Dispersive shock waves in partially ionised plasmas
在部分电离的太阳低层大气等离子体中传播的压缩波很容易变陡为包括激波在内的非线性波。在这里，我们研究的效果产生的霍尔电流垂直于环境磁场的冲击波的特性的弱色散。我们的研究还将集中在弱色散和等离子体部分电离之间的相互作用。使用多尺度技术，我们推导出的形式Korteweg-de Vries-Burgers方程的控制方程。利用微扰技术得到了弱色散对激波的影响。二阶项的长期行为的解决与重正化技术的帮助下。我们的研究结果表明，分散修改的冲击波的特性，这种变化也依赖于等离子体的电离程度。色散可以在冲击等离子体中产生短暂的振荡。随着等离子体中中性粒子数目的增加，激波阵面变宽。
2018-10-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Shocks and instabilities in the partially ionised solar atmosphere
太阳低层大气主要由中性粒子组成，但磁场对于理解观测到的动力学的重要性意味着带电粒子和中性粒子之间的相互作用在控制宏观流体运动中起着非常重要的作用。由于中性流体有效感受洛伦兹力所必需的流体之间的动量交换是通过碰撞相互作用进行的，因此这些相互作用与动态时间尺度的相对时间尺度决定了单流体模型或更详细的双流体模型（当动态频率较高时）是否更合适。然而，由于许多MHD现象从根本上包含多时间尺度过程，即使是大尺度，长时间尺度的运动也可以有来自双流体过程的重要物理贡献。在这篇评论中，我们将专注于双流体模型，详细研究两个领域，其中太阳大气的多时间尺度性质意味着双流体物理学可以很容易地发展：冲击波和不稳定性。然后，我们将这些想法与试图诊断太阳大气中双流体行为的观测联系起来，提出了一些使观测和模拟更加紧密的方法。
2023-02-14 astro-ph.SR
Stability of two-fluid partially-ionised slow-mode shock fronts
磁流体动力学（MHD）冲击波阵面可以不稳定到扰动不稳定，这导致扰动冲击波阵面随着时间变得越来越波纹。一个理想的MHD平行激波（其中速度和磁场是一致的）是无条件不稳定的不稳定性，而理想的流体动力学（HD）对应的是无条件稳定。对于部分电离的介质（例如太阳色球层），流体动力学和磁流体动力学物种共存，系统的稳定性尚未研究。在本文中，我们进行了数值模拟的两流体部分电离激波阵面的不稳定性研究的稳定性条件，并比较HD和MHD模拟的结果。我们的模拟包括一个初始稳定的二维平行激波遇到一个局部上游密度扰动。在MHD中，这种扰动导致不稳定的激波阵面，并且激波阵面随时间增长。我们发现，对于双流体模拟，中性物种可以起到稳定激波阵面的作用。通过参数研究，分析了激波阵面稳定和不稳定的条件。我们发现，对于很弱耦合或很强耦合的部分电离系统，冲击波阵面是不稳定的，因为系统趋向于MHD。然而，对于有限耦合，我们发现中性粒子可以稳定激波阵面，并在中性粒子中产生包括激波通道在内的新特征。我们推导出一个方程，涉及稳定的波长范围的离子中性和中性离子耦合频率和马赫数。应用这种关系的阴影闪光得到一个稳定的波长范围在0.6和56公里之间的估计。
2021-06-08 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamics of coronal rain and descending plasma blobs in solar prominences: I. Fully ionised case
对活动区域和边缘的观测经常显示出冷的、致密的团块以小于自由降落的加速度下降。本文用一个简单的完全电离等离子体模型研究了这些凝结落在日冕中的动力学。我们发现，一个沉重的凝聚的存在下，引起了一个动态的重新安排的日冕压力，导致在形成一个大的压力梯度，反对重力。最终，压力梯度变得如此之大，以至于斑点加速度消失或甚至指向上方。然后，团块下降的特征在于初始加速阶段，随后是基本恒定的速度阶段。这两个阶段可以在已发表的日冕雨事件的时间-距离图中确定。无论是第一阶段的持续时间和获得的速度的斑点增加的斑点冠状密度的比值较大的值，较大的斑点质量，和较小的冠状温度。密集的斑点的特征是可检测到的密度增长（在我们的计算中高达60%），以及其下部密度的陡峭化，这可能导致激波的形成。它们还发射声波，这些声波可以被检测为具有100 s量级的周期并且持续几个到大约十个周期的小强度变化。最后，下落路径的曲率仅在非常密集的团块沿着倾斜的磁场线下落时才相关。
2013-11-04 astro-ph.SR
Coalescence Instability in Chromospheric Partially Ionised Plasmas
快速磁重联在驱动太阳色球层的爆炸动力学和加热中起着基础性的作用。传统模型的重联时间尺度在合并不稳定性开始时被缩短，通过等离子体团相互作用形成湍流重联电流片。在这项工作中，我们的目标是调查的作用，部分电离的快速重联的发展，通过研究的聚结不稳定性的等离子体团。与发生在完全电离的日冕等离子体中的过程不同，对于色球层部分电离等离子体中重连的发展速度，我们知之甚少。我们提出了2.5D的数值模拟聚结等离子体团在一个单一的流体磁流体动力学（MHD）模型，和一个双流体模型的部分电离等离子体（PIP）。我们发现，在PIP模型中，它具有相同的总密度的MHD模型，但初始等离子体密度两个数量级较小，等离子体团合并的速度比MHD的情况下，更快的减薄的电流片和二次等离子体团动力学。在PIP模型中形成次级类质团，其中有效Lundquist数为$S = 7.8 \cdot 10^3$，但在MHD情况下不存在，其中$S = 9.7 \cdot 10^3$：这些是导致更剧烈重连的原因。二次等离子体团也形成在线性稳定的条件下，作为流入的中性粒子的非线性动力学的结果。根据这些结果，我们可以肯定，双流体效应在太阳色球层中发生的过程中起着重要作用。
2021-03-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Waves in weakly ionised solar plasmas
在这里，我们研究的性质和特性的波传播的部分电离等离子体中的弱电离的限制，典型的太阳大气的下部。讨论波的性质的框架取决于粒子之间碰撞的相对大小，但也取决于碰撞频率与带电粒子的回转频率相比的相对大小。我们的研究表明，弱电离的太阳大气等离子体可以分为两个区域，这种划分大致发生在色球层的底部。在太阳光球层中，等离子体是非磁化的，并且可以在三流体框架内描述动力学，其中与每个物种相关联的声波可以传播。由于中性粒子的浓度非常高，中性声波传播时没有阻尼，而对于其他两种模式，阻尼率由与中性粒子的碰撞决定。离子和电子相关的声学模式传播的截止由这些物种与中性粒子的碰撞频率确定。在弱电离色球层中，只有电子被磁化，然而，带电粒子的强耦合将工作框架降低到双流体模型。带电粒子的离解产生电流，可以影响波的特性。借助于极图研究了波的传播特性随传播角的变化。
2022-02-15 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Future Prospects for Partially Ionised Solar Plasmas: the Prominence Case
本文以太阳日珥这一典型部分电离等离子体构造为研究对象，梳理相关研究进展与观测特征，提出未来推进日珥建模理论及依托新观测设备开展研究的方向。
2024-05-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Mode conversion of two-fluid shocks in a partially-ionised, isothermal, stratified atmosphere
低层太阳大气的等离子体主要由中性粒子组成，而高层太阳大气主要是电离粒子和电子。因此，在太阳大气中向上传播的激波会经历一个过渡，在这个过渡中，主要的流体要么是中性的，要么是电离的。向上传播的激波也会经过声速和阿尔文速度相等的点。在这一点上，声冲击的能量可以分为快速和慢速分量。能量在两种模式之间如何分配取决于磁场的角度。本文研究了重力层结大气中中性和电离物质的分离。两种流体的影响的结构上的冲击后模式转换和摩擦加热的作用被量化为不同水平的碰撞耦合。采用（P \underline{I} P）程序对等温、部分电离大气中激波变陡过程进行了双流体数值模拟。碰撞系数的变化，以调查的制度，其中等离子体和中性物种的弱，强和强耦合。由中性和电离物质承载的压缩波的传播速度不同，因此当等离子体试图比中性物质传播得更快时，在两种物质之间产生速度漂移。这对于快速模式冲击是最极端的。我们发现，碰撞系数急剧改变系统中存在的功能，特别是模式转换的高度，类型的冲击存在，和有限的冲击宽度所产生的双流体效应。在有限耦合区，快模激波宽度可以超过压力标度高度，导致在太阳低层大气中可以观测到新的双流体效应。
2020-04-06 astro-ph.SR physics.space-ph
Kink instability of flux ropes in partially-ionised plasmas
该研究针对部分电离等离子体中的磁通量绳扭结不稳定性展开，发现部分电离会加快不稳定性非线性阶段起始、提升内能增幅与升温速率，使色球磁通量绳动力学更具爆发性，为理解微暗条喷发等小尺度色球结构的作用提供关键依据。
2024-09-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Kinematics in Partially Ionised Molecular Clouds: Implications for the Transition to Coherence
Bailey & Basu（2014）显示了对密度和质量通量比图的分析，用于考虑光电离的电离剖面（阶梯状剖面）或仅宇宙射线电离剖面的模拟。我们扩展这项研究来分析这些电离配置文件的速度结构，运动学和合成光谱的效果。在两股流动的汇合处出现了聚集区，在汇合处出现了低速区和速度方向的转变。具有明显子结构的模型表明，核心形成发生在这些速度谷的外围。合成光谱的分析揭示了低密度气体中存在大的非热成分，特别是对于具有阶梯状电离剖面的模型。与背景气体相比，所有核心都显示出小的亚热相对运动。该分析中的大偏差是由于视线穿过速度开关过渡的低密度和高密度区域。正偏差对应于前景核心远离观察者移动，而负偏差对应于背景核心朝向观察者移动。从不同的电离配置文件产生的速度比较表明，高电离分数产生超音速，高达两倍的声速，而低电离分数的区域往往是亚音速或轻度超音速。这表明，核内相干性的转变可能是气体内高电离分数和低电离分数之间的转变。
2014-10-16 astro-ph.SR
Dissipative instability in a partially ionised prominence slab
本文研究了不可压缩极限下充满部分电离等离子体的凸平面线中耗散不稳定性的性质。部分电离的重要性进行了调查的电离因子和波长的波在板中传播。为了突出部分电离的作用，我们构建了模型，描述了我们可以在日珥精细结构中遇到的各种情况。匹配的解决方案的速度和总压力的横向分量之间的界面突出板和周围的等离子体，我们推导出的色散关系，其虚部描述的不稳定性的演变。结果在弱耗散极限下得到。我们用单流体和双流体近似方法研究了日珥暗羽流的不稳定现象。我们发现，耗散不稳定性出现的流速小于开尔文-亥姆霍兹不稳定阈值。不稳定性的发生是由平衡流强度，等离子体的电离因子，波的波长和离子中性碰撞率。对于一个给定的波长和电离度更接近中性气体，传播波变得不稳定的一个窄带的流速，这意味着中性有一个稳定的效果。我们的研究结果表明，部分电离的等离子体描述突出的黑暗羽流变得不稳定，只有在一个双流体（带电粒子中性粒子）模型，即周期小于离子中性碰撞时间。本研究提高了我们对太阳能电池的稳定性和部分电离在不稳定等离子体中的作用的理解。在讨论不稳定性的性质时，我们证明了双流体近似的必要性：在单流体近似中的波表现出很大的稳定性。
2017-03-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Slow magnetoacoustic waves in gravitationally stratified two-fluid plasmas in strongly ionised limit
等离子体动力学的频率可比的碰撞频率之间的各种物种，必须在多流体框架中，粒子之间的碰撞相互作用是一个重要的组成部分。在我们的研究中，我们将假设带电粒子是强耦合的，这意味着它们形成与中性粒子相互作用的单一流体，因此我们将采用双流体模型。在这里，我们的目标是调查慢香肠波传播的演化方程中的重力分层通量管在双流体太阳大气中的强电离的限制使用的初始值分析。由于大质量粒子（离子和中性粒子）之间的碰撞相互作用，控制方程耦合。在强电离极限下寻求解决方案，中性粒子和带电粒子之间的密度比是一个小参数。这个极限与色球层的上部有关。我们的研究结果表明，慢香肠波与带电粒子传播，使他们的可能的频率是由于引力分层的截止的影响。相反，对于中性声波，截止值适用于它们的波长，并且只有小波长的波能够传播。与中性粒子相关的慢模由与离子的碰撞耦合驱动。
2020-12-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisional ionisation and recombination effects on coalescence instability in chromospheric partially ionised plasmas
该研究通过双流体模型2.5维模拟，探究太阳色球部分电离等离子体中碰撞电离与复合对等离子体团聚并不稳定性的影响，发现该过程虽减缓聚并、稳定电流片，但重联速率仍比同密度完全电离等离子体高约1.2倍。
2022-05-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Intermediate shock substructures within a slow-mode shock occurring in partially ionised plasma
慢模激波对于理解快速磁重联、太阳大气中喷流的形成和加热以及其他天体物理系统都很重要。太阳色球层的大气条件允许电离粒子和中性粒子存在并相互作用。在这样的条件下，精细的子结构存在于慢模式的冲击，由于等离子体和中性物质的去耦和再耦合。我们数值研究了部分电离等离子体中慢模激波内部的精细亚结构，特别是分析了慢模激波内部中间跃迁的形成。高分辨率的一维数值模拟进行使用（P \underline{I} P）代码使用两种流体的方法。我们发现，长寿命的中间（阿尔芬）冲击可以形成内的慢模式的冲击，那里有一个从以上的阿尔芬速度和整个冲击波阵面的磁场反转以下的冲击过渡。碰撞耦合为中性流体提供摩擦加热，导致Sedov-Taylor膨胀，在中性速度和中性密度中具有过冲。密度的增加导致Alfven速度的减小，并且由此等离子体流入在导致中间过渡的激波的有限宽度内被加速到Alfven速度以上。这个过程发生在很宽的物理参数范围内，并且对于等离子体- $β$、中性分数和磁角的所有研究值，都存在中间冲击。随着时间的推移，磁场反转的幅度减小，因为中性压力不能平衡洛伦兹力。中间激波的寿命足够长，可以被认为是一种物理结构，与初始条件无关。
2019-04-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Simulations of the Biermann battery mechanism in two-fluid partially ionised plasmas
在没有初始种子的情况下，非理想感应方程的比尔曼电池项充当产生弱磁场的源。然后，这些场通过发电机机制被放大。开尔文-亥姆霍兹不稳定性是一种流体现象，发生在许多天体物理场景中，可以触发比尔曼电池和发电机过程的作用。我们的目的是调查的效果，电离程度的等离子体和带电和中性物种之间的相互作用上的产生和放大的磁场在不同阶段的不稳定性。我们使用数值代码Mancha-2F中实现的双流体模型。我们从没有初始磁场的配置开始进行2D模拟，由于速度剪切，该配置是不稳定的。我们改变了电离度的等离子体，我们分析的作用，不同的碰撞项包括在模型的方程中发挥的不稳定性的演变和产生的磁场。我们发现，当没有碰撞耦合被认为是两种流体之间，比尔曼电池机制的效果不依赖于电离程度。然而，当考虑到弹性碰撞时，磁场的产生随着电离程度的降低而增加。如果考虑电荷交换过程，这种行为会略有增强。我们还发现了一个依赖于两种流体之间的耦合度的依赖关系的等离子体的总密度。随着总密度的增加，从双流体模型的结果收敛到单流体模型的预测。
2021-04-14 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Higher-order nonlinear electron-acoustic solitary excitations in partially degenerate quantum electron-ion plasmas
在量子流体力学（QHD）模型框架下，利用多尺度技术研究了部分简并量子等离子体中缀饰孤波激发的传播。利用Kodama-Taniuti重整化技术求解了发展方程和线性非齐次微分方程。结果表明，孤波激发的类型（亮或暗）由两个临界等离子体参数值定义。
2011-09-08 astro-ph.SR
Magnetohydrodynamic Waves in Partially Ionized Prominence Plasmas
日珥或丝状体是生活在日冕中的部分电离等离子体的冷云。地面和空间的观测已经证实存在的振荡运动的磁共振，他们已被解释的磁流体动力学（MHD）波。现有的观测证据指出，这些振荡运动在短的空间和时间尺度上被一些仍然不为人所知的物理机制所阻尼。由于振荡是部分电离的等离子体，因此能够抑制这些振荡的潜在机制可能是离子-中性碰撞。在这里，我们将回顾在日珥等离子体中部分电离对MHD波的影响方面所做的工作。
2012-01-18 astro-ph.SR
Partially Ionized Plasmas in Astrophysics
部分电离的等离子体在宇宙中许多不同的天体物理环境中被发现。它们构成太阳大气、分子云、行星电离层和原行星盘等环境的基本成分，并显示出在完全电离的等离子体中不存在的丰富的物理效应。本文综述了部分电离等离子体的物理学，包括在不同的天体物理学领域的最新进展，其中部分电离起着根本性的作用。我们概述了突出的观测和理论问题，并讨论了未来进展的可能方向。
2017-07-26 astro-ph.SR
The formation and evolution of reconnection-driven slow-mode shocks in a partially ionised plasma
慢模MHD激波在磁重联中的作用对于能量转换和输运是非常重要的，但在许多天体物理等离子体中，等离子体并不完全电离。在本文中，我们调查，使用数值模拟，质子-电子电荷-中性流体和中性氢流体之间的碰撞耦合的作用，在恒定的压力和密度的背景状态下发起的磁场的不连续性的一维黎曼问题。在磁流体极限下，该系统的特征在于两种波：快模式稀疏波，其驱动流向慢模式磁流体冲击。系统演化经历了初始、弱耦合、中间耦合和准稳态四个阶段。初始阶段的特征是一个超压的中性区域，该区域以爆炸波的特征膨胀。在后期阶段，系统趋向于自相似解，其中主要的漂移速度集中在冲击波阵面的薄区域。由于系统的性质，当与导致中性流体膨胀以形成激波前兆的纯流体动力学激波相比时，中性流体被激波超压。一旦激波阵面形成，它的厚度与电离分数的-1.2次方成正比，这是一个比从简单的标度参数天真地预期的指数更小的指数。一个有趣的结果是，激波阵面是一个连续的过渡的物理变量的亚音速上游的激波阵面（一个c-激波）的物理变量的急剧跳跃，然后由一个松弛的下游值的超音速上游速度（一个j-激波）。由穿过冲击波阵面的速度漂移引起的摩擦加热可以达到参考磁能的大约百分之二。
2016-10-26 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Fluid description of multi-component solar partially ionized plasma
我们推导出自洽的形式主义的描述多组分部分电离的太阳等离子体，通过耦合方程的带电和中性成分的任意数量的化学物种，和辐射场。所有的近似和假设都经过仔细考虑。推导了单流体和双流体的广义欧姆定律。我们的方法是分析与一些数量级的支持计算。在一般方程发展之后，我们特别提到物质与辐射相互作用的一些经常考虑的情况。
2014-08-08 astro-ph.SR
Alfven waves in a partially ionized two-fluid plasma
阿尔文波（英语：Alfvén waves）是一种特殊的磁流体动力学波，与许多天体物理和实验室等离子体有关。在部分电离的等离子体中，阿尔文波的动力学受到电离和中性物质之间相互作用的影响。在这里，我们研究阿尔文波在部分电离等离子体从理论的角度来看，使用双流体描述。我们认为等离子体是由离子-电子流体和中性流体组成的，它们通过粒子碰撞相互作用。为了使我们的研究尽可能具有一般性，我们取中性离子碰撞频率和电离度作为自由参数。首先，我们进行正常模式分析。我们发现由于中性离子碰撞的波的频率的修改和研究的时间和空间的波的衰减。此外，我们还讨论了弱电离等离子体中限制振荡驻波存在的波长截止值。随后，我们超越了正常模式的方法，并解决了初值问题，以研究在两种流体中的波动扰动的时间依赖性的演变。应用于低太阳大气等离子体中的阿尔文波，并讨论了部分电离对能流的影响。
2013-03-18 astro-ph.SR
Magnetoacoustic waves in a partially ionized two-fluid plasma
可压缩扰动在等离子体中以由气压和磁力驱动的磁声波的形式传播。在部分电离的等离子体中，由于离子-中性碰撞，电离和中性物质的动力学是耦合的。因此，磁声波传播通过部分电离介质的离子中性耦合的影响。经典波的行为被修改的程度取决于各种物质的物理性质以及波频率与离子-中性碰撞频率相比的相对值。在这里，我们进行了全面的理论研究磁声波在部分电离等离子体中的传播使用双流体形式主义。我们认为碰撞频率，电离比，等离子体$β$的值范围广泛，使结果适用于各种各样的天体物理等离子体。我们确定修改的波的频率和研究由于离子中性碰撞的摩擦阻尼。在强耦合离子和中性粒子的极限情况下给出了频率的近似解析表达式，而数值计算得到的色散图提供了任意碰撞频率。此外，我们讨论了存在的截止线的色散图，限制波的传播的某些参数的组合。给出了太阳色球层中可压缩波传播的一个具体应用。
2013-09-27 astro-ph.SR
Time damping of non-adiabatic magnetohydrodynamic waves in a partially ionized prominence plasma: Effect of helium
日珥是部分电离的，磁化的等离子体嵌入太阳日冕。阻尼振荡和传播波是常见的。这些振荡已被解释的磁流体动力学（MHD）波。离子中性碰撞和非绝热效应（辐射损失和热传导）已被提出作为阻尼机制。在单流体近似下，研究了氦的存在对等离子体中非绝热MHD波时间阻尼的影响。等离子体由电子、质子、中性氢、中性氦（He I）和单电离氦（He II）组成。导出了均匀、无界、部分电离日珥介质中线性非绝热MHD波的色散关系。计算了阿尔芬波、慢波、快波和热波的周期和阻尼时间。的阻尼时间的周期相对于氦丰度的比率的参数研究进行。氦的存在增加了离子-中性碰撞以及热传导的效率。然而，如果考虑氦的实际丰度（~10%），这种效应对波浪阻尼的影响很小。在研究部分电离日珥等离子体中的MHD波时，可以安全地忽略氦的存在。
2009-10-15 astro-ph.SR
Kelvin-Helmholtz instability in partially ionized compressible plasmas
开尔文-亥姆霍兹不稳定性（Kelvin-Helmholtz Instability，KHI）是在太阳大气中观测到的。离子-中性碰撞可能对太阳部分电离等离子体中KHI的生长速率和演化起相关作用，例如，太阳辐射在这里，我们调查的线性相位的KHI在两个部分电离的磁化等离子体之间的界面处的剪切流的存在下。分析中考虑了离子中性碰撞和可压缩性的影响。我们得到的线性模式的色散关系，并进行参数研究的不稳定的解决方案。我们发现，在不可压缩的情况下，KHI是目前的任何速度剪切的碰撞频率的值无关。在可压缩情况下，不稳定区域强烈地依赖于等离子体参数，特别是碰撞频率和密度衬度。对于高碰撞频率和低密度对比度的KHI是本超Alfvenic速度剪切。对于高密度对比，阈值速度剪切可以降低到亚阿尔文值。对于特定的情况下，湍流羽流的双折射，我们得出结论，亚Alfvenic流速可以触发KHI由于离子中性耦合。
2012-02-20 astro-ph.SR
Onset of Fast Magnetic Reconnection in Partially Ionized Gases
本文研究部分电离不可压缩等离子体中准定常二维磁重联。我们发现，当等离子体是弱电离和离子和中性粒子之间的碰撞是显着的，过渡到快速碰撞无重联由于霍尔效应在广义欧姆定律预计将发生在低得多的值的Lundquist数，相比，一个完全电离的等离子体的情况。我们估计，这些条件的快速重联满足分子云和原恒星盘。
2011-05-08 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
Magnetohydrodynamic waves in solar partially ionized plasmas: two-fluid approach
我们推导了双流体部分电离等离子体中磁流体力学波的动力学，并与单流体描述下的结果进行了比较。双流体磁流体动力学方程，其中离子-电子等离子体和中性粒子被认为是单独的流体。在最简单的均匀介质情况下，导出了线性磁流体力学波的色散关系。得到了不同背景等离子体参数下波的频率和阻尼率。我们发现，两个和单流体的描述给出了类似的结果，低频波。然而，当波频率变得与离子-中性碰撞频率相当或更高时，两流体方法中的MHD波的动力学显著改变。阿尔文和快磁声波在波谱中的特定频率（例如，对于50%的中性氢，峰值频率等于2.5离子-中性碰撞频率）处获得它们的最大阻尼率。对于较高频率的波，阻尼率降低。在与中性氢流体相连的高频分支中出现了新的慢磁声波模式。单流体方法完美地处理部分电离等离子体中的缓慢过程，但对于小于离子-中性碰撞时间的时间尺度失败。因此，双流体近似应该用于描述相对快速的过程。单流体描述的一些结果，如离子-中性粒子碰撞对太阳色球层中高频阿尔芬波的阻尼，在今后的研究中应加以修正。
2011-01-20 astro-ph.SR
Forming prominences accounting for partial ionisation effects
本研究首次采用 MPI-AMRVAC 在双流体框架下模拟日冕环中日珥的形成与增长，揭示部分电离导致的激波效应及 PCTR 中约100 m s^-1的解耦现象。
2025-05-12 astro-ph.SR
Rayleigh-Taylor instability in partially ionized prominence plasma
本文采用单流体MHD方法，结合广义欧姆定律，对日冕-日珥边界的瑞利-泰勒不稳定性进行了2.5维数值模拟。初始配置包括均匀磁场，其与等离子体扰动的方向形成角度。对于每个磁场倾角，我们比较两个模拟，一个是纯MHD的情况下，和一个包括双极扩散的欧姆定律，否则相同。我们发现含有中性原子的组态总是不稳定的。在非线性状态下，小尺度模的增长率大于纯MHD情况下的增长率。
2013-10-28 astro-ph.SR
Beyond MHD: modeling and observation of partially ionized solar plasma processes
太阳的磁化光球层和色球层中的温度和密度条件导致了非常小程度的原子电离。此外，在特定高度，磁场可能足够强，对于某些物质，产生大于碰撞频率的回旋频率，而对于其他物质，可能发生相反的情况。这些情况影响粒子的集体行为，并且磁流体动力学的某些假设可能被放宽，从而引起非理想的MHD效应。在本文中，我们讨论了我们最近的发展，在模拟非理想等离子体效应来自大量的中性粒子在太阳光球和色球层的存在，以及这些效应的观测结果。
2015-04-07 astro-ph.SR
Rayleigh-Taylor instability in partially ionized compressible plasmas: one fluid approach
研究了在单流体描述下部分电离等离子体中瑞利-泰勒不稳定性（RTI）线性发生和增长率的经典判据的修正，考虑了广义感应方程.的控制线性方程和适当的边界条件，包括引力项，推导和适用于RTI的情况下，在一个单一的界面之间的两个部分电离等离子体。边界条件导致一个方程的频率，其中一些有积极的复杂的部分，标志着RTI的外观。我们先单独研究双极项，然后将结果推广到完整的感应方程。我们发现，由于中性物种的存在，该配置总是不稳定的。在经典的稳定性制度的增长率是小的，因为碰撞防止中性流体充分发展RTI。对于经典不稳定区的参数，增长率降低，但对于日珥碰撞频率和扩散系数的理论值，与可压缩MHD情况的差异很小。我们得出结论，PI修改的线性RTI不稳定性的某些方面，因为它考虑到中性不觉得稳定的磁场的效果。对于一组参数代表太阳能辐射，我们的模型给出了所得到的时间尺度与观察到的RTI羽流的寿命。
2014-01-21 astro-ph.SR
Two fluid dynamics in solar prominences
本研究利用三条不同元素的谱线观测太阳日珥，分析电离与中性流体的速度差异，发现二者动力学行为整体接近，仅在特定位置或时刻存在局域化解耦迹象。
2023-11-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Multi-fluid Approach to High-frequency Waves in Plasmas. II. Small-amplitude Regime in Partially Ionized Media
等离子体中中性粒子的存在对磁流体力学波的性质有很大的影响。例如，离子和中性粒子之间通过动量转移碰撞的相互作用导致阿尔文波的阻尼，并改变其振荡频率和相速度。当碰撞频率大于波的频率时，单流体磁流体动力学近似可以准确地描述部分电离的影响，因为各种物质之间存在强耦合。然而，在更高的频率，单流体模型是不适用的，需要更复杂的方法。在这里，我们使用一个五流体模型与三个电离和两个中性组件，它考虑到霍尔的电流和欧姆的扩散，除了摩擦由于不同物种之间的碰撞。我们将我们的模型应用于由氢和氦组成的等离子体，并允许电离度是任意的。通过对相应色散关系的分析和数值模拟，研究了小振幅扰动的性质。讨论了动量转移碰撞对离子-回旋共振的影响，比较了磁阻、离子-中性和离子-离子碰撞在不同频率范围内对波阻尼的重要性。应用到太阳大气的部分电离等离子体。
2017-03-15 astro-ph.SR
MHD waves in the partially ionized plasma: from single to multi-fluid approach
本章系统梳理太阳部分电离等离子体中的 MHD 波，比较单流体与多流体方程框架，并阐明扩散、Hall 效应、碰撞及引力分层对波传播、耗散和模式转换的作用。
2024-09-17 astro-ph.SR
Modeling of continuous absorption of electromagnetic radiation in dense partially ionized plasmas
本文提出了一种描述稠密部分电离氢等离子体中电磁辐射连续吸收的新模型。结果表明，所得结果给出了计算光谱吸收系数的可能性，这些系数表征了部分电离氢等离子体中具有电子密度$N_{e} \sim 10^{19}cm^{-3}$和温度$T \approx 2\cdot 10^{4}K$的相关吸收过程。所用程序的关键参数是凭经验确定的。该计算方法适用于波长区域$300nm < λ< 500nm$。所提出的结果可以感兴趣的致密的实验室等离子体，以及不同的恒星大气层的部分电离层。
2012-08-12 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Modeling of the Continuous Absorption of Electromagnetic Radiation in Dense Hydrogen Plasma
本文研究了在$300 \textrm{nm} < λ< 500 \textrm{nm}$波长范围内，电子密度约为$5\cdot10^{18}$ cm $^{-3}$-$1.5\cdot10^{19}$ cm $^{-3}$，温度约为$1.6 \cdot10^{4}$ K - $2.5 \cdot 10^{4}$ K的稠密部分电离氢等离子体中电磁辐射连续吸收的一种新的模拟方法。所得结果可应用于不同恒星大气的部分电离层等离子体。
2011-12-28 astro-ph.SR
Dynamics of coronal rain and descending plasma blobs in solar prominences: II. partially ionized case
日冕雨团和日珥结是色球层到过渡区温度的密集凝聚，这些温度在更热的日冕中下降。它们的典型速度范围分别为30- 150 km~s $^{-1}$和10- 30 km~s $^{-1}$的数量级，即，它们比自由降落速度小得多。这些冷团块包含电离和中性物质的混合物，它们必须动态耦合才能像观察到的那样落在一起。我们调查这种耦合的流体动力学模拟，其中耦合产生的离子和中性粒子之间的摩擦。这里提出的数值模拟是\citet{oliver2014}的部分电离的情况下的扩展。我们发现，尽管在团簇中心两种粒子的相对漂移速度小于1 m s $^{-1}$，但它足以产生强耦合带电粒子和中性粒子所需的力.对于完全电离的等离子体，电离度对我们以前工作的主要结果没有明显的影响：凝结有一个初始加速阶段，随后是一个大致恒定速度的时期，此外，最大下降速度明显与初始团块与环境密度的比值相关。
2015-10-28 astro-ph.SR
Resonantly Damped Kink Magnetohydrodynamic Waves in a Partially Ionized Filament Thread
太阳暗条和日珥线的横向振荡经常被报道。这些振荡具有周期短（2 - 10分钟）和在几个周期后被阻尼的共同特征。扭结磁流体动力学（MHD）波模式已被提出负责所观察到的振荡，而在阿尔芬连续共振吸收和离子中性碰撞是最好的候选人是阻尼机制。在这里，我们研究的时间阻尼的扭结MHD波在一个圆柱形的，部分电离的丝状线程嵌入在日冕环境中的解析和数值。线模型是由一个直的和薄的，均匀的丝状等离子体，与横向不均匀的过渡层的等离子体的物理性质不断变化，从灯丝到日冕的条件。磁场均匀且平行于螺纹轴。我们发现，扭结模式是有效地阻尼共振吸收的灯丝振荡的典型波长，阻尼时间与观察兼容。部分电离不影响共振吸收过程，灯丝等离子体电离度只对比观测到的波长短得多的波长的阻尼很重要。据我们所知，这是第一次研究部分电离等离子体中的共振吸收现象。
2009-09-19 astro-ph.SR
Wave coupling in partially ionized plasmas with shear flows I. Fast-to-Alfvén transformation
本文理论研究了部分电离太阳等离子体中剪切流与MHD波的耦合，通过非模方法分析快磁声波向阿尔文波的转化，发现双极扩散显著影响能量交换效率并引入新耦合机制，并应用于太阳暗条细丝。
2025-08-06 astro-ph.SR
Onset of the Kelvin-Helmholtz instability in partially ionized magnetic flux tubes
上下文最近对太阳辐射的观测表明，存在可能由开尔文-亥姆霍兹不稳定性（KHI）引起的湍流。然而，所观察到的流速低于经典阈值的发病KHI在完全电离等离子体。目的。我们调查的影响，部分电离的发病KHI在密集和冷却的圆柱形磁通量管包围的一个更热，更轻的环境。方法.本文用部分电离双流体等离子体的线性化控制方程描述了纵向质量流磁管上叠加的小振幅扰动的行为。通过简正模分析得到了线性不可压缩波的频散关系。我们专注于外观的不稳定的解决方案，并研究其增长率对各种物理参数的依赖性。给出了慢流和强离子-中性耦合条件下KHI线性增长率的解析近似。给出了日珥螺纹的一个应用。结果等离子体中中性成分的存在可能有助于KHI的发生，即使是亚阿尔夫文纵向剪切流。离子与中性粒子的碰撞降低了不稳定扰动的增长率，但不能完全抑制不稳定性。结论.在亚阿尔夫文流速的太阳能热释电中的湍流可以解释为部分电离等离子体中KHI的结果。
2015-04-21 astro-ph.SR
Electrical conductivity of plasmas of DB white dwarf atmospheres
本文计算了非理想、稠密、部分电离氦等离子体的静态电导率，给出了等离子体温度$1\cdot 10^{4}\textrm{K} \lesssim T \lesssim 1\cdot 10^{5}\textrm{K}$和质量密度$1 \times 10^{-6} \textrm{g}/\textrm{cm}^{3} \lesssim ρ\lesssim 2 \textrm{g}/\textrm{cm}^{3}$的变化范围。对于具有有效温度$1\cdot 10^{4}\textrm{K} \lesssim T_{eff} \lesssim 3\cdot 10^{4}\textrm{K}$的DB白矮星大气，在所考虑的等离子体参数范围内计算等离子体的电导率是有意义的。采用修正的无规相位近似和半经典方法计算了稠密、部分电离等离子体的电导率。结果进行了比较与现有的实验数据，包括与致密等离子体区域的结果。尽管实验数据的准确性不高，但与实验数据的一致性表明本文的结果是正确的。
2012-08-13 astro-ph.SR
Phase mixing of propagating Alfv{é}n waves in a single-fluid partially ionized solar plasma
本研究针对太阳大气加热问题，采用单流体近似研究部分电离等离子体中Alfvén波的相位混合阻尼，发现部分电离下阻尼长度更短，特定电离度范围的波可提供足够加热平衡宁静太阳色球辐射损失。
2023-11-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Tearing modes in partially ionized plasmas
在许多天体物理环境中，等离子体只是部分电离，因此带电粒子和中性粒子的相互作用可能会改变重联的触发及其随后的动力学演化。本文导出了部分电离等离子体与中性粒子弱耦合和强耦合情况下的撕裂模最大增长率。此外，临界缩放电流片纵横比的伦德奎斯特数和离子中性碰撞频率。在去耦制度的标准撕裂模式恢复与离子中性碰撞频率的一个小的修正，在中间制度与中性粒子的碰撞被证明是稳定电流片，导致更大的临界纵横比理想撕裂发生。尽管如此，隐藏在伦德奎斯特数定义中的额外的电子中性碰撞，可以将临界纵横比缩小到完全电离的情况下。在耦合机制下，生长速率取决于离子和中性粒子之间的密度比，通过这两个物种之间的碰撞频率。这些提供了临界纵横比，撕裂模式不稳定性从缓慢过渡到理想，这取决于中性离子密度比。
2020-06-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Linear damping of magneto-acoustic waves in two-fluid partially ionized plasmas
本文用线性化双流体模型研究部分电离等离子体中磁声波的碰撞阻尼，分析波数与阻尼率对电离度、耦合强度及传播角的依赖，并给出弱强耦合下的解析近似，适用于天体与实验室等离子体。
2025-10-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Mathematical Modeling of Kelvin-Helmholtz Instability at Tangential Discontinuities in Partially Ionized Plasma: Application to Heliopause Dynamics
本研究针对日球层顶的开尔文-亥姆霍兹不稳定性问题，采用含氢原子的二维气体动力学模型开展数值模拟与参数研究，发现电荷交换碰撞可显著抑制该不稳定性，且克努森数减小会使流动从不稳定转为平滑状态。
2025-06-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Damping of Alfven waves in solar partially ionized plasmas: effect of neutral helium in multi-fluid approach
色球等离子体和日珥等离子体中含有中性原子，这些中性原子可能通过与离子碰撞而改变等离子体动力学。大多数原子是中性氢，但在特定温度下，等离子体中也可能存在大量的中性氦。离子与中性氢碰撞对磁流体动力学波的阻尼作用已经有了很好的研究，但中性氦的影响还很不清楚。我们的目的是研究中性氦在太阳部分电离等离子体中阿尔芬波阻尼中的作用。考虑三流体磁流体力学（MHD）近似，其中一个组分是电子-质子-单电离氦，另外两个组分是中性氢原子和中性氦原子。导出了等温均匀等离子体中线性阿尔芬波的色散关系。然后，我们求解色散关系，并得出不同等离子体参数的阿尔芬波的阻尼率。中性氦的存在下显着增强阻尼的阿尔芬波相比，由于中性氢在一定值的等离子体温度（10000-40000 K）和电离的阻尼。阻尼率在离子-中性粒子碰撞频率附近有一个峰值，但随着波谱的升高而减小。离子与中性氦原子的碰撞对色球针状体和日冕过渡区的阿尔芬波的衰减具有重要意义。
2011-09-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Viscosity effects on waves in partially and fully ionized plasma in magnetic field
本文讨论了多组分部分电离和完全电离等离子体中的粘滞性，以及粘滞性对太阳大气中两种截然不同的波（阿尔芬波和朗缪尔波）的影响。一套完整的粘度系数，其中包括电子，质子和氢原子的系数。这些应用于太阳色球层中大多数磁化质子的层，原则上可以预期阿尔芬波。计算了700至2200公里高度范围内的粘性系数，并以图表形式表示，还按高度给出了各种碰撞所需的相应截面。结果表明，在色球层中，粘性对阿尔芬波没有影响，它只受到离子与中性粒子摩擦的强烈影响。在日冕中，假设磁场为几个高斯，阿尔芬波受离子粘性的影响比受离子-电子摩擦的影响大，仅在波长短于1-30 km时，取决于参数，并假设扰动磁场为平衡值的1%。对于朗缪尔波，色球层中的粘性摩擦相互作用被证明是依赖于高度和波长。在电晕中，粘性是作用于朗缪尔模的主要耗散机制。
2014-10-21 astro-ph.SR physics.plasm-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
Ion-neutral decoupling in the nonlinear Kelvin--Helmholtz instability: Case of field-aligned flow
非线性磁Kelvin-Helmholtz不稳定性（KHi）及其引起的湍流现象出现在许多天体物理系统中。这包括局部等离子体条件使得等离子体不完全电离的那些系统，例如在较低的太阳大气和分子云中。在部分电离的系统中，流体通过在特征频率下发生的碰撞耦合，因此中性和等离子体物质对于足够高的频率动力学变得解耦。在这里，我们针对一个系统对非线性KHi进行了高分辨率的2D双流体模拟，该系统穿越了解耦流体和耦合动力学之间的动态尺度。我们发现了一些有趣的现象，包括存在的密度耦合是独立的速度耦合。使用这些模拟，我们分析的加热速率，和两个政权出现。首先是一个制度，其中的中性流是去耦的磁场，其特征在于与一个恒定的加热速率，然后在较大的尺度上的强耦合近似保持和加热速率。在大尺度下，KHi层宽度为$-2$的幂。模拟中存在能量级联，但摩擦加热的性质意味着加热速率由湍流运动的最大尺度决定，这一事实对理解多流体系统中的湍流耗散具有影响。
2019-07-29 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Unraveling the Trigger Mechanism of Explosive Reconnection in Partially Ionized Solar Plasma
本文通过2.5维MHD模拟揭示部分电离太阳等离子体中磁重联从等离子体团介导阶段向爆炸性快速重联转变的触发机制，发现主X点辐射冷却导致的气压耗竭和磁扩散增强使重联率从约0.02跃升至0.06以上。
2024-07-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Large ion-neutral drift velocities and plasma heating in partially ionized coronal rain blobs
在本文中，我们提出了一个数值研究的动力学部分电离日冕雨滴。我们使用双流体模型进行高分辨率的二维模拟，考虑到等离子体中所含的带电粒子和中性粒子之间的碰撞相互作用。我们遵循冷等离子体凝结的演变，因为它通过一个等温的垂直分层的大气，代表了更热，更轻的日冕下降。我们研究了系统中存在的不同程度的碰撞耦合的后果。一方面，我们发现在团状物的致密核心处存在非常强的耦合，等离子体的带电和中性成分表现为单一流体，漂移速度可以忽略不计（几cm·s^-1）。另一方面，在斑点的边缘，耦合要弱得多，出现了较大的漂移速度（约为1 km s^-1）。此外，摩擦加热会导致在滴状物和电晕之间的过渡层处的温度大幅增加。我们第一次表明，这样大的漂移速度和温度的增强，可以开发作为一个结果，与日冕雨动力学的离子中性去耦。这可能导致来自日冕雨-日冕边界处的等离子体的增强发射，其具有过渡区温度。
2022-11-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Multi-fluid approach to high-frequency waves in plasmas. III. Nonlinear regime and plasma heating
部分电离等离子体中高频波的多流体模型表明，线性区域中磁流体力学波的行为受到形成等离子体的不同物种之间的碰撞相互作用的严重影响。在这里，我们超越线性理论和研究大振幅波在部分电离等离子体中使用非线性多流体代码。众所周知，在完全电离的等离子体中，非线性阿尔文波会产生密度和压力扰动。这些非线性效应对于驻波比对于传播波更明显。通过数值模拟和解析近似，我们研究了离子和中性粒子之间的碰撞相互作用对非线性演化的影响。碰撞产生的摩擦会消耗一部分波能，这些波能转化为热量，从而提高等离子体的温度。作为一个应用程序，我们调查摩擦加热等离子体的物理条件类似于那些在太阳静止的突出。
2018-02-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph
The effect of plasma-$β$ on the heating mechanisms during magnetic reconnection in partially ionized low solar atmosphere
本研究通过数值模拟发现，在部分电离低层太阳大气中，低等离子体-$\beta$ 时湍流重联产生的压缩加热为主导机制，而高 $\beta$ 时部分电离效应（如焦耳热和双极扩散加热）变得重要。
2025-06-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Torsional Alfvén waves in solar partially ionized plasma: effects of neutral helium and stratification
离子-中性粒子碰撞可能导致色球和日珥等离子体中阿尔芬波的衰减。在一定温度区间内，中性氦原子的加入使阻尼增大，此时中性氦原子与中性氢原子的比例增大。因此，氢和氦的电离度的高度依赖性可能会影响阿尔芬波的阻尼率。研究了中性氦对太阳色球层分层部分电离等离子体中阿尔芬波的阻尼作用。我们考虑一个磁通量管，这是扩大到1000公里的高度，然后成为垂直由于合并与相邻的管，并研究线性扭转阿尔芬波的动力学存在的中性氢和中性氦原子。我们从三流体描述的等离子体，从而推导出单流体磁流体动力学（MHD）方程扭转阿尔芬波。薄通量管近似允许获得在管的下部的波的色散关系，而稳态Alfven波的空间依赖性由贝塞尔型方程在管的上部。对单流体MHD方程组进行连续推导，得到了一个新的中性氦Cowling扩散系数，它不同于以往所用的扩散系数。发现短周期（<5s）的扭转阿尔芬波在色球网络中由于离子-中性粒子碰撞而迅速衰减。另一方面，较长周期（> 5 s）的波不会到达过渡区，因为它们在网络核心中的较低高度处会消失。扭转阿尔芬波通过色球层进入日冕的传播应谨慎考虑：低频波由于分层而消失，而高频波由于离子中性碰撞而衰减。
2013-05-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
