Negative and Positive Cascade Rates of Slow Alfvénic Turbulence in Switchback and Non-switchback Intervals: \emph{Wind} Observations
Florida Institute of Technology（佛罗里达理工学院）
基于 Wind 卫星数据，研究发现非磁开关区间呈现正级联和 -3/2 谱标度，而磁开关区间呈现负级联和更陡的谱，表明大磁场旋转改变能量传递方向。
2026-09-29 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Bi-Directional Energy Cascades and the Origin of Kinetic Alfvénic and Whistler Turbulence in the Solar Wind
观测到的太阳风中的亚质子尺度湍流光谱提出了湍流如何起源的问题。在太阳静止期对千电子伏高能电子的观测表明，它们可能是驱动湍流的自由能来源。使用粒子在细胞中的模拟，我们探讨如何在高能电子的自由能，释放的电子双流不稳定性驱动韦伯一样的电磁波，激发波波相互作用。因此，动力学Alfvénic波和哨声波都被激发，并通过反向和正向磁能级联演化。
2014-01-01 astro-ph.SR physics.space-ph
Modeling Kelvin-Helmholtz instability-driven turbulence with hybrid simulations of Alfvénic turbulence
对地球磁层顶Kelvin-Helmholtz（KH）事件产生的等离子体湍流的磁层多尺度（MMS）观测结果与大尺度平衡Alfvénic波动驱动的衰减等离子体湍流的高分辨率二维（2D）混合直接数值模拟（DNS）进行了比较。模拟，设置了四个观测驱动的物理参数（离子和电子β，湍流强度和注射规模）表现出定量协议的光谱，不透明度，级联速率与原位观测的属性，尽管不同的驱动机制。这种一致性表明了从磁流体力学（MHD）到亚离子尺度的湍流级联具有一定的普适性，其性质主要由所选参数决定，也表明KH不稳定性驱动的湍流具有准二维性质。泰勒假设在亚离子空间范围内的有效性表明，在亚离子尺度上的波动主要是低频，与动力学阿尔文波性质或准静态结构一致。最后，三阶结构函数分析表明，在磁层顶的KH事件所产生的湍流的级联率是一个数量级大于周围的磁鞘。
2019-11-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Diagnosing collisionless energy transfer using field-particle correlations: Alfven-Ion Cyclotron Turbulence
我们应用场粒子相关性-一种跟踪电磁场和等离子体粒子之间能量密度传输率的时间平均速度-空间结构的技术-从Alfvén离子回旋加速器湍流的混合Vlasov-Maxwell模拟中获得的数据。在这个系统中的能量传递预计将包括朗道和回旋波粒子共振，不像以前的系统，其中的场粒子相关技术已被应用。在该模拟中，由平行电场$E_\parallel$介导的能量传递速率包括总速率的大约$60\%$，其余部分由垂直电场$E_\perp$介导。平行的电场共振耦合到质子，在整个模拟过程中，在许多点处识别出朗道阻尼的规范双极速度-空间特征。由$E_\perp$介导的能量转移优先与具有$v_{tp} \lesssim v_\perp \lesssim 3 v_{tp}$的粒子耦合，这与回旋加速器扩散平台的预期形成一致。我们的研究结果清楚地表明，场-粒子相关技术可以区分不同的通道的能量转移使用单点测量，即使在多个通道同时作用的点，并可以用来定量地确定每个通道中的粒子的速度。
2020-06-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Disruption of Alfvénic turbulence by magnetic reconnection in a collisionless plasma
我们计算的破坏尺度$λ_{\rm D}$在动态对齐Alfvénic湍流的片状结构被破坏的磁重联在低$β$碰撞等离子体的发病。$λ_{\rm D}$的缩放取决于所考虑的统计的顺序，在更大的尺度上更密集的结构被破坏。主导能谱的结构的破坏尺度是$λ_{\rm D}\sim L_\perp^{1/9}(d_eρ_s)^{4/9}$，其中$d_e$是电子惯性尺度，$ρ_s$是离子声音尺度，而$L_\perp$是湍流的外部尺度。当$β_e$和$ρ_s/L_\perp$足够小时，尺度$λ_{\rm D}$大于$ρ_s$，并且在$λ_{\rm D}$而不是在$ρ_s$处的能谱中存在中断。我们提出，由破坏产生的波动是循环的通量绳，这可能已经在太阳风中观察到。我们预测这些结构的振幅和半径之间的关系，并量化的重要性的中断过程中的级联的未中断的结构的填充分数和分数减少的能量包含在它们中的离子声标度$ρ_s$。这两种组分都强烈依赖于$β_e$，在较低的$β_e$下，破坏的结构变得更加重要。最后，我们预测，$λ_{\rm D}$和$ρ_s$之间的能谱是陡峭的比$k_\perp^{-3}$，当这个范围存在。这种陡峭的“过渡范围”有时会在太阳风湍流的短时间间隔内观察到。因此，无碰撞磁重联的发生可能会显著影响离子陀螺仪周围等离子体湍流的性质。
2017-10-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic Turbulence in Collisionless High-Beta Plasmas
我们提出的结果从三维混合动力学模拟Alfvénic湍流在高β，无碰撞等离子体。这种湍流的关键特征是局部波-波之间的相互作用在级联中的波动和非局部波-粒子之间的相互作用与动力学微不稳定性驱动的各向异性的热压（即，消防水管，镜子，和离子回旋）之间的相互作用。我们提出的理论估计，并直接从模拟计算，有效的碰撞性和等离子体粘度的压力各向异性高β湍流，表明，对于强Alfvénic湍流，有效的平行粘性规模是可比的级联的驱动规模。在此尺度下，动能谱表明，由于各向异性粘性应力，Alfvénic叶栅的斜率比$-5/3$更陡。由于水龙带不稳定性产生的波动，磁能谱在离子拉莫尔标度附近比$-5/3$浅。大部分级联能量（80-90%）通过朗道阻尼和各向异性粘性加热的组合作为离子加热耗散。我们的研究结果对低光度吸积到超大质量黑洞的粒子加热模型，团内介质的有效粘度，以及近地太阳风观测的解释都有影响。
2023-03-02 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Effects of Alfvénicity on the Compressible Energy Cascade in Magnetohydrodynamic Solar Wind Turbulence: Evidence from Parker Solar Probe, Solar Orbiter, and WIND observations
Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales（布宜诺斯艾利斯大学，理学院）；CONICET – Universidad de Buenos Aires, Instituto de Física Interdisciplinaria y Aplicada (INFINA)（阿根廷国家科学研究委员会–布宜诺斯艾利斯大学，交叉与应用物理研究所）；Department of Physics, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校，物理系）；Department of Astronomy, University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校，天文学系）；Planetary Magnetospheres Laboratory, NASA Goddard Space Flight Center（NASA戈达德太空飞行中心，行星磁层实验室）
本研究利用多航天器观测数据，发现阿尔芬性和风速调控太阳风湍流中可压缩与不可压缩能量级联的比值，并揭示速度涨落是级联速率的主要预测因子。
2026-10-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Mind the Gap: Nonlocal Cascades and Preferential Heating in High-$β$ Alfvénic Turbulence
本文研究高β阿尔芬湍流中非局域级联如何跨越非传播谱隙使能量到达小尺度，并给出修正的质子-电子加热比函数，发现非局域效应会抑制局域模型预测的质子加热增强。
2024-02-26 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Kinetic Alfvén turbulence below and above ion-cyclotron frequency
在考虑各向异性色散效应和湍流不稳定性的情况下，研究了垂直于和平行于背景磁场的Alfvénic湍流级联。垂直色散和不均匀性使湍流波数磁谱变陡，加速湍流级联产生高离子回旋频率。相反，平行色散使谱变得更平坦，并使离子-回旋频率以上的频率级联减速。上述因素的竞争导致谱指数分布在区间[-2，-3]，其中-2是高频空间填充湍流指数，-3是管状波动形成的低频间歇湍流指数。完全间歇性湍流的光谱填充了较窄的光谱指数范围[-7/3，-3]，这几乎与太阳风中测量的指数范围一致。这表明动力学尺度湍流谱主要由弥散和间歇性形成。测量折射率约为0.1的小失配可能与此处未研究的阻尼效应有关。
2015-09-28 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Cascade and Damping of Alfvén-Cyclotron Fluctuations: Application to Solar Wind Turbulence
磁场的存在将导致各向异性的能量级联和天体物理湍流的耗散。利用扩散近似和线性耗散率，数值研究了太阳等离子体中Alfvén回旋涨落的级联和阻尼。对于各向同性的情况下，稳态湍流谱在惯性范围内几乎是各向同性的，并且可以用谱指数为-3/2的单一幂律函数拟合，类似于Iroshnikov-Kraichnan现象。在磁流体动力学范围之外，动力学效应使光谱在较高波数处变得较软。在耗散范围内，湍流谱在波数处截止，其中阻尼率变得与级联率相当，并且截止波数随波传播方向而变化。各向同性模型的角平均湍流谱类似于破缺的幂律。考虑多普勒效应后，该模型自然地再现了太阳风中幂律湍流谱的破裂，并预测了较高的破裂频率总是伴随着较软的耗散范围谱，这可能是由于湍流强度、等离子体β的倒数和/或太阳风速度与平均磁场之间的夹角的增加造成的。这些预测可以通过与更精确的观测进行详细的比较来检验。
2009-03-27 astro-ph.HE astro-ph.SR
Stochastic Heating in the Sub-Alfvénic Solar Wind
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；University of Otago（奥塔哥大学）；University of Arizona（亚利桑那大学）；National Research Council of Italy（意大利国家研究委员会）
本研究利用帕克太阳探测器数据，发现亚阿尔芬太阳风中线性共振加热不足以解释湍流耗散，而随机加热（通过质子磁矩破坏）结合湍流间歇性可解释观测到的离子增能，对低日冕等环境有重要意义。
2025-09-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Cascades and Dissipative Anomalies in Nearly Collisionless Plasma Turbulence
我们发展了在碰撞率为零的极限下由Vlasov-Maxwell-Landau方程控制的动力学等离子体湍流的第一性原理理论。在Onsager开创的精确重整化群方法之后，我们证明了在1粒子相空间中存在一个“无碰撞范围”的尺度（长度和速度），其中理想的Vlasov-麦克斯韦方程组在“粗粒度意义上”得到满足。然而，由于非线性熵级联，在该范围内熵守恒可能被“耗散异常”所违反。我们推导出“4/5定律”型表达式的熵通量，这使我们能够表征其非零所需的奇点（结构函数标度指数）。在无碰撞极限下，质量、动量和能量守恒定律不受反常转移的影响。然而，在随后的限制小gyroradii，异常的贡献，惯性范围内的能量平衡可能会出现由于级联的散装能源和湍流的再分配的内能在相空间。在同样的限制下，从粒子动量平衡导出的“广义欧姆定律“简化为“理想欧姆定律“，但只是在粗粒度的意义上，不意味着磁通量冻结，并允许在所有惯性范围尺度下的磁重联。我们比较我们的结果与先前的理论的基础上的gyrokinetic（高陀螺频率）的限制，数值模拟，航天器测量的太阳风和地球磁层。
2018-09-28 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Compressible magnetohydrodynamic turbulence in the Earth's magnetosheath: estimation of the energy cascade rate using in situ spacecraft data
利用CLUSTER和THEMIS卫星观测数据和可压缩等温磁流体力学湍流的精确定律，首次估算了磁鞘湍流的能量级联率${|ε_C|}$。发现${|ε_C|}$的数量级为${10{^{-13}} J.m^{3}.s^{-1}}$，至少比它在太阳风中的值大两个数量级（在快风中为${10{^{-16}} J.m^{3}.s^{-1}}$）。两种类型的湍流被证明和示出的不可压缩的Alfvénic或magnetosonic-like波动占主导地位。密度波动放大的级联率和空间各向异性相比，不可压缩的Alfvénic湍流。此外，对于可压缩的磁声波动，大级联率被发现主要位于附近的线性动力学不稳定的镜像模式。证明了新的经验幂律，并将${|ε_C|}$与湍流马赫数和内能联系起来。这些新的发现在遥远的天体物理等离子体中具有潜在的应用，而这些等离子体无法进行原位测量。
2017-12-19 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Identification of the weak-to-strong transition in Alfvénic turbulence from space plasma
利用四颗Cluster航天器首次在地球磁鞘中观测到MHD湍流的Alfvénic弱到强转变，揭示了非线性相互作用在能量级联中的关键作用，对恒星形成和太阳风加热等领域具有广泛影响。
2024-04-24 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Connecting the Sun and the Solar Wind: The First 2.5 Dimensional Self-consistent MHD Simulation under the Alfvén Wave Scenario
太阳风来自炽热而稀薄的日冕。早期使用1.5维模拟的研究表明，在光球中产生的阿尔文波通过非线性模式转换过程在日冕加热中发挥重要作用。为了同时理解日冕加热和太阳风加速的物理学，重要的是将从光球层到行星际空间的区域视为一个单一的系统。我们进行了2.5维，自洽的磁流体动力学模拟，覆盖从光球到行星际空间的第一次。我们在球坐标系下精心设置网格点，处理了密度反差较大的大气中的Alfvén波，成功地模拟了由于地表对流运动而从炽热的日冕中喷出的太阳风。足点运动沿开口磁通量管激发阿尔文波，这些波在非均匀介质中向上传播时经历波反射、阿尔文模到慢模的非线性模转换和湍流级联。这些过程导致阿尔文波的消散和太阳风的加速。结果表明，慢波耗散产生的激波加热是日冕加热过程的基础，而湍流级联和激波加热则是太阳风的驱动力。
2012-01-25 astro-ph.SR
Understanding uniturbulence: self-cascade of MHD waves in the presence of inhomogeneities
在MHD湍流界，人们普遍认为，波能的非线性级联需要沿某个平均磁场反向传播的Alfvénic波包。这一事实是MHD方程在不可压缩性和均匀性假设下的一个明显结果。尽管在MHD湍流的背景下试图放松这些假设，湍流产生的中心思想仍然存在。然而，一旦不可压缩性和均匀性的假设被打破，湍流叶栅生成的普遍接受的图片是不普遍的。在本文中，我们表明，垂直的不均匀性（跨越平均磁场）导致传播波的解决方案，这是必要的共同传播Elsässer领域，已经在不可压缩的情况下。这些波解的一个简单例子是在磁场上的平面不连续面上的表面阿尔文波。我们通过数值模拟显示了这些单向传播波的非线性自变形如何导致波能量在磁场中的级联。这种类型的单向级联的存在可能对结构等离子体中主要向外传播的阿尔夫文波的湍流耗散率有额外的强烈影响，就像在日冕和太阳风中一样。
2019-07-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Fully kinetic versus reduced-kinetic modelling of collisionless plasma turbulence
我们报告的结果之间的直接比较不同的动力学模型的无碰撞等离子体湍流在两个空间维度。考虑的模型包括第一原理全动力学（FK）的描述，两个广泛使用的简化模型[gyrokinetic（GK）和混合动力学（HK）与流体电子]，和一种新的简化gyrokinetic方法（KREHM）。考虑两种不同的离子β（$β_i$）制度：0.1和0.5。对于$β_i=0.5$，GK和FK模型之间的良好协议被发现在尺度范围从离子到电子回旋半径，从而提供了有力的证据动力学Alfvén级联的情况。在相同的范围内，HK模型产生较浅的光谱斜率，大概是由于缺乏电子朗道阻尼。对于$β_i=0.1$，对谱比的详细分析揭示了GK和FK在动力学尺度上的描述略有不同，尽管动力学阿尔文涨落可能仍然起着重要作用。这种差异可以追溯到离子回旋半径以上的尺度，FK和HK的结果似乎表明在两个等离子体β制度中存在快磁声和离子伯恩斯坦模式，但在低β情况下与GK有更显著的偏差。确定的实际限制和强度的简化动力学近似，在这里与全动力学模型的情况下，在个案的基础上进行比较，可能会提供有价值的洞察力在发挥作用的主要动力学效应在湍流碰撞等离子体，如太阳风。
2017-09-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Alfven Wave Collisions, The Fundamental Building Block of Plasma Turbulence I: Asymptotic Solution
反向传播的阿尔芬波之间的非线性相互作用是天体物理等离子体湍流中能量向小尺度级联的物理机制。从不可压磁流体力学方程组出发，在弱非线性极限下导出了这些阿尔芬波碰撞非线性演化的渐近解析解。由此产生的定性图片的非线性能量转移，由于这种机制涉及两个步骤：第一，主要的反向传播阿尔芬波相互作用，产生一个固有的非线性，纯磁性的二次波动，没有平行的变化;第二，两个主要的波每个相互作用，这个二次波动转移能量secularly两个三级阿尔芬波。这些第三模式是线性阿尔芬波与相同的平行波数的主要波，表明缺乏一个平行的级联。由于共振四波相互作用的相干性质，这些三次模式的振幅随时间线性增加，负责非线性能量转移。讨论了这种解析解对天体物理等离子体湍流的影响。这里提出的解决方案提供了有价值的直觉磁化等离子体湍流的非线性相互作用的基础上，在实验室中验证天体物理等离子体湍流的基本组成部分的性质的实验计划的支持。
2013-06-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Initiation of Alfvénic turbulence by Alfven wave collisions: A numerical study
在压缩磁流体动力学（MHD）框架下，数值研究了Alfvén湍流是由反向传播的Alfvén波（AWs）碰撞产生的普遍假设.在典型的低β日冕和内太阳风条件下，在三维模拟箱中发射了两个反向传播的AW，分析了AW碰撞前后产生的扰动的偏振和光谱特性。所观察到的碰撞后扰动有不同的偏振和较小的交叉场尺度比原来的波，这支持直接湍流级联的理论方案。然而，与理论预期相反的是，在满足经典临界平衡的非压缩MHD尺度下，谱输运被强烈抑制。相反，修改后的临界平衡，可以建立碰撞AW与显着较短的垂直尺度。我们讨论了压缩等离子体的湍流动力学和湍流加热这些影响的后果。特别地，如果日冕环子结构的特征宽度比环宽度小十倍以上，则日冕环可以被强湍流级联加热。揭示的AW碰撞的新特性必须纳入AW湍流的理论模型和相关的应用。
2022-03-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Wave pressure and energy cascade rate of kink waves computed with Elsasser variables
数值模拟揭示了垂直结构等离子体中一种新型的单向波湍流（Magyar等人，2017），称为单湍流。对于这种新型的湍流，横向结构修改向上传播的波具有两个Elsasser变量，导致众所周知的垂直叶栅。在本文中，我们研究了一个解析描述的非线性演化的扭结波在圆柱形通量管，这是容易发生单湍流。我们表明，他们导致一个非线性级联的传播和驻波。我们计算了波压力和能量级联率的显式表达式。计算得到的阻尼率τ/P取决于通量管和背景等离子体的密度对比度，并与扭折波的振幅成反比。对密度对比度的依赖性表明，它起着作用，特别是在较低的太阳日冕。这些表达式可以添加到阿尔芬波驱动的太阳大气模型（如AWSOM，van der Holst等人，2014）中，将其修改为UAWSOM（单位湍流和阿尔芬波太阳模型）。
2020-07-30 astro-ph.SR
A Model for Dissipation of Solar Wind Magnetic Turbulence by Kinetic Alfvén Waves at Electron Scales: Comparison with Observations
在流体动力学湍流中，耗散尺度的长度取决于能量级联率，即，每单位质量的能量输入率越大，就越需要将湍流波动驱动到越来越小的尺度以耗散更大的能通量。磁谱能量密度的观测表明，这种直观的图像是不成立的太阳风湍流。耗散似乎在不同的太阳风条件下以相同的长度尺度开始，与能量通量无关。为了更详细地研究这种差异，我们提出了一个解析耗散模型太阳风湍流在电子尺度上，我们观察到的谱密度进行比较。我们的模型结合了从大尺度到小尺度的能量传输和无碰撞阻尼，这将能量从动力学机制中的磁波动中去除。我们假设动力学Alfvén波（KAW）的波粒相互作用是主要的阻尼过程。由热等离子体色散关系得到了KAW的波频率和阻尼率。我们的模型假设一个临界平衡湍流，较大的能量级联率激发较大的平行波数为一定的垂直波数。如果耗散是额外的波浪驱动，使得耗散率与平行波数成比例（如KAW），则能量级联率的增加被相同垂直波数的耗散率增加抵消，导致耗散长度与能量级联率无关。
2017-01-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle dynamics in the electron current layer in collisionless magnetic reconnection
利用粒子模拟方法研究了无碰撞磁重联中电子流层中粒子的动力学行为。电子运动和速度分布函数的跟踪自洽轨迹进行了研究。发现了新的电子轨道类型：电子喷流内部的8字形规则轨道、喷流侧翼的非交叉规则轨道、非交叉Speiser轨道和喷流终止区域下游的非共沸电子。超阿尔夫文外流喷流的性质归因于电子穿过斯佩塞轨道的系综。非交叉轨道由电子电流层附近的极化电场介导。发现非交叉电子的数密度是不可忽略的。这些新的轨道的影响，电子混合，高能电子的空间分布，和观测签名，提出。
2016-08-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Phase-space entropy cascade and irreversibility of stochastic heating in nearly collisionless plasma turbulence
本文研究近无碰撞等离子体中随机电场导致的测试粒子加热，揭示 $C_2$ 在位置与速度空间的相空间熵级联、谱标度及其使随机加热不可逆的机制。
2024-06-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Fast collisionless reconnection and electron heating in strongly magnetized plasmas
使用保留非等温电子动力学的新型流体动力学模型[Zocco & Schekochihin，Phys. Plasmas 18，102309（2011）]研究了强磁化（低β）、弱碰撞等离子体中的磁重联。结果表明，电子加热通过朗道阻尼（线性相位混合）是占主导地位的耗散机制。在时间上，电子加热发生在重联率的峰值之后;在空间上，它集中在磁岛的分界线上。对于足够大的系统，峰值重连率为$cE_{max}\approx 0.2v_AB_{y,0}$，其中$v_A$是基于重连字段$B_{y,0}$的阿尔文速度。岛的饱和宽度是相同的MHD模型，除了小系统，当它变得可比的动力学尺度。
2013-01-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Density Fluctuations in the Solar Wind Driven by Alfvén Wave Parametric Decay
在太阳风的惯性压缩湍流的测量和模拟的特点是反相关的磁波动平行于平均场和密度结构。这个签名已被解释为非传播的压力平衡结构（PBS），动力学离子声波，以及MHD慢模式的观测证据。考虑到平行传播的压缩波动的高阻尼率，它们在卫星观测中的普遍存在是令人惊讶的，并暗示了局部驱动过程。在太阳风中产生压缩波动的一个可能的候选者是阿尔文波参数不稳定性。在这里，我们测试的参数衰减过程作为压缩波的来源，在太阳风通过比较无碰撞阻尼率的压缩波动的增长率的参数衰减不稳定的子波。我们的研究结果表明，通过参数衰减产生的压缩波是过阻尼在1 AU，但慢模式的密度波动的存在与阿尔文波的参数衰减。
2018-02-06 astro-ph.SR physics.space-ph
Incorporating Kinetic Physics into a Two-Fluid Solar-Wind Model with Temperature Anisotropy and Low-Frequency Alfven-Wave Turbulence
我们开发了一个1D的太阳风模型，其中包括单独的能量方程的电子和质子，质子温度各向异性，碰撞和碰撞的热通量，和低频，反射驱动，阿尔芬波湍流的分析处理。为了划分电子加热，平行质子加热和垂直质子加热之间的湍流加热，我们采用线性波阻尼和非线性随机加热理论的结果。当质子温度各向异性超过任一不稳定性的阈值时，我们通过增加质子俯仰角散射率来解释镜像和倾斜消防水管不稳定性。我们数值积分的模型方程向前的时间，直到达到一个稳定的状态，专注于两个快速太阳风的解决方案。这些解与许多观测结果一致，支持阿尔芬波湍流在太阳风起源中起重要作用的观点。
2011-11-29 astro-ph.SR physics.space-ph
On the Physics of Kinetic-Alfven Turbulence
观测揭示了太阳风在亚质子尺度上磁场和密度等离子体涨落的近似幂律谱，这表明存在湍流级联。我们讨论了微尺度等离子体波动的三场和两场模型，然后给出了动力学Alfven湍流的两场模型的数值模拟结果，该模型模拟了亚质子尺度下的等离子体运动。
2013-05-02 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Cosmic-ray diffusion in collisionless plasmas including pressure anisotropy
使用混合动力学磁流体动力学形式主义，将压力各向异性的影响，我们模拟的湍流碰撞无等离子体的演变，在六个不同的模型，涵盖子/超声波和子/super-Alfvénic制度。基于模拟磁场的功率谱，我们计算粒子扩散系数的质子与动能在$50-500$兆电子伏的范围内，并将它们与标准磁流体力学内得到的。我们的研究结果表明，在磁场的统计特性的差异，产生的压力各向异性和其相关的动力学不稳定性，有相当大的影响，高能质子的扩散系数。此外，我们在六种模型中获得的扩散系数值差异很大。
2013-12-30 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
Mediation of Collisionless Turbulent Dissipation Through Cyclotron Resonance
本研究基于太阳风观测发现离子回旋波是大尺度电磁涨落耗散的主要途径，并提出由交叉螺旋度控制的“螺旋度势垒”机制，解释无碰撞等离子体加热路径差异。
2023-06-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Alfvén Waves at Mars
本研究分析火星弓激波上游、磁鞘及电离层等区域的阿尔文波与质子回旋波特性，明确了不同区域的波活动规律与湍动特征，指出电离层阿尔文波观测结论性证据不足的问题。
2024-03-26 astro-ph.SR physics.space-ph
MHD Turbulence, Turbulent Dynamo and Applications
MHD湍流在许多空间物理和天体物理环境中很常见。本文首先讨论了不可压MHD湍流的性质。导电性良好的流体在一个称为小规模发电机的过程中放大了初始磁场。低于动能和磁能的均分尺度，谱是陡峭的（Kolmogorov-5/3），并以临界平衡的强MHD湍流为代表。本文介绍了普遍非线性小尺度发电机的基本原理和MHD湍流的惯性范围。在高分辨率直接数值模拟中，我们测量了小尺度发电机$C_E=0.05$、Kolmogorov常数$C_K=4.2$和各向异性常数$C_A=0.63$对MHD湍流的效率。我们还讨论了所谓的不平衡或交叉螺旋MHD湍流，这是相关的许多对象，最突出的是在太阳风。结果表明，不可压缩MHD湍流的性质与可压缩湍流中MHD叶栅Alfvénic部分的性质相似。级联的其他部分根据其自身的动态发展。慢模式由Alfvénic模式级联，而快模式创建独立的级联。我们发现，不同的方式分解成Alfvén，慢，快模式的可压缩MHD湍流提供一致的结果，不仅是有用的理解湍流级联，但其与快速粒子的相互作用。
2014-06-04 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.plasm-ph
Alfven Wave Solar Model (AWSoM): Coronal Heating
我们提出了一个新版本的阿尔芬波太阳模型（AWSoM），一个全球性的模型，从上色球层的日冕和日光层。日冕加热和太阳风加速的低频阿尔芬波湍流解决。阿尔芬波能量在内边界处的注入使得坡印廷通量与磁场强度成比例。利用光球磁场测量数据模拟了三维磁场拓扑。该模型不强加开闭磁场边界;这些边界自洽地发展。物理学包括：（1）该模型采用三种不同的温度，即各向同性电子温度和平行和垂直离子温度。考虑了由于离子温度各向异性引起的水龙带、镜面和离子回旋不稳定性。(2)阿尔文波部分地被沿磁力线的阿尔文速度梯度和涡度反射。由此产生的反向传播波是非线性湍流级联的原因。平衡湍流由于不相关的波附近的封闭场线的顶点和由此产生的高温解决。(3)为了将波浪耗散分配到三个温度，我们采用线性波浪阻尼和非线性随机加热理论的结果。(4)我们考虑了碰撞和无碰撞的电子热传导。我们比较了CR2107的模拟多波长EUV图像与STEREO/EUVI和SDO/AIA仪器的观测。我们证明，由于强磁场附近的活动区域的反射加强耗散和可观察到的发射足够。
2013-12-03 astro-ph.SR
The Fluid-like Behavior of Kinetic Alfvén Turbulence in Space Plasma
动力阿尔文波（KAWs）是MHD阿尔文波分支在相对于背景磁场高度倾斜传播的情况下的短波长延伸。对空间等离子体的观测表明，小尺度湍流主要是类KAW湍流。我们应用两种理论方法，碰撞双流体理论和碰撞动力学理论，获得的KAW极化依赖于$β_\mathrm{p}$（质子热压力的磁压力的比率）在离子陀螺仪的密度，体积速度和压力的波动的预测。我们进行小波分析的MMS磁鞘测量和比较的意见与这两种理论。我们发现，双流体理论预测的观测结果比动力学理论，这表明，小规模的KAW-like波动表现出类似流体的行为，在磁鞘中，虽然等离子体是弱碰撞。我们还提出了预测的KAW偏振的内层日光层是可测试的帕克太阳探测器和太阳轨道器。
2019-01-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Parametric decay and the origin of the low frequency Alfvénic spectrum of the solar wind
本文提出参数不稳定性可将分钟级阿尔芬波扰动逆级联为数小时周期的低频扰动，从而解释太阳风宽频阿尔芬谱的起源。
2018-09-26 astro-ph.SR
Local proton heating at magnetic discontinuities in Alfvenic and non-Alfvenic solar wind
利用Parker Solar Probe观测与2.5D混合模拟，研究了Alfvénic与非Alfvénic太阳风磁场间断处的局地质子加热，发现两类风中小尺度结构分别优先增强$T_\parallel$与$T_\bot$，并揭示了不同质子束流的形成机制。
2023-09-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Spatially Localized Particle Energization by Landau Damping in Current Sheets Produced by Strong Alfven Wave Collisions
理解磁化等离子体中湍流涨落的能量去除以及由此产生的等离子体组成粒子的扰动是太阳物理学和天体物理学的一个主要目标。以前的工作表明，对向传播的阿尔芬波之间的非线性相互作用-或阿尔芬波碰撞-是天体物理等离子体湍流的基本组成部分，并在强非线性极限下自然产生电流片。一个强阿尔芬波碰撞的非线性gyrokinetic模拟被用来检查阻尼的电磁波动和相关的粒子的自洽产生的电流片中发生的阻尼。一个简单的模型解释了由于无碰撞阻尼和相关的粒子阻尼所产生的能量流，以及随后通过碰撞使粒子能量热化。由平行电场包围的净粒子被示出为空间间歇性的，并且非线性演化在使空间非均匀性方面是必不可少的。使用最近开发的场粒子相关技术，我们表明，粒子共振的Alfven波在模拟中占主导地位的能量转移，最终证明朗道阻尼在空间间歇性阻尼的电磁波动和随之而来的粒子在这个强非线性模拟的阻尼起着关键作用。
2017-07-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Parallel electric field generation by Alfven wave turbulence
{This工作的目的是研究在太阳耀斑等离子体条件下，由强各向异性和平衡Alfvenic湍流产生的平行电场的光谱结构与热粒子数电子加速问题的关系。{We考虑存在强背景磁场时的各向异性阿尔文涨落。利用这种各向异性，一组减少非线性，双流体等离子体动力学方程推导。该模型的低$β$极限用于跟踪动力学阿尔芬波之间的非线性相互作用产生的能量的湍流级联，从具有$k_{\perp}ρ_{s}\ll 1$的大磁流体动力学（MHD）尺度到具有$k_{\perp}ρ_{s} \gg 1$的小“动力学”尺度，$ρ_{s}$是离子声音回旋半径。{获得了湍流电磁涨落幅度与$k_{\perp}$和$k_{\parallel}$的函数关系，表明在大MHD尺度下，电场产生一个平行于磁场的分量。} {The我们导出的平行电场起伏谱可以有效地用于模拟太阳耀斑等离子体条件下Alfven波对电子的随机共振加速和加热
2010-06-14 astro-ph.SR
Fluid and gyrofluid modeling of low-$β_e$ plasmas: phenomenology of kinetic Alfvén wave turbulence
简化流体模型，包括电子惯性和离子有限拉莫尔半径的修正推导渐近，无论是从流体基本方程和陀螺流体模型。它们适用于具有小的离子-电子平衡温度比和低的$β_e$的无碰撞等离子体，其中$β_e$表示平衡电子压力与由强的、恒定的和均匀的磁引导场施加的磁压力之间的比率。流体和gyrofluid的方法之间的一致性，确保选择离子封闭关系所规定的底层订购。一个两个字段减少的陀螺流体模型有效的任意平衡温度比也被引入，并示出具有非正则的哈密顿结构。该模型提供了一个方便的框架来研究动力学阿尔文波湍流，从MHD到子$d_e$尺度（其中$d_e$适用于电子趋肤深度）。磁能量谱是在能量和广义螺旋度级联的垂直谱平面内唯象地确定的。绝对统计平衡的基础上的参数被用来预测的转移的方向，指出，在与$k_\perp^{-7/3}$横向磁谱的子离子范围内，广义螺旋度可以显示一个逆级联，如果在小尺度注入，例如通过重连过程。
2018-01-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Fully Kinetic Simulation of 3D Kinetic Alfven Turbulence
我们目前的结果从一个三维的粒子在细胞模拟等离子体湍流，类似的等离子体条件下发现的动力学尺度的太阳风。在亚离子范围内的湍流的光谱特性是一致的动力学Alfven波的理论预期。此外，我们计算的局部各向异性，定义的关系$k_{\parallel}(k_{\perp})$，其中$k_{\parallel}$是一个特征波数沿本地平均磁场在垂直尺度$l_{\perp}\sim 1/k_{\perp}$。亚离子射程各向异性与$k_{\parallel}<k_{\perp}$的尺度相关，线性与非线性时间尺度之比为1阶，表明动力学级联接近临界平衡状态。我们的研究结果与一些\emph{in situ}太阳风观测结果相比，并证明了-从第一性原理-等离子体湍流模型的可行性，该模型基于一个临界平衡的级联动力学Alfven波。
2018-03-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonlinear Explosive Magnetic Reconnection in a Collisionless System
半个多世纪以来，围绕磁重联引起的快速磁能耗散的争论一直是等离子体宇宙中的一个基本话题，不仅在地球的磁层中，而且在脉冲星磁层和磁星等天体中。最近，非热粒子加速和等离子体加热过程中的重联已被广泛研究，有人认为，快速的能量耗散可以发生碰撞的“薄”电流片，其厚度的顺序的粒子回旋半径。然而，对于厚度大于粒子回旋半径的“厚”电流片，如何发生快速的能量耗散是一个有趣的谜。在这里，我们证明，使用一个高分辨率的粒子在细胞中的模拟对等离子体，爆炸性的重联可以出现的惯性电阻率的增强，由于重联磁场和电流片的收缩的曲折粒子的磁化。此外，无论电流片的初始厚度如何，非线性爆炸重联的时间尺度都是Alfvén渡越时间的几十倍。
2021-05-28 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Turbulent heating in collisionless low-beta plasmas: imbalance, Landau damping, and electron-ion energy partition
该研究通过低β回旋动力学约化模型的理论与模拟，揭示了等离子体β值和不平衡性通过螺旋度势垒调控无碰撞湍流加热的两种区域，构建了电子-离子加热比公式，发现低β下加热主导方会随涨落性质突变。
2025-09-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Weak Alfven-Wave Turbulence Revisited
周期区域中的弱Alfvenic湍流被认为是Alfvenic波与二维凝聚体相互作用的混合态。与标准处理方法不同的是，我们假设这两种波之间没有谱连续性，实际上也没有发现。如果二维模式没有被直接强迫，那么阿尔芬波和二维模式的k^{-2}和k^{-1}谱分别被发现，后者的能量比前者小。当它们的能量变得相当时，波数标志着向强湍流的转变。对于不平衡的能量注入，光谱是相似的，埃尔萨瑟比尺度的能量通量的比率在反向传播阿尔芬波。如果2D模式是强制的，则2D逆级联在最大尺度下主导动力学，但是在足够小的尺度下，实现了如上所述的相同的弱状态和强状态。
2011-10-31 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
Proton, Electron, and Ion Heating in the Fast Solar Wind from Nonlinear Coupling Between Alfvenic and Fast-Mode Turbulence
在经历最少库仑碰撞的日冕和太阳风部分，组成质子、电子和重离子的粒子数彼此之间并不处于热平衡。所观察到的温度，流出速度和速度分布各向异性的差异是有用的约束，建议解释如何加热和加速等离子体。本文提出了新的预测率的无碰撞加热的每种粒子，其中的能量输入假定来自磁流体动力学（MHD）湍流。我们首先创建了一个经验描述的径向演变的阿尔芬，快模式，慢模式MHD波。该模型提供了在高速太阳风中，每种模式下的总波功率作为沿着膨胀通量管的距离的函数。接下来，我们求解了一组级联对流扩散方程，给出了每个距离处的时间稳定波数谱。的阿尔芬和快模波动之间的非线性耦合的近似项。在合理选择参数的情况下，我们的模型包含了足够的能量从快模转移到Alfven模，以激发高频离子回旋共振。这种共振是有效的加热质子和其他离子在垂直于背景磁场的方向，我们的模型预测这些物种的加热速率，以及同意光谱和原位测量。尽管如此，高频波只占整个阿尔芬波动频谱的一小部分，而阿尔芬波动频谱仍然是行星际空间中观察到的高度二维的。
2012-05-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Cross-scale energy transfer from fluid-scale Alfvén waves to kinetic-scale ion acoustic waves in the Earth's magnetopause boundary layer
本文通过观测与计算证明地球磁层顶边界层中流体尺度阿尔芬波可通过磁压梯度驱动压缩模式，加速并加热离子，激发动理学尺度离子声波，从而揭示一种跨尺度能量转移与等离子体加热机制。
2024-11-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Evidence of Critical Balance in Kinetic Alfven Wave Turbulence Simulations
对动力学等离子体湍流进行了数值模拟，以评估临界平衡对动力学耗散尺度湍流的适用性。在频域中执行分析以避免执行湍流的局部分析中固有的复杂性。建立了耗散尺度临界平衡的理论模型，并与数值模拟结果进行了比较，两者吻合良好，这一结果构成了动力学湍流模拟中临界平衡的第一个证据，为各向异性湍流叶栅扩展到耗散范围提供了证据。我们还进行了欧拉频率分析的模拟数据，并将其与以前的研究磁流体动力学湍流模拟的结果进行比较。
2011-12-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Analysis of Magnetohydrodynamic Perturbations in Radial-field Solar Wind from Parker Solar Probe Observations
我们报告了2018年10月31日至11月12日使用帕克太阳探测器航天器数据对低\b{eta}径向场太阳风中亚阿尔夫文磁流体动力学（MHD）扰动的分析。利用奇异值分解方法计算波矢，将MHD扰动分解为三种线性本征模（Alfvén模、快模和慢模），以探讨亚Alfvénic扰动的性质以及可压缩扰动在太阳风加热中的作用.在径向场太阳风中，MHD扰动显示出高度的阿尔文性，阿尔文模式的能量占主导地位（~45%-83%），快模式（~16%-43%）和慢模式（~1%-19%）。我们对2018年11月10日的代表性事件进行了详细分析。观测结果表明，快模式占主导地位的磁压缩，而慢模式占主导地位的密度压缩。可压缩模式的能量阻尼率与加热率相当，这表明可压缩模式的无碰撞阻尼对太阳风加热可能是重要的。这些结果对进一步研究太阳附近的不平衡湍流和低\b{eta}等离子体中MHD尺度下可压缩模可能的加热效应具有重要意义。
2021-10-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Parametric decay of parallel and oblique Alfven waves in the expanding solar wind
采用扩展箱模型对大振幅阿尔芬波在太阳风中的长期演化进行了二维MHD模拟。研究了平行传播的圆偏振波和斜传播的弧偏振波的参量衰减不稳定性的线性和非线性相位。非单色的情况下也被认为是。在倾斜的情况下，直接激发的子模横向于本地背景场被发现的第一次在扩大的环境中，这种横向级联似乎有利于单色母波。膨胀效应降低了不稳定性的增长率，它甚至可以抑制其发病的最低频率的模式考虑在这里，可能解释持久性的这些传出波的太阳风。
2014-07-22 astro-ph.SR physics.space-ph
Collisionless energy transfer in kinetic turbulence: field-particle correlations in Fourier space
在几乎无碰撞的日光层等离子体中，包括太阳风和日冕以及地球的磁层，都普遍观察到湍流。了解湍流脉动能量向颗粒能量传递的无碰撞机制是湍流动力学研究的前沿。从湍流到粒子的无碰撞能量传递可以可逆地发生，导致在最终实现碰撞热化之前粒子速度分布函数（VDFs）中的非热能。利用VDF波动中包含的信息是有价值的。在这里，我们应用一个最近开发的方法的基础上VDFs，场粒子相关技术，一个$β=1$，太阳风，低频Alfvénic湍流模拟，以及解决相空间，以确定在速度空间中的场粒子能量转移。场-粒子相关性揭示了由平行电场介导的能量转移导致离子和电子VDF在平行于磁场的方向上的显著结构化。傅立叶模式表示的离子和电子gyroradii之间的长度尺度表明，能量转移是共振的性质，本地化的朗道共振的速度空间中的每个傅立叶模式。能量转移密切遵循朗道共振速度与变化的垂直波数$k_\perp$和等离子体$β$。在覆盖模拟耗散范围的所有诊断傅立叶模式中观察到与朗道阻尼一致的这种共振签名。
2019-09-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic cascade beyond magnetohydrodynamics of solar wind turbulence in two-dimensional hybrid simulations
太阳风湍流的本质在耗散范围内的尺度远小于大的MHD尺度，仍然存在争议。在这里，二维模型的基础上的混合代码缩写为A.I.K.E.F.提出了一种将大质量离子视为服从动力学弗拉索夫方程的粒子，将无质量电子视为中性流体的方法。直到MHD区域中的某个波数，数值系统通过假设各向同性Alfvén波的叠加来初始化，其振幅遵循经验证实的Kolmogorov谱定律。然后湍流发展，能量级联进入色散光谱范围，在那里也发生耗散效应。在典型的太阳风条件下，弱湍流发展为动力学区域中简正模的叠加。平行于背景磁场方向的光谱分析揭示了左手阿尔文/离子回旋波级联到波矢量，在那里它们的共振吸收集，以及右手快模和哨声波的连续级联。Peradular的背景场，一个广泛的湍流谱被发现是建立了具有很强的压缩分量的波动。离子伯恩斯坦波似乎是可能的正常模式在这个传播方向较低的驱动振幅。还发现了短尺度压力平衡结构（非常倾斜的慢模波）的签名。
2012-02-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Constraints on ion vs. electron heating by plasma turbulence at low beta
它表明，在低β，弱碰撞等离子体，如太阳日冕，太阳风的某些情况下，极光，吸积盘的内部区域，它们的日冕，和一些实验室等离子体，阿尔夫文波动产生没有离子加热内的回旋近似，即，只要它们的振幅（在拉莫尔标度下）小并且它们的频率保持低于离子拉莫尔频率（即使它们的空间标度可以高于或低于离子拉莫尔标度）。因此，在这样的等离子体中的所有低频离子加热是由于压缩波动（“慢模式”）。由于这些涨落在能量上与已经在惯性范围内的阿尔夫文涨落解耦，上述结论意味着低β等离子体中离子和电子之间的能量分配是在湍流发生的外尺度上决定的，并且可以从相关天体物理系统的磁流体动力学（MHD）模型中确定。任何额外的离子加热必须来自非回旋机制，如回旋加热或随机加热由于离子的拉莫尔轨道的扭曲。这些结论的一个例外发生在霍尔极限，即，当离子与电子温度的比率与离子β一样低时（等效地，电子β是阶单位）。在这种情况下，慢模与远高于拉莫尔标度的阿尔夫维尼亚模耦合（即，在离子惯性或离子声尺度下），因此阿尔文级联和压缩级联结合，然后再次分离成两个波动级联，线性地类似于动力阿尔文波和离子回旋波，前者加热电子，后者加热离子。这两个级联示出去耦，缩放为他们的派生，它是物理上认为，这两个物种将被加热，他们以近似相等的速率。
2019-04-10 astro-ph.HE astro-ph.SR nlin.CD
The Turbulent Heating Rate in Strong MHD Turbulence with Nonzero Cross Helicity
在具有非零交叉螺旋度的强不可压MHD湍流中，叶栅功率的不同结果出现在文献中。在本文中，我们讨论了这些不同的结果是有效的条件。我们定义z+为平行于背景磁场传播的阿尔芬波的均方根振幅，z-为反平行于背景磁场传播的阿尔芬波的均方根振幅。非零交叉螺旋度意味着z+和z-不同，我们取z-小于z+。我们发现产生z-涨落的机制强烈地影响级联功率，因为它控制了外尺度上相反方向的波包之间相互作用的相干时间。特别是，对于z+和z-的固定值，在许多情况下，当z-波动由z+波动的反射产生时，级联功率比当z-波动由与z+波动仅弱相关的强迫产生时更大。波动。
2009-05-20 astro-ph.GA astro-ph.SR
Parametric Instability, Inverse Cascade, and the $1/f$ Range of Solar-Wind Turbulence
本文利用弱湍流理论，在慢磁声波强阻尼的假设下，研究了波长远大于离子惯性长度的三维低$β$等离子体中参量不稳定性的非线性演化。分析表明，参数不稳定性导致的阿尔芬波量子的逆级联，并提出了几个精确的解的波动方程。本文的主要结果涉及初始满足$e^+ \gg e^-$的阿尔文波的参数衰减，其中$e^+$和$e^-$是沿磁力线方向相反传播的阿尔文波的频率谱（$\,f$）。如果$e^+$最初具有峰值频率$f_0$（在该峰值频率下$f e^+$被最大化）和在具有$-1 < p < 1$的较小$f$处的"红外"缩放$f^p$，则$e^+$在从$f_0$在两个方向上扩展的整个频率范围内获取$f^{-1}$缩放。同时，$e^-$在该相同频率范围内获取$f^{-2}$缩放。如果选择等离子体参数和红外PDMATHAMO光谱，以匹配在0.3天文单位（AU）的日心距离的快速太阳风的条件下，然后参数不稳定性的非线性演化导致PDMATHAMO光谱，从太阳神航天器在0.3天文单位，包括观测到的$f^{-1}$缩放在$f \gtrsim 3 \times 10^{-4} \mbox{ Hz}$的快速风测量相匹配。本文的结果表明，$f^{-1}$光谱看到的太阳神在快速太阳风在$f \gtrsim 3\times 10^{-4} \mbox{ Hz}$的参数衰减产生在原位和$e^+$的$f^{-1}$范围扩展到一个越来越窄…
2017-12-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulent regimes in collisions of 3D Alfvén-wave packets
本文通过三维回旋流体模拟研究阿尔芬波碰撞，揭示弱非线性下动态对齐与撕裂介导级联的转变机制，并提出唯象理论解释不同湍流状态下的谱标度。
2022-09-20 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Kinetic turbulence in fast 3D collisionless guide-field magnetic reconnection
虽然湍流已被证实对磁重联很重要，但人们对它在无碰撞等离子体中的作用仍知之甚少。以前试图量化湍流对重联的影响时，通常采用阿尔文涨落或其他低频涨落，或者仅在二维构型和反平行磁场中研究无碰撞动力学效应。鉴于此，本文利用三维粒子模拟程序，在频率和波数空间分析了三维导场通过无力电流片重联自发产生的动力学湍流。我们的研究揭示了重联率和动力学湍流的功能类似于目前在现场的航天器观测MMS以及在实验室重联实验MRX，VTF和\textsc{Vineta} -II。特别是，我们发现，动力学湍流发展过程中的3D导场重联表现出宽带幂律频谱扩展超出低杂波频率和电子频率。在频率空间中，湍流的谱指数在重联X线处接近-2.8。在波数空间中，当归一化重联率达到0.1时，它也变为-2.8。宽带动力学湍流主要是由于在足够薄的动力学重联电流片中激发的电流流和电子流剪切不稳定性。动力学湍流的增长对应于高的重连率，超过那些快速层流，非湍流重连。
2018-11-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
