，研究地球磁层边界SWCX的X射线发射，发现磁鞘和尖点增强发射及磁层顶betatron加速相关发射，为SMILE等X射线观测提供预测。
2026-09-29 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.comp-ph
A Fresh Look into the Interaction of Exoplanets Magnetosphere with Stellar Winds using MHD Simulations
本研究利用 GAMERA MHD 代码模拟不同恒星与行星类型的星际磁场相互作用，并探讨了轨道距离与潮汐锁定对磁层-电离层系统总功率的影响。
2024-04-22 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Kelvin--Helmholtz instability in a cool solar jet in the framework of Hall magnetohydrodynamics: A case study
本文研究了沿轴向运动的圆柱形磁通管中的磁流体动力学（MHD）模发生Kelvin-Helmholtz（KH）不稳定的条件。本文从线性化的霍尔磁流体力学方程出发，对冷等离子体的实波数和复角波频率\textbf{/complex wave phase velocities}，导出了磁流体力学模\textbf{obtained}的色散关系.色散方程在固定的输入参数和变化的$l_\mathrm{Hall}/a$比值下数值求解，其中$l_\mathrm{Hall} = c/ω_\mathrm{pi}$（$c$是光速，$ω_\mathrm{pi}$是离子等离子体频率）和$a$是通量管半径。结果表明，磁流体动力学模式的稳定性取决于四个参数：磁通量管与其周围环境的密度差、内外磁场的比值、$l_\mathrm{Hall}/a$的比值和Alfvén马赫数\textbf{defined as the ratio of the tube axial velocity to Alfvén speed inside the flux tube}的值。研究发现，在高密度对比度下，当$l_\mathrm{Hall}/a$值较小时，在某一临界Alfvén马赫数（或等效的临界流速）下，扭折（$m = 1$）模式会因KH不稳定性而变得不稳定，但阈值$l_\mathrm{Hall}/a$可以抑制KH不稳定性的发生。然而，在…
2018-01-04 astro-ph.SR physics.space-ph
Observation of an MHD Alfvén vortex in the slow solar wind
在太阳风中，磁场的功率谱通常呈现几种幂律。在本文中，磁场数据从集群任务在一个未受干扰的时间间隔缓慢的太阳风进行了分析，在0.28赫兹，附近的离子惯性和耗散/色散范围之间的频谱断点。假设泰勒冻结条件，它对应于质子动力学标度$kv_A/Ω_p \sim 0.38$，其中$v_A$和$Ω_p$分别是阿尔文速度和质子角回转频率。数据显示，星团航天器通过了一系列波包。发现一个强孤立波包与四个星团卫星穿过一个Alfvén涡相一致，这是不可压缩MHD方程的一个非线性解。来自四颗卫星的数据与半径为$40$乘以当地质子陀螺半径数量级的模型涡旋之间存在高度一致。在不同的航天器的偏振进行了比较，并发现同意涡模型，而它不能单独解释的线性平面波的方法。
2016-02-24 astro-ph.SR physics.space-ph
Energy Cascade Rate In Compressible Fast And Slow Solar Wind Turbulence
对太阳风湍流惯性范围内的能量级联率的估算，目前大多是在不可压缩磁流体力学（MHD）理论下进行的。在这里，我们超越了近似，包括等离子体压缩性使用一个简化的形式最近推导出的精确的法律可压缩，等温MHD湍流。利用THEMIS/ARTEMIS航天器在快速和慢速太阳风中的现场数据，我们详细研究了可压缩波动在修正不可压缩MHD模型预测的能量级联率方面的作用。特别是，我们发现，能量级联率：i）放大，特别是在缓慢的太阳风; ii）表现出较弱的波动，在空间尺度上，这导致一个更广泛的惯性范围比以前报道的; iii）具有幂律缩放与湍流马赫数; iv）具有较低的空间各向异性水平。太阳风湍流的其他功能进行了讨论，以及与以前的研究，使用不可压缩或启发式（非精确）可压缩MHD模型的比较。
2016-12-07 astro-ph.SR physics.space-ph
