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
Critical comparison of collisionless fluid models: Nonlinear simulations of parallel firehose instability
比较了两种不同的无碰撞等离子体流体模型。一种是基于经典的Chew-Goldberger-Low（CGL）模型，该模型包括有限的Larmor半径（FLR）校正和纵向模式的Landau封闭。另一种模型考虑了朗道共振和回旋共振的影响，称为回旋共振闭合模型（CRC）。虽然CGL模型更好地描述了平行消防水龙带不稳定性的线性特性，但由回旋共振驱动的电磁离子回旋不稳定性仅由CRC模型再现。并讨论了两种模型对并联水龙带失稳的非线性模拟结果。虽然线性和准线性各向同性阶段是一致的理论在这两个模型中，长期的行为可能有很大的不同。由CRC模型得到的最终状态可以用边际稳定条件来合理地理解。相比之下，CGL模型中缺乏回旋阻尼，使得用简单的物理参数预测长期行为变得相当困难。这表明，将无碰撞阻尼的纵向和横向模式是至关重要的非线性流体模拟模型的无碰撞等离子体。
2021-12-24 physics.plasm-ph
Comparing the counter-beaming and temperature anisotropy driven aperiodic electron firehose instabilities in collisionless plasma environments
电子消防管不稳定性是研究最多的动力学不稳定性之一，特别是在空间等离子体中，其动力学主要由无碰撞的波粒相互作用控制。本文对由各向异性温度和电子反束布居数激发的非周期电子水龙带不稳定性进行了比较分析。两个对称的反束提供了类似于单个（非漂移）布居的温度各向异性的有效动力学各向异性，其中沿磁场方向的温度大于垂直方向的温度。因此，反束流等离子体容易受到类似消防软管的不稳定性（FIs），平行和倾斜的分支。在这里，我们专注于倾斜的光束FI，这也是非周期性的自由能时，对称的反光束提供。研究结果表明，当漂移或聚束速度（$U$）不超过热速度（$α$）时，在相同的波数区间和相同的倾斜角度范围内（相对于磁场方向），存在非周期性聚束，但反聚束聚束.然而，对于$U/α> 1$，还预测了另一种静电双流不稳定性（ETSI），其增长率可能高于CBFI，并且在这种情况下可能主导动力学。
2022-09-01 physics.plasm-ph
Adaptive critical balance and firehose instability in an expanding, turbulent, collisionless plasma
使用混合动力学粒子模拟，我们研究了膨胀的，无碰撞的，磁化等离子体中的强Alfvénic湍流持续驱动的演变。由等离子体膨胀产生的温度各向异性（以及随之而来的平均磁场强度的降低）逐渐降低了场线的有效弹性，导致Alfvénic波动的线性频率和剩余能量的降低。作为响应，这些波动修改它们的相互作用和空间各向异性，以保持它们的特征线性和非线性频率之间的逐尺度“临界平衡”。最终等离子体变得不稳定，动力学消防水龙带不稳定性，激发快速增长的离子拉莫尔尺度的磁波动。随之而来的粒子的俯仰角散射保持边缘稳定附近的温度各向异性，即使作为湍流等离子体继续扩大。由此产生的平行和垂直温度的演变不满足双绝热守恒定律，但准确地描述了一个简单的模型，包括异常散射。我们的研究结果有影响，了解各种热，稀，天体物理等离子体中的宏观和微观尺度物理之间的复杂相互作用，并提供有关功率谱，剩余能量，离子拉莫尔尺度的光谱断裂，和非麦克斯韦功能的离子分布函数，可以通过在高β地区的太阳风的测量进行测试的预测。
2021-11-12 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
On the distribution function of suprathermal particles at collisionless shocks
在空间等离子体中经常观察到粒子分布偏离麦克斯韦分布。这些非麦克斯韦分布是不处于热平衡的等离子体的典型分布，可以用$κ$分布来模拟。准平行无碰撞激波的动力学模拟表明，质子分布是热、超热和非热部分的复合。通过使用粒子在细胞冲击模拟，我们表明，$κ$ -分布充分适合热和超热的部分在一起，作为一个单一的连续分布在早期质子谱。我们从非广延统计力学的广义熵直接导出了超热质子分布，并证明了热粒子和超热粒子都自然地嵌入到$κ$分布中.我们发现，指数$κ$的分布增加，从冲击的距离，在超热部分减少。非平衡等离子体分布在重整激波屏障处连续地富集有超热粒子，在远下游达到热平衡。在那里，超热部分完全消失，质子分布的形状变成麦克斯韦分布，直接出现幂律。
2021-08-20 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Formation of Suprathermal Electron Populations in the Expanding, Turbulent Solar Wind
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Royal Belgian Institute for Space Aeronomy（比利时皇家空间气物理研究所）；Royal Observatory of Belgium（比利时皇家天文台）；Université Catholique de Louvain（天主教鲁汶大学）
通过首次全动力学粒子模拟，研究太阳风膨胀和阿尔文湍流如何共同产生并调控超热电子群，发现平行方向优先形成幂律尾，且火管不稳定性无法抑制。
2026-06-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Numerical simulations of temperature anisotropy instabilities stimulated by suprathermal protons
本文利用混合模拟研究超热质子对EMIC和PFH温度各向异性不稳定性的激发作用，证实其可增强波能并加速各向异性弛豫。
2024-09-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Physics of relativistic collisionless shocks: III The suprathermal particles
在这一系列的第三篇论文中，我们讨论了非磁化的相对论无碰撞对激波的前体中加速粒子的总体物理。特别地，我们提供了它们在自生电磁湍流中的散射长度$l_{scatt}(p)$的理论估计，以及它们的分布函数的估计。我们得到了$l_{scatt}(p) \simeq (γ_p /ε_B)(p/γ_{\infty} mc)^2 (c/ω_p)$，其中p为激波阵面静止坐标系中的粒子动量，$ε_B$为微湍流的强度参数，$γ_p$为背景等离子体相对于激波阵面的洛伦兹因子，$γ_{\infty}$为背景等离子体在前兆外的渐近值。我们比较这种散射长度的大规模PIC模拟，并找到良好的协议的各种依赖关系。
2019-07-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Pressure-anisotropy-driven microturbulence and magnetic-field evolution in shearing, collisionless plasma
研究了高β无碰撞等离子体的非线性状态，当施加线性剪切放大或减小均匀磁场时，驱动压力各向异性，从而导致水龙带/镜不稳定性。所产生的微尺度湍流的演变被认为是剪切关闭或逆转后，一个剪切时间（模仿本地行为的宏观流），所以一个新的宏观配置叠加在微尺度状态留下的前一个。存在等离子体β的阈值：当$β\llΩ/S$（离子回旋频率/剪切速率）时，与剪切时间相比，由剪切驱动的不稳定的消防管/镜波动的出现以及当剪切被移除/反转时它们的消失是准瞬时的，即，这些波动的衰减时间是$\simβ/Ω\ll 1/S$（该结果是由波动的自由衰减得到的，该波动的自由衰减受到与其增长相同的边缘稳定性阈值的约束）。相反，当$β\gtrsimΩ/S$（"超高" β）时，旧的微尺度状态只能在剪切时间尺度上被去除。在这种制度下，驱动消防水龙带波动增长长期订单单位振幅，补偿平均场的衰减，因此钉扎压力各向异性在边缘稳定性没有明显的粒子散射-这是不像发生在中度$β$。当剪切反向时，这种消防水龙带湍流的剪切补偿了平均场的增加，从而防止了压力各向异性的增长，阻止了系统的镜像不稳定。因此，在超高β下，系统保持接近消防阀值，镜像不稳定性在很大程度上被抑制，而平均磁能几乎没有变化。等离子发电机的影响，从而宇宙磁性的起源进行了讨论。
2015-12-26 astro-ph.CO astro-ph.HE nlin.CD
Synchrotron Firehose Instability
我们表明，使用线性理论和粒子在细胞（PIC）的模拟，同步加速器冷却无碰撞等离子体获得压力各向异性，如果等离子体β是足够高的，变得不稳定的消防水龙带不稳定性，在一个过程中，我们称之为同步加速器消防水龙带不稳定性（SFHI）。SFHI将来自辐射相对论电子（和/或正电子）的压力各向异性的自由能引导到小振幅的动力学尺度磁场波动中，该磁场波动使粒子俯仰角散射，并使等离子体处于边缘不稳定的近热状态。PIC模拟揭示了一个非线性的周期性演变的消防水管爆裂穿插期间的稳定冷却。我们比较了电子-正电子和电子-离子等离子体的SFHI。作为电子发射管磁场波动增长的副产品，磁化离子获得与电子相反的压力各向异性。如果这些离子是相对热的，我们发现，他们也经历冷却由于碰撞与电子的热耦合，我们认为这是介导的二次离子回旋不稳定性。我们认为，SFHI可能会被激活，在一些天体物理的情况下，如从黑洞吸积流和相对论性喷流，其中重新分配的高能电子从低到高的俯仰角可能会导致辐射的瞬时爆发的喷出物。
2022-10-30 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Mixing the solar wind proton and electron scales. Theory and 2D-PIC simulations of firehose instability
火管不稳定性（FIs）在许多天体物理学应用中被引用。特别感兴趣的是在弱碰撞甚至无碰撞等离子体中的动力学表现，这些不稳定性预计将有助于宏观参数的演变。相对最近的研究已经开始了一个现实的描述FI，诱导的相互作用的两个物种，电子和质子，占主导地位的太阳风等离子体。这项工作补充了现有的知识，从线性理论和2D PIC模拟的第一次披露的新见解，确定了不稳定阈值附近增长最快的模式及其对各向异性分布的长期影响。因此，与以前的设置不同，这些条件有利于那些非周期性的分支，这些分支倾斜地传播到均匀的磁场，（最大）增长率高于周期性的，准平行模式。一般来说，理论预测得到了模拟的证实。非周期电子FI（α-π）不受质子各向异性的影响，并在低水平波动时迅速饱和。关于质子尺度的水龙带不稳定性，我们看到周期性和非周期性分支之间的竞争更强。对于我们分析中选择的参数，a-PFI比p-PFI先激发，后者达到显著更高的波动功率。然而，这两个分支显着增强的各向异性电子的存在。EFI和PFI之间的相互作用也产生了更明显的质子各向同性。
2022-05-04 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Heat-flux Instabilities of Regularized Kappa Distributed Strahl Electrons Resolved with ALPS
本文利用正则化Kappa分布刻画电子strahl，并通过ALPS求解器研究太阳风中的whistler和firehose热流不稳定性，揭示了理想化Maxwellian和标准Kappa模型在评估不稳定性效应方面的偏差。
2025-07-03 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
On the role of solar wind expansion as a source of whistler waves: scattering of suprathermal electrons and heat flux regulation in the inner heliosphere
使用EB-iPic 3D程序研究了太阳风膨胀在产生哨声波中的作用，该程序在全动力学半隐式方法中自洽地模拟了太阳风膨胀。模拟初始化的电子速度分布函数建模后，帕克太阳探测器的观测在其第一近日点在0.166 AU，包括一个致密的核心和反向阳strahl。该分布函数相对于动力学不稳定性是初始稳定的。膨胀驱动太阳风进入连续的制度，哨声热通量的不稳定性被触发。这些不稳定性产生的向日哨声波最初的特点主要是斜传播相对于行星际磁场。激发波通过共振散射过程与电子相互作用。结果，strahl俯仰角分布变宽，其漂移速度减小。Strahl电子在垂直于磁场的方向上散射，形成电子晕。在稍后的阶段，共振电子消防管不稳定性被触发，并进一步影响电子温度各向异性的太阳风扩大。波粒相互作用过程伴随着太阳风热通量的大幅减少。模拟的哨声波在波的频率，振幅和传播角度方面与观测定性一致。我们的工作对太阳风中斜向和平行哨声波的观测结果提出了一种解释。我们的结论是，太阳风膨胀时，必须考虑到试图解释在不同的日心距离的动力学过程。
2021-07-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
On the parallel and oblique firehose instability in fluid models
从流体的角度对质子平行和倾斜的水龙带不稳定性进行了简要的分析，并将结果与WHAMP代码获得的动力学理论解进行了比较。结果表明，经典的CGL模型非常准确地描述了这些不稳定性在足够长的空间尺度（小波数）的增长率。在小空间尺度（高波数）的这些不稳定性所需的稳定性自然需要色散效应和稳定是由于霍尔项和有限拉莫尔半径（FLR）的压力张量的修正。即使稳定是不完全准确的，因为在小的空间尺度上一个相对较强的无碰撞阻尼生效，我们发现，这些不稳定性的最大增长率和稳定的主要概念确实存在于流体的描述。然而，有差异，是相当明显的，当接近消防阀和澄清不同的配置文件为边缘稳定的状态与规定的最大增长率$γ_{max}$在这里考虑的简单流体模型和动力学描述。
2017-03-18 physics.plasm-ph
Electron-acoustic solitary waves in the presence of a suprathermal electron component
本文研究了无碰撞非磁化等离子体中电声局域结构的非线性动力学，等离子体由“冷”惯性电子、具有κ分布的“热”电子和静止离子组成。因此，无惯性热电子分布具有长尾超热（非麦克斯韦）形式。本文导出了线性电声波的色散关系。它们显示出电荷屏蔽机制对过量超热性（通过κ）的强烈依赖性。采用非线性赝势方法研究了定常轮廓孤波的发生，重点研究了它们的特征如何依赖于谱指数κ以及热-冷电子温度和密度比。只有负极性孤立波被发现存在，在一个参数区域，这变得越来越窄，偏离麦克斯韦（超热）的增加，而孤子振幅在固定的孤子速度增加。然而，对于真实马赫数的恒定值，振幅随着κ的减小而减小。
2011-07-26 astro-ph.SR nlin.PS physics.plasm-ph
Fluctuation Dynamo in a Collisionless, Weakly Magnetized Plasma
本文给出了无碰撞、弱磁化等离子体中涨落发电机的数值研究结果。这个发电机和它的磁流体动力学（MHD）对应物之间的关键区别是由一个弱种子场的放大磁场对齐的压力各向异性的绝热生产。这反过来又驱动了离子拉莫尔尺度上的动力学不稳定性-也就是消防管和镜子-切断了热压力和磁压力之间的绝热联系，从而允许发电机继续运转。在由这些不稳定性驱动的快速增长的初始阶段之后，磁能呈指数增长，并表现出在电阻标度附近达到峰值的$k^{3/2}$谱，类似于大磁普朗特数（$\mathrm{Pm}\gg{1}$）MHD发电机。磁场自组织成一个折叠的片状拓扑结构，方向反转的电阻规模和磁场线弯曲的平行规模的流动。有效的$\mathrm{Pm}$取决于离子拉莫尔标度是高于还是低于场反转标度：在前一种情况下，粒子经历玻姆样扩散;在后一种情况下，粒子主要散射离开位于磁褶皱末端的消防水管波动，粘度变得各向异性。磁场最终在动力学强度下饱和，其谱峰向更大尺度迁移。这个特征，加上磁场强度和磁力线曲率的反相关性，以及磁片逐渐变薄成带状，类似于大型$\mathrm{Pm}$发电机的饱和状态，主要区别体现在消防水管/镜像不稳定区域。这些结果对磁场在弱碰撞的星系团内介质中的增长具有一定的意义。
2018-07-27 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electrostatic solitary waves in an electron-positron pair plasma with suprathermal electrons
研究了由绝热冷电子、移动冷正电子（或电子空穴）、热超热电子（由$κ$分布描述）和静止离子组成的无碰撞正负电子对等离子体中静电孤波的非线性传播.导出的静电波的线性色散关系表明，在适当的参数范围内，正电子的物理条件对相速度的依赖性很弱。Sagdeev的赝势方法被用来获得静电孤波结构的存在，重点是它们的特性如何依赖于正电子和超热电子的物理条件。发现在不同的马赫数范围内都存在正、负极性静电孤波。由于正电子只占总数密度的一小部分，它们对存在域的影响很小。然而，在固定的孤子速度下，正电子可以显著地改变波势。结果表明，在真实马赫数一定的情况下，增大电子超热性（降低$κ$），可以大大提高正电势。研究发现，在成对等离子体中，当存在超热电子时，一部分正电子维持正极性静电孤波的产生。
2017-10-26 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Electron beam-plasma interaction in a dusty plasma with excess suprathermal electrons
研究了电子束穿透非磁化、无碰撞双温尘埃等离子体中大振幅电声孤立子结构的存在性。利用非线性赝势方法研究了定常孤波的产生，讨论了它们与电子束和尘埃扰动的参量关系。
2011-08-23 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.plasm-ph
Propagation of Electron-Acoustic Waves in a Plasma with Suprathermal Electrons
电子声波发生在空间和实验室等离子体中，其中存在两种不同的电子群体，即冷电子和热电子。观测结果表明，热电子分布往往具有长尾超热（非麦克斯韦）的形式。本研究的目的是探讨如何不同的等离子体参数修改的电声结构。本文研究了由冷惯性电子、热超热电子和可动离子组成的无碰撞非磁化等离子体中的电子声波。首先，我们从一个冷的单流体模型开始，我们将其扩展到一个热模型，包括电子热压力。最后，在双流体模型中考虑了离子的惯性。电子声波的线性色散关系描绘了一个强烈的依赖性的电荷屏蔽机制上过量的超热。采用非线性赝势方法研究了电声孤波的存在性，并确定了电声孤波的特征与等离子体参数的关系。结果表明，热压对电声孤波有很大的影响。在单流体模型中，只有负极性波存在，随着偏离麦克斯韦方程的增加，负极性波变窄，而在固定孤子速度下的波幅增加。然而，对于恒定的真实马赫数值，振幅随着超温性的增加而减小。研究还发现，离子惯性在超声速域中的作用是微不足道的，但它是重要的，以支持正极性波在亚音速域。
2017-10-20 physics.plasm-ph physics.space-ph
Thermodynamics and collisionality in firehose-susceptible high-$β$ plasmas
利用解析理论和混合粒子模拟，研究了高$β$等离子体火管不稳定性的饱和机制，发现三种热力学状态，并新识别出能支持Alfvén波湍流的“支持Alfvén波”状态，对理解太阳风等天体物理等离子体至关重要。
2025-07-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic collisionless model of the solar transition region and corona with spatially intermittent heating
LIRA, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris-Cité, France（巴黎天文台，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎 Cité 大学）
该研究通过间歇性加热模型解释太阳色球层与日冕的温度倒置现象，无需局部加热。
2025-10-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Spontaneous Magnetic Fluctuations and Collisionless Regulation of Turbulence in the Earth's Magnetotail
在实验室、空间和天体物理学等离子体物理中，最基本和最具挑战性的问题是理解几乎无碰撞的等离子体向准稳态的弛豫过程，以及电磁等离子体湍流的合成状态。最近，有人认为，太阳风等离子体$β$和温度各向异性观测可能受到动力学不稳定性的调节，如离子回旋，镜，电子回旋和消防水龙带不稳定性;磁波动观测与波动耗散定理的预测是一致的，甚至远低于动力学不稳定性阈值。在这里，使用原位磁场和等离子体测量的THEMIS卫星任务，我们表明，这种调节似乎也发生在地球的磁尾等离子体片的离子和电子尺度。不管太阳风和磁尾环境之间的明显差异，我们的研究结果表明，自发波动和它们的无碰撞调节是空间和天体物理等离子体的基本特征，从而表明该过程是普遍的。
2021-10-26 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Temperature Isotropization in Solar Flare Plasmas due to the Electron Firehose Instability
利用PIC程序研究了具有电子温度各向异性的无碰撞等离子体（$T_\| ^e\gg T_\perp^e$，$\|$和$\perp$相对于背景磁场）和各向同性质子的各向同性化过程.限制波的增长主要是平行于外部磁场，各向同性机制被确定为电子不稳定性（EFIRST）。电子中的自由能首先通过非共振相互作用转化为左旋圆偏振的横向低频波。快速电子可以通过回旋共振散射到更高的垂直速度，最终导致速度分布的完全各向同性。在不稳定性的该阶段期间，生成朗缪尔波，其可导致无线电波的发射。大部分质子与左旋极化电磁波共振，产生质子温度各向异性$T_\|^p < T_\perp^p$。模拟等离子体的参数选择兼容的太阳耀斑的条件。结果表明，这一机制的意义在粒子加速的背景下：限制的电子速度分布的各向异性，从而提供了进一步加速的必要条件。它增强了电子的俯仰角并加热了离子。
2001-11-15 astro-ph physics.plasm-ph
Physics of relativistic collisionless shocks: The scattering center frame
在这一系列的第一篇论文致力于非磁化，相对论性无碰撞对冲击的微观物理，我们讨论的韦伯型横向电流偏转不稳定性（CFI）的物理发展的冲击前兆，通过一个超相对论性超热粒子束与背景等离子体的相互作用。我们特别介绍的概念“韦伯框架”，或散射中心框架，其中的微湍流主要是磁性的性质。我们计算这个框架的属性，首先使用动力学制剂的线性阶段的不稳定性，依赖于麦克斯韦-Jüttner分布函数，然后使用准静态模型的非线性阶段的不稳定性。这两种方法都表明：（i）韦伯坐标系相对于背景等离子体以亚相对论速度运动，因此相对于激波阵面以相对论速度运动;（ii）韦伯坐标系相对于背景等离子体的速度与$ξ_{\rm b}$成比例，即，的压力的超热粒子束的动量通量密度进入冲击的单位;及（iii），韦伯帧移动略低于背景等离子体相对于冲击波前。我们的理论结果被发现是在专用的大规模2D 3V PIC模拟进行的测量满意的协议。
2019-07-25 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron Firehose Instabilities in High-$β$ ICM shocks
通过反射和冲击漂移加速（SDA）实现的电子预加速是无碰撞冲击中非热电子扩散冲击加速（DSA）的关键。以前的研究表明，在高$β$（$β=P_{\rm gas}/P_{\rm B}$）的团内介质（ICM）中的弱准垂直（$Q_\perp$）激波中，由于SDA反射电子引起的温度各向异性可以驱动电子消防管不稳定性，从而在激波足中激发斜向非传播波。本文通过线性分析和粒子模拟研究了$β\sim100$ ICM等离子体中电子温度各向异性（ETAFI）和漂移电子束（EBFI）驱动的水龙带不稳定性。EBFI应该是更相关的描述上游波的自激在$Q_\perp$冲击，因为回流电子在冲击脚的行为更像一个电子束，而不是各向异性双麦克斯韦人口。我们发现，这两种不稳定性的基本属性，如增长率，$γ$，和波数的快速增长的斜模式是相似的ICM环境中，有一个例外，而由ETAFI激发的波是非传播的（$ω_r=0$），由EBFI激发的有一个非零频率（$ω_r\neq0$）。但是，使用$ω_r<γ$时，频率较小。因此，我们的结论是，以前的研究的上游波的性质的基础上ETAFI的解释仍然有效的$Q_\perp$ -冲击的ICM。
2019-12-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Suppression of inverse magnetic energy transfer in collisionless marginally magnetized plasmas
本研究通过模拟与理论分析发现，无碰撞等离子体中压力各向异性驱动的不稳定性会抑制磁能逆传输，该过程受磁化程度影响，为理解宇宙磁生成中种子磁场的演化提供了动力学机制解释。
2025-10-02 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electron beam-plasma interaction and electron-acoustic solitary waves in a plasma with suprathermal electrons
超热电子和惯性漂移电子，即所谓的电子束，是在多种天体物理等离子体中观测到的静电孤波非线性动力学的关键。本文研究了由冷的惯性背景电子、热的超热电子（用$κ$型分布模型模拟）和静止离子组成的无碰撞非磁化等离子体中电声孤波的传播。等离子体被冷电子束组件穿透。一个线性色散关系推导出描述小振幅波的结构，显示出弱的依赖性的电子束速度和密度的相速度。采用Sagdeev型赝势方法得到了大振幅孤立波的存在域，并研究了它们的非线性结构与电子束的运动学和物理性质以及超热电子的超热性（用$κ$描述）的关系.结果表明，电子束对电声孤波有很大的影响，但在该模型中只产生负极性的电声孤波。当电子束与孤波共同传播时，孤波的存在范围（马赫数范围）随着电子束速度和束-热电子温度比的增大而变窄（几乎为零），而在高超温区（低$κ$）随着束-冷电子密度比的减小而变窄。结果表明，对于同向传播的孤波，随着束速和束-冷电子密度比的增大，电势幅值显著减小，而随着束-热电子温度比的增大，电势幅值略有减小.
2018-04-18 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Non-linear collisionless damping of Weibel turbulence in relativistic blast waves
在弱磁化无碰撞冲击波的物理学中，韦伯/双折射不稳定性起着关键的作用。从高能天体物理学的角度来看，这种不稳定性也起着至关重要的作用，因为它在激波前兆中的发展使下游充满了小尺度的静磁湍流，这种湍流形成了超热粒子的加速和辐射过程。本工作讨论了相对论性无碰撞冲击波的韦伯产生的湍流下游的耗散的物理。它明确地计算与粒子轨迹的扩散性质相关的一阶非线性项。这些修正被发现系统地增加阻尼率，假设散射长度保持大于磁波动的相干长度。这种校正的相关性进行了讨论，在更广泛的天体物理学的角度来看，特别是关于物理学的外部相对论性冲击波的伽马射线暴。
2014-10-01 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Modeling complex plasma instabilities in space plasmas - Three-component electron formalism of heat-flux instabilities
Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）；KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Comisión Chilena de Energía Nuclear（智利核能委员会）；Universidad Andres Bello（安德烈斯贝略大学）；University of Maria Curie-Skłodowska（玛丽亚·居里-斯克沃多夫斯卡大学）
本文研究了空间等离子体中热流不稳定性，通过三组分电子模型揭示了等离子体不稳定性机制，展示了三组分模型在热流不稳定性分析中的有效性。
2026-04-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Parallel Collisionless Shocks in strongly Magnetized Electron-Ion Plasma. I. Temperature anisotropies
Perimeter Institute for Theoretical Physics（Perimeter理论物理研究所）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；University of Arizona（亚利桑那大学）
本研究利用PIC模拟探究强磁化等离子体中平行无碰撞电子-离子激波的特性，揭示了不同磁化强度下激波的压缩比、不稳定性、粒子加速及温度演化规律，明确其与标准MHD行为的偏差。
2025-09-02 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Electron heat flux in the near-Sun environment
我们调查了帕克太阳探测器（PSP）在日心距离为0.125-0.25 AU的近太阳环境中观测到的电子热通量。我们利用测量的太阳风电子阿尔法和质子和场实验计算的太阳风电子热通量和它的组件，并将这些在上下文中。PSP观测揭示了太阳附近电子热通量特征的一些趋势。热通量的大小与太阳风的速度呈负相关，这可能是由于高速风中的饱和热通量较低。当除以饱和热通量时，所得到的归一化净热通量在所有PSP轨道上与等离子体β相关，这与无碰撞热通量调节机制的操作一致。净热通量在日光层电流片附近的非常高的β区域也会减少，但在大多数这种类型的情况下，全向超热电子通量保持在相当的水平，甚至增加，似乎与太阳断开不一致。测得的热通量值似乎与主要由太阳附近的碰撞机制规定的不一致。相反，所观察到的热通量依赖于等离子体β和超热电子参数的分布都与理论上的不稳定阈值与斜哨声和磁声模式是一致的。
2020-10-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Multi-point Assessment of the Kinematics of Shocks (MAKOS): A Heliophysics Mission Concept Study
针对无碰撞激波能量转换的未解问题，提出MAKOS多点观测任务概念，以测量激波上下游及过渡层的等离子体、高能粒子和场波动，揭示不同激波方向和驱动条件下的能量分配机制。
2023-06-08 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Electron temperature anisotropy in an expanding plasma: Particle-in-Cell simulations
我们进行完全动力学粒子在细胞模拟的热等离子体，在一个圆柱形的几何形状径向膨胀。本文的目的是研究在无碰撞恒星风中发现的膨胀等离子体流中电子温度各向异性的随之而来的发展。动力学等离子体理论和模拟表明，电子温度各向异性是由电磁动力学不稳定性驱动的波动控制的。在这项研究中，温度各向异性是由膨胀自洽驱动的。虽然膨胀有利于平行各向异性（$T_\parallel>T_\perp$）的增加，消防水龙带不稳定性的发病将趋于减少it. We显示的结果为超音速，亚音速，静态膨胀流，并建议可能的应用结果为太阳风和其他恒星风。
2010-02-11 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Kinetic Alfvén wave generation by velocity shear in collisionless plasmas
本文利用二维混合Vlasov-Maxwell（HVM）模拟方法研究了线偏振长波长Alfvén波在无碰撞磁化等离子体中的演化.未扰动的剪切流已经由HVM方程组的精确解表示（Malara { \it et al.}，E97，053212），这避免了由非平稳初始状态引起的并且不可避免地影响系统动态的寄生振荡。我们考虑了小振幅和中等振幅阿尔文波的演化，以便将线性波-剪切流耦合与动力学效应分开，后者与较大的波幅更相关。相混合产生的剪切流修改初始扰动，导致形成小尺度的横向波动的尺度与质子惯性长度。通过分析剪切区扰动的偏振和群速度，我们将其识别为动力学阿尔文波（KAWs）。在中等振幅运行，动力学效应扭曲的质子分布函数在剪切区。这导致形成质子束，以阿尔文速度并平行于磁场。这样一个特征，由于与KAWs相关的平行电场，与太阳风观测到的超热离子的种群相比是积极的，这表明它可能与离子尺度KAW-like波动的存在有关。
2020-03-20 physics.plasm-ph
Magnetic field amplification and evolution in turbulent collisionless MHD: an application to the ICM
ICM中观测到的磁场的放大和维持通常归因于湍流发电机作用。这通常是由采用碰撞MHD模型。然而，在ICM的离子碰撞之间的平均自由程的动力学尺度的顺序，因此需要一个无碰撞的MHD描述。与碰撞MHD模拟不同，我们的研究使用相对于局部磁场方向的各向异性等离子体压力，这使得等离子体在参数空间内发生无碰撞不稳定性。在所采用的模型中，这些不稳定性通过压力各向异性的弛豫项包含在海湾中，该弛豫项模拟了镜像和消防水龙带不稳定性的反馈。这种弛豫的作用是得到与无碰撞等离子体的经验研究相一致的等离子体分布函数。我们的三维数值模拟的强迫跨音速湍流的激励下的湍流ICM的建模进行了不同的初始值的磁场强度，和不同的压力各向异性的弛豫率。我们发现，在对应于ICM条件的高β等离子体制度，快速各向异性弛豫速率给出的结果是类似的碰撞MHD模型的湍流的统计特性而言。此外，种子磁场的放大，由于湍流发电机的行动是类似的碰撞MHD模型。我们的模拟不采用各向异性弛豫显着偏离碰撞MHD的结果，并显示更多的权力在小尺度的波动的密度和速度代表的结果的不稳定性。对于这些模拟，磁场中的大尺度波动大部分被抑制，并且湍流发电机在放大种子磁场方面失败。
2013-05-24 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Magnetogenesis in a collisionless plasma: from Weibel instability to turbulent dynamo
在完全动理学框架下，通过外部机械力研究未磁化等离子体中磁场的自洽产生与放大，揭示了 Weibel 不稳定性产生种子场并经涨落发电机放大至能量均分的过程，对星系团及星系际磁场起源有重要意义。
2023-07-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
A study of particle acceleration, heating, power deposition, and the damping length of kinetic Alfvén waves in non-Maxwellian coronal plasma
本文利用动力学等离子体理论和Vlasov-Maxwell模型，研究非麦克斯韦日冕等离子体中动力学阿尔文波对粒子的加速加热、功率沉积及阻尼长度，揭示超热粒子参数κ和温度比Te/Ti对能量输运距离的显著影响。
2024-12-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Temperature anisotropy instabilities of solar wind electrons with regularized Kappa-halos resolved with ALPS
本文利用ALPS数值求解器，针对太阳风电子温度各向异性引发的哨声和火蛇管不稳定性，首次采用正则化Kappa分布描述超热晕，实现了自洽建模，提高了结果置信度。
2025-04-22 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Ambipolar electric field and potential in the solar wind estimated from electron velocity distribution functions
太阳风从日冕逃逸，在短距离内加速到终极速度。与这种加速相关的能量平衡仍然知之甚少。为了量化全球静电对太阳风动力学的贡献，我们根据经验估计了双极电场（$\mathrm{E}_\parallel$）和电势（$Φ_\mathrm{r,\infty}$）。本文分析了帕克太阳探测器在近太阳太阳风中测量的电子速度分布函数（VDFs），在20.3\，$R_S$和85.3\，$R_S$之间。我们测试两个不同的太阳风模型的预测。靠近太阳时，VDF在向日的、与相空间的磁场对齐的部分中表现出超热电子赤字。我们认为，向阳亏损是一个残余的电子截止预测碰撞外逸层模型（Lemaire & Sherer 1970，1971，Jockers 1970）。该截止能量与$Φ_\mathrm{r,\infty}$直接相关。稳态电子逃逸模型（SERM）解决了太阳风中$\mathrm{E}_\parallel$和库仑碰撞的竞争效应（Scudder 2019）。在该模型中，电子相空间被分为碰撞过阻尼和欠阻尼区域。我们假设在小俯仰角时的边界速度与strahl折点能量一致，这使我们能够计算出$\mathrm{E}_\parallel$。所得到的$Φ_\mathrm{r,\infty}$和$\mathrm{E}_\parallel$与理论预期一致。它们随着径向距离的增加而减小，呈指数为$α_Φ= -0.66$和$α_\mathrm{…
2021-08-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Reconnection-induced electron energization in magnetospheric Kelvin-Helmholtz dynamics
Centre for mathematical Plasma Astrophysics, Department of Mathematics, KU Leuven（KU鲁汶大学数学系等离子体天体物理学中心）；Royal Belgian Institute for Space Aeronomy（比利时皇家空间气象学研究所）；Department of Physics, University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校物理系）；CNR-ISTP, Bari（意大利国家研究委员会等离子体科学与技术研究所）；Laboratoire Lagrange, Observatoire Côte d’Azur, CNRS（法国国家科学研究中心蔚蓝海岸天文台拉格朗日实验室）；LPC2E, CNRS, Université d’Orléans（奥尔良大学法国国家科学研究中心地球与行星化学实验室）
通过全动力学模拟研究磁层开尔文-亥姆霍兹不稳定性中重联电流片导致的局域电子能量化，发现电子各向异性加热和非热尾分布。
2026-07-27 physics.plasm-ph physics.space-ph
PIC Simulations of Velocity-Space Instabilities in a Decreasing Magnetic Field: Viscosity and Thermal Conduction
本文采用粒子模拟方法（PIC），模拟了背景磁场逐渐减小的无碰撞电子-离子等离子体，研究了速度-空间不稳定性对等离子体粘性加热和热传导的影响。如果$B$减小，则磁矩的绝热不变性引起具有$p_{||,j} > p_{\perp,j}$的压力各向异性（$p_{||,j}$和$p_{\perp,j}$表示平行于和垂直于磁场的物质$j$（$=i$或$e$）的压力）。线性理论表明，对于足够大的各向异性，可以触发不同的速度空间不稳定性。这些不稳定性，增长规模相当于电子和离子拉莫尔半径，原则上有能力俯仰角散射粒子，限制增长的各向异性。我们的PIC模拟集中在非线性，饱和制度的不稳定性。这是通过在等离子体中施加剪切而使磁场永久减小来实现的。结果表明，在$2 \lesssim β_j \lesssim 20$（$β_j \equiv 8πp_j/B^2$）区，离子和电子的饱和压力各向异性受斜离子流（OIF）和快磁声/哨声（FM/W）不稳定性的共同影响.这些不稳定性优先在离子拉莫尔半径尺度上增长，并使离子和电子压力各向异性几乎相等：$Δp_e/p_{||,e} \approx Δp_i/p_{||,i}$（其中$Δp_j=p_{\perp,j} - p_{||,j}$）。我们还通过直接计算电子沿平均磁场的平均自由程来量化等离子体的热传导，我们发现这强烈依赖于$B$是否减小或增加。我们的结果可以应用于低碰撞…
2018-02-26 astro-ph.HE physics.plasm-ph
