Surface Alfven waves in solar flux tubes
磁流体动力学(MHD)波在太阳大气中普遍存在。阿尔芬波和磁声波是MHD波的特殊类型。这些波模是明显不同的,只有在无限范围的均匀等离子体中才具有纯粹的性质。由于等离子体的非均匀性,MHD波具有混合特性,不能被分类为纯阿尔文波或磁声波。然而,涡量是一个明确的阿尔芬波的压缩是磁声波。本文研究了一维非均匀直柱体在恒定磁场作用下的MHD波。对于一个分段恒定的密度分布,我们发现,基本径向模式的非轴对称波具有相同的属性作为表面阿尔芬波在一个真正的密度不连续。与无限大均匀等离子体中经典的阿尔芬波相反,涡量除圆柱边界外处处为零。如果用连续的密度变化来代替密度的不连续性,那么涡量就以不均匀的密度分布在整个区间上。与径向泛音不同,非轴对称波的基本径向模式不需要压缩就可以存在。在薄磁柱中,相速度介于内、外阿尔芬速度之间的非轴对称波的径向基模可视为表面阿尔芬波。相反,径向泛音可能与快类磁声模式有关。
2012-05-04 astro-ph.SR
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
MHD waves with mixed properties / Alfvén waves with pressure variations: a review
本文综述非均匀等离子体中MHD波的特性,指出均匀等离子体中阿尔文波与磁声波的明确分界在非均匀条件下消失,存在兼具两类波混合性质、伴随压强变化的阿尔文波。
2025-11-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Anisotropic magnetohydrodynamic turbulence driven by parametric decay instability: the onset of phase mixing and Alfvén wave turbulence
我们进行了三维磁流体动力学(MHD)模拟的参数衰减不稳定性的Alfvén波和由此产生的可压缩MHD湍流,这是可能发展的太阳风加速区。由于平均磁场的存在,非线性阶段的特征在于类似于顺磁结构和各向异性级联。通过计算相混合的时间尺度和Alfvén波湍流的演化,发现非线性阶段的早期主要是相混合,而后期主要是不平衡的Alfvén波湍流。结果表明,太阳大气中密度起伏较大的区域,如日冕底部和风加速区,主要由相位混合阿尔芬波加热,而其它区域主要由阿尔芬波湍流加热.
2018-05-25 astro-ph.SR
Quantifying the Difference Between the Flux-Tube Expansion Factor at the Source Surface and at the Alfvén Surface Using A Global MHD Model for the Solar Wind
几十年来,位场近似一直为日冕的全球磁场几何形状提供快速且计算成本低廉的估计。相比之下,更多基于物理的全球磁流体动力学(MHD)模型已被用于类似的目的,但计算成本要高得多。在这里,我们调查的差异之间的全球MHD模型和位场源表面模型(PFSSM)的磁场几何形状的MHD模型中跟踪个人的磁场线从阿尔芬表面(AS),通过源表面(SS),所有的方式的磁力线脚点,然后回到源表面的PFSSM。我们还比较了通量管膨胀在两个点在SS和AS沿同一径向线。我们研究了太阳活动周期变化、位场谐波展开的阶数以及不同磁图源的影响。我们发现,通量管膨胀因子始终是较小的,在AS比在SS的太阳极小和快速太阳风,但它始终是较大的太阳极大和缓慢的太阳风。我们使用Wang-Sheeley-Arge(WSA)模型来计算每个场线的相关风速,并将这些太阳风速度传播到1AU。我们发现一个超过五个小时的偏差在两个模型之间的到达时间为20%的场线在太阳能最小的情况下,和40%的场线在太阳能最大的情况下。
2015-07-02 astro-ph.SR
Enhanced Phase Mixing of Torsional Alfvén Waves in Stratified and Divergent Solar Coronal Structures, Paper II: Nonlinear Simulations
我们使用MHD模拟检测扭转阿尔文波传播的非线性效应的潜在磁场与指数发散的磁力线,嵌入在一个分层的太阳日冕。在论文I中,我们考虑了扭转阿尔文波传播的线性化控制方程的解,并使用我们开发的名为WiggleWave的有限差分求解器表明,在某些情况下,波阻尼比我们的解析解预测的要强。在本文中,我们考虑是否阻尼将进一步增强的非线性效应的存在。我们首先推导出扭转阿尔芬波传播的非线性控制方程,并确定引起磁声扰动耦合的项。然后,我们将名为Lare3d的MHD求解器的模拟输出与WiggleWave的输出进行比较,以检测非线性效应,例如:通过阿尔文波激发磁声波,通过耦合到感应磁声波的阿尔文波的自相互作用,以及由于这些压缩扰动的陡化而在大气层更高处形成激波。我们认为,这些非线性效应的存在下,在太阳日冕将导致阿尔文波加热,超出了预期的相位混合单独。
2022-01-07 astro-ph.SR
Self-consistent Simulations of Alfven Wave Driven Winds from the Sun and Stars
我们回顾我们最近的阿尔芬波驱动风的结果。首先,我们给出了从光球到行星际区域太阳风的自洽一维MHD模拟结果。在这里,我们强调阿尔芬波的反射在密度分层日冕和太阳风的重要性。我们还介绍了Fujimura & Tsuneta(2009)最近的HINODE观测,该观测可能探测到横向(Alfvenic)波的反射特征。然后,我们展示了红巨星阿尔芬波驱动风的结果。本文解释了大气性质从稳定日冕风到间歇色球风的变化,并讨论了随着恒星演化,表面重力的减小对波反射的影响。本文还讨论了MHD湍流引起的吸积盘风的异同。
2010-01-14 astro-ph.SR
Sub-Alfvenic Non-Ideal MHD Turbulence Simulations with Ambipolar Diffusion: III. Implications for Observations and Turbulent Enhancement
双极扩散(AD)被认为是在恒星形成区域发生的致密分子气体中重新分配磁通量的关键过程。我们进行了数值模拟,这一过程中的低电离区使用重离子近似。模拟是针对强场(等离子体β=0.1)和轻度超音速湍流(M=3,对应于阿尔芬马赫数为0.67)的区域。中性气体的速度功率谱从理想MHD情况下的Iroshnikov-Kraichnan谱变为激波主导流体动力学系统情况下的Burgers谱。磁功率谱显示出类似的行为。我们使用一维辐射转移程序对模拟结果进行后处理;模拟的CS J=2-1和H13 CO + J=1-0谱线的辐射表明,AD的影响原则上是可观察的。离子的线宽被观察到小于那些中性,我们确认以前的建议,这是由于AD。我们表明,AD是不太可能影响的Erasekhar-Fermi方法推断的场强,除非AD比一般观察到的更强。最后,我们提出了第一个完整的三维研究的增强AD的湍流,发现AD是加速因子2-4.5的非自引力系统的湍流水平,我们认为。
2011-09-14 astro-ph.SR
Effect of Magnetic diffusion in the Chromosphere on the Solar Wind
本文通过显式包含欧姆与双极扩散的MHD模拟,揭示色球层非理想磁扩散会衰减阿尔文波并降低日冕温度与太阳风质量损失率,而小幅增强光球速度扰动可恢复这些量。
2024-05-08 astro-ph.SR
Numerical Simulation of Coronal Waves Interacting with Coronal Holes: II. Dependence on Alfvén Speed Inside the Coronal Hole
我们使用我们新开发的磁流体动力学(MHD)代码进行2.5D模拟的快模MHD波与冕洞(CH)的相互作用的不同的阿尔文速度,这是由于假设不同的CH密度。我们发现,这种相互作用导致的效果,如反射,传输,固定在CH边界的前沿和形成的密度耗尽,在相反的方向移动的入射波。我们比较了这些影响与不同的CH密度,并提出了一个全面的分析形态和运动学的相关二次波。我们发现,在CH内的密度值的影响相速度以及振幅值的密度和磁场为所有不同的二次波。此外,我们观察到的CH密度和峰值的固定锋在CH边界之间的相关性。反射和透射的发现,以及由MHD波与CH相互作用引起的固定锋的形成,有力地支持了日冕中的大尺度扰动是快模MHD波的理论。
2018-11-30 astro-ph.SR
Contribution of phase-mixing of Alfvén waves to coronal heating in multi-harmonic loop oscillations
日冕环的扭结振荡被详细地观察和研究,因为它们通过MHD地震学提供了对日冕环结构的独特探测,并通过Alfvén波的相位混合提供了对日冕加热的潜在测试。特别是,最近的观察表明,除了基模之外,环路的驻振荡通常还涉及更高的谐波。这些扭结振荡的阻尼解释模式耦合与阿尔文波。我们调查的后果波为基础的日冕加热的高次谐波和日冕加热观测签名,我们可以用来推断高次谐波扭结振荡的存在。我们进行了一组非理想的磁流体动力学模拟,通过模式耦合的磁通管的扭结振荡的阻尼建模。我们的MHD模拟参数的基础上的地震反演的观察,其中的前三个谐波检测。我们研究了阿尔文波的相位混合,导致系统中的热沉积,我们应用地震反演技术的MHD模拟输出。我们发现由于扭结振荡的阻尼触发的阿尔文波的相位混合引起的加热相对较小,但是我们可以说明i)由于随后的低阶谐波阻尼,加热位置如何漂移。我们还解决了高次谐波和边界壳层的宽度在能量沉积中的作用。我们的结论是,由于相混合的日冕加热似乎没有提供足够的能量来维持太阳日冕的热结构,即使在多谐振荡,这些振荡的发展中发挥抑制作用的较小尺度的结构。
2018-04-27 astro-ph.SR
Benchmarking Hall-Induced Magnetoacoustic to Alfvén Mode Conversion in the Solar Chromosphere
本文研究了在部分电离的低层太阳大气中,由霍尔效应引起的磁声-阿尔文线性模式转换的2.5维数值模式,改变了磁场强度和磁场倾角,以及波频率和水平波数。据发现,只有波能的磁分量是受霍尔介导的阿尔文波能通过极化旋转过程的转换。这强烈地促进了在安静的低色球层中慢磁声波和Alfvén波之间的直接模式转换,即使在mHz频率下也是如此。然而,那里的快波,其本质上主要是声学的,仅通过间接的两步过程进行霍尔诱导转换:(i)在阿尔文声学均分高度$z_{\rm eq}$附近的几何诱导的快-慢转换;以及(ii)$z>z_{\rm eq}$中的快波的霍尔旋转。因此,对于产生上行阿尔文波的两阶段过程,$z_{\rm eq}$必须位于霍尔有效窗口$0\lesssim z\lesssim700$ km之下或之内。需要超过100 G的磁场强度来实现这一点。由于这种霍尔效应的效能与场强成反比而与波频率成正比,因此只有高于约100 mHz的频率才受到两阶段过程的显著影响。增大磁场倾角$θ$一般能增强霍尔转换率,而水平波数$k_x$对霍尔转换率影响不大。直接和间接的霍尔机制都有影响的MHD波激发的光球到达上色球层的能力,并暗示日冕。
2021-08-05 astro-ph.SR
Alfven wave heating in partially ionized thin threads of solar prominences
有观测证据表明,在太阳磁场线中存在频率范围很宽的小振幅横向磁流体动力学(MHD)波。据信,这些波在光球层被驱动,并沿着磁场线传播,直到悬浮在日冕中的双折射。部分电离日珥等离子体中MHD波能量的耗散是一种加热机制,其相关性需要探索。在这里,我们考虑一个简单的一维模型的非均匀细线程和调查加热与阿尔芬波耗散。该模型假设一个特设的密度分布和均匀的压力,而温度和电离度的自洽计算考虑LTE或非LTE近似的氢电离。阿尔芬波的宽带驱动器被放置在磁场线的一端,代表光球激发。在单流体近似下,通过求解部分电离等离子体的线性化MHD方程,得到了沿螺旋线的Alfvenic扰动,发现螺旋线部分电离部分的波加热足以补偿辐射冷却引起的能量损失。在LTE近似下,由于核心日珥温度的电离度低于非LTE近似下的电离度,因此加热量更大。这在LTE情况下由于双极扩散而导致更大水平的耗散。相反,在模型的热日冕部分,等离子体完全电离,波加热可以忽略不计。这个简单的模型的结果表明,MHD波加热可以是相关的能量平衡的连续性。需要在更精细的模型基础上进行进一步研究。
2021-03-30 astro-ph.SR
The nature of Elsässer variables in compressible MHD
Elsässer变量常用于等离子体湍流的研究,以帮助区分与主磁场平行或反平行传播的MHD波。虽然纯Alfvén波在均匀等离子体的方法是严格有效的,我们表明,可压缩的,磁声波一般描述的两个Elsässer变量。此外,在可压缩和非均匀等离子体中,纯MHD波(Alfvén,快和慢)不再是正常模式,但波变得线性耦合或显示Alfvén和磁声性质的混合性质。这些波必须由两个Elsässer变量描述,因此Elsässer形式主义不能用于严格分离平行和反平行传播波。然而,即使在非均匀等离子体中,对于高度阿尔夫文波,与传播方向对应的埃尔塞塞变量似乎仍然占主导地位。我们认为,对于Alfvénic波,Elsässer变量的相对振幅取决于局部的不均匀性程度和其他等离子体和波的性质。这一发现对非均匀和可压缩等离子体中的湍流研究有意义,例如日冕和太阳风。
2019-02-05 astro-ph.SR physics.space-ph
Alfvén-dynamo balance and magnetic excess in MHD turbulence
三维磁流体动力学(MHD)湍流的初始磁场和动能均分自发发展的磁过剩(或剩余能量),以及在数值模拟和太阳风。1983年得到的闭合方程描述了剩余谱是由发电机源产生的,与总能量谱成比例,由线性阿尔文阻尼项平衡。在2005年发现了一个很好的协议与不可压缩的模拟,然而,最近的太阳风测量不同意这些结果。以前的dynamo-Alfvén理论推广到一个家庭的模型,导致简单的关系之间的剩余和总的能量谱。我们希望根据MHD模拟和太阳风数据详细评估这些模型。该系列的模型进行了测试,对可压缩衰减MHD模拟低马赫数,低交叉螺旋度,零平均磁场,没有或有扩展项(EBM或扩展箱模型)。一个单一的dynamo-Alfvén模型被发现正确地描述太阳风缩放和可压缩模拟没有或有膨胀。它相当于1983-2005年的闭合方程,但具有非线性周转和线性阿尔文时间的临界平衡,而发电机源项保持不变。与以前的不可压缩模拟的差异阐明。该模型预测的总能量和剩余能量$m_R = -1/2 + 3/2 m_T$的光谱斜率之间的线性关系。检查\cite{2013ApJ...770..125C}中的太阳风数据,我们的关系被发现是有效的,无论交叉螺旋度,甚至更好地在高交叉螺旋度,总能量斜率从$1.7$到$1.55$变化。
2016-03-11 astro-ph.SR physics.plasm-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
On the nature of kink MHD waves in magnetic flux tubes
磁流体动力学(MHD)波在太阳大气中经常被报道,通常被分为慢波、快波或阿尔文波。这些波具有混合性质的可能性常常被忽略。本工作的目的是研究和确定磁流体扭结波的性质。这是通过计算频率,阻尼率和本征函数的MHD扭结波的三个广泛不同的MHD波的情况下:可压缩的无压等离子体,不可压缩等离子体和可压缩等离子体与非零等离子体压力,允许MHD辐射。在所有这三种情况下,频率和阻尼率实际上是相同的,因为它们最多相差与$(k_z R)^2$成比例的项。在磁通量管中,在所有三种情况下,扭结波都是不可压缩波,具有可忽略的压力扰动和主要的水平运动。磁张力是磁通管中扭折波的主要回复力。总压力梯度力不能忽略,除非扭折波的频率与局部阿尔文频率相等或略有不同,即在共振层中。扭结波是非常强大的,不关心的细节MHD波环境。形容词“快”不是形容“波浪”的正确形容词。如果要使用形容词,应该是Alfvénic。然而,最好认识到扭结波具有混合性质,不能放在一个单独的盒子里。
2009-05-04 astro-ph.SR
A Novel Approach to Resonant Absorption of the Fast MHD Eigenmodes of a Coronal Arcade
磁流体动力学(MHD)波在磁场中传播时,形成冕弧的弓形磁力线经常被观察到起伏。这些波很可能是共振耦合的快磁声波和阿尔文波的组合。耦合导致快波的共振吸收,将快波能量转换为阿尔芬波。拱廊的快速本征模已被证明难以计算或解析推导,主要是因为耦合引入的数学复杂性。当采用传统的谱分解时,与快本征模相关联的离散谱通常被归入连续阿尔文谱。因此,快本征模,成为集体模式或准模式。在这里,我们提出了一个频谱分解,把本征模具有实际的频率,但复杂的波数。使用这个程序,我们推导出色散关系,空间阻尼率,和本征函数的共振,快速本征模式的拱廊。我们证明,共振吸收引入了一个快速模式,否则将不存在。这种新模式受到共振吸收的严重阻尼,在失去大部分能量之前只传播几个波长。
2018-03-23 astro-ph.SR
Uniturbulence and Alfvén Wave Solar Model in MPI-AMRVAC
本文在MPI-AMRVAC中扩展了包含Alfvén波和kink波能量的MHD物理模块,研究表明kink波驱动(UAWSoM)模型无需人工背景加热项即可维持稳定的太阳大气,其加热效率高于纯Alfvén波模型。
2025-10-31 astro-ph.SR
Toward A Self Consistent MHD Model of Chromospheres and Winds From Late Type Evolved Stars
我们提出了第一个磁流体动力学模型的恒星色球加热和加速的外部大气的冷演化恒星,使用α头作为一个案例研究。我们使用了一个1.5维MHD程序与一个广义的欧姆定律,占在恒星大气中的部分电离的影响,研究阿尔芬波耗散和波反射。我们已经证明,由于考虑了磁化弱电离色球等离子体中离子-中性碰撞对电阻率的影响以及适当的网格分辨率,数值电阻率比物理电阻率小1-2个数量级。非线性横向阿尔芬波引入的运动可以解释非热增宽和非高斯轮廓的光学薄紫外线形成的色球α Tau和其他晚型巨星和超巨星。在恒星色球层由于电阻(焦耳)耗散的电流,向上传播的非线性阿尔芬波引起的计算加热率,是一致的观测约束的净辐射损失的紫外线和连续α头。在色球层的顶部,阿尔芬波经历显著的反射,产生向下传播的横波,其与向上传播的波相互作用,并在色球层中产生速度剪切。我们的模拟还表明,动量沉积的非线性阿尔芬波成为显着的外色球在1恒星半径的光球。计算得到的终极速度和质量损失率与观测得到的α τ风特性一致。
2014-09-12 astro-ph.SR
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
Investigating `dark' energy in the solar corona using forward modeling of MHD waves
现在已经很好地确定了阿尔夫维尼克波在日冕中是普遍存在的。然而,在日冕中多普勒速度测量估计的Alfvénic波能量被发现是四个数量级小于估计的非热线宽。McIntosh & De Pontieu(2012)认为,这种能量差异可能是由于几种振荡结构的视线(LOS)叠加造成的,这可能导致阿尔夫维尼克波振幅和能量被低估。McIntosh & De Pontieu(2012)将这种日冕能量称为“暗”或“隐藏”能量。然而,他们的模拟需要使用一个额外的、未知的阿尔夫维尼克波能量源,以提供与日冕非热谱线宽度测量的一致性。在这项研究中,我们调查的要求,这个未知的额外的“暗”能源在日冕中使用重力分层的三维磁流体动力学(MHD)模拟传播波。我们激发横向MHD波,并产生合成观测的Fe XIII发射线。我们建立了LOS叠加大大降低了多普勒速度幅度,增加了非热线宽。重要的是,我们的模型产生的多普勒速度和非热线宽之间观察到的楔形相关性。我们发现,观测到的波能仅为真实波能的0.2- 1%,解释了2-3个数量级的能量差异。我们最终确定,真正的波能量隐藏在非热线宽。因此,我们的研究结果排除了太阳日冕中额外的“暗”能量的要求。
2019-06-26 astro-ph.SR
Resonant Alfven waves in partially ionized plasmas of the solar atmosphere
上下文磁流体动力学(MHD)波在太阳大气中普遍存在。在磁波导中,由于等离子体的不均匀性,共振吸收自然地将波能量从大尺度运动传递到小尺度运动。在太阳大气中较冷的部分,例如,色球层,由于部分电离的影响可能与波动动力学和加热有关。目标。研究了部分电离等离子体中的共振阿尔芬波。方法.我们在冷等离子体近似中使用多流体方程。本文研究了部分电离磁通管中共振磁流体动力学波的传播。我们使用近似分析理论的基础上正常模式的薄管和薄边界近似数值特征值计算。结果我们发现,波扰动跨越共振层的跳跃是相同的完全电离等离子体。由于共振吸收的阻尼长度与频率成反比,而由于离子-中性碰撞的阻尼长度与频率的平方成反比。对于太阳大气中观察到的频率,共振吸收比离子-中性碰撞更有效地衰减MHD扭结波的振幅。结论.色球扭折波携带的大部分能量被转换成局部方位角阿尔芬波,可以在日冕介质中沉积能量。色球层中由于离子与中性粒子碰撞而引起的波能耗散只对高频波有效。色球层对周期小于10 s的扭折波起着过滤器的作用。
2011-11-17 astro-ph.SR
Analysis of Magnetic Fields in Inertial Alfven Wave Collisions
天体物理和空间等离子体中的湍流主要是由反向传播的阿尔芬波的非线性相互作用所控制的。大多数Alfven波湍流理论都是基于理想等离子体模型,如不可压缩MHD,在大尺度下的Alfven波。然而,在惯性阿尔芬波制度(vA > vthe),相关的磁层等离子体,如何修改的湍流非线性相互作用的色散性质的波仍有待探讨。在这里,我们提出了第一个实验室的证据,在惯性制度的非线性相互作用。与MHD Alfven波理论作了比较。
2014-06-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph
The role of Alfvén wave dynamics on the large scale properties of the solar wind: comparing an MHD simulation with PSP E1 data
在帕克太阳探测器的第一个轨道上,太阳风等离子体比以往任何时候都更接近,2018年11月6日的近日点揭示了一种不断渗透着大幅阿尔夫维尼波动的流动。其中包括径向磁场逆转,或之字形,这似乎是一个持久的特点,年轻的太阳风。测量还揭示了一个非常强大的,意想不到的,方位角速度分量。在这项工作中,我们数值模拟的太阳日冕在这第一次遇到,解决MHD方程和占阿尔文波传输和耗散。我们发现,大尺度等离子体参数很好地再现,允许在探测器的太阳风源的计算与信心。我们试图了解太阳风的动力学性质来解释观测到的径向磁场和方位角速度的振幅。
2022-02-10 astro-ph.SR physics.space-ph
The coronal power spectrum from MHD mode conversion above sunspots
本文利用 2.5D MHD 模拟研究黑子大气中 p 模式向上传播导致的双重模式转换,揭示重力分层的频率滤波使日冕 Alfvénic 波功率谱峰值向更高频率移动。
2025-01-06 astro-ph.SR
Low-frequency Alfven Waves Produced by Magnetic Reconnection in the Sun's Magnetic Carpet
太阳日冕是一个热的,动态的,高度磁化的等离子体环境,其能量来源尚未得到很好的理解。该能源的一个主要竞争者是磁流体动力学(MHD)波或湍流波动的耗散。许多日冕和太阳风的波加热模型都假设这些波动起源于太阳光球层或光球层以下。然而,本文研究的想法,磁重联可能会产生一个额外的源的MHD波在一个渐进的高度范围内的低日冕。本文用含时混合极性磁场的蒙特卡罗模拟来预测重联驱动的日冕MHD波的性质。与光球驱动波相比,这些波的总功率通常很小,但它们的频率要低得多。重连驱动波在周期超过约30分钟时开始主导总功率谱。因此,他们可能需要考虑到,以了解低频幂律谱观测日冕分光偏振和现场粒子/场仪器。这些低频阿尔芬波应该携带更多的磁能比动能,因此,他们可能会产生较少的非热多普勒展宽(与光球驱动的高频波相比),在太阳边缘上方观测到的发射线。
2018-05-30 astro-ph.SR
Leveling of MHD turbulence imbalance in shear flows
Abastumani Astrophysical Observatory(阿巴斯图马尼天体物理观测站);Department of Physics, Faculty of Exact and Natural Sciences, Tbilisi State University(第比利斯国立大学精确与自然科学学院物理系);Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心);M. Nodia Institute of Geophysics(M.诺迪亚地球物理研究所)
本研究通过线性非模态动力学揭示了鞘流中MHD湍流不平衡的平衡机制,为理解太阳风中的湍流平衡提供了新视角。
2026-09-07 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Alfven Waves in the Solar Atmosphere
阿尔芬波被认为是加热太阳静止大气所需的非热能的可行传输者。大量的最新观测,从国家的最先进的设施,报告了阿尔芬波的存在范围内的色球和日冕结构。本文综述了横向扭折和扭转线性磁流体动力学(MHD)波解纠缠特性的研究进展。我们概述了简单而强大的理论,描述了它们在(非)均匀磁结构中的基本特性,这些结构非常类似于真实太阳大气的构建块。
2012-10-12 astro-ph.SR
A nonlocal wave-wave interaction among Alfven waves in an intermediate-beta plasma
提出了一种将大尺度磁流体动力学(MHD)Alfven波能量直接转换为小尺度动力学Alfven波能量的非局域耦合机制。结果表明,MHD Alfven波与非线性传播的动力学Alfven波之间的相互作用可以产生另一种动力学Alfven波,这种相互作用存在于热磁压比大于电子离子质量比的等离子体中.建议的非局域相互作用可能有一个潜在的应用,以解释观测到的电子尺度动力学阿尔芬波在太阳风和太阳日冕等离子体。
2011-04-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Solitary Alfvén Waves
University of California, Los Angeles(加州大学洛杉矶分校);Auburn University(奥本大学)
提出孤立阿尔文波作为孤立远场极限下的理想非线性阿尔文解,并构建三维数值模型Alfvénon,通过MHD模拟验证其相干有限时间传播行为。
2026-06-26 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Assessing the Capabilities of Dynamic Coronal Seismology of Alfvénic Waves through Forward Modeling
日冕地震学是太阳物理学中的一种诊断工具,用于测量难以测量的参数;在这些参数中,磁场值可以说是最重要的。结合观测资料和磁流体动力学波动理论,推导了这些参数。迄今为止,日冕地震学已成功地应用于各种单振荡事件。此类事件相对罕见,导致很少使用诊断。然而,太阳大气层中无处不在的波可能使动态日冕地震学成为可能,这涉及日冕参数的连续反演,并将在太阳物理学的许多领域中构成巨大的飞跃。在本文中,我们研究的鲁棒性和准确性的磁场诊断应用于前向建模的三维MHD模拟传播Alfvénic波。我们发现,地震学测量的磁场值是令人放心的接近输入值(20%以内)的范围内的设置研究,提供动力冠状地震学的进一步发展的鼓励和信心。
2018-04-16 astro-ph.SR
Heating of the Solar Chromosphere and Corona by Alfven Wave Turbulence
本文建立了一个研究日冕环中阿尔芬波传播和耗散的三维MHD模型。该模型包括环路两端的低层大气。这些波起源于光球层中千高斯通量元素内部的小空间尺度(小于100公里)。该模型采用约化MHD近似描述了Alfven波之间的非线性相互作用。在色球层和过渡区(TR),阿尔芬速度随高度的增加引起强烈的波反射,从而导致通量管的光球层和色球层部分产生反向传播的波和湍流。部分波能通过TR传输,并在日冕中产生湍流。我们发现,通常发现在活动区的热日冕环可以解释阿尔芬波湍流,提供小规模的足迹运动的速度为1-2公里/秒和时间尺度为60-200秒。色球层单位体积的加热速率比日冕大2 ~ 3个数量级。我们用不同的模型参数建立了一系列的模型,发现日冕加热率随日冕场强的增加而增加,随环长的增加而减小。我们的结论是日冕环和下面的色球层都可能被阿尔文湍流加热。
2011-05-02 astro-ph.SR
Enhanced Phase Mixing of Torsional Alfvén Waves in Stratified and Divergent Solar Coronal Structures, Paper I: Linear Solutions
我们推导出一个修正的解析解的扭转阿尔文波的传播和增强相位混合,在一个潜在的磁场与指数发散的磁力线,嵌入在一个分层的太阳日冕。此外,我们开发了一个名为TAWAS的程序,该程序使用IDL软件语言计算描述扭转Alfvén波的解析解。然后,我们使用TAWAS来证明,我们对解析解的修正和包含波反射对阿尔文波阻尼有显着的影响。我们继续利用TAWAS进行参数研究,以确定条件下,增强相混合是最强的。我们发现,相位混合是最强的高频阿尔芬波在磁场与高度发散的磁力线和没有密度分层。然后,我们提出了一个有限差分求解器,Wigglewave,它直接解决了系统的线性化演化方程。比较TAWAS和Wigglewave的解决方案,我们看到,我们的分析解决方案是准确的WKB近似的限制内,但低估了波阻尼,所造成的增强相位混合,超出WKB限制。TAWAS和Wigglewave都求解线性化的控制方程,而不是完整的非线性MHD方程。论文II将考虑模拟,解决了完整的MHD方程,包括重要的非线性效应。
2022-01-07 astro-ph.SR
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
Nonlinear Damping and Field-aligned Flows of Propagating Shear Alfvén Waves with Braginskii Viscosity
Braginskii MHD提供了比经典MHD更准确的描述许多等离子体环境,因为它使用来自物理原理的闭合来积极地处理应力张量。然而,应力张量效应仍然相对未探索的太阳磁流体现象,特别是在非线性制度。本文分析探讨非线性阻尼和纵向流动的传播剪切阿尔文波。以往对Braginskii MHD中MHD波的研究大多考虑了消失波扰动的严格线性极限。我们发现,这些以前的线性结果只适用于阿尔文波振幅的电晕是如此之小,是没有什么兴趣,通常是一个波的能量小于$10^{-11}$倍的背景磁场的能量。对于观测到的波振幅,Braginskii粘性耗散的日冕Alfvén波是非线性的和$10^9$周围的一个因素比预测的线性理论。此外,在线性化解中,主导阻尼通过平行粘性系数$η_0$而不是垂直粘性系数$η_2$发生。本文发展了非线性理论,指出波能密度随包络线$(1+z/L_d)^{-1}$衰减。阻尼长度$L_d$表现出最佳阻尼解,超过该阻尼解,随着粘性力自组织纵向流以抑制阻尼,更大的粘性导致更低的耗散。虽然非线性阻尼大大超过线性阻尼,它仍然可以忽略不计的许多冠状应用。
2023-03-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Linewidth Differences of Neutrals and Ions Induced by MHD Turbulence
我们解决的中性和离子观察到的分子云的线宽的差异的问题,并探讨这种差异是否可以产生的磁流体动力学(MHD)湍流作用于部分电离气体的影响。在MHD湍流的三种基本模式中,我们发现快模式对线宽差异没有贡献,而慢模式对某些参数的不同线宽有影响。我们专注于Alfvénic分量,因为它们包含了大部分的湍流能量,并考虑了中性离子碰撞和中性粘性的阻尼。我们考虑不同的制度对应于不同的介质磁化和湍流驱动的湍流。在超Alfvénic湍流情况下,当Alfvénic湍流的阻尼尺度小于$l_A$(其中$l_A$为各向异性GS 95型湍流的注入尺度)时,线宽差不依赖于磁场强度。而对于其他动荡的制度,相关性是存在的。例如,在强亚阿尔夫文湍流中,中性和离子速度分散的平方之间的差异允许评估磁场。我们讨论了文献中关于中性离子线宽差异的早期发现,并将我们获得的磁场表达式与早期发表的表达式进行了比较。
2015-03-24 astro-ph.GA astro-ph.SR
Winds from Luminous Late-Type Stars: II. Broadband Frequency Distribution of Alfvén Waves
我们提出了一个完全非线性的,时间相关的2.5维磁流体动力学(MHD)程序的数值模拟的风从演化的巨星。这项研究扩展了我们以前的完全非线性MHD风模拟,包括一个宽带频谱的阿尔文波驱动风从红巨星。我们计算了四个覆盖整个阿尔文波频谱范围的阿尔文风模型,以表征自由传播和反射的阿尔文波在晚型巨星引力层结大气中的作用。我们的模拟表明,不同于线性阿尔文波驱动的风模型,基于宽带非线性阿尔文波的等离子体加速的恒星风模型,可以一致地再现广泛的观测到的风的径向速度分布,它们的终极速度和观测到的质量损失率。计算出的质量损失率与经验确定的质量损失率的比较表明,从进化的巨人的恒星风的各向异性和时间依赖性。
2010-08-26 astro-ph.GA astro-ph.SR
Formation of Rotational Discontinuities in Compressive three-dimensional MHD Turbulence
对太阳风湍流的测量揭示了不连续性的普遍存在。在这项研究中,我们调查如何形成的不连续性,特别是旋转不连续性(RD),在磁流体动力学(MHD)湍流。在一个模拟的衰减压缩三维(3-D)MHD湍流与施加均匀的背景磁场,我们检测到的RD与尖锐的磁场旋转和小的变化的磁场强度以及质量密度。同时,在de Hoffman-Teller(HT)坐标系下,等离子体速度与Alfvén速度基本一致,并且在不连续面两侧场向一致。我们采取了一个确定的RD详细分析其三维结构和时间演变。通过检查磁场和等离子体参数,我们发现RD是由中等振幅的Alfvén波的陡化引起的,而陡化是由环境湍流中Alfvén速度的不均匀性引起的。
2015-04-21 astro-ph.SR physics.space-ph
Imbalanced kinetic Alfvén wave turbulence: from weak turbulence theory to nonlinear diffusion models for the strong regime
本文采用保留离子有限Larmor半径修正、平行磁场涨落和电子惯性的动力学Alfvén波的双场哈密顿陀螺流体模型,研究了从MHD到亚离子尺度的湍流级联。特别注意的情况下,沿或相反的环境磁场传播的波之间的不平衡。对于弱湍流在电子惯性的情况下,动力学方程的保守量(总能量和广义交叉螺旋)的谱密度。他们提供了一个全球性的描述,在大尺度上减少MHD和电子减少MHD在小尺度上,以前在文献中考虑的制度之间的匹配。在超局域相互作用的限制下,导出了Fourier空间中的Leith型非线性扩散方程,并通过适当修改传输时间,将其推广到强湍流区。讨论了非平衡磁流体力学和平衡亚离子湍流与现有唯象模型的关系。事实证明,在色散效应的存在下,动力学对湍流保持稳定状态的方式很敏感。此外,在亚离子尺度下的总能量谱变得陡峭的广义交叉螺旋通量的增加。
2019-02-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Review article: MHD wave propagation near coronal null points of magnetic fields
我们提出了一个全面的审查MHD波的行为在附近的日冕零点:位置的磁场,因此当地阿尔文速度为零。在2D、2.5D和(在一定程度上)3D磁零点附近,对所有三种MHD波模式,即Alfven波和快、慢磁声波的行为进行了研究。在一般情况下,它被发现,快速磁声波行为是由阿尔芬速度分布。在$β=0$等离子体中,快波通过折射效应朝向零点聚焦,并且所有的波能量以及因此电流密度在零点附近累积。因此,零点将是由快波优先加热的位置。独立地,阿尔芬波被发现沿着磁场线传播,并被限制在它产生的场线上。当波接近零点时,它由于发散的场线而扩散。最终,阿尔芬波沿着分界线(二维)或沿着脊或扇平面(三维)积累。因此,阿尔芬波能量将优先在这些位置耗散。很明显,磁场对磁流体波在日冕零点附近的传播和性质起着基本的作用。这个主题是一个基本的等离子体过程,到目前为止,结果也导致了关键的见解重联,模式耦合,准周期脉动和相位混合。
2012-04-27 astro-ph.SR math-ph math.MP
Direct Numerical Simulations of Reflection-Driven, Reduced MHD Turbulence from the Sun to the Alfven Critical Point
我们提出了直接数值模拟的非均匀约化磁流体动力学(RMHD)之间的太阳和阿尔文临界点的湍流。这是第一次考虑太阳风外流速度和背景太阳风的径向不均匀性而不近似控制方程中的非线性项的模拟。RMHD湍流是由从太阳发射的向外传播的阿尔文波($z^+$波动)驱动的,这些阿尔文波经过部分非WKB反射产生向日传播的阿尔文波($z^-$波动)。我们提出了十个模拟与不同的值的相关时间$τ_{\rm c\,\sun}^+$和垂直相关长度$L_{\perp \sun}$向外传播的阿尔文波(AW)在冠状基底。我们发现,15%至33%的$z^+$能量发射到日冕之间的日冕基地和阿尔文临界点消散。输入能量的33%至40%用于太阳风外流,22%至36%作为$z^+$波动通过$r=r_{\rm A}$的模拟边界逃逸。$z^\pm$功率谱的标度类似于$k_\perp^{-α^\pm}$,其中$k_\perp$是垂直于$\vec{B}_0$的平面中的波数。在我们的模拟中,$τ_{\rm c\,\sun}^+$的最小值($\sim 2 \mbox{min}$)和$L_{\perp \sun}$的最大值($2\times 10^4 \mbox{km}$),我们发现$α^+$随着$\ln(r)$的增加近似线性地减小,在$r=11.1 R_{\sun}$处达到1.3的值。我们用较大的$τ_{\rm c\,\sun}^+$值进行的模…
2013-09-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Nonlinear Alfvén wave dynamics at a 2D magnetic null point: ponderomotive force
背景:在线性β=0的MHD区域中,MHD波在二维零点附近的瞬态特性是众所周知的。波是解耦的,并在磁拓扑的可预测部分积累:快波在零点积累;而阿尔文波不能穿过分离器。然而,在非线性MHD模式转换可以发生在不均匀的阿尔文速度的区域,这表明波的解耦性质可能不会扩展到非线性制度。目的:研究非线性β= 0 MHD中二维磁零点附近低振幅Alfvén波的行为。研究方法:我们数值模拟的低振幅阿尔文波到附近的磁零点使用非线性LARE 2D代码。结果如下:与在线性政权,我们发现,阿尔文波维持同空间的子扰动,表现在横向和纵向的流体速度,由于非线性磁压力梯度(即有质动力)的作用。这些扰动依赖于阿尔文波,并且不与介质相互作用以激发磁声波,尽管横向子体在零点处变得聚焦。此外,在早期阶段会产生一个独立传播的快速磁声波,它将一些初始阿尔文波能量传输到零点。随后,尽管由于阿尔文速度分布(Grad c_A \neq 0)中的梯度而经历色散和相位混合,但没有进一步非线性地产生快波。结论:我们发现,阿尔文波在2D冷零点的行为在很大程度上是在线性政权,但他们维持横向和纵向的干扰-在线性政权的影响缺席-由于非线性磁压梯度。
2013-05-30 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.geo-ph
Nonlinear Terms of MHD Equations for Homogeneous Magnetized Shear Flow
本文导出了磁化流体不可压缩剪切流的MHD方程组,并考虑了它们在波矢空间中的解。线性化的方程给出了著名的慢磁声波的放大和描述的磁旋转不稳定性。我们分析中的非线性项导致了MHD(阿尔文和伪阿尔文)波的湍流和自持谱密度的产生。讨论了在k空间中弱湍流数值模拟和吸积盘有效粘性计算的前景。
2011-03-25 astro-ph.SR physics.plasm-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
3D MHD simulation of linearly polarised Alfven wave dynamics in Arnold-Beltrami-Childress magnetic field
先前的研究[Malara等人ApJ,533,523(2000)]使用WKB近似考虑了Arnold-Beltrami-Childress(ABC)磁场中的小振幅Alfven波(AW)包。本文首次采用直接三维MHD数值模拟方法研究了ABC磁场中的线极化Alfven波动力学。研究了四种不同折射率下长度尺度远小于ABC畴长的高斯AW脉冲和波长等于ABC畴长的谐波AW脉冲。虽然发现AW在ABC场中迅速消散,但令人惊讶的是,AW扰动能量随时间增加。在谐波AW扰动能量增长的情况下是瞬态的时间,达到峰值的速度和磁扰动能量的时间尺度内远小于电阻时间。在高斯AW脉冲速度扰动能量增长的情况下,仍然是瞬态的时间,在几个电阻时间内达到峰值,而磁扰动能量继续增长。它还表明,总磁能随时间的推移而减少,这是由背景ABC磁场,而不是AW阻尼的电阻演变。相反,当背景磁场是均匀的,总的磁场能量的减少是由AW阻尼规定的,因为没有背景的电阻演变。通过考虑不同振幅的运行和分析扰动谱,排除了AW扰动引起的蠕动流和磁能逆级联可能的发电机作用。因此,扰动能量增长归因于一种新的不稳定性。增长率似乎是依赖于电阻率和AW干扰的空间尺度的值。因此,当超过WKB近似时,完全MHD方程描述的AW阻尼并不能保证扰动能量的降低。
2014-05-03 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
Stationary field-aligned MHD flows at astropauses and in astrotails. Principles of a counterflow configuration between a stellar wind and its interstellar medium wind
穿过反向激波的恒星风被偏转到天体球尾,并以亚阿尔夫文尾流或超阿尔夫文尾流的形式离开恒星系统。一个例子是我们自己的日球层和它的日尾。我们提出了一种分析方法计算固定的,不可压缩的,和场对准的等离子体流在astrotail的一颗星。我们提出了一个配方的帮助下,只有几个参数,如内部阿尔芬马赫数和外部阿尔芬马赫数,磁场强度内和外的恒星风腔,和这些流动内的磁场的奇点的分布。在单流体近似的框架内,通过使用正则变量的非正则映射,可以从相应的静态MHD平衡获得稳态流动的MHD方程的解。正则变量是磁流体静力平衡的磁场的欧拉势。因此,我们从由磁中性点分布决定的静态平衡出发,并假设相应的静态平衡的阿尔芬马赫数是有限的。这种拓扑结构决定了星际气体-星风界面的几何结构.额外的边界条件,如外部磁场和跨越天体顶的磁场的跳跃允许确定非正则变换。这传递了逆激波之外的星尾区域每一点的磁场强度。描述这种情况的数学技术一般适用于天体层,但也适用于日光层。在亚阿尔芬流动的情况下,它与相应的阿尔芬马赫数相比较,显示了外部和内部磁场强度的限制。
2012-03-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
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
Uniturbulence and Alfven wave solar model
本文提出UAWSOM模型,将扭结波非湍流阻尼加热纳入MHD方程,推导能量演化方程并数值验证,可驱动太阳风并加热日冕,弥补AWSOM模型不足。
2025-02-20 astro-ph.SR physics.space-ph
Cut-off wavenumber of Alfven waves in partially ionized plasmas of the solar atmosphere
太阳大气部分电离等离子体中的阿尔芬波动力学表明,确实存在一个截止波数,即波数高于截止值的阿尔芬波是倏逝波。截止波数出现在单流体磁流体力学(MHD)的近似,但它是在多流体的方法缺席。截止波数的存在至今仍没有一个合理的解释。本文的目的是指出在单流体磁流体动力学中出现截止波数的原因。从三流体方程(电子,质子和中性氢原子)开始,我们进行连续近似,直到我们得到通常的单流体描述。我们求解了线性阿尔芬波在每一步的色散关系,并寻求了截止波数出现的近似。我们已经发现,忽略惯性项显着减少阿尔芬频率的实部,虽然它永远不会成为零。因此,截止波数在此阶段不存在。然而,当惯性项和霍尔项一起在感应方程中被忽略时,阿尔芬频率的实部变为零。在研究太阳大气部分电离区的阿尔芬波时,出现了截止波数,这是忽略惯性项和霍尔项的结果,没有物理根源。
2012-07-23 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
MHD waves in homogeneous and continuously stratified atmospheres
本文系统梳理线性理想MHD波理论并推广至重力分层大气,重点分析波模转换、精确解及WKBJ和射线方法,并讨论其对太阳大气加热的意义。
2024-08-02 astro-ph.SR physics.space-ph
Alfven Wave Collisions, The Fundamental Building Block of Plasma Turbulence II: Numerical Solution
本文提出了一个数值验证的渐近解析解之间的非线性相互作用的对向传播阿尔芬波,天体物理等离子体湍流的基本积木。的解析解,推导出在弱湍流限制使用不可压缩的MHD方程,进行了比较,一个阿尔芬波碰撞的非线性gyrokinetic模拟。这些方法之间的协议意味着不可压缩的解决方案令人满意地描述了非线性能量转移的基本动力学,即使在弱碰撞等离子体条件下的许多天体物理环境。
2013-06-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph