Measurement of the electric fluctuation spectrum of magnetohydrodynamic turbulence
观测到太阳风中的磁流体动力学（MHD）湍流在惯性子范围内表现出经典Kolmogorov流体湍流的光谱行为，并在短波长处偏离该光谱行为，在该波长处能量应该被耗散。在这里，我们提出的第一个测量的电场波动谱的惯性和耗散波数范围内的$β\gtrsim 1$等离子体。观测到的$k^{-5/3}$惯性子区与磁涨落谱惊人地一致;在该区域的波相速度与阿尔文速度一致。在较小的波长$k ρ_i \geq 1$的电谱是软的，是符合预期的色散关系的短波长动力阿尔文波。动力学阿尔文波对太阳风离子和电子产生阻尼作用，并可能使它们各向同性。这种效应可以解释太阳风的流体性质。
2005-03-12 physics.plasm-ph physics.space-ph
MHD-kinetic transition in imbalanced Alfvénic turbulence
空间中的阿尔夫文湍流通常是不平衡的：平行于和反平行于平均磁场$B_0$传播的波的振幅是不相等的。人们普遍认为，湍流是由这些反向传播的波部分之间的（反向）碰撞驱动的。与此相反，我们发现了一个新的离子尺度的动力学范围的湍流建立（共同）碰撞波共同传播沿$B_0$在同一方向。共碰撞变得比反碰撞更强，并产生依赖于不平衡的高于某些波数的陡峭的非普适光谱。强湍流的光谱指数在-3左右变化，使得更陡的光谱跟随更大的不平衡。间歇性使-3光谱进一步陡峭，高达-3.7。我们的理论预测与离子动力学尺度下太阳风中观测到的陡变光谱是相容的，但还需要通过将观测到的光谱与测量到的不平衡相关联来进一步验证。
2016-11-26 physics.space-ph
Turbulent spectra and spectral kinks in the transition range from MHD to kinetic Alfvén turbulence
本文首次在MHD/动力学湍流转捩的背景下，对动力学Alfvén湍流的弱色散子区（WDR）进行了区分和研究。在WDR中发现了动力学Alfvén波（KAWs）的强湍流和弱湍流分别形成的垂直波数谱~ k^{-3}和~ k^{-4}。这些陡峭的WDR光谱连接在MHD和强色散KAW子范围内的较浅的光谱，这导致在观察到的湍流光谱中经常看到的特定的双扭结（2-k）图案。第一个弯折发生在MHD湍流转变为弱色散KAW湍流的地方，第二个弯折发生在弱色散和强色散KAW子区之间。我们的分析表明，部分湍流耗散由于振幅依赖的超绝热离子加热可能发生在附近的第一个光谱扭结。这个过程的类阈值性质导致有条件的选择性耗散，仅影响最大的超阈值振幅，并在低于第一光谱扭结的范围内降低不稳定性。最近的几个反直觉的观测结果可以解释的选择性耗散耦合到弱色散KAWs之间的非线性相互作用。
2011-05-10 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Alfvénicity and Proximity to Parallel-Mode Marginal Stability in the Slow Solar Wind
Sikkim University（锡金大学）；Netaji Subhas University of Technology（内塔吉·苏巴斯技术大学）
本研究利用Wind卫星数据，发现慢太阳风中阿尔文性水平与平行模边际稳定性接近度相关，阿尔文性慢风波动振幅更低，更接近稳定性阈值，但因果关系未确定。
2026-09-15 physics.space-ph
On hydromagnetic wave interactions in collisionless, high-$β$ plasmas
该研究结合解析理论与CGL-MHD数值模拟，揭示高β无碰撞等离子体中Alfvén波与声波、其他Alfvén波的相互作用规律，修正了相关天体物理湍流理论的适用前提。
2023-12-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Acceleration of Energetic Particles Through Self-Generated Waves in a Decelerating Coronal Shock
我们建立了一个日冕冲击波中粒子加速的模拟模型。该模型是基于蒙特卡罗方法，粒子跟踪在规定的大规模电磁场利用引导中心近似。根据准线性理论，颗粒在湍流中散射，散射振幅与回转共振波数处的Alfvén波的强度成正比。阿尔文波与粒子同时被追踪，因此波场从太阳向外传播，使用WKB传播，并补充了唯象波数扩散项和从加速粒子的净通量计算的增长率。我们认为初始波的振幅足够小，以允许快速逃逸的粒子从冲击周围的介质。因此，在我们的模型中，负责粒子扩散加速的阿尔文波是由加速粒子本身产生的。在这项工作中，我们研究了非恒定的冲击波速度和非单调的阿尔文速度对粒子加速方案的影响。我们特别报告如何减速的冲击影响粒子强度和湍流功率的冲击附近的演变。
2013-03-18 astro-ph.SR physics.space-ph
Inverse cascade and magnetic vortices in kinetic Alfvén-wave turbulence
采用哈密顿双场回转流体模型，考虑离子有限Larmor半径修正和平行磁场涨落，研究了磁化电子-质子等离子体中运动Alfvén波的逆级联.在垂直于环境场的方向上，级联的动力学是非局部的，并且波周期与驱动尺度下的特征非线性时间的比率$χ_f$影响其某些性质。例如，在小的值$χ_f$，参数衰减不稳定性的模式驱动的强迫可以发展，增强了一段时间的逆传输。当两个反向传播的波被相等地驱动时，在早期获得的平衡状态在小的$χ_f$下也变得不稳定，导致逆级联。对于小于几个单位的$β_e$，当达到低色散光谱范围时，级联减慢。对于较高的$β_e$，KAW与Alfvén频率之比显示局部最小值。在相应的横向波数下，形成凝聚，抑制了向更大尺度的级联。取决于参数，平行的逆级联可以发展，增强一般形成的离子尺度磁涡旋的伸长。
2021-03-31 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
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
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
Spatio-temporal behavior of magnetohydrodynamic fluctuations with cross-helicity and background magnetic field
我们研究的时空行为的Elsässer变量描述磁场和速度场的波动，使用直接数值模拟的三维磁流体动力学湍流。我们考虑的情况下，相对较小的，中等的，和大的平均背景磁场的值，并与零，小，高交叉螺旋度（速度和磁场之间的相关性）。波数依赖的时间关联函数计算不同的模拟。从这些关联函数，解相关时间的计算和比较不同的理论特征时间：本地非线性时间，随机扫描时间，和Alfvénic时间。据发现，去相关时间占主导地位的平均磁场的低值和低值的交叉螺旋度的扫描效果，而对于大的背景场或交叉螺旋度的值和波矢量充分对齐的引导场，去相关时间控制Alfvénic效应。最后，我们观察到反传播的Alfvénic波动由于反射产生的不均匀性在总磁场。这种效果变得更加突出，在流动与大的交叉螺旋，强烈修改波的传播湍流磁流体动力学流。
2019-11-08 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Multi-spacecraft Analysis of the Properties of Magnetohydrodynamic Fluctuations in Sub-Alfvénic Solar Wind Turbulence at 1 AU
本文利用磁层多尺度探测器在磁流体动力学（MHD）尺度上研究了亚阿尔夫文太阳风湍流的各向异性和尺度变化，给出了波矢空间的三维磁功率谱。磁功率分布被组织在由波矢（k）和背景磁场（$b_0$）在傅立叶空间中确定的新坐标中。本研究利用两种方法来确定波矢：奇异值分解方法和时序分析。这两种方法的组合允许检查磁场特性的模式组成，而无需任何时空假设。观测表明，在垂直于k的方向上的波动（$δB_{\perp1}$）和$b_0$显著地垂直于$b_0$级联，并且这种各向异性随着波数而增加。$δB_{\perp1}$的约化功率谱遵循Goldreich-Sridhar标度：$P(k_\perp)\sim k_\perp^{-5/3}$和$P(k_{||}) \sim k_{||}^{-2}$。相比之下，$kb_0$平面内的波动显示各向同性行为：垂直功率分布与平行分布大致相同。在$kb_0$平面内的涨落的约化功率谱遵循标度：$P(k_\perp)\sim k_\perp^{-3/2}$和$P(k_{||})\sim k_{||}^{-3/2}$。将频率波矢谱与MHD模的理论色散关系进行比较，发现$δB_{\perp1}$可能与Alfven模有关。此外，对于Alfvénic组件，级联时间的比值波周期被发现是一个因素的几个，在强湍流状态下的临界平衡一致。$kb_0$平面内的磁场波动更可能源自基于各向同性行为的快模…
2022-11-28 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
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
Direct and Inverse Cascades in the Acceleration Region of the Fast Solar Wind
阿尔文波被认为在日冕洞发出的快速太阳风的加热和加速中起着重要作用。主导${\bf z}_{+}$波和少数${\bf z}_{-}$波之间的非线性相互作用有可能将波能传递到较小的垂直尺度（“直接级联”）或较大的尺度（“反向级联”）。在本文中，我们使用约化磁流体动力学（RMHD）模拟研究如何级联率$ε_{\pm}$依赖于垂直波数和径向距离太阳中心。对于一个光滑的背景大气的模式，我们发现，逆级联（$ε_{+} < 0$）发生的主导波半径在1.4和2.5 $R_\odot$和无量纲波数在惯性范围内（$15 < a_\perp < 44$），和直接级联（$ε_{+} > 0$）发生在其他地方。对于密度涨落模型，存在多个逆级联区域。在这两种情况下，级联率$ε_{+}$随垂直波数显著变化，表明级联是一个高度非局部的过程。由于逆叶栅的存在，能量耗散率远低于现象学模型的预期，不足以维持背景大气的温度。我们的结论是，RMHD模型是无法重现观测到的快速太阳风的属性。
2016-12-08 astro-ph.SR physics.space-ph
Kinetic cascade beyond magnetohydrodynamics of solar wind turbulence in two-dimensional hybrid simulations
太阳风湍流的本质在耗散范围内的尺度远小于大的MHD尺度，仍然存在争议。在这里，二维模型的基础上的混合代码缩写为A.I.K.E.F.提出了一种将大质量离子视为服从动力学弗拉索夫方程的粒子，将无质量电子视为中性流体的方法。直到MHD区域中的某个波数，数值系统通过假设各向同性Alfvén波的叠加来初始化，其振幅遵循经验证实的Kolmogorov谱定律。然后湍流发展，能量级联进入色散光谱范围，在那里也发生耗散效应。在典型的太阳风条件下，弱湍流发展为动力学区域中简正模的叠加。平行于背景磁场方向的光谱分析揭示了左手阿尔文/离子回旋波级联到波矢量，在那里它们的共振吸收集，以及右手快模和哨声波的连续级联。Peradular的背景场，一个广泛的湍流谱被发现是建立了具有很强的压缩分量的波动。离子伯恩斯坦波似乎是可能的正常模式在这个传播方向较低的驱动振幅。还发现了短尺度压力平衡结构（非常倾斜的慢模波）的签名。
2012-02-17 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence, Waves, and Taylor's Hypothesis for Heliosheath Observations
针对日鞘中标准Taylor假设失效问题，提出4D频率波数谱建模方法分解不同波模，发现日鞘磁场涨落可压缩性低于预期，热pickup离子诱导色散快波分支，且波数谱可能非Kolmogorov型。
2024-07-31 physics.space-ph
Kinetic turbulence in fast 3D collisionless guide-field magnetic reconnection
虽然湍流已被证实对磁重联很重要，但人们对它在无碰撞等离子体中的作用仍知之甚少。以前试图量化湍流对重联的影响时，通常采用阿尔文涨落或其他低频涨落，或者仅在二维构型和反平行磁场中研究无碰撞动力学效应。鉴于此，本文利用三维粒子模拟程序，在频率和波数空间分析了三维导场通过无力电流片重联自发产生的动力学湍流。我们的研究揭示了重联率和动力学湍流的功能类似于目前在现场的航天器观测MMS以及在实验室重联实验MRX，VTF和\textsc{Vineta} -II。特别是，我们发现，动力学湍流发展过程中的3D导场重联表现出宽带幂律频谱扩展超出低杂波频率和电子频率。在频率空间中，湍流的谱指数在重联X线处接近-2.8。在波数空间中，当归一化重联率达到0.1时，它也变为-2.8。宽带动力学湍流主要是由于在足够薄的动力学重联电流片中激发的电流流和电子流剪切不稳定性。动力学湍流的增长对应于高的重连率，超过那些快速层流，非湍流重连。
2018-11-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Plasma turbulence at ion scales: a comparison between PIC and Eulerian hybrid-kinetic approaches
在过去的几十年里，人们通过数值模拟对磁化等离子体中的动力学范围湍流，特别是太阳风湍流进行了广泛的研究。其中，广泛采用的简化等离子体模型之一是所谓的混合动力学模型，其中离子是完全动力学的，电子被视为中和（惯性或无质量）流体。在同一模型中，采用了不同的数值方法和/或湍流发展方法。在目前的工作中，我们提出了一个二维的混合动力学模拟等离子体湍流之间的比较与两个互补的方法，跨越约二十年的波数-从磁流体惯性范围尺度远低于离子回旋半径-与国家的最先进的精度。一种方法采用混合粒子在细胞（HPIC）模拟的自由衰减Alfvénic湍流，而另一种方法由欧拉混合Vlasov-Maxwell（HVM）模拟的湍流连续驱动的部分可压缩的大尺度波动。尽管在大尺度上的初始化和注入/驱动完全不同，但在$k_\perpρ_i\gtrsim1$上观察到相同的湍流波动特性。该系统确实自洽地“再处理”湍流波动，而它们是级联向越来越小的尺度，在某种程度上，这实际上取决于等离子体β参数。对于$β\geq1$，小尺度湍流主要由动力学Alfvén波（KAW）波动填充，而对于低-$β$，KAW波动仅是次主导的。
2017-03-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Small-amplitude Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence Modulated by Collisionless Damping in Earth's Magnetosheath: Observation Matches Theory
本研究利用Cluster卫星数据首次观测证实无碰撞阻尼调制地球磁鞘中小振幅可压缩MHD湍流，分解三种模式并揭示其对各向异性的影响，观测与理论相符。
2024-02-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Anisotropic Magnetized Asteroseismic Waves
本研究针对具有水平空间变化背景磁场的垂直分层多方等离子体，通过数值与渐近方法推导了快速压力驱动波的显式色散关系，为星震学研究提供了理论工具。
2024-09-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Turbulence in the terrestrial magnetosheath: space-time correlation using the Magnetospheric Multiscale mission
本研究基于MMS任务观测数据，分析地球磁鞘磁场涨落的时空关联，首次观测到空间湍流传播子，揭示了磁鞘湍流的各向异性特征与去相关机制，为相关理论和数值模型提供关键约束。
2025-11-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Energy dynamics and current sheet structure in fluid and kinetic simulations of decaying magnetohydrodynamic turbulence
用流体和动力学程序对衰减磁流体动力学（MHD）湍流进行了模拟。初始条件是长波长、反向传播的剪切阿尔芬波的集合，它们相互作用并迅速产生强MHD湍流。总能量守恒和湍流能量衰减率是非常相似的两个代码，虽然流体代码有数值耗散，而动力代码有动力耗散。惯性距离功率谱指数在两个代码中是相似的。流体代码显示垂直波数谱斜率为$k_{\perp}^{-1.3}$。动力学代码示出了用于较小模拟域的$k_{\perp}^{-1.5}$的谱斜率，以及用于较大域的$k_{\perp}^{-1.3}$的谱斜率。我们估计，无碰撞阻尼机制的动力学代码可以解释所观察到的非线性能量级联的耗散。对当前图纸进行几何特征化。它们的长度和宽度在两个代码之间是很好的协议。长度与湍流的驱动尺度成线性比例。在流体代码中，它们的厚度由网格分辨率确定，因为没有显式扩散率。在动力学代码中，它们的厚度非常接近趋肤深度，而与网格分辨率无关。这项工作表明，动力学代码可以再现MHD惯性范围内的动态在大尺度上，而在同一时间捕获重要的动力学物理在小尺度上。
2015-06-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Collisionless energy transfer in kinetic turbulence: field-particle correlations in Fourier space
在几乎无碰撞的日光层等离子体中，包括太阳风和日冕以及地球的磁层，都普遍观察到湍流。了解湍流脉动能量向颗粒能量传递的无碰撞机制是湍流动力学研究的前沿。从湍流到粒子的无碰撞能量传递可以可逆地发生，导致在最终实现碰撞热化之前粒子速度分布函数（VDFs）中的非热能。利用VDF波动中包含的信息是有价值的。在这里，我们应用一个最近开发的方法的基础上VDFs，场粒子相关技术，一个$β=1$，太阳风，低频Alfvénic湍流模拟，以及解决相空间，以确定在速度空间中的场粒子能量转移。场-粒子相关性揭示了由平行电场介导的能量转移导致离子和电子VDF在平行于磁场的方向上的显著结构化。傅立叶模式表示的离子和电子gyroradii之间的长度尺度表明，能量转移是共振的性质，本地化的朗道共振的速度空间中的每个傅立叶模式。能量转移密切遵循朗道共振速度与变化的垂直波数$k_\perp$和等离子体$β$。在覆盖模拟耗散范围的所有诊断傅立叶模式中观察到与朗道阻尼一致的这种共振签名。
2019-09-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Stability of superthermal strahl electrons in the solar wind
我们提出了一个动力学稳定性分析的太阳风电子分布函数组成的麦克斯韦核心和磁场对齐strahl，超热电子束传播远离太阳。我们使用的电子strahl分布函数作为一个弱碰撞漂移动力学方程的解决方案，代表受库仑碰撞的strahl，但不掺杂可能扩大从湍流。这个分布函数基本上是非麦克斯韦的，并且随着日光层距离的变化而变化。用Vlasov-Maxwell线性求解器LEOPARD进行稳定性分析。我们发现，根据日光层的距离，核心strahl电子分布变得不稳定，相对于向日传播的动力学阿尔文，磁声，哨声模式，在很宽的传播角度范围。不稳定模的波数接近离子惯性尺度，不稳定性首次出现的径向距离约为1AU。然而，我们没有发现任何不稳定性驱动的共振波与超热strahl电子的相互作用。相反，观察到的不稳定性是由电子和离子核心之间的相对漂移触发的，而电子和离子核心之间的相对漂移是在太阳风框架（离子框架）中保持零电流所必需的。相反的strahl分布模型的移动麦克斯韦，电子strahl作为动力学方程的解决方案是稳定的。我们的结果是一致的，与以前的研究的基础上更严格的解决方案的电子strahl。
2021-10-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Magnetic helicity signature and its role in regulating magnetic energy spectra and proton temperatures in the solar wind
在以前的论文中，我们发现质子温度与太阳风中的质子尺度湍流有明显的联系，磁螺旋度信号似乎是这种联系的一个重要指标。本文根据15年的现场观测，进一步研究了太阳风湍流的磁螺旋度及其对磁能谱和质子温度的调节作用。结果表明，在$0.3 \lesssim kρ_p \lesssim 1$尺度下，螺旋度特征在太阳风湍流中非常普遍，其中$k$是波数，$ρ_p$是质子回旋半径。螺旋度的符号大多为正，表明湍流的右旋偏振占主导地位。当$kρ_p$和$β_{{\parallel}p}$小于1时，螺旋度大小通常随$k$和$β_{{\parallel}p}$（质子平行β）增加。随着螺旋度的增加，能谱的功率指数变得更负，质子温度$T_{{\perp}p}$和$T_{{\parallel}p}$显著上升，其中$T_{{\perp}p}$和$T_{{\parallel}p}$是相对于背景磁场的垂直和平行温度。特别地，当满足$β_{{\parallel}p} < 1$时，$T_{{\perp}p}$的上升比$T_{{\parallel}p}$快。$T_{{\perp}p}$随螺旋度幅值的快速上升可以解释为动力阿尔文波（KAW）湍流优先垂直加热太阳风质子的结果。
2020-09-09 physics.space-ph
Solar wind turbulent cascade from MHD to sub-ion scales: large-size 3D hybrid particle-in-cell simulations
采用大尺寸三维混合粒子模拟方法研究了无碰撞等离子体中从流体尺度到动力学尺度的湍流级联的光谱特性。最初各向同性的Alfvènic波动迅速发展成强烈的各向异性湍流级联，主要是在垂直于环境磁场的方向上。全方位磁场谱在近二十年的波数中表现出双幂律行为，在大尺度上具有Kolmogorov指数，在离子尺度附近出现谱断裂，在亚离子尺度上出现陡峭化。在磁流体动力学（MHD）和动力学尺度下，在离子体速度、密度和电场的谱中也观察到幂律。尽管复杂的结构，全向光谱的所有字段在离子和子离子尺度是显着的定量协议与那些具有类似的物理参数的二维（2D）模拟。这提供了动力学尺度下2D近似的部分后验验证。相反，在MHD尺度下，密度和速度（以及电场）的谱在2D和3D情况下表现出差异。虽然它们可以部分归因于较低的空间分辨率，但主要原因可能是在完整的几何形状中可压缩效应的更大重要性。我们的研究结果也与太阳风观测结果在数量上非常吻合。
2017-11-07 astro-ph.SR physics.space-ph
Empirical Constraints on Proton and Electron Heating in the Fast Solar Wind
我们分析了在高速太阳风中测得的质子和电子温度，以计算质子和电子的热沉积率。与日球层的其他区域相比，快速太阳风具有最低的密度和最不频繁的库仑碰撞。这使得快速风的等离子体湍流耗散的无碰撞动力学过程的研究的最佳试验场。收集了来自太阳神和太阳系等离子体仪器的数据，以确定0.29和5.4天文单位之间的温度和电子热传导通量的平均径向趋势。导出的加热速率专门适用于这些平均等离子体特性，而不适用于平均值周围的整个测量值范围。我们发现，质子接收到的等离子体加热约占内日球层等离子体加热总量的60%，而这一比例在木星轨道上增加到约80%。一个主要的因素影响的不确定性，在这部分是在测量的径向梯度的电子热传导通量的不确定性。经验得出的质子和电子之间的热量分配是在粗略的协议从线性伏拉索夫波阻尼模型的理论预测。对于一个模型化的功率谱组成的Alfvenic波动，最好的协议被发现的波数矢量的分布，随着距离的增加，朝着各向同性发展。
2009-07-15 astro-ph.SR physics.space-ph
Kappa-Maxwellian electrons and Bi-Maxwellian protons in a two-fluid model for fast solar wind
基于动力学理论的快速太阳风模拟是科学家们的一项重要任务。本文提出了一个具有各向异性Kappa Maxwell电子和双Maxwell质子的快太阳风双流体模型。模拟中考虑了等离子体粒子与低频阿尔文波之间的能量交换。应用Vlasov方程的零阶至四阶矩和修正的电磁麦克斯韦方程组，导出了一组十一个耦合方程。Kappa分布的一个特征（由$κ$指数表示）在电子热通量的平行分量（平行于环境磁场线）的方程中是明确的，并且由于分布的不同性质而不同于为质子热通量导出的方程。在大的$κ$指数范围内，双流体模型的方程趋于麦克斯韦分布方程。利用Crank-Nicolson迭代方法，对快速太阳风条件下的耦合方程进行了数值求解。结果表明，在距太阳（0.3 - 1）AU处，电子密度、温度分量和热通量分量均服从幂律行为。我们还表明，在地球附近，流速（电子或质子）随着$κ$的减小而增加。我们的结论是，应用小的$κ$指数（非麦克斯韦分布），太阳大气的非凡性质，其温度为几百万开尔文的电子温度，已被捕获。
2019-08-24 astro-ph.SR physics.space-ph
