Kinetic Alfvén turbulence below and above ion-cyclotron frequency
在考虑各向异性色散效应和湍流不稳定性的情况下，研究了垂直于和平行于背景磁场的Alfvénic湍流级联。垂直色散和不均匀性使湍流波数磁谱变陡，加速湍流级联产生高离子回旋频率。相反，平行色散使谱变得更平坦，并使离子-回旋频率以上的频率级联减速。上述因素的竞争导致谱指数分布在区间[-2，-3]，其中-2是高频空间填充湍流指数，-3是管状波动形成的低频间歇湍流指数。完全间歇性湍流的光谱填充了较窄的光谱指数范围[-7/3，-3]，这几乎与太阳风中测量的指数范围一致。这表明动力学尺度湍流谱主要由弥散和间歇性形成。测量折射率约为0.1的小失配可能与此处未研究的阻尼效应有关。
2015-09-28 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Alfvén Wave Driven High Frequency Waves in the Solar Atmosphere: Implications for Ion Heating
本文的工作是Kaghashvili [1999]关于Alfvén波的离子回旋波耗散通道的讨论的推广。虽然我们早期的研究处理了通常讨论意义上的模式耦合，但在这里，我们研究了由于初始驱动器Alfvén波和等离子体不均匀性的相互作用而导致的初始波形的变化，这些变化隐含在方程中，但在Kaghashvili [1999]中没有详细说明。使用冷等离子体近似，我们展示了如何在不均匀的太阳等离子体流中产生高频波（高于初始驱动阿尔文波频率）。本文讨论了太阳大气中高频正向和反向传播的修正快磁声波/哨声波的产生以及驱动Alfvén波的产生。所产生的高频波具有较短的耗散时间尺度，并且它们还可以使用正常回旋和异常回旋相互作用通道与粒子共振相互作用。这些波在太空、地球磁层、电离层和实验室等离子体过程中也很重要。
2014-02-06 astro-ph.SR physics.space-ph
On nonlinear Alfvén-cyclotron waves in multi-species plasma
大振幅阿尔文波是空间等离子体中普遍存在的现象，也是日球层磁流体动力学（MHD）湍流的主要组成部分。作为泵浦波，它们易于产生参量不稳定性，由此它们可以产生回旋子波和声学子波。在这里，我们重新审视一个相关的过程中的框架内的多流体方程组成的许多物种的等离子体。研究了Alfvén波与声波的非线性耦合，导出了沿平均场方向传播的波的横向磁场和纵向电场的压缩波方程和耦合波方程。结果表明，轻微压缩的阿尔芬波通过感应回转半径和动能调制，对粒子施加一个电动势和一个纵向电场，该电场的电势由围绕平均场回转的粒子的横向动能的梯度给出。这又驱动沿着平均磁场的电波动（声波和离子声波），其可以非线性地反作用于横向磁场。相互耦合的阿尔文-回旋-声波因此被激发，这是一个非线性过程，可以驱动等离子体中的波能级联，并可能产生压缩微湍流。这些被驱动的电波动可能对MHD湍流的耗散产生影响，从而对太阳风中粒子的加热和加速产生影响。
2012-01-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Diagnosing collisionless energy transfer using field-particle correlations: Alfven-Ion Cyclotron Turbulence
我们应用场粒子相关性-一种跟踪电磁场和等离子体粒子之间能量密度传输率的时间平均速度-空间结构的技术-从Alfvén离子回旋加速器湍流的混合Vlasov-Maxwell模拟中获得的数据。在这个系统中的能量传递预计将包括朗道和回旋波粒子共振，不像以前的系统，其中的场粒子相关技术已被应用。在该模拟中，由平行电场$E_\parallel$介导的能量传递速率包括总速率的大约$60\%$，其余部分由垂直电场$E_\perp$介导。平行的电场共振耦合到质子，在整个模拟过程中，在许多点处识别出朗道阻尼的规范双极速度-空间特征。由$E_\perp$介导的能量转移优先与具有$v_{tp} \lesssim v_\perp \lesssim 3 v_{tp}$的粒子耦合，这与回旋加速器扩散平台的预期形成一致。我们的研究结果清楚地表明，场-粒子相关技术可以区分不同的通道的能量转移使用单点测量，即使在多个通道同时作用的点，并可以用来定量地确定每个通道中的粒子的速度。
2020-06-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Compressive high-frequency waves riding on an Alfvén/ion-cyclotron wave in a multi-fluid plasma
本文研究了由质子、电子和α粒子组成的多流体等离子体中叠加在大振幅Alfvén波上的弱压缩高频等离子体波。对于这些波，等离子体环境是不均匀的，因为存在低频阿尔文波，振幅很大，这种情况可能适用于空间等离子体，如太阳日冕和太阳风。等离子体波的色散关系是从一个线性稳定性分析，使用一个新的本征值的方法，是用来解决一组微分波方程描述的传播等离子体波沿阿尔芬波磁场的恒定分量的方向。这种方法还允许考虑弱压缩效应。在存在背景阿尔文波的情况下，得到的色散分支与均匀等离子体的情况明显不同。由于可压缩性，声波被激发并且各种模式之间发生耦合，甚至压缩模式的不稳定性。在动力学处理中，这些等离子体波将是朗道共振波-粒子相互作用的自然候选者，因此可能通过它们的阻尼导致粒子加热。
2012-01-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Hybrid Simulations of Positively and Negatively Charged Pickup Ions and Cyclotron Wave Generation at Europa
在木卫二附近，伽利略观测到了一些物质的回旋频率上的阿尔文回旋波功率爆发，这些物质包括K-$^+$、O-$_2^+$、Na-$^+$和Cl-$^+$，这表明这些物质的局部吸收。氯存在的其他证据是在Cl $^{+}$回转频率附近出现左旋（LH）和右旋（RH）极化横波功率，这被认为是由于Cl $^+$和容易形成的氯阴离子Cl $^-$的拾取。为了验证这一假设，我们使用一维混合（动力学离子，无质量流体电子）模拟的正，负拾取离子和自洽地再现LH和RH阿尔文回旋波的增长与线性理论一致。我们展示了如何同时产生LH和RH波可以导致非共晶离子分布和波的振幅增加，以及如何甚至微量的负拾取离子能够产生可观察到的RH信号。通过比较模拟和观察到的波的振幅，我们能够把第一个约束的氯皮卡离子的密度在木卫二的局部区域。
2017-11-29 physics.space-ph
Heavy Ion Acceleration by Super-Alfvenic Waves
提出了多离子种类等离子体中超Alfvénic（SPA）波的产生机制，并讨论了与之相关的重离子加速过程。SPA波由于其高的相速度而具有大的波电场，因此被认为在粒子加速中起重要作用。它表明，通过使用全粒子模拟，大振幅质子回旋波，激发由于质子温度各向异性，非线性不稳定SPA波通过参数衰减不稳定性的三个组成部分组成的等离子体中的电子，质子，和$α$粒子。同时，$α$回旋波通过另一种衰变不稳定性被激发。预加速的$α$粒子与两个子波（SPA波和$α$回旋波）同时共振，并且它垂直于环境磁场被进一步加速。该过程可以在天体物理环境中工作，其中发生足够大的低质量离子的温度各向异性。
2019-12-19 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
Alfvén Waves at Mars
本研究分析火星弓激波上游、磁鞘及电离层等区域的阿尔文波与质子回旋波特性，明确了不同区域的波活动规律与湍动特征，指出电离层阿尔文波观测结论性证据不足的问题。
2024-03-26 astro-ph.SR physics.space-ph
Solar Wind Turbulence Around Mars: Relation Between The Energy Cascade Rate And The Proton Cyclotron Waves Activity
不可压缩的能量级联率在磁流体动力学（MHD）尺度的第一个估计是在等离子体上游的火星弓形激波，使用MAVEN观测和精确的关系推导出MHD湍流。能量级联率计算的事件与质子回旋波（PCW）活动，时间间隔时，MAVEN是在太阳风没有磁连接的弓激波。结果表明，当等离子体中存在PCW时，MHD尺度下的非线性能量级联被轻微放大。的归一化交叉螺旋度和剩余能量的湍流波动的分析表明，存在的Alfvénic和非Alfvénic波动的磁主导制度的大多数情况下。
2020-10-22 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
5-minute Solar Oscillations and Ion Cyclotron Waves in the Solar Wind
本文研究了光球5分钟振荡对太阳风中离子回旋波的影响。假设太阳风中的离子回旋波在光球运动驱动的阿尔芬波的影响下经历特征周期为5分钟的调制。本文提出的理论预言了离子回旋波的深度频率调制。频率调制主要来自IMF谱线取向的变化。反过来，方向的变化是由从太阳传播的阿尔芬波引起的。为了验证理论预测，我们分析了超低频（ULF）地球电磁波的记录，以找到永久准单色振荡的自然起源在Pc 1 -2频带（0.1-5 Hz），其载波频率随时间在很大范围内变化。结果发现，在南极靠近南地磁极的东方站观测到了所谓的“蛇形发射”（SE）。SE的永久性、频率范围和深度调频对应于太阳风中离子回旋波的定性性质。清楚地表达了5分钟调制的载波频率是特别重要的特征SE在本工作的上下文中。我们相信，我们已经发现了太阳在地球上的5分钟振荡的非平凡表现。
2015-04-01 astro-ph.SR physics.space-ph
Convective Amplification of Electromagnetic Ion Cyclotron Waves From Ring-distribution Protons in the Inner Magnetosphere
研究了氢离子环形分布引起的电磁离子回旋波（EMIC）的增长。虽然这些分布是更常见的牵连在赤道噪声的产生，其潜在的激励EMIC波被认为是在这里。结果表明，由于环分布是非单调的垂直速度，这种不稳定性所实现的放大大于双麦克斯韦分布的典型各向异性，因为波可以保持共振在一个更长的一部分，其轨迹。对于接近阿尔文速度V_A的环速度V_R，平行传播时的增长率最大，但与双麦克斯韦传播相比，倾斜角时的增长率要大得多，并且可以在大约kperp c/omegaPH V_R/V_A处出现第二个峰值。对于平行热速度的环速度约2.3。在中等环速V_R~V_A时，可获得较强的波增益.分析表明，EMIC波的活动与赤道噪声有密切的联系。
2013-06-10 physics.space-ph
Fluid Models for Kinetic Effects on Coherent Nonlinear Alfven Waves. II. Numerical Solutions
利用一个新的动力学非线性薛定谔（KNLS）方程，系统地研究了有限β环境中有限振幅Alfvenic波列的非线性演化过程中各种动力学效应（如朗道阻尼、扩散和碰撞耗散以及有限Larmor半径项）的影响.阿尔芬波的动力学对偏振的意义以及相对于环境磁场的传播角度是敏感的。朗道阻尼的情况下的数值解揭示了耗散结构的形成，这是准静态的，S-极化方向（和旋转）的不连续性，自组织从平行传播，线性极化波。平行传播的圆偏振波包在大尺度上演化为几个圆偏振阿尔芬谐波。静止的电弧极化旋转不连续性由倾斜传播的波形成。碰撞耗散，即使很弱，也会在β非常接近1时引入增强的波阻尼。回旋运动对共振粒子相互作用的影响将回旋共振引入到非线性阿尔芬波动力学中。
1996-12-31 adap-org astro-ph nlin.AO
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
Electromagnetic Proton Beam Instabilities in the Inner Heliosphere: Energy Transfer Rate, Radial Distribution, and Effective Excitation
在太阳风中经常观察到不同离子种类之间的差异流动，这种离子差异流动可以提供驱动Alfvén/离子回旋和快磁声/哨声不稳定性的自由能。以前的工作主要集中在离子束不稳定性下的参数代表的太阳风附近1 au。本文利用内日球层磁场和等离子体参数的径向模型进一步研究了质子束流的不稳定性。我们探讨了一个全面的分布质子束不稳定性的日心距离和束速的函数。我们还对不稳定波和粒子之间的能量转移进行了详细的分析，并量化了质子束的自由能流入不稳定波和其他种类的粒子物种（即，质子核、α粒子和电子）。这项工作澄清了平行和垂直电场都是负责激发斜阿尔文/离子回旋和斜快磁声/哨声不稳定性。此外，这项工作提出了一个有效的增长长度来估计是否有效地激发不稳定性或没有。结果表明，质子束在太阳大气中以600-1300 km/s $\sim$的速度漂移，可以有效地驱动斜向Alfvén/离子回旋不稳定性、斜向快磁声/哨声不稳定性和斜向Alfvén/离子束不稳定性.特别是，在太阳大气中驱动的倾斜阿尔文/离子回旋波可以在其中显着阻尼，导致太阳日冕加热。这些结果有助于了解质子束流在日光层内的动力学，并可以通过现场卫星测量进行验证。
2021-10-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Particle acceleration by sub-proton cyclotron frequency spectrum of dispersive Alfven waves in inhomogeneous solar coronal plasmas
本研究通过PIC模拟发现，色散阿尔芬波频率谱不影响电子加速，但增加氦离子加热；波碰撞导致间歇性加速和扭结振荡，并引起功率谱陡化。
2023-12-22 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
A Kinetic Model of Solar Wind Generation and Heating by Kinetic Alfvén Wave Turbulence
本文提出一个冕洞质子动力学模型，研究临界平衡动力学阿尔文波通过回旋与朗道共振耗散加热太阳风的过程，发现平衡与不平衡湍流谱结果几乎无差异，且所得参数不足以产生快太阳风，建议下一步引入螺旋度屏障情景修正模型。
2024-05-04 physics.space-ph
Properties of Short-wavelength Oblique Alfven and Slow Waves
在双流体磁流体力学框架下研究了动力学Alfvén波（KAWs）和动力学慢波（KSWs）的线性特性。我们得到的波的色散关系，是有效的波频率$ω$和等离子体磁压力比$β$的宽范围内。在离子动力学尺度下，KAW频率可以达到并超过离子回旋频率，而KSW频率保持亚回旋频率。在$β\sim 1$，两种模式的等离子体和磁压扰动是反相的，因此几乎没有总压扰动。然而，这些模式也表现出几个相反的属性。在高$% β$下，KAWs和KSWs的电极化的强度比在离子回旋半径尺度上相反，其中KAWs在电子回旋意义上被极化（右旋极化），而KSWs被左旋极化。KAW的磁螺旋度$σ\sim 1$和KSW的磁螺旋度$σ\sim -1$，以及KAW的离子阿尔文比$R_{Ai}\ll 1$和KSW的离子阿尔文比$R_{Ai}\gg 1$。我们还发现了过渡波数，其中KAWs改变其极化从左到右。这些新的属性可以用来区分KAWs和KSWs时，解释在各种日地等离子体中观察到的动力学尺度的电磁波动。这涉及，特别是，负责动力学尺度的压力平衡波动和湍流的太阳风的模式识别。
2014-09-13 astro-ph.SR physics.space-ph
Mediation of Collisionless Turbulent Dissipation Through Cyclotron Resonance
本研究基于太阳风观测发现离子回旋波是大尺度电磁涨落耗散的主要途径，并提出由交叉螺旋度控制的“螺旋度势垒”机制，解释无碰撞等离子体加热路径差异。
2023-06-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Possible coexistence of kinetic Alfvén and ion Bernstein modes in sub-ion scale compressive turbulence in the solar wind
我们调查压缩湍流在亚离子尺度的测量磁层多尺度任务。通过校准航天器势获得的四面体构型和高时间分辨率密度数据允许调查在亚离子范围内的太阳风和它们的三维结构的湍流密度波动。通过将多点信号谐振器技术应用于四点密度数据，获得了与每个航天器频率处的最高能量密度相关联的波矢量。波动表现出很强的波矢各向异性$k_{\perp}\gg k_{\parallel}$，其中平行和垂直符号相对于平均磁场方向。等离子体框架频率显示两个群体，一个低于质子回旋频率$ω<Ω_{ci}$，与动力学阿尔文波（KAW）湍流一致。第二分量具有与离子伯恩斯坦波（IBW）湍流一致的较高频率$ω> Ω_{ci}$。或者，这些波动可能构成KAWs，这些KAWs经历了多次波-波相互作用，导致等离子体框架频率的加宽。在这个波矢量区域的尺度相关的峰度表明，在小尺度上，这也可以解释为波活动的存在，在不稳定性的减少。我们的研究结果表明，小尺度湍流表现出线性波的动力学Alfvén和可能的离子伯恩斯坦/磁声波。根据我们的研究结果，我们推测，这些波可能发挥作用，在描述所观察到的减少在子离子尺度的不透明度。
2020-10-23 physics.space-ph
Oblique Alfvén instability driven by compensated currents
由高能离子束产生的补偿电流系统广泛存在于空间和天体物理等离子体中。著名的例子是在太阳风和超新星遗迹周围的前震区域。我们发现了一个新的斜Alfvénic不稳定性驱动的补偿电流沿背景磁场流动。由于电子和离子的回旋半径有很大的不同，倾斜阿尔夫文微扰对热离子束和返回电子流所携带的电流的反应也不同。最终，这种差异导致在接近束离子回旋半径的垂直波长处的非共振非周期不稳定性。不稳定性增长率随束流和温度的增加而增加。在地球弓形激波上游的太阳风中，不稳定性增长时间可以降到10个质子回旋周期以下。我们的研究结果表明，这种不稳定性可以有助于湍流和离子加速空间和天体物理前震。
2013-12-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Dropouts of Fully Stripped Ions in the Solar Wind: A Diagnostic for Wave Heating versus Reconnection
ACE卫星上的SWICS仪器在缓慢的太阳风和行星际日冕物质抛射（ICME）中探测到频繁的间隔，其中C6+和其他完全剥离的离子被强烈耗尽，尽管Si和Fe等元素的电离状态表明这些离子应该存在。有人认为，这些异常值或丢失事件可以用共振回旋加速器加热过程来解释，因为这些离子都具有与He 2+相同的回旋频率。我们调查这些离群事件形成的日冕区域。它必须高于电离冻结高度和过渡到无碰撞等离子体条件，但足够低，风仍然感受到太阳引力的影响。我们认为，辍学事件对应于相对密集的气泡中的加热减少，因为阿尔芬速度的局部变化改变阿尔芬波的反射和湍流级联。结果，完全剥离的离子的回旋频率下的波功率被He 2+吸收，并且可能无法将其他完全剥离的离子加热到足以克服太阳引力。如果这幅图得到证实，它可能有助于区分太阳风的共振回旋加热和随机加热模型。
2022-08-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Constraining Low-Frequency Alfvenic Turbulence in the Solar Wind Using Density Fluctuation Measurements
一个被提出的加热太阳风的机制，从接近太阳到超过10天文单位，调用低频，倾斜，阿尔芬波湍流。由于小尺度斜阿尔芬波（动力阿尔芬波）是压缩的，在太阳风中测量到的密度波动对动力阿尔芬波的振幅设置了上限，因此对太阳风可以被低频阿尔芬湍流加热的速率设置了上限。我们评估这两个冕洞在5太阳半径和在近地太阳风的上限。在这两个半径，上限，我们发现是一致的模型中，太阳风加热低频阿尔文湍流。在1天文单位，从测量的密度波动的湍流加热率的上限是在测量的太阳风加热率的2倍。因此，如果低频阿尔文湍流有助于加热近地太阳风，动力阿尔文波必须是一个主要来源的太阳风密度波动的频率为1赫兹。我们还提出了一个简单的论点，为什么密度波动测量似乎排除模型中，太阳风加热的非湍流高频波"扫“通过离子回旋共振，但与加热的低频阿尔芬湍流兼容。
2009-08-05 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
On O+ ion heating by BBELF waves at low altitude: Test particle simulations
我们使用考虑离子中性碰撞的数值试验粒子模拟研究了由宽带极低频（BBELF）波引起的电离层O $^{+}$离子的波-粒子加热机制，以解释增强型极地外流探测器（e-POP）卫星在低海拔（$\sim$ 400 km）的观测结果[Shen et al.，2018年]。我们认为，为了重现在电子POP高度观察到的离子温度，最有效的离子加热机制是通过回旋加速短尺度静电离子回旋（EIC）波与垂直波长$λ_{\perp}$ $\leq$ 200米。有限的垂直波长、波振幅和离子-中性碰撞频率之间的相互作用共同决定了电离层离子加热极限，该极限随着高度在约500公里以下降低而开始急剧降低，其中比率$\frac{ν_c}{f_{ci}}$变得大于10 $^{-3}$、$ν_c$和$f_{ci}$表示O $^+$ -O碰撞频率和离子回旋频率。我们推导出，无论是数值和分析，离子回旋半径限制加热EIC波在一半的回旋频率。限值为0.28 $λ_{\perp}$。来自EIC波的离子回旋半径极限可以通过添加具有不同$λ_{\perp}$的波或通过随机“突破”而被超过，随机“突破”意味着离子由于来自大振幅波的随机加热而在能量上扩散超过回旋半径极限。我们的二维模拟表明，小尺度（$<$ 1公里）阿尔文波不能解释所观察到的离子加热通过捕获或随机加热。
2020-07-01 physics.space-ph
Measured reduction in Alfvén wave energy propagating through longitudinal gradients scaled to match solar coronal holes
我们已经探索了阿尔文速度的纵向梯度在减少阿尔文波传播的能量的条件下缩放到匹配太阳冕洞的有效性。实验是在洛杉矶加利福尼亚大学的大型等离子体装置中进行的。结果表明，透射Alfvén波的能量随着非均匀性参数$λ/L_{\rm A}$的增大而减小.这里，$λ$是阿尔芬波的波长，而$L_{\rm A}$是阿尔芬速度梯度的标度长度。对于类似于冕洞中的梯度，观察到波损失的能量比它们在没有梯度的均匀等离子体中传播时多$\approx 5$倍。我们进行了进一步的实验和分析，以约束波能降低的原因在梯度。阿尔文波能量不太可能从模式耦合中损失，因为我们没有检测到任何其他模式。与理论预期相反，透射波能量的减少并不伴随着可检测的反射波。由于初始波的振幅太小并且波频率远低于离子回旋频率，因此排除了非线性效应。由于总能量必须守恒，因此损失的波能量可能正在等离子体中沉积。需要进一步的研究来探索能量的去向。
2019-07-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Dispersion Relations and Instability Thresholds of Oblique Plasma Modes in the Presence of an Ion Beam
如果离子束的速度足够大，离子束可以使阿尔文/离子回旋波和磁声波/哨声波不稳定。热等离子体色散关系的数值解先前已经表明，激发这种不稳定性所需的最小束速度对于具有$\vec k \times \vec B_0\neq 0$的斜模式比对于具有$\vec k \times \vec B_0 = 0$的平行传播模式明显更小，其中$\vec k$是波矢量，$\vec B_0$是背景磁场。在本文中，我们解释这种差异的准线性理论的框架内，专注于低$β$等离子体。我们首先推导，在冷等离子体近似下，在存在离子束的情况下，倾斜和平行传播波的色散关系和偏振特性。然后，我们展示了如何可以推导出不同的波分支的不稳定阈值的波-粒子共振条件，在波帧中的粒子能量的守恒，波能量的符号（正或负），和波的偏振。我们还提供了一个图形描述的不同条件下，朗道共振和回旋共振不稳定的阿尔文/离子回旋波的存在下的离子束。我们利用我们的研究结果来讨论可能限制太阳风中α粒子差分流的不稳定性类型。
2013-01-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Alfven Wave Turbulence and Perpendicular Ion Temperatures in Coronal Holes
当湍流振幅足够大时，低频阿尔芬波湍流导致离子轨迹变得混乱或“随机”。随机轨道使离子能够从湍流中吸收能量，即使当波动频率太小而无法发生回旋共振时，也会增加垂直离子温度。在本文中，一个解析表达式的随机加热率结合观测约束湍流模型得到的解析公式的垂直离子温度作为日心距离r，离子质量和离子电荷的函数在冕洞的r值之间的2和15太阳半径（Rs）。得到的温度分布提供了一个很好的适合质子和OVI离子在2Rs < r < 3Rs的紫外电晕光谱仪（UNOPS）的观察。随机加热也提供了一个自然的解释几个详细的特征的UVI观测，包括优先和各向异性加热的次要离子，快速径向增加的OVI温度之间的1.6 Rs和1.9 Rs，和突然平坦的OVI温度曲线r增加超过1.9 Rs。
2010-06-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The effect of oxygen ions on the stability and polarization of Kinetic Alfvén Waves in the Magnetosphere
动力阿尔文波（KAW）最引人注目的特性之一是，与阿尔文电磁离子回旋（EMIC）波不同，这些波在等离子体框架中是右旋极化的。特别是，这个签名属性是关键的识别KAW从原位测量等离子体波。从理论上讲，质子-电子等离子体中KAW的色散关系和极化特性研究得最多。然而，大多数天体物理和空间等离子体都是多物种的，因此在这些系统中，KAW的色散特性可能不仅取决于质子和电子分布的宏观参数，而且还取决于较重离子的参数。在这里，使用Vlasov线性理论，我们研究的多物种等离子体中的Alfvénic模式的色散特性组成的电子，质子，和O $^+$离子，宏观等离子体参数相关的内磁层。与最近的观察一致，我们的数值计算结果表明，O $^+$离子的存在允许KAW的存在在更宽的波数范围内，并在较小的波法线角相比，电子-质子的情况下，但在同一时间各向同性O $^+$离子往往会减少（甚至抑制）的增长率不稳定的KAW各向异性质子触发。这些结果表明，磁层离子可能发挥重要作用的能量转移从大的宏观尺度到亚离子和电子尺度，特别是在强烈的磁暴，O $^+$离子可以主导的等离子体成分在磁层内。
2021-04-04 physics.plasm-ph physics.space-ph
Stochastic Heating in the Sub-Alfvénic Solar Wind
本研究利用帕克太阳探测器数据，发现亚阿尔芬太阳风中线性共振加热不足以解释湍流耗散，而随机加热（通过质子磁矩破坏）结合湍流间歇性可解释观测到的离子增能，对低日冕等环境有重要意义。
2025-09-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Unveiling the Velocity-Space Signature of Ion Cyclotron Damping Using Liouville Mapping
University of Iowa（爱荷华大学）
本研究利用刘维尔映射和场粒子相关技术，揭示离子回旋阻尼的速空间特征，通过定量分析展示其在不同等离子体参数下的表现。
2025-12-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Hybrid-Kinetic Simulations of Ion Heating in Alfvénic Turbulence
我们提出了三维，混合动力学数值模拟驱动阿尔文波湍流的相关碰撞近地太阳风。特别注意的是附近的离子拉莫尔尺度和优先垂直离子加热和非热翼的平行分布函数的起源发生的光谱转换。几种新的诊断被用来表明，离子加热率增加的动力学阿尔文波波动，其中包括大部分的子离子拉莫尔湍流级联，达到近离子回旋频率。我们发现级联能量的${\approx}75$ - $80\%$用于加热离子，与近地太阳风大致一致。这种加热伴随着粒子速度和分布函数中清晰的速度空间特征，包括平行速度分布中的扁平核心和平行速度分布中的非麦克斯韦翼。后者归因于渡越时间阻尼和垂直加热的粒子到平行方向的俯仰角散射。伴随着这些功能是一个陡峭的光谱指数的亚离子拉莫尔磁场波动超过规范$-2.8$，作为场能量被转移到热能。这些预测可以通过对近地太阳风的测量来检验。
2019-05-17 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Linking Fluid and Kinetic Scales in Solar Wind Turbulence
我们调查之间的大尺度和小尺度的太阳风波动的频率突破分离流体和动力学制度的功能可能存在的联系。其目的是关联的磁场波动极化在耗散尺度与特定状态的湍流内的惯性范围内的波动。我们发现，在惯性范围内的动力学制度和流体参数的每种类型的极化之间的明确的相关性。此外，第一次在文献中，我们表明，左手和右手的极化波动占据不同领域的等离子体不稳定性的温度各向异性图，如预期的Alfv $\acute{\textrm{e}}$ n离子回旋加速器和动力学Alfv $\acute{\textrm{e}}$ n波，分别。
2016-12-25 astro-ph.SR physics.space-ph
Constraints on ion vs. electron heating by plasma turbulence at low beta
它表明，在低β，弱碰撞等离子体，如太阳日冕，太阳风的某些情况下，极光，吸积盘的内部区域，它们的日冕，和一些实验室等离子体，阿尔夫文波动产生没有离子加热内的回旋近似，即，只要它们的振幅（在拉莫尔标度下）小并且它们的频率保持低于离子拉莫尔频率（即使它们的空间标度可以高于或低于离子拉莫尔标度）。因此，在这样的等离子体中的所有低频离子加热是由于压缩波动（“慢模式”）。由于这些涨落在能量上与已经在惯性范围内的阿尔夫文涨落解耦，上述结论意味着低β等离子体中离子和电子之间的能量分配是在湍流发生的外尺度上决定的，并且可以从相关天体物理系统的磁流体动力学（MHD）模型中确定。任何额外的离子加热必须来自非回旋机制，如回旋加热或随机加热由于离子的拉莫尔轨道的扭曲。这些结论的一个例外发生在霍尔极限，即，当离子与电子温度的比率与离子β一样低时（等效地，电子β是阶单位）。在这种情况下，慢模与远高于拉莫尔标度的阿尔夫维尼亚模耦合（即，在离子惯性或离子声尺度下），因此阿尔文级联和压缩级联结合，然后再次分离成两个波动级联，线性地类似于动力阿尔文波和离子回旋波，前者加热电子，后者加热离子。这两个级联示出去耦，缩放为他们的派生，它是物理上认为，这两个物种将被加热，他们以近似相等的速率。
2019-04-10 astro-ph.HE astro-ph.SR nlin.CD
Extreme heating of minor ions in imbalanced solar-wind turbulence
本文利用 Pegasus++ 模拟含 He²⁺ 和 O⁵⁺ 的低β等离子体非平衡阿尔芬湍流，揭示螺旋度屏障通过离子回旋波和朗道共振加热导致微量离子极端加热，并给出与观测一致的特征。
2024-11-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The effect of heavy ions on the dispersion properties of kinetic Alfvén waves in astrophysical plasmas
本文通过线性弗拉索夫-麦克斯韦理论数值研究重离子（尤其是O+）对阿尔芬波色散的影响，发现氧离子可显著降低EMIC到KAW的转变角，使弱阻尼动力学阿尔芬波在更小波法向角下传播，从而解释磁层观测现象。
2023-06-02 physics.plasm-ph physics.space-ph
A Parallel-Propagating Alfvénic Ion-Beam Instability in the High-Beta Solar Wind
我们研究了平行传播的阿尔文/离子回旋波被各向同性（$T_{\perp α} = T_{\parallelα}$）的α粒子群以相对于质子的平均速度$T_{\perp α} = T_{\parallelα}$平行于磁场漂移而不稳定的条件。我们推导出一个近似的解析条件$U_α$需要激发这种不稳定性的最小值，并使用热等离子体色散关系的数值解来完善这一结果。当α粒子数密度是质子数密度的$\simeq 5%$，并且两种物质具有相似的热速度时，不稳定性需要$β_{\rm p} \gtrsim 1$，其中$β_{\rm p}$是质子压力与磁压力的比值。对于$1\lesssim β_{\mathrm p}\lesssim 12$，激发这种不稳定性所需的最小$U_α$范围为$0.7v_{\mathrm A}$至$0.9v_{\mathrm A}$，其中$v_{\mathrm A}$为阿尔文速度。该阈值小于平行磁声不稳定性的$\simeq 1.2v_{\mathrm A}$阈值，而平行磁声不稳定性先前被认为在$β_{\mathrm p}\gtrsim 0.5$处具有α粒子束不稳定性的最低阈值。我们讨论了平行Alfvénic漂移不稳定性的α粒子漂移速度在太阳风的演变的作用。我们还分析了从\emph{Wind}航天器的法拉第杯的测量结果，并表明，$U_α$值与$T_{\perp α}\approx T_{\…
2013-07-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Non-resonant Alfvénic instability activated by high temperature of ion beams in compensated-current astrophysical plasmas
内容：补偿电流系统的建立是为了响应地球前震区域、超新星遗迹周围以及其他空间和天体物理等离子体中的热离子束。目标：本文研究了准平行于背景磁场$\mathbf{B}_{0}$传播的Alfvén波的非共振反应不稳定性。研究方法：在动力学理论的框架下，对热质子束穿透氢等离子体的不稳定性进行了分析研究。结果如下：不稳定性出现在平行波数$k_{z}$处，该平行波数足够大以使束离子$k_{z}V_{Tb}/ω_{Bi}\gtrsim $ $1$去磁（这里$V_{Tb}$是沿着$\mathbf{B}_{0}$的束热速度，而$ω_{Bi}$是离子回旋频率）。阿尔文模式则由于磁化背景电子和部分去磁束离子携带的扰动电流的不平衡而变得不稳定。第一次证明了束流温度的失稳效应以及不稳定阈值和生长速率的温度依赖性。束温度、密度和体速度都是不稳定的，并且可以组合在单个不稳定因子$α_{b}$中，从而触发{ $α_{b}>$ $α_{b}^{\mathrm{thr}}$ }处的不稳定性，其中阈值在窄范围$2.43\leq $ $α_{b}^{\mathrm{thr}}\leq $ $4.87$中变化。得到了参数空间中不稳定增长率及其边界的新的解析表达式，并可直接与观测值进行比较。简要讨论了地球前震和超新星遗迹周围前震的两个应用。特别是，我们的研究结果表明，超新星遗迹周围的冲击反射的离子可以比宇宙射线驱动更强的不稳定…
2018-04-25 astro-ph.SR physics.space-ph
Kinetic wave activity and proton heating in 3D hybrid simulations of decaying balanced and imbalanced Alfvénic turbulence
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
该研究通过三维混合模拟对比平衡与不平衡阿尔文湍流，发现交叉 helicity 是控制无碰撞湍流等离子体大尺度演化、动力学活动和能量耗散的关键参数，平衡湍流的能量耗散与质子加热更显著。
2026-10-09 physics.plasm-ph physics.space-ph
Spectral Features of Magnetic Fluctuations at Proton Scales from Fast to Slow Solar Wind
这封信调查的光谱特性的行星际磁场波动在质子尺度在几个时间间隔选择沿速度剖面的快速流。在第一个频率十年内的波动的字符，超出位于流体和动力学制度之间的高频休息，强烈地依赖于风的类型。虽然快速风显示出明显的右手和左手极化波动特征，可能分别与KAW和离子回旋波有关，但稀疏区（风速和低频波动的Alfvénicity降低）显示出离子回旋特征的快速消失，随后KAW逐渐消失。此外，与垂直和平行波动相关联的功率也经历快速耗尽，然而，保持功率各向异性有利于垂直光谱。
2015-09-16 astro-ph.SR physics.space-ph
Stochastic proton heating by kinetic-Alfvén-wave turbulence in moderately high-$β$ plasmas
随机加热是指带电粒子的平均磁矩与电磁波动相互作用的增加，电磁波动的频率小于粒子的回旋频率。当陀螺仪波动的幅度超过一定阈值时，就会出现这种加热，导致垂直于磁场的平面中的粒子轨道变得随机而不是近似周期性。我们考虑了阿尔文波（AW）和动力学阿尔文波（KAW）湍流对质子的随机加热，这可能对太阳风的加热做出重要贡献。利用唯象理论，我们导出了等离子体中的随机质子加热率，其中$β_{\rm p} \sim 1-30$，其中$β_{\rm p}$是质子压力与磁压力的比值。(We不考虑$β_{\rm p} \gtrsim 30$状态，在该状态下质子陀螺标度的KAWs变为非传播。）我们测试我们的公式的随机加热率的数值跟踪测试粒子质子相互作用的频谱随机相位AWs和KAWs。以前的研究表明，在$β_{\rm p} \lesssim 1$，粒子主要是由静电势的时间变化和热质子陀螺轨道的随机主要是由静电势的陀螺波动。相比之下，在$β_{\rm p} \gtrsim 1$，粒子主要由电场的螺线管分量激励，热质子陀螺轨道主要由磁场中的陀螺尺度波动随机化。
2018-11-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Role of Proton-Cyclotron Resonance as a Dissipation Mechanism in Solar Wind Turbulence: A Statistical Study at Ion-Kinetic Scales
我们使用磁场和离子矩数据的MFI和SWE仪器板载的风航天器上的离子动力学尺度的太阳风湍流的性质进行研究。我们使用自动化程序分析了2012年磁场波动在0.1和5.5 Hz之间的光谱特性，计算高分辨率92 s功率和磁螺旋度谱。为了确保光谱特征是物理的，我们在2004年初使用地球磁层的尾瓣交叉点对MFI“噪声本底”进行了第一次飞行测量。我们利用泰勒的假设多普勒频移到航天器的频率框架，发现在这些频率观察到的频谱中断是最好的质子回旋共振尺度，$1/k_c$，质子惯性长度$d_i$和质子陀螺仪$ρ_i$相比。当我们考虑$β_{i,\perp}\sim1$的周期时，这种一致性是最强的，并且与$β_{i,\perp}\ll1$在$d_i$和$β_{i,\perp}\gg1$在$ρ_i$处的谱断裂一致。我们还发现，在这些频率下观察到的相干磁螺旋度签名是有界的$1/k_c$在低频率和其绝对值达到最大值在$ρ_i$。这些结果适用于慢速和快速的气流，但在螺旋度特征最强的Alfvénic快速风中具有更好的相关性。我们的结论是，这些研究结果是一致的质子回旋共振作为一个重要的机制耗散的湍流能量在太阳风，发生至少有一半的时间在我们选定的时间间隔。但是，我们不排除其他机制。
2018-02-14 physics.plasm-ph physics.space-ph
Resonance of low-frequency electromagnetic and ion-sound modes in the solar wind
本文揭示太阳风中低频电磁涨落与离子声波模式的非线性共振机制，通过 Hall-MHD 模拟证明该共振仅在斜向传播时发生，可将回旋共振离子的能量转移至 Landau 共振粒子。
2024-04-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Comparative study of gyrokinetic, hybrid-kinetic and fully kinetic wave physics for space plasmas
一组数值求解器的线性色散关系的gyrokinetic，混合动力学，和完全动力学模型的动力学Alfvén波和快磁声模式在这些模型中的物理研究。特别是，我们专注于相关的参数，面向太阳风的应用程序（使用均匀的，各向同性的背景），其特征在于波传播角平均接近90°。结果发现，gyrokinetic模型，而缺乏高频解决方案和回旋效应，忠实地再现完全动力学阿尔文波物理接近，有时显着超出，其有效性范围的边界。混合动力学模型，另一方面，是更完整的高频波，但由于其简单的电子模型，它被发现严重低估波阻尼率，即使在离子空间尺度在很大范围内的参数，尽管包含完整的动力学离子物理。
2016-05-26 physics.plasm-ph physics.space-ph
Dependence of kinetic plasma waves on ion-to-electron mass ratio and light-to-Alfvén speed ratio
磁化强度$|Ω_{\mathrm e}|/ω_{\mathrm{e}}$是等离子体天体物理中的一个重要参数，其中$Ω_{\mathrm e}$和$ω_{\mathrm{e}}$分别是电子回旋频率和电子等离子体频率。它只取决于质量比$m_{\mathrm i}/m_{\mathrm e}$和光与阿尔文速度比$c/v_{\mathrm{Ai}}$，其中$m_{\mathrm i}$（$m_{\mathrm e}$）是离子（电子）质量，$c$是光速，$v_{\mathrm{Ai}}$是离子阿尔文速度。非线性数值等离子体模型（如粒子模拟）通常必须为$m_{\mathrm i}/m_{\mathrm e}$和$c/v_{\mathrm{Ai}}$假设不切实际的值。由于线性理论产生精确的结果，在小振幅的波特性的参数标度，我们使用线性理论研究阿尔文/离子回旋和快磁声波/哨声波的色散关系作为主要的例子集体等离子体行为取决于$m_{\mathrm i}/m_{\mathrm e}$和$c/v_{\mathrm{Ai}}$。我们分析了它们的依赖$m_{\mathrm i}/m_{\mathrm e}$和$c/v_{\mathrm{Ai}}$在准平行和准垂直方向的传播相对于背景磁场的等离子体与$β_j\sim1$，其中$β_j$是物种$j$的热磁压力的比率。虽然它们的色散关系在很大程度上独立于$c/v_…
2020-04-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Mach Number Dependence of Ion-scale Kinetic Instability at Collisionless Perpendicular Shock: Condition for Weibel-dominated Shock
本文采用线性理论和非线性粒子模拟方法研究了无碰撞激波下离子尺度动力学等离子体不稳定性。我们专注于阿尔文离子回旋（AIC），镜子，和韦伯不稳定性，这都是驱动不稳定的有效温度各向异性诱导的冲击反射离子在过渡层内的严格垂直冲击。我们进行线性色散分析与均匀等离子体模型来模拟激波过渡层，采用环形分布与有限的热扩散来代表反射离子的速度分布。我们发现，对于平行于环境磁场的波传播，在较低的阿尔文马赫数的AIC不稳定性倾向于过渡到韦伯不稳定性在较高的阿尔文马赫数。然而，不稳定性也强烈地受到声马赫数的影响。我们的结论是，在阿尔文和声音马赫数都超过$\sim 20{\rm -}40$的强激波的不稳定性可以被认为是韦伯的意义上，反射离子的行为基本上未磁化。二维PIC模拟证实了线性理论，并发现，与典型的年轻超新星遗迹冲击参数，环分布模型产生的背景磁场，这是小于以前的PIC模拟中观察到的韦伯为主的冲击的顺序的磁波动。这表明，回旋反射离子分布的假设可能不足以定量预测高马赫数冲击的动力学的非线性行为。
2021-07-06 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Astrophysical gyrokinetics: Turbulence in pressure-anisotropic plasmas at ion scales and beyond
我们提出了一个理论框架来描述电磁动力学湍流在多物种，磁化，压力各向异性等离子体。假设湍流波动与平均场相比是小的，相对于平均场是空间各向异性的，并且与离子回旋频率相比具有小的频率。在离子拉莫尔半径以上的尺度上，该理论简化为Kunz等人（2015）制定的动力学简化磁流体力学（KRMHD）的压力各向异性概括。在离子拉莫尔半径和以下的尺度上，实现了三个主要目标。首先，我们分析的压力各向异性gyrokinetic系统的线性响应，并表明它是一个概括以前探索的限制。压力各向异性的影响的稳定性和碰撞阻尼的Alfvenic和压缩波动的突出，注意的频谱位置和宽度的频率跳跃发生的Alfven波过渡到动力学Alfven波。其次，我们推导并讨论了一个一般的自由能守恒定律，它既捕获了长波长的KRMHD自由能守恒，又捕获了亚离子拉莫尔尺度的动力学阿尔芬波和离子熵的双重级联。我们发现，非麦克斯韦功能的分布函数中的相混合量和磁应力的效率的变化，从而影响级联通道之间的自由能的分区。第三，一个简单的模型被用来表明，压力各向异性可以导致大的变化，由于阿尔芬湍流耗散的离子-电子加热比。我们的理论提供了一个基础，以确定如何压力各向异性影响的湍流波动谱，粒子种类的差分加热，以及空间和天体物理等离子体中的平行和垂直相混合的比例。
2018-03-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Relative drifts and temperature anisotropies of protons and $α$ particles in the expanding solar wind -- 2.5D hybrid simulations
我们进行了2.5维混合模拟研究质子和$α$粒子在无碰撞湍流低$β$太阳风等离子体中相对漂移速度的起源和演化。我们研究了由波粒相互作用和湍流波谱吸收产生的微分流。接下来，我们集中在湍流加热和加速的离子在无碰撞快速太阳风流的相对漂移的作用。能量源由平行传播的阿尔文回旋波的初始宽带谱给出，阿尔文回旋波与等离子体共存，并且自洽地耦合到垂直离子体速度。我们包括一个逐渐的太阳风膨胀，冷却和减速的次要离子的影响。本文首次考虑了自洽初始化色散湍流Alfvénic谱与差分流质子和$α$粒子在膨胀太阳风外流中的2.5D混合模拟研究的组合效应。在非膨胀风中，我们发现了一个阈值的差分流$V_{αp} = 0.5 V_\mathrm{A}$，相对漂移速度保持接近稳定。对于低于阈值流动的离子，波的作用是增加相对漂移速度的幅度。离子，其流快于阈值成为受非线性流不稳定性，并作为系统的发展，其体积速度降低。我们发现，太阳风膨胀强烈影响的相对漂移速度，并显着减慢两种离子的相对漂移速度在这项研究中考虑的所有值。
2014-10-10 physics.space-ph
Physical Interpretation of the Angle Dependent Magnetic Helicity Spectrum in the Solar Wind: The Nature of Turbulent Fluctuations near the Proton Gyroradius Scale
最近的观测发现，在磁螺旋度测量中，波周期和局部磁场与太阳风速度之间的角度分离出了不同的平行和垂直签名，本文对三个间隔的\emph{Ulysses}数据与从物理激励湍流模型生成的合成时间序列进行了比较。从这些比较中，据推测，所观察到的签名的结果从一个垂直的级联的\Alfvenic波动和局部的，非湍流人口的离子回旋或哨声波产生的温度各向异性不稳定性。通过与\emph{in situ}数据的比较来约束模型的自由参数，发现平均而言，耗散尺度附近的功率的$ \sim 95\%$包含在垂直的\Alfvenic级联中，并且平行波动几乎单向地传播。混叠的磁螺旋度测量的影响被认为是显着的奈奎斯特频率附近。
2014-03-10 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Coherent events and spectral shape at ion kinetic scales in the fast solar wind turbulence
在本文中，我们调查的光谱和相位相干特性的磁波动附近的光谱过渡，从大，磁流体动力学（MHD）的子离子尺度使用现场测量的风航天器在一个快速流。对于Leamon等人（1998）研究的时间间隔，相位相干分析表明存在零星的准平行阿尔文离子回旋（AIC）波以及大振幅、准垂直阿尔文涡旋状结构和电流片形式的相干结构。这些波和结构重要地有助于观察到的离子尺度周围的磁波动的功率谱; AIC波有助于在窄的频率范围内的频谱，而相干结构有助于在从惯性范围到子离子频率范围的宽频带上的频谱。我们的结论是一个特定的波和相干结构的组合决定了离子尺度周围的磁场谱的谱形。这一现象为太阳风中观测到的离子尺度附近的磁功率谱的高变异性提供了一种可能的解释。
2016-02-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Intermittent, Reflection-Driven, Strong Imbalanced MHD Turbulence
本文提出考虑间歇性和阿尔芬波反射的强不平衡MHD湍流唯象模型，其谱斜率和标度指数预测与帕克太阳探测器观测吻合，并揭示反射驱动间歇性会增强小尺度平行波数，从而可能增加太阳风和日冕中的离子回旋加热。
2025-02-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Preferential Heating and Acceleration of Heavy Ions in Impulsive Solar Flares
采用三维电磁粒子模拟方法模拟了均匀对等离子体中的衰减湍流。均匀的背景磁场渗透等离子体，使得磁压比热压大三倍，并且湍流由反向传播的剪切阿尔文波产生。能量主要横向于背景磁场级联，使得湍流在较小尺度上各向异性。我们在模拟中同时移动了几种不同荷质比的离子，并表明荷质比较小的粒子以更快的速度被加热并加速到非热能，这与在脉冲太阳耀斑中观察到的重离子和非热尾的增强一致。我们进一步表明，重离子的激励主要是在垂直于背景磁场的方向与我们的分析估计的加热率由于回旋共振与阿尔文波，其中很大一部分是由于倾斜传播波的速率一致。
2017-02-02 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Spacetime Hall-MHD turbulence at sub-ion scales: structures or waves?
利用快速迭代滤波技术研究了中等等离子体$β=2$中二维霍尔-磁流体动力学湍流的时空特性。结果表明，在亚离子尺度的磁能集中在扰动频率小于离子回旋（IC）的频率和偏振特性是不兼容的动力学阿尔文波（KAWs）和IC波。在更高的频率，我们清楚地确定了哨声波和KAWs的签名，但他们的能量贡献的磁功率谱是可以忽略不计的。我们的结论是，在亚离子尺度的二维霍尔-MHD湍流的动力学主要是由本地化的间歇结构，没有显着的贡献的波动。
2021-07-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Nonlinear waves in the terrestrial quasi-parallel foreshock
本文研究了导数非线性薛定谔（DNLS）方程对地球准平行弓形激波前震区高频非线性波演化的适用性。使用的伪潜在的阐明，特别是，在正确解释的解决方案，在这个配方的规范表示的重要性进行了讨论。DNLS方程的数值解，然后直接比较与观察到的波形集群航天器。通过应用经验模态分解滤除非谐波慢变化。我们发现大振幅的非线性波在质子回旋频率以上的频率，其次是近谐波低振幅波动的时间。这些非线性波的近似相速度，由数值解的参数表示，是当地阿尔文速度的顺序。
2016-05-16 physics.plasm-ph physics.space-ph
Proton Heating in Solar Wind Compressible Turbulence with Collisions between Counter-propagating Waves
磁流体湍流被认为在实验室、空间和天体物理等离子体加热中起着至关重要的作用。然而，湍流波动和颗粒动力学之间的精确联系尚未建立。在这里，我们提出了明确的证据等离子体湍流加热诊断波的特点和质子速度分布的基础上，从太阳风测量的风航天器。我们首次报道了在太阳风湍流中同时观测到反向传播的磁流体动力学波。与传统的Alfvén波反向传播的模式不同，在这种新型的太阳风可压缩湍流中，向阳慢磁声波（SMW）会遇到反向阳Alfvén波（AWs）。反向传播的AWs和SWs分别对应于不平衡Elsässer变量的优势和次优势种群。AWs和SMW之间的非线性相互作用推断从一个波的可能的振荡方向和其他的可能的传播方向之间的非正交性。相关的质子显示出双向不对称的光束在其速度分布：向阳光束出现在短而窄的模式和反向阳广泛的延长尾巴。这表明，多种类型的波粒相互作用，即，回旋加速器和朗道共振与AW和SMW在动力学尺度，正在发生联合加热质子垂直和平行。
2015-09-14 astro-ph.SR physics.space-ph
Dependence of ion temperatures on alpha-proton differential flow vector and heating mechanisms in the solar wind
根据2004年6月至2019年5月期间的\emph{Wind}观测，本函首次考察了（$θ_d$，$V_d/V_A$）空间的质子和α粒子温度，其中$θ_d$和$V_d$分别为α $-$质子差流矢量的径向角和幅值，$V_A$为局域阿尔文速度。结果表明，温度显著依赖于$θ_d$以及$V_d/V_A$。在低质子平行β（$β_{p{\parallel}} < 1$）的情况下，发现当$θ_d$小（$\lesssim 45^\circ$）和$V_d/V_A \gtrsim 0.5$时，质子垂直温度明显增强。相反，当$θ_d$较大（$\gtrsim 90^\circ$）或$V_d/V_A$足够小时，α粒子的垂直温度显著提高。质子平行温度的最大值发生在$θ_d \sim 90^\circ$处，同时伴随着较高的$β_{p{\parallel}}$和较大的磁涨落湍流幅度。这项研究将为太阳风中质子和α粒子的回旋共振加热提供强有力的证据。还提出了其他机制，包括朗道共振和随机加热，这往往有不同的（$θ_d$，$V_d/V_A$）空间比回旋共振加热。
2020-01-20 astro-ph.SR physics.space-ph
