Impact of pickup ions on the shock front nonstationarity and energy dissipation of the heliospheric termination shock: Two-dimensional full particle simulations and comparison with Voyager 2 observations
2007年8月31日至9月1日,旅行者2号(V2)在距离太阳84天文单位的地方观测到了超音速太阳风和亚音速日鞘之间的过渡,即终止激波(TS)。这些数据揭示了一个复杂的,准垂直的超临界激波的多个交叉点。这些实验数据是一个更复杂的分析,包括计算机建模的冲击存在的拾取离子(PUI)的起点。在这里,我们提出了二维(2-D)的粒子在细胞(PIC)模拟的TS,包括PUI自洽。我们还报告的离子速度分布在TS使用法拉第杯数据从V2。一个相对完整的等离子体和磁场数据集从V2给我们的机会做一个全面的比较实验数据和PIC模拟结果。我们的研究结果表明:(1)激波阵面的非平稳性主要是由沿激波阵面的波纹引起的,即使PUI的百分比很高,这些波纹也会引起。(2)质子交换膜在太阳能电池的能量耗散中起着关键作用,大部分入射离子的动能都转化为质子交换膜的热能而不是太阳风离子(SWI)。(3)模拟的复合日鞘离子速度分布函数是由透射SWI形成的冷核、由热反射SWI和直接透射PUI贡献的肩部以及由非常热的反射PUI主导的分布的翅膀的叠加。(4)V2法拉第杯观察到了分布的冷核心,所以他们只看到了冰山一角。对于冷芯分布函数在TS上的演化,计算结果与V2实验结果相当吻合。
2015-06-29 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Particle Acceleration at a Flare Termination Shock: Effect of Large-scale Magnetic Turbulence
我们研究带电粒子(包括电子和质子)在预测存在于太阳耀斑附近的无碰撞冲击中的加速。通过耀斑模型和数值模拟,柴田福布斯我们研究了电子束通过数值积分的运动方程的大量的测试粒子电子的时间依赖性的二维电场和磁场产生的混合模拟(动力学离子和流体电子)使用典型的太阳耀斑等离子体环境的参数。冲击波是通过向刚性活塞注入等离子体流而产生的。大规模的磁波动-已知存在于等离子体中,并已知在冲击时对非热电子加速有重要影响-也包括在我们的模拟中。对于耀斑区的参数特征,我们的计算表明,在重联流出区(以上耀斑环)形成的终止激波可以加速电子的动能的几兆电子伏在100个离子回旋周期内,这是一个毫秒的顺序。给定足够的湍流振幅水平($δB^2/B_0^2 \sim 0.3$),约10%的热测试粒子电子被加速到超过15 keV。我们发现质子也被加速,但在可用的时间内没有达到高能量,并且对于我们模拟中使用的参数,能谱比电子的能谱陡峭得多。我们的结果与观测到的太阳耀斑中的硬X射线辐射定性一致。
2012-05-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
A Comparison of Radial Intensity Profiles of Termination Shock Particles and Anomalous Cosmic Rays in the Outer North-South Heliosheaths Using CRS data from V1 and V2
利用旅行者1号和2号CRS望远镜截至2014年底在网上提供的数据,我们研究了终止激波H核和异常宇宙线H和He核的强度变化作为径向距离的函数。与日鞘内部相比,北日鞘和南日鞘的强度与半径分布有很大差异,而北日鞘和南日鞘外部的这些强度与半径分布以及强度本身则更加相似,分别由V1和V2测量。在N层日鞘中,在94天文单位的高温超导穿越距离之外,厚度为27.6天文单位,终止激波粒子和异常宇宙射线的强度在110-112天文单位之间或在终止激波和日层顶之间约一半的位置达到最大值。然后,它们或多或少地连续下降到每个分量最大强度的2/3,就在最后一次下降之前,大约121天文单位,就在太阳层顶内部。这种强度-时间的行为有利于加速和损失效应导致日鞘中部附近最大值的理论。
2015-02-04 physics.space-ph
First comparison of composite 0.52-55 keV ENA spectra observed by IBEX and Cassini/INCA with simulated ENAs inferred by proton hybrid simulations downstream of the termination shock
我们提出了第一个比较的高能中性原子(ENA)日鞘测量,遥感的星际边界探测器(IBEX)的任务和离子和中性相机(INCA)的卡西尼号任务,与建模ENA推断星际皮卡质子已被加速在终止冲击,使用混合动力模拟。观测到的ENA强度是从2009年到2012年底的时间段内沿着旅行者2号轨道的平均值。太阳风,星际拾取离子(PUI),和磁场上游的终端冲击,旅行者2号穿越的混合模拟参数是基于观测。我们报告的能量依赖的观测和模拟ENA通量之间的差异,所观察到的ENA通量,始终高于模拟的,并讨论这种差异的可能原因。
2022-01-16 physics.space-ph
A Galactic Cosmic Ray Electron Intensity Increase of a factor of up to 100 At Energies between 3 and 50 MeV in the Heliosheath between the Termination Shock and the Heliopause Due to Solar Modulation As Measured by Voyager 1
本文导出了旅行者1号在95 ~ 122 AU范围内通过日鞘时所观测到的3-50 MeV银河系电子的背景校正强度。在15 MeV时,从日鞘的内边界到外边界的背景校正数据的总体强度变化是~100的最大因子。在较低的能量下,这种分数变化变得更小,日鞘中校正的电子光谱变得越来越陡峭,在终端激波之外的光谱指数达到~ -2.5。在更高的能量,电子的光谱有一个指数,从负LIS光谱指数-1.3的值接近零日鞘作为银河系电子组件的太阳调制的结果。在~100 MV以下观察到的大调制效应可能是日鞘中电子调制过程中扩散增强的证据。
2017-08-07 physics.space-ph
Acceleration of galactic electrons at the solar wind termination shock and Voyager 1 observations
利用一个综合考虑激波加速、粒子漂移和日球层其它主要调制过程的数值模型,研究了银河系电子在太阳风终端激波(TS)处的加速过程--扩散激波加速(DSA)。从我们以前的工作中知道,DSA的效率取决于入射到TS上的电子光谱的形状,这反过来又取决于非常本地的星际光谱的光谱形状。调制过程也影响DSA的效率。我们发现,TS加速电子可以在整个日光层的强度水平,特别是在较低的能量作出贡献。一个有趣的结果是,DSA在TS引起的增加在幅度上与旅行者1号在TS交叉之前观察到的电子强度增强相当。这些强度增加足够大以解释观察到的强度峰值,因此支持DSA参与其产生的观点。此外,旅行者1号在整个日鞘中观测到的能谱以及地球上更高能量的PAMELA谱都得到了令人满意的再现。我们还发现,这些低能量电子的扩散系数的刚性依赖性的增加似乎需要再现在日鞘中观测到的调制光谱在动能E < ~ 4 MeV的光谱形状。这是不同的中间能源,刚性独立的扩散解释观察令人满意。
2017-11-29 physics.space-ph
Concerning pressure and entropy of shock-accelerated heliosheath electrons
我们研究了受激风电子在经历外部风终止冲击后离开风驱动恒星的行为。作为一个例子,我们描述的keV高能电子分布函数下游的日球终端冲击的演变。我们开始从一个动力学输运方程在考虑到冲击引起的电子注入,对流变化,冷却过程,和哨声波引起的能量扩散的日光鞘等离子体流的散装框架。从这个方程,我们进行到一个相关的压力时刻的电子分布函数到达相应的压力输运方程,它描述了电子压力的演变,在体帧的等离子体沿等离子体流线。我们假设,当地的分布函数,在占主导地位的非LTE条件下,是由一个当地的kappa函数与当地的kappa参数,随流线坐标$s$下游的太阳风终止冲击。我们得到的电子压力的解决方案作为一个函数的流线坐标$s$从压力输运方程,并表明,与此压力,得到一个表达式的熵的电子流体,也可以作为一个流线函数。我们表明,日鞘电子流体基本上可以被描述为一个等压和等熵流。这些结果允许一般的结论,astrotail等离子体流的特点是这样的流量。
2019-01-16 astro-ph.SR physics.space-ph
On the Formation of Super-Alfvénic Flows Downstream of Collisionless Shocks
本研究针对地球弓激波下游超阿尔文射流的形成问题,提出火hose不稳定性涨落与压缩加热的驱动机制,结合流体模型估算与MMS观测数据验证,为磁鞘射流演化的动力学过程研究提供新依据。
2024-08-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Two-dimensional particle-in-cell simulation of magnetic reconnection in the downstream of a quasi-perpendicular shock
本文利用二维粒子模拟方法研究了准垂直激波下游的磁重联。冲击波是非平稳的,并经历一个周期性的改造。重整过程开始时,激波阵面相对平坦,部分上游离子被激波阵面反射。反射离子在洛伦兹力的作用下向上运动,导致激波前沿脚处的磁场线向上弯曲,然后由于弯曲的磁场线的挤压而形成电流片。形成的电流片被太阳风带向冲击波阵面,冲击波阵面与电流片相互作用后变得不规则。由太阳风带来的电流片和与冲击波阵面相关的电流片都被分裂成许多小的附加电流片。当这些对流电流片对流进入下游时,其中几个可能发生电子尺度的磁重联,并产生磁岛。在X线周围还产生了强的重联电场和能量耗散,同时也形成了高速电子外流。
2021-08-25 physics.plasm-ph physics.space-ph
The effects of strong temperature anisotropy on the kinetic structure of collisionless slow shocks and reconnection exhausts. Part I: PIC simulations
设计了一个二维Riemann问题来研究在重联排气边界处形成的慢激波的发展和动力学。对法向磁场与横向上游磁场的变化比率(即,相对于上游磁场的传播角)。当角度足够倾斜时,模拟显示下游区域存在较大的消防软管方向(P_平行>P_垂直)温度各向异性,并伴有从共面慢激波到非共面旋转模式的转变。在下游区域,消防水龙带稳定性参数ψ =1-mu_0(P_parallel-P_vertical)/ B^2趋于锁定在0.25。这种平衡是由逆流离子之间的竞争引起的,逆流离子驱动着湍流下降,而离子惯性尺度波的散射则被下游的旋转波驱动着不稳定。在非常倾斜的传播角,二维湍流也发展在下游区域。
2011-03-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Interstellar Neutral Gas Species And Their Pickup Ions Inside The Heliospheric Termination Shock. Ionization Rates For H, O, Ne, And He
太阳电离因子对星际中性气体及其衍生物在日球层内的分布起着调制作用。我们提供了一个概述的知识,他们的日光层内的终止冲击粒子的当前状态。我们讨论了从1985年到2018年在黄道面和极地地区的氢、氧、氖和氦与太阳风粒子的电荷交换、光电离和电子碰撞电离。我们讨论了电离率作为时间的函数,到太阳的距离,和纬度。我们比较了一个一致的和均匀的电离率计算系统中的物种之间的总电离率。在黄道面内,1au处氢和氧的总电离率最高,氦的总电离率最低。在极地地区,最强的电离损失是氧,不管太阳活动。光电离是氦和氖的主要电离反应,也是对氧非常重要的反应。与太阳风粒子的电荷交换是氢的主要电离反应,是氧的第二重要电离反应。电子碰撞电离是Ne和He的一个重要电离反应,对总电离率的贡献在1Au以内较强,在1Au以外较小。He和Ne的总电离率随太阳活动的变化而变化,而H和O的总电离率随黄道面外的周期性太阳风变化和黄道面内的非周期性变化而变化。
2019-07-01 physics.space-ph
Proton Temperature Anisotropy Across Interplanetary Shocks: A Statistical Analysis with WIND observations
University of Alabama in Huntsville(亨茨维尔阿拉巴马大学);Center for Space Plasma and Aeronomic Research (CSPAR)(空间等离子体与天文研究中心)
研究行星际激波对质子温度各向异性的影响,通过统计分析发现激波几何、压缩和距离影响各向异性,揭示非绝热过程的重要性及不稳定性调节机制。
2026-04-02 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.geo-ph
The efficiency of electron acceleration by ICME-driven shocks
利用航天器观测和试验粒子模拟的数据分析,研究了行星际日冕物质抛射(ICME)驱动的无碰撞冲击波对超热电子的加速效率.观测结果来自\emph{Wind}上的3DP/EESA仪器,在Yang等人2019年ApJ中列出的74次冲击事件期间进行,并通过315种不同冲击参数的情况进行了试验粒子模拟。共选择了7个能量范围从0.428到4.161 keV的能量通道。在模拟中,使用时间向后的方法,我们计算在$90^\circ$桨距角的平均下游通量。另一方面,$90^\circ$俯仰角的平均下游和上游通量也可以直接从74个观测激波事件中获得。此外,统计得到了事件数比随激波角(激波法线与上游磁场之间的夹角)、上游Alfv $\acute{\text e}$ n马赫数和激波压缩比的变化规律。结果表明,大的激波角、上游Alfv $\acute{\text e}$ n马赫数和激波压缩比可以提高激波加速效率。我们的研究结果表明,冲击漂移加速在ICME驱动冲击的电子加速中更有效,这证实了Yang et al. 2018的发现。
2022-11-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle transport in hybrid PIC shock simulations: A comparison of diagnostics
最近的现场和远程观测表明,与冲击加速粒子相关的传输状态可能是异常的(即,这种颗粒的均方位移(MSD)随时间非线性地缩放。我们使用自洽的,混合PIC等离子体模拟与日光层冲击兼容的参数来模拟准平行冲击,并获得有关粒子输运在这样的系统中的见解。对于与激波相互作用的超热粒子,我们分别计算上游和下游区域的MSD。足够长的时间跟踪超热粒子的冲击和/或下游的粒子等离子体模拟中的问题,如统计差的粒子合奏和轨迹片段的可变长度的时间。因此,我们引入使用时间平均均方位移(TAMSD),这是基于单粒子轨迹,作为一种额外的技术,以解决上游和下游地区的运输制度。MSD和TAMSD是在协议的上游高能粒子人口,都给出了一个强有力的指示超扩散运输,行星际激波观测一致。MSD和TAMSD也在合理的协议下游,异常运输的迹象也found. TAMSD显示在下游粒子群的扩散特性的异质性的证据,范围从subdiffusive行为的粒子被困在强磁场波动产生的冲击,超扩散行为的粒子传输和移动远离冲击。
2019-09-27 physics.plasm-ph physics.space-ph
On the Formation and Properties of Fluid Shocks and Collisionless Shock Waves in Astrophysical Plasmas
当两个等离子体碰撞时,它们的相互作用可以通过无碰撞等离子体不稳定性或每个壳层粒子之间的二元碰撞来介导。通过比较无碰撞不稳定性的最大增长率与壳层粒子之间的碰撞频率,我们确定了将无碰撞形成与碰撞形成所产生的冲击波分开的临界密度。这个临界密度也是一个密度,超过这个密度,下游的激波就没有场了,因为等离子体不稳定性没有时间发展电磁模式。进一步确定了下游碰撞时壳体的初始密度和速度条件。如果这些量满足确定的条件,则下游的碰撞性也防止冲击波加速粒子或产生强磁场。我们比较的声速与两个壳之间的碰撞的相对速度,从而确定的部分的参数空间中的强冲击的形成是可能的经典和简并等离子体。最后,我们讨论了在几个天体物理设置的观测结果。
2018-05-24 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Density jump as a function of magnetic field strength for parallel collisionless shocks in pair plasmas
无碰撞激波遵循朗肯-雨果纽跳跃条件,达到很好的近似。然而,对于平行于磁场传播的激波,磁流体力学指出激波的性质与磁场强度无关,而最近的Particle-in-Cell模拟揭示了这种激波在无碰撞状态下的磁流体力学行为的显著偏离。发现这种偏离是由下游压力中的场驱动各向异性引起的,但这种各向异性对场强的函数依赖性尚未确定。在这里,我们提出了一个非相对论模型的等离子体演化通过冲击波阵面,允许推导的下游各向异性的场强。我们的方案假设双绝热演化的一对等离子体通过冲击波阵面。因此,垂直温度是守恒的。如果产生的下游是稳定的,那么等离子体保持在这种状态。如果不稳定,它会向消防水管稳定性阈值迁移。在这两种情况下,守恒方程,连同有关的假设上的温度,允许一个完整的确定的下游各向异性的场强。
2018-10-16 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Localized enhancements of energetic particles at oblique collisionless shocks
本文利用三维实验粒子模拟方法研究了非相对论斜快无碰撞激波加速带电粒子的空间分布。我们发现,低能量粒子的密度表现出局部增强的冲击,类似于“尖峰”测量行星际冲击。与以前的结果相比,基于数值解的集中输运方程,我们发现一个冲击尖峰的任何磁取向,从准垂直到平行。我们比较的俯仰角分布相对于当地的磁场和动量分布远下游和非常接近的冲击内的尖峰,我们的研究结果是兼容的预测从散射的无冲击漂移加速度(SDA)在这些地区的限制。旅行者1号在太阳终端激波处测量到的低能粒子的增强与我们的剖面相当。我们的模拟允许预测超热质子在行星际冲击在10个太阳半径内进行测试的太阳探测器任务。他们也有影响的解释离子加速超新星遗迹冲击。
2015-02-09 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Ion Dynamics at A Rippled Quasi-parallel Shock: 2-D Hybrid Simulations
在本文中,二维(2-D)混合模拟研究离子动力学在一个波纹准平行冲击。结果表明,激波阵面周围的波纹是准平行激波的固有结构,激波的再形成沿激波阵面是不同步的。通过跟踪上游离子的运动轨迹,我们发现这些离子在沿激波表面的不同位置与激波阵面相互作用时表现不同。上游的颗粒更容易通过波纹的上部,相应的下游的体积速度更大,形成高速射流。在波纹的下部,上游的颗粒倾向于被激波反射。对于被激波反射的离子,它们在沿激波表面运动时可能会受到多级加速,或者被捕获在上游波和激波阵面之间。最后,这些离子可能逃逸到更远的上游或进入下游,因此,在上游和下游都可以发现超热离子。
2016-03-06 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Synthesis of the distribution function of ISN He
太阳风与星际物质的相互作用涉及星际中性原子与等离子体之间的电荷交换,这导致星际中性原子(ISN)的二次布居的产生。星际边界探测器(IBEX)探测到了星际He的次级粒子数,但对这些测量结果的解释主要是基于一种近似,即初级星际中性粒子数和次级粒子数是外日鞘中不相互作用的均匀麦克斯韦-玻尔兹曼函数。我们模拟的分布函数在外部日鞘和内部的日球顶使用的方法与统计权重的产生和损失方程的解决方案,由于在外部日鞘的电荷交换碰撞的次级原子的特征。我们表明,两个麦克斯韦近似的中性He的分布函数是不是一个很好的近似外日鞘内,但一个合理的终止激波内。这是由于一个强大的选择效应:He原子能够穿透内部的终止冲击波是一个小的,特殊的子集,整个二级He人口。尽管如此,两麦克斯韦近似再现的密度分布的ISN内的终止冲击波以及,并使一个现实的再现由太阳的速度矢量通过本地星际物质和未扰动的星际磁场的矢量所定义的平面的方向。
2019-07-21 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.space-ph
Electromagnetic waves and electron anisotropies downstream of supercritical interplanetary shocks
利用Wind探测线圈磁强计对四个超临界行星际激波下游的fci <<f <fce的电磁低杂波和哨声波进行了波形观测。观测到哨声波的\partialB与归一化热通量幅值呈弱正相关,与T_eh/T_ec呈负相关。所有这些都同时观察到电子分布满足哨声热通量不稳定性阈值,大多数T_{perp,h}/T_{para,h}> 1.01。因此,哨声模式波似乎是由热通量不稳定性驱动,并导致垂直加热的晕电子。较低的混合波表现出\partialB和归一化热通量大小之间的弱得多的相关性,并且经常在磁场梯度附近观察到。第三种类型的事件显示波动符合低混合和哨声模式波的混合物。这些结果表明,哨声波可能确实是调节电子热通量和晕温度各向异性,这是重要的理论和模拟电子分布演化从太阳到地球。
2012-07-26 physics.plasm-ph physics.space-ph
On the anisotropic velocity distribution of newborn pickup ions in the heliosheath
本文研究日球层鞘中由中性太阳风电荷交换新生成的拾起离子,发现其可维持高度各向异性速度分布,并可能使ENA通量增强逾百倍。
2025-03-28 physics.space-ph
Two-dimensional hybrid simulations of filamentary structures and kinetic slow waves downstream of a quasi-parallel shock
本文采用二维混合模拟方法,研究了准平行激波下游粘性结构的产生机制。结果表明,下游磁场幅值和粒子数密度均呈现出明显的分形结构,磁场与粒子数密度呈负相关关系。详细分析发现,这些下游压缩波几乎垂直于磁场传播,且主要波数约为离子动力学标度的倒数。它们的平行和垂直分量大致满足(其中和分别表示磁场的平行分量和面内垂直分量,是垂直方向上的波数,是离子回旋半径上的波数),它们的阿尔芬比也大致符合解析关系式(其中和表示阿尔芬比率和血浆β),而相应的交叉螺旋度和压缩性与以前的理论计算结果吻合得很好。所有这些性质与动力学慢波(KSW)的性质是一致的。因此,我们认为准平行激波下游的边界结构是由于KSW的激发而产生的。
2018-07-01 astro-ph.EP physics.space-ph
Supermagnetosonic jets behind a collisionless quasi-parallel shock
无碰撞准平行激波下游区域的结构包含来自先前未识别源的具有高动能密度的整体流。我们提出了集群多航天器测量这种类型的超磁声射流以及鞘内的弱二次激波前,使我们能够提出以下生成机制的射流:准平行冲击固有的局部曲率变化可以创建快速,偏转射流伴随着下游区域的密度变化。如果射流的速度在障碍物的参考系中是超(磁)音速的,则在更靠近障碍物的护套中形成第二冲击波阵面。我们的结果可以应用于许多等离子体环境中的无碰撞准平行激波。
2009-11-09 physics.plasm-ph physics.space-ph
ARTEMIS Observations of Plasma Waves in Laminar and Perturbed Interplanetary Shocks
“月球与太阳相互作用的加速、重连、湍流和电动力学”(ARTEMIS)飞行任务提供了一个独特的机会,可以研究行星际冲击的结构以及与之相关的等离子体波的产生,其频率在~50-8000 Hz之间,因为其可以捕获长时间的电场和磁场脉冲波形。我们比较了11个准垂直行星际冲击波的波特性和发生率,并在10分钟内(上游约3200个质子回旋半径,下游约1900个质子回旋半径)的冲击斜坡的爆发数据。扰动激波被定义为在准静态磁场中具有振幅大于上游和下游平均磁场幅值之差的1/3的大振幅哨声前兆;层流激波缺乏这些大的前兆,并且具有平滑的、类似阶梯函数的过渡。除了以前观察到的波模式,包括离子声波,哨声,和静电孤立波,在离子声波频率范围内,显示快速的时间频率变化的波是常见的。在斜坡中具有爆发数据的两个层流激波的斜坡区域包含宽范围的大振幅波模式,而具有斜坡爆发数据的一个扰动激波不包含这样的波。通过波粒相互作用的能量耗散在这些层流激波中比在扰动激波中更为显著。层流激波的波发生率在过渡区,特别是斜坡,比下游高。扰动激波的下游波发生率大约是层流激波的2-3倍。
2021-03-22 physics.space-ph
Fundamentals of collisionless shocks for astrophysical application, 2. Relativistic shocks
本文综述了无碰撞相对论激波的最新研究进展。简要介绍了动力学不稳定性理论,包括它的预测和局限性。主要的重点是在(i)对和(ii)电子-核子等离子体的数值实验。主要结果如下:(i)确认了三维非磁化相对论等离子体中激波演化是由于轻子-韦伯不稳定性或离子-韦伯不稳定性引起的;(ii)对上游磁化强度的敏感依赖性;(iii)粒子动力学对上游磁倾角$\thetabn$的敏感依赖性,其中$\thetabn>34^\circ$的粒子不能向上游逃逸,(iv)超相对论激波中的粒子很难翻转激波并向上游逃逸;它们可能在激波斜坡周围振荡很长一段时间,可以说是“在激波斜坡上冲浪”,从而被一种SDA加速;(v)这些粒子在下游分布上形成幂律尾;指出了它们的局限性;(vi)最近发展的方法允许计算下游高能粒子发射的辐射谱;(vii)韦伯产生的下游磁场形成大振幅的涡流,这些涡流可以被下游气流平流输送到离激波很远的地方,并可能有助于扩大强场区域;(viii)如果包括宇宙射线,钟状模式可以在短波长处产生上游磁湍流,并且通过扩散再耦合,也可以在几乎平行的磁场冲击中产生长波长的上游磁湍流;(ix)这种大振幅波的平流应引起准-平行冲击和喷射下游的大振幅磁场涡流,在那里它们有助于湍流和维持大磁场的扩展区域。
2011-06-18 astro-ph.HE physics.space-ph
Two recent kHz outer heliospheric radio emissions seen at Voyager 1-What are the interplanetary events that trigger them and where are these events when the radio emissions start?
我们已经研究了在太阳的煽动事件,可能是负责两个最近的外日光层kHz的排放量由爱荷华大学等离子体波探测器在旅行者1号开始于2004.64和2006.39,分别检测。这些行星际事件是利用来自宇宙飞船和旅行者1号和2号的等离子体和宇宙射线数据从太阳向外跟踪的。对于两个kHz发射的间隔,起源于太阳附近的事件被证明是这个11年太阳周期中最强烈的事件,如通过外日光层中的等离子体和宇宙射线变化所观察到的,到达V1和V2,这是接近日光层终端冲击,几乎在同一时间,两千赫无线电发射转向-这两个事件大约在2003年发生在太阳附近。(2003年万圣节活动)和2005.71,它们的不寻常之处还在于,它们在外日光层中产生了最大压力约为6- 6的太阳风冲压压力波8倍于平均太阳风压力当它们到达日球层终端激波时。我们认为,这项研究为这些最新的kHz发射的起源提出了一个可能的新范式。这种新的范例不同于目前描述早期kHz事件的范例。它与这些压力波在日光层外的强度有关,并且涉及这些大压力波到达日光层终止激波,而不是像目前的范例那样到达日光层顶的激波。
2009-06-15 physics.space-ph
Average observed properties of the Earth's quasi-perpendicular and quasi-parallel bow shock
我们提出了一个统计分析的132向阳面(LT 0700-1700)弓激波穿越的AMPTE/AMTE-STABILITY航天器。我们对等离子体和磁场参数以及弓形激波上游和下游几分钟的低频磁功率谱进行了叠加历元分析,根据弓形激波法线与行星际磁场之间的角度和等离子体β将事件分为几类,即,等离子体与磁压的比值下游的准垂直低β(β < 0.5)弓形激波,我们发现一个优势的左手极化分量的频率略低于离子回旋频率的振幅约为3 nT。这些波被确定为离子回旋波,由于质子温度各向异性,其在低β区域中生长。我们发现这种各向异性与左手偏振分量的强度的强相关性。在一些接近垂直的高β(β> 1.0)交叉点的下游,发现了镜像波。然而,也有这样的情况,即在接近垂直激波的下游满足镜像模式的条件,但没有观察到镜像波。
2000-09-13 physics.space-ph
Variability of interplanetary shock and associated energetic particle properties as a function of the time window around the shock
本文基于ACE数据研究296个快前向行星际激波,量化不同采样时间窗口对激波及高能风暴粒子性质的影响,并给出各参数保持代表性的时间尺度,为激波与ESP建模预报提供约束。
2023-10-26 physics.data-an physics.space-ph
Turbulent amplification of magnetic field driven by dynamo effect at rippled shocks
我们推导出解析的涡下游产生的二维波纹磁流体激波忽略流体粘度和电阻率。下游磁场湍流分量的增长是由涡旋运动驱动的。我们确定了一个解析的时间演化的磁场放大冲击,到目前为止,只描述了数值,直到饱和发生由于种子场反应的磁力线旋转。从波纹激波的MHD跳跃条件出发,导出了放大增长率和非线性场反作用随激波参数和星际密度涨落的显式表达式。利用合理的星际湍流参数,可以获得毫高斯量级的磁场饱和和超新星遗迹的$X$射线观测的短时变率。
2013-04-17 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.plasm-ph
Simulation of collisionless shocks in plasmas with high metallicity
给出了高金属丰度等离子体中低β超临界准平行激波的混合模拟结果。上游和下游的湍流的结构被解决,并推导出相应的散射中心的速度。结果表明,独立的化学成分的冲击经历自我改革的过程。然而,自重整的周期以及波谱的存在下,大量的弱电荷重离子的混合物的影响很大。此外,下游磁场放大对于高金属量情况更强。
2019-10-24 astro-ph.HE physics.space-ph
Suprathermal electron acceleration by a quasi-perpendicular shock: simulations and observations
太阳风中超热电子的加速主要与行星际日冕物质抛射(ICME)驱动的激波有关。众所周知,电子在准垂直冲击下的加速比在准平行冲击下的加速效率高得多。Yang等人(2018,ApJ,853,89)(以下简称YEA 2018)研究了准垂直ICME驱动冲击事件中超热电子的加速,以证明冲击漂移加速(SDA)的重要作用。在这里,我们进行测试粒子模拟,以研究在这种情况下的电子加速,通过计算下游的电子强度分布的所有能量通道假设的初始分布的基础上的平均上游强度。我们获得的模拟结果与YEA 2018的观察结果相似,如下所示。结果表明,下游与上游强度的比值在约90 $^\circ$节距角处达到峰值。此外,在每个俯仰角方向上,下游电子能谱指数远大于扩散激波加速的理论指数。此外,考虑SDA,估计的漂移长度与电子能量成正比,但漂移时间几乎是能量无关的。最后,我们使用一个基于SDA的理论模型来描述漂移长度和时间,特别是解释它们的能量依赖性。这些结果表明SDA在准垂直冲击加速电子中的重要性。
2019-12-08 physics.space-ph
Interstellar Pickup Ion Observations to 38 AU
我们提供了第一次直接观测的星际H+和He+皮卡离子在太阳风从22 AU到38 AU。我们使用Vasyliunas和Siscoe模型函数形式来量化拾取离子分布,而拟合参数通常位于其物理预期范围之外,这种形式允许拟合量化拾取H+特性随距离的变化。到20天文单位时,拾取离子已经在太阳风中提供了主要的内部压力。我们确定的径向趋势,并将其外推到终止冲击波在~90 AU,那里的皮卡H+核心太阳风密度达到~0.14。拾取H+温度和热压从22-38 AU增加,表明拾取离子的额外加热。这产生了非常大的拾取H+与太阳风温度和压力的外推比,以及拾取离子压力与太阳风动压在终止激波处的外推比约为0.16。如此大的比率对于缓和终止激波和整个外部日光层相互作用具有深远的意义。我们还确定了超热尾巴的H+光谱和复杂的功能,在他+光谱,可能表明在皮卡离子的历史和处理的变化。最后,我们发现增强H+和He+人口低于其截止能量,这可能与增强本地皮卡。本研究旨在记录这些拾取离子数据的发布,并作为广泛社区使用和分析的可引用参考。
2017-10-14 physics.space-ph