Benchmarking Fast-to-Alfven Mode Conversion in a Cold MHD Plasma
阿尔文波可能是由快磁声波在太阳大气中反射层附近通过模式转换产生的,这对日冕振荡和活跃区日震学都有影响。在活跃区域,这种反射通常发生得足够高,以至于阿尔文速度$a$大大超过声速$c$,远高于快模式和慢模式相互作用的$a=c$水平。为了集中讨论快/阿尔文转换的基本特性,去掉不必要的细节,采用重力分层冷MHD模型$c\to0$来冻结慢模是有用的。这为在更复杂的大气中快速到阿尔文模式转换提供了基准。假设一个均匀的倾斜磁场和一个指数阿尔文速度分布与密度标度高度$h$,阿尔文转换系数只取决于三个变量;无量纲的横向于分层的波数$κ=kh$、磁场相对于分层方向的倾斜度$θ$以及波矢量相对于包含分层和磁场方向的平面的偏振角$ϕ$。我们提出了一个广泛的探索模式转换在这个参数空间,并得出结论,几乎完全转换为向外传播的阿尔文波通常发生在小$θ$和大$ϕ$($80^\circ$ - $90^\circ$),虽然它是完全不存在时,$θ$正好为零(垂直场)。对于日震感兴趣的波数,转换区域足够宽,可以覆盖整个色球层。
2011-05-31 astro-ph.SR
Nonlinear evolution of parallel propagating Alfven waves: Vlasov - MHD simulation
本文利用新近发展起来的Vlasov-MHD程序,即一种推广的Landau流体模型,讨论了圆偏振Alfvén波的非线性演化。数值结果表明,只要系统的非线性不是很大,Vlasov-MHD模型可以有效地求解Alfvénic湍流的线性和非线性阶段的时间演化.本文提出的Vlasov-MHD模型适合于讨论光球层传播的阿尔夫维波对日冕加热和太阳风加速的作用。
2009-10-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Non-WKB Models of the FIP Effect: The Role of Slow Mode Waves
进一步发展了太阳色球和日冕之间元素丰度分馏的模型。在太阳条件下,阿尔芬波通过色球层传播或反射产生的有质动力通常会加速色球层离子进入日冕,但中性粒子不会。这就产生了所谓的第一电离势(FIP)效应。我们将新的物理过程纳入模型。改进了色球电离平衡,并讨论了不同近似的影响。我们还讨论了由平行传播的阿尔芬波参量产生慢模波的问题。这也是有质动力的影响,由驱动声学模式的磁压力的周期性变化引起,其增加了背景纵向压力。这可能对分馏产生微妙的影响,使其在色球层较低的区域中与质量无关。我们还简要地讨论了阿尔芬波频率的分馏的变化,相对于覆盖冠环共振的频率。
2011-10-19 astro-ph.SR
75th Anniversary of `Existence of Electromagnetic-Hydrodynamic Waves'
我们最近刚刚度过了太阳和空间物理学最重要的成果之一的75周年:Hannes Alfvén发现了Alfvén波和Alfvén速度。为了庆祝这一周年,本文叙述了磁流体力学波历史上的一些重大事件。阿尔文的想法最初受到冷遇,但费米在宇宙射线方面的工作,日冕加热的新奥秘,以及对行星际空间的科学认识的巨大变化和太空竞赛的开始,在太阳风中探测到阿尔文波,使阿尔文的想法成为人们关注的焦点。从那时起,对MHD波的兴趣蓬勃发展,为现代太阳MHD波的远程观测,日冕地震学以及一些今天领先的日冕加热和太阳风加速理论奠定了基础。1970年,阿尔文因其在磁流体力学方面的工作(包括这些发现)而获得诺贝尔奖。文章最后反思了历史对我们做科学的方式意味着什么,特别是理想化数学模型的优点和陷阱。
2018-04-04 astro-ph.SR
Coronal Abundance Fractionation Linked to Chromospheric Transverse MHD Waves in a Solar Active Region Observed with FISS/GST and EIS/Hinode
本研究通过分析活动区中色球横向MHD波与日冕丰度分馏的空间相关性,验证了FIP效应由有质动力驱动的模型,发现二者强相关。
2025-02-26 astro-ph.SR
Heating of the solar corona by Alfven waves - self-induced opacity
在完全电离氢等离子体磁流体力学(MHD)框架下,计算了过渡区温度和风速的静态分布。导出的方程的数值解给出了色球层和日冕之间的过渡层的宽度作为高频阿尔芬波(AW)的自诱导不透明度。畴壁是自洽MHD处理AW传播的直接结果。来自太阳的低频MHD波被狭窄的过渡层强烈反射,而高频波被吸收-这就是为什么我们预测光球中AW的光谱密度相当大。数值方法允许考虑具有任意谱密度的输入AW。阿尔文波加热日冕的观点属于阿尔文的观点,我们简单地求解了相应的MHD方程。溶液与实验的比较对于揭示加热机制至关重要。
2016-01-22 astro-ph.SR
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
Transition region-induced kinetic Alfven wave conversion. Electric displacement field
Independent researcher(独立研究者)
研究过渡区对动能阿尔芬波的传播、传输与反射过程,揭示电位移场变化及能量再定向机制。
2026-05-11 astro-ph.SR
Phase Mixing of Nonlinear Visco-resistive Alfvén Waves
本文研究了非均匀磁场环境中非线性、非理想阿尔文波的传播行为。在一维和二维的MHD方程求解使用解析技术和数值模拟。我们找到了有质动力效应和粘阻加热的明确证据。有质动力效应产生横向阿尔文波的纵向分量,其频率是驱动频率的两倍。分析工作表明电阻加热的增加。这导致等离子体的局部温度和气体压力的显著增加,导致材料沿着磁场被推动。在2D中,我们的系统表现出相混合,我们观察到最大加热位置的演变,即我们发现加热层的漂移。考虑Alfvén波传播在二维的非均匀密度梯度,我们发现,平衡密度分布显着修改的密度流由于粘阻加热和非线性响应的局部加热通过相混合。
2011-01-31 astro-ph.SR math-ph math.MP
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
MHD waves with mixed properties / Alfvén waves with pressure variations: a review
KU Leuven(荷语鲁汶大学);Instituto de Astrofı́sica de Canarias(加那利天体物理研究所);Universidad de La Laguna(拉古纳大学);Universitat de les Illes Balears(巴利阿里群岛大学);Institute of Applied Computing & Community Code (IAC3)(应用计算与社区代码研究所)
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
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
Propagation of waves in weakly ionized two-fluid plasmas. II. Nonlinear Alfvénic waves
Universitat de les Illes Balears(巴利阿里群岛大学);Institut d’Aplicacions Computacionals de Codi Comunitari (IAC3)(社区代码计算应用研究所)
采用双流体模型研究霍尔电流和离子-中性粒子弹性碰撞对弱电离等离子体中线性/圆极化横波传播的影响,推导阻尼和加热率的解析表达式,并通过数值模拟揭示非线性密度扰动和整体流与有质动力及离子-中性相互作用能量耗散的关系。
2026-05-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph
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
Multi-fluid multi-species models for inverse FIP-effect
Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory(洛克希德·马丁太阳与天体物理学实验室);SETI Institute(SETI研究所);Rosseland Centre for Solar Physics, University of Oslo(奥斯陆大学罗斯兰太阳物理中心);Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo(奥斯陆大学理论天体物理研究所);Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics(哈佛-史密森尼天体物理中心);Mullard Space Science Laboratory, University College London(伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室)
本文利用简化的一维多流体磁流体动力学模型研究逆FIP效应的可能场景,探讨磁场强度与磁通管扩张对多流体相互作用的耗散效应的抵消机制,揭示逆FIP效应的物理驱动过程。
2026-04-13 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
On collective nature of nonlinear torsional Alfvén waves
本文结合 Athena++ 数值模拟与二阶微扰理论,发现非线性扭转阿尔文波会产生径向均匀的集体密度扰动,为太阳大气观测识别提供新特征。
2023-05-12 astro-ph.SR physics.plasm-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
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
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