Expansion of a plasma cloud into the solar wind
采用三维混合粒子模拟方法(3D PIC)模拟了太阳风中等离子体云的膨胀过程,包括激波形成、磁场压缩以及太阳风离子在等离子体泡周围的偏转等。这个系统的磁层的相似之处也被指出。
2008-02-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
3D Hall MHD Modeling of Solar Wind Plasma Spectra
我们提出了完全自洽的三维模拟可压缩霍尔MHD等离子体,描述相关的太阳风等离子体的光谱特征。我们发现,一个$k^{-7/3}$频谱集的波动小于离子陀螺半径。我们进一步研究了与太阳风等离子体相关的非线性过程导致的尺度相关各向异性。我们的工作对于理解波和非线性级联在太阳风演化和最大尺度结构形成中的作用特别重要。
2009-11-11 physics.plasm-ph physics.space-ph
Characterization of compressible fluctuations in solar wind streams dominated by balanced and imbalanced turbulence: Parker Solar Probe, Solar Orbiter and Wind observations
The University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校)
研究通过分析Wind、Solar Orbiter和Parker Solar Probe的数据,探讨太阳风中压缩性波动的尺度依赖性和与等离子体β值及径向距离的关系,揭示压缩性波动在太阳风加速和加热中的作用。
2026-04-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Triggering the magnetopause reconnection by solar wind discontinuities
本研究结合多航天器观测与全球混合模拟,揭示太阳风旋转间断面与磁层顶切向间断面相互作用可触发磁重联并导致等离子体混合,该机制或可推广至其他恒星风环境。
2023-12-06 physics.plasm-ph physics.space-ph
Current-less solar wind driven dust acoustic instability in cometary plasma
本文对太阳风和恒星风驱动的尘埃声波不稳定性进行了定量分析。这是在渗透等离子体中发展的无电流动力学不稳定性,即,当一个准中性的电子-离子风等离子体在其传播中穿过另一个包含尘埃、电子和离子的准中性等离子体时。
2011-08-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Comment on "Are periodic solar wind number density structures formed in the solar corona?" by N. M. Viall et al., 2009, Geophys. Res. Lett., 36, L23102, doi:10.1029/2009GL041191
讨论了周期性太阳风数密度结构的形成位置。观察这些结构中的质子和α-π关系[Viall等人,2009]指出,考虑到aplha粒子的体速度高于质子的体速度,这些结构的形成位置应该位于距观测位置小于0.002 AU的距离处。
2010-09-13 physics.plasm-ph physics.space-ph
Testing for Markovian Character and Modeling of Intermittency in Solar Wind Turbulence
我们目前的统计分析结果的太阳风湍流使用的方法的基础上的理论马尔可夫过程。结果表明,湍流叶栅近似满足Chapman-Kolmogorov方程。我们评估的前两个Kramers-Moyal系数从实验数据,并表明所得到的福克-普朗克方程的解决方案,以及与实验的概率分布。我们的结果表明,存在一个本地传输机制的磁场波动在太阳风湍流。
2008-01-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
The evolution of the solar wind
太阳风是如何进化到今天的样子的?在这篇综述中,我将讨论太阳风的长期演化,包括观测到的与太阳风密切相关的性质的演化:旋转、磁性和活动。鉴于我们无法获得40亿年前太阳风的数据,这篇综述依赖于恒星数据,试图更好地将太阳和太阳风置于恒星背景下。我概述了一些聪明的检测方法的风的类太阳恒星,并从这些观测到的太阳风质量损失率的演变序列。然后,我将这些观测性质(包括旋转,磁性和活动)与恒星风模型联系起来。最后,我通过讨论太阳风的演化对地球和太阳系其他行星的影响来结束这篇评论。我认为,研究系外行星系统可以为我们理解太阳风的演变开辟新的途径。
2021-03-29 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Scaling and singularity characteristics of solar wind and magnetospheric fluctuations
初步结果表明,太阳风和地基磁波动的标度和奇异性特征似乎是太阳风-磁层相互作用过程中的一个重要组成部分。关键的重要性是"磁湍流"的不稳定性,如地面和太阳风磁数据所示。本文所用的方法(平坦度估计和多重分形谱)是研究流体或MHD湍流的常用方法。结果表明,单站磁涨落特征与多站AE指数特征不同。然而,在这两组数据中,太阳风波动的影响是可以识别的。太阳风磁波动的标度/奇异性特征与相应的地磁响应之间的相关性在一些情况下得到了证明。本文还讨论了磁层顶斑片重联过程和内磁层动力学的强迫或/和自组织临界性(F/SOC)。
2004-11-05 physics.plasm-ph physics.space-ph
Helios 2 observations of solar wind turbulence decay in the inner heliosphere
利用磁流体动力学涨落混合三阶矩的线性标度,估算了膨胀太阳风中湍流级联的能量传递率。1976年,太阳神2号宇宙飞船测量了三个快速太阳风的样本,这些样本来自同一个日冕洞,距离太阳不同。与邻近的缓慢太阳风流一起,这些代表了一个独特的数据库,用于研究未受干扰的太阳风样本中湍流的径向演变。一组直接数值模拟的MHD方程进行格子玻尔兹曼代码FLAME也用于解释。我们表明,湍流能量传递率衰减近似为距离的幂律,并且在快风的情况下,振幅和衰减规律对应于所观察到的径向温度分布。衰减磁流体动力学湍流的磁流体动力学数值模拟结果显示出总耗散的类似趋势,这表明从衰减湍流的角度对观测到的动态进行了解释,对太阳风径向演化的多航天器研究可能有助于澄清黄道太阳风中湍流波动演化的性质。
2023-02-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron Groups in Solar Wind and Gas Discharge Plasmas
电子团的形成是气体放电和空间等离子体中普遍存在的现象。我们描述了太阳风,阴极区域的辉光放电,和磁喷嘴的电子动力学之间的相似性。指出了磁化电子绝热聚焦与中性粒子逃逸行星大气的球形几何效应之间的显著相似性。本文利用电子动力学求解器耦合泊松方程对辉光放电和太阳风等离子体阴极区的电子群进行了自洽模拟。
2020-01-22 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Characterizing the Impact of Alfvén Wave Forcing in Interplanetary Space on the Distribution of near-Earth Solar Wind Speeds
本文利用近日动能通量观测和太阳风演化模型,论证了行星际空间中的阿尔文波强迫是产生近地最快非瞬态太阳风速度分布的主要加速机制,并表明太阳风阿尔文性可将近地观测统计映射至源区拓扑结构。
2025-04-25 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Acceleration of polytropic solar wind: Parker Solar Probe observation and one-dimensional model
太阳日冕等离子体加速到超音速是太阳物理学中最基本但尚未解决的问题之一。尽管帕克关于等温日冕的开创性理论取得了成功,但现实的太阳风被观察到是非等温的,其温度随径向距离的衰减通常可以拟合到多方模型。在这项工作中,我们使用帕克太阳探测器的数据,从前九次遭遇估计多变指数的太阳风质子。估计的多变指数大致在1.25和1.5之间变化,并且强烈地依赖于太阳风的速度,较快的太阳风平均显示较小的多变指数。本文对具有多变指数$γ\in [1,5/3]$的一维球对称太阳风模式进行了全面的分析。我们推导出一个封闭的代数方程组的跨音速恒星流,即流动,通过健全点顺利。我们证明了加速风解只存在于以$C_0/C_g < 1$和$(C_0/C_g)^2 > 2(γ-1)$为界的参数空间中,其中$C_0$和$C_g$分别为表面声速和恒星逃逸速度的一半,而对于$γ> 3/2$不存在恒星风.在真实的日冕温度下,用$γ\gtrsim 1.25$观测到的太阳风不能用简单的多方模型来解释。我们表明,在较低的日冕,导致太阳周围的厚等温层和大幅阿尔文波压力的强烈加热的机制是必要的,以消除$γ$的约束和加速的太阳风到高速。
2022-12-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Modeling the formation and evolution of solar wind microstreams: from coronal plumes to propagating Alfvénic velocity spikes
本研究利用高分辨率2.5维MHD模型模拟磁双极结构与日冕相互作用产生喷流并演化为太阳风微流的过程,揭示了撕裂模不稳定性产生的等离子团演化为Alfvén速度尖峰的机制,并成功重现了Parker Solar Probe观测到的微流特性。
2023-10-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Potential Flow Theory Formulation of Parker's Unsteady Solar Wind Model and Nonlinear Stability of Parker's Steady Solar Wind Solution
本文提出基于势流理论的新型理论框架,将Parker定常太阳风模型推广至非定常情况,并通过引入非线性项成功解决了Parker声速临界点奇点的正则化问题,证明了该定常解的非线性稳定性。
2024-12-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar-cycle Variability of Composite Geometry in the Solar Wind Turbulence
本研究利用Wind航天器跨越两个多太阳周的观测数据,通过两种检验方法发现太阳风湍流以二维成分为主,且平板湍流占比随太阳活动增强而升高,为理解太阳风湍流的太阳周变化提供了新依据。
2025-05-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Interpreting Magnetic Variance Anisotropy Measurements in the Solar Wind
太阳风的磁方差各向异性($\mathcal{A}_m$)已被广泛用作识别太阳风湍流波动性质的方法,然而,文献中尚未出现对$\mathcal{A}_m$的含义和解释的深入讨论。本文探讨了使用$\mathcal{A}_m$作为约束太阳风波动模式组成的方法的影响和局限性,并提出了一个更翔实的方法来解释航天器数据。本文还比较了$\mathcal{A}_m$从线性理论到非线性湍流模拟和太阳风测量的预测。在这两种情况下,线性理论比较好,并建议太阳风的间隔研究是占主导地位的Alfvénic在惯性和耗散范围尺度$k ρ_i \simeq 5$。
2012-05-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Sharp changes of solar wind ion flux and density within and outside current sheets
对Interball-1航天器数据(1995-2000年)的分析表明,太阳风离子通量有时会在几秒钟或几分钟的时间内突然增加或减少20%以上。通常情况下,这种太阳风离子通量(SCIF)急剧变化的幅度大于0.5 × 10^8 cm^-2 s^-1。WIND航天器上的太阳风实验也观测到了离子通量的这些突然变化,因为太阳风密度增加和减少,而太阳风速度的变化可以忽略不计。SCIF不规则地发生在1 AU处,当具有特定性质的等离子体流到达地球轨道时。SCIF通常在缓慢、湍流的太阳风中观测到,其密度和行星际磁场强度都有所增加。使用太阳风密度、磁场及其标准偏差作为输入参数,模拟了一天中SCIF发生的次数,为期5年。模型和实验数据之间的相关系数为~0.7。研究发现,SCIF与日冕物质抛射(CME)、共转相互作用区(CIR)或行星际激波无关;然而,85%的扇形边界被SCIF包围。在SCIF观测次数为5次或5次以上的天数内,太阳风等离子体的性质与扇形边界处的太阳风等离子体的性质相同。一个可能的解释SCIF(扇区边界附近)的发生是磁重联在日光层电流片或本地电流片。SCIF(扇区内)的其他可能原因是缓慢的太阳风和通量管交叉处的湍流过程。
2011-02-05 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
The Radial Evolution of the Solar Wind as Organized by Electron Distribution Parameters
利用帕克太阳探测器(PSP)的观测资料,研究了内日球层太阳风的径向演化。我们分析了电子速度分布函数观测到的太阳风电子,阿尔法,质子套件,估计日冕电子温度和当地电势在太阳风。由后者的值和当地的流速,我们计算出渐近太阳风的速度。我们分组的PSP观测的渐近速度,并在每组内的风速,电子温度和电势的径向演变的特征。与以前的工作一致,我们发现电子温度(本地和日冕)和电势与风速是反相关的。这意味着,电子热压力和相关的电场可以提供更多的净加速度在慢风比在快风。然后,我们利用推断的日冕温度和外推的电+引力势表明,电场驱动的外逸层模型和等效的热驱动的流体动力学模型可以解释整个观测到的速度最慢的太阳风流。另一方面,这两类模型都不能解释观测到的更快的太阳风流的速度,因此需要额外的加速机制。
2022-07-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Ion Heating in Inhomogeneous Expanding Solar Wind Plasma: The Role of Parallel and Oblique Ion-Cyclotron Waves
日冕洞的遥感观测表明,重离子比质子热,并且它们的温度是各向异性的。对快速太阳风流的现场观测为湍流阿尔文波谱、左旋极化离子回旋波和He $^{++}$ -太阳风等离子体中的质子漂移-提供了直接证据,这种漂移可通过离子的共振吸收和垂直加热产生温度各向异性。此外,预计太阳风在接近太阳的尺度上是不均匀的。用2.5维混合程序研究了非均匀等离子体中太阳风离子的加热。我们包括膨胀的太阳风在一个不均匀的等离子体背景下,结合的影响的湍流波谱Alfvénic波动和初始离子质子漂移。我们研究了这些效应对垂直离子加热和冷却的影响,以及对非均匀背景风中磁涨落谱的影响。我们发现,在等离子体中的不均匀性导致增强加热相比,均匀的太阳风,并在太阳风等离子体的斜波的显着功率的产生。膨胀引起的冷却效应对于超阿尔夫文漂移并不显著,并且当我们包括不均匀的背景密度时进一步减弱。我们重现离子温度各向异性观察和以前的模型,这是目前无论垂直冷却由于太阳风膨胀。我们的结论是小尺度的不均匀性,在内部日光层可以显着影响共振波离子加热。
2014-09-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Characterization of the Turbulent Magnetic Integral Length in the Solar Wind: From 0.3 to 5 Astronomical Units
太阳风是一个结构化的复杂系统,其场在大范围的时空尺度上变化剧烈。例如,风中的湍流活动会影响积分湍流尺度或相关长度[λ]在日光层中的演变,通常与将惯性范围与注入范围分开的惯性能谱中的断点有关。磁场的这种巨大变化要求对太阳风进行统计描述。在这项工作中,我们研究的概率分布函数(PDF)的磁自相关长度观测到的太阳风在不同的距离,从太阳。我们使用来自Helios,ACE和ESTA航天器的观测结果。我们区分了通常的太阳风和它的一个瞬态分量(行星际日冕物质抛射,ICMEs),并研究了具有低和高质子β [β p ]的太阳风样本。我们发现,在最后3个制度的PDF的λ是一个对数正态函数,符合乘法和非线性过程中发生的太阳风,初始λ(Alfvénic点之前)是较大的ICME。
2014-04-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Comparing the Performance of a Solar Wind model from the Sun to 1 AU using Real and Synthetic Magnetograms
太阳风模型的输入在1天文单位的准确太阳风预测中起着重要的作用。这项工作介绍了一个合成的磁图产生的发电机模型作为磁流体动力学(MHD)模拟的输入。我们进行了定量研究,比较观测和合成的太阳磁图输入的空间天气建模框架(SWMF)的结果。对于每一种情况下,我们比较了极紫外(EUV)图像的结果,并提取模拟数据沿地球轨道进行比较,与现场观测。我们初始化SWMF使用真实的和合成的磁图的一组卡林顿旋转(CR)的太阳周期23日和24日。我们的研究结果有助于量化发电机模型的能力被用作输入到太阳风模型,从而提供预测的太阳风在1 AU。
2022-08-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Menura: a code for simulating the interaction between a turbulent solar wind and solar system bodies
尽管行星科学和等离子体物理之间有着密切的关系,但很少有先进的数值工具能够将这两个主题联系起来。代码Menura提出了对这些重叠领域的自洽建模的突破,在一个新的两步的方法,允许一个完全湍流的太阳风和太阳系的各种机构之间的相互作用的全球模拟。本文介绍了新的代码和它的两步全局算法,通过第一个例子:湍流太阳风和彗星之间的相互作用进行说明。
2021-08-27 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.comp-ph
Conditions for proton temperature anisotropy to drive instabilities in the solar wind
利用高分辨率的太阳轨道器数据,我们研究了质子温度各向异性驱动的镜像模式和倾斜消防水龙带不稳定性发生在太阳风的等离子体条件。我们发现,不稳定的等离子体表现出依赖于磁场的方向和体积太阳风的速度,不能单独用双绝热膨胀的太阳风之间的角度。角度依赖性表明,垂直加热Alfvénic风可能是负责。我们量化的两个不稳定性的发生率作为不稳定的间隔的长度的函数,因为它们是对流的航天器。这种分析表明,镜像模式和倾斜的消防水龙带不稳定性需要一个空间间隔的长度大于2至3个不稳定的波长,以放松等离子体到一个边缘稳定的状态,从而更接近热力学平衡的太阳风。我们的分析表明,这些不稳定性有效地发挥作用的条件在比太阳风湍流的相关长度短得多的尺度上局部变化。
2022-10-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar Wind Helium Abundance Heralds Solar Cycle Onset
研究了太阳风氦氢丰度($A_\mathrm{He}$)与太阳活动周开始的关系。使用OMNI/Lo数据,我们表明,$A_\mathrm{He}$增加之前,太阳黑子数(SSN)的最小值。我们还确定了一个快速消耗和恢复$A_\mathrm{He}$,直接发生在周期开始之前。这种$A_\mathrm{He}$关闭发生在几乎相同的时间跨越太阳风速度($v_\mathrm{sw}$),这意味着它是由一种机制形成的,不同于驱动$A_\mathrm{He}$的太阳周期尺度变化和相对于SSN的$v_\mathrm{sw}$依赖的相位偏移的机制。连续的$A_\mathrm{He}$关闭之间的时间通常在相应的太阳周期长度的数量级上。使用BP测量提供的背景下,我们推断,这种关闭可能与相邻的太阳周期的重叠和赤道通量取消的老,延长太阳周期在太阳极小期。
2021-03-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
First Observation of a Polar Coronal Hole-like Fast Solar Wind Stream in the Sub-Alfvénic Solar Corona: an Analysis of Turbulence Properties
University of Delaware(特拉华大学);Smithsonian Astrophysical Observatory–Harvard & Smithsonian(史密森天体物理台-哈佛与史密森学会)
帕克太阳探测器在亚阿尔文日冕中首次观测到极区冕洞状快速太阳风,发现其湍流已充分发展且高度不平衡,为太阳风湍流演化提供新约束。
2026-09-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
On slow solar wind with high Alfvénicity: from composition and microphysics to spectral properties
阿尔夫维尼波动是太阳风中非常常见的特征,尤其是在快风流的主要部分,而慢风通常不那么阿尔夫维尼波动,变化更大。一般来说,快风和慢风表现出许多差异,从大尺度结构到小尺度现象,包括不同的湍流行为。然而,最近的研究表明,即使是缓慢的风有时也会具有高度的阿尔夫文性,其波动与快速风一样大。本研究致力于介绍这Alfvénic慢太阳风的许多方面,包括例如源区的研究及其与日冕结构、大尺度特性和微尺度现象的联系,以及对光谱特征的影响。这项研究将进行比较分析与典型的慢风和快风。已经发现,快风和阿尔夫维尼亚慢风具有共同的特征,这可能归因于它们相似的太阳起源,即冕洞太阳风。考虑到这些相似性,我们认为在阿尔夫维尼克慢风中,超径向膨胀对较低的速度起着重要作用。将讨论这些新发现对即将到来的太阳轨道器和太阳探测器+任务的相关影响,以及更一般的接近太阳的湍流测量。
2018-12-05 astro-ph.SR physics.data-an physics.plasm-ph
A Comprehensive Simulation of Solar Wind Formation from the Solar Interior: Significant Cross-field Energy Transport by Interchange Reconnection near the Sun
本研究利用扩展版RAMENS代码开展首个太阳风形成综合模拟,提出量化跨场能量输运新方法,发现超米粒尺度交换重联贡献约半数能量,揭示其在太阳风形成中的重要作用。
2023-06-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Differentiating the acceleration mechanisms in the slow and Alfvénic slow solar wind
本研究利用Solar Orbiter与Parker Solar Probe的联合观测,对比慢太阳风与阿尔芬慢太阳风的能量学,发现阿尔芬慢太阳风需波压力梯度驱动,而非阿尔芬慢太阳风可由热压梯度驱动。
2025-01-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Tearing instability and periodic density perturbations in the slow solar wind
与起源于冕洞的快速太阳风相比,慢速太阳风的来源仍然存在争议。通常是间歇性的,富含低FIP元素-类似于在封闭的日冕环中观察到的-缓慢的风可以在头盔流光附近的突发事件中形成。慢风也表现出密度扰动,这已被证明是周期性的,可能与从头盔拖缆尖端喷射出的通量绳有关,如最近帕克太阳探测器(PSP)上的WISPR白光成像仪所示。在这项工作中,我们提出的主要机制控制释放的通量绳是一个流修改撕裂模式在日光层电流片(HCS)。我们使用MHD模拟的太阳风和日冕再现现实的配置和流出周围的HCS。我们发现,这个过程是能够解释长($\sim 10-20$ h)和短($\sim 1-2$ h)的时间尺度的密度结构中观察到的缓慢太阳风。这项研究还揭示了慢太阳风的结构,拓扑结构和组成的新的光,并可能在不久的将来,与白光和原位PSP观测。
2020-05-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Extremely high reflection of solar wind protons as neutral hydrogen atoms from regolith in space
我们报告测量极高的反射率太阳风粒子从风化覆盖的月球表面。在绕月轨道上的印度月船1号航天器上的亚千电子伏原子反射分析仪(SARA)仪器的测量表明,多达20%的撞击太阳风质子从月球表面反射回空间,成为中性氢原子。这一发现,一般适用于风化层覆盖的无大气层的机构,推翻了广泛接受的假设,风化层几乎完全吸收撞击太阳风。
2010-12-14 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar cycle dependence of spatial correlation in the solar wind
利用ACE和WIND卫星的同步观测资料,研究了太阳风的空间相关特性。我们使用互信息作为相关性的非线性度量,并将其与线性相关性进行比较。我们发现,密度和磁场幅值波动的相关长度尺度随太阳活动周期变化很大,而B场分量波动的相关长度不随太阳活动周期变化。计算得到了太阳活动最小时|B| ~ 120 Re、最大时~ 270 Re的关联长度和密度最小时~ 75 Re、最小时~ 170 Re的关联长度。B字段的分量最小具有相关长度~相关长度|B|。
2007-12-03 astro-ph.SR physics.geo-ph physics.plasm-ph