The relation between magnetic switchbacks and turbulence in the inner heliosphere
本研究通过分析磁场矢量增量和旋转分布，揭示了内日球层中磁开关随距离和尺度的演化规律，提出其演化主要由膨胀驱动的波动增长和太阳风湍流重塑所致。
2023-12-27 astro-ph.SR physics.space-ph
The Ion Transition Range of Solar Wind Turbulence in the Inner Heliosphere: Parker Solar Probe Observations
湍流光谱的缩放提供了一个关键的测量，允许区分不同的理论预测的湍流。在太阳风方面，这推动了利用各种轨道航天器的现场数据对这一问题进行大量研究。虽然在MHD和色散范围内的标度存在着一种共识，但在过渡范围内的精确标度和控制它的实际物理机制仍然是一个悬而未决的问题。利用帕克太阳探测器（PSP）的高分辨率资料，我们发现亚离子尺度（即，在频率f ~ [2，9] Hz处）遵循幂律谱f^a，其中谱指数a在-3和-5.7之间变化。我们的研究结果还表明，有一个趋势和反相关的谱斜率和功率振幅之间的MHD尺度，与以前的研究一致：更高的功率振幅陡峭的谱在亚离子尺度。陡峭的光谱和增加归一化的交叉螺旋度之间的反相关的类似趋势被发现，与以前的理论预测不平衡的太阳风。我们讨论了内日球层中太阳风湍流中离子跃迁范围的普遍性。
2021-01-25 astro-ph.SR physics.space-ph
Tracking a beam of electrons from the low solar corona into interplanetary space with the Low Frequency Array, Parker Solar Probe and 1 au spacecraft
III型射电暴是温和相对论性电子束从低日冕传播到日光层的等离子体发射的结果，如果它们与日光层航天器的位置对齐，最终可以在原地检测到。在这里，我们观察到一个III型射电爆发从0.1-16兆赫使用帕克太阳探测器（PSP）领域的射频频谱仪（RFS），并从20-80兆赫使用低频阵列（LOFAR）。该事件与任何可检测到的耀斑活动无关，但属于PSP遭遇2期间发生的持续III型噪声风暴的一部分。LOFAR射电源向三维空间的反投影表明，III型射电爆发源位于1.6-3 R $_\odot$的开放磁场上，起源于东经48 $^o$附近的近赤道活动区。结合PSP/RFS观测与风/波和立体声/波，我们重建的第三类射电源轨迹在日光层内部PSP的位置，假设黄道约束。随后在STEREO-A航天器上在兼容的时间原位检测到高能电子增强，尽管开始和持续时间表明单独的爆发有助于增强的一个子集。这项工作表明，日冕中相对小规模的通量出现可以导致电子束从低日冕注入日光层，而不需要强烈的太阳耀斑。这项研究还明确强调了地面和天基无线电观测相结合的互补性，特别是在PSP时代。
2022-09-11 astro-ph.SR physics.space-ph
Observations of heating along intermittent structures in the inner heliosphere from PSP data
1-au处的太阳风质子温度与小尺度间歇性磁结构有关，即，具有增强温度的区域与诸如电流片的相干结构相关联。使用帕克太阳探测器的数据，从第一次遇到，我们研究这种关联使用径向质子温度的测量，采用部分方差增量（PVI）技术来识别间歇性的磁结构。我们观察到，高PVI事件的概率密度函数有较高的中值温度比那些与较低的PVI，在空间中的PVI峰值的位置，也有增强的温度时，与类似的区域相比，这表明在年轻的太阳风的加热机制，这是与发展的非线性湍流级联。
2019-12-11 physics.plasm-ph physics.space-ph
Growth of Outward Propagating Fast-Magnetosonic/Whistler Waves in the Inner Heliosphere Observed by Parker Solar Probe
帕克太阳探测器（PSP）观测到内日球层的太阳风具有丰富的波动活动。离子或电子意义上的回旋波模式是最关键的波分量之一。然而，它们在靠近太阳的日光层内部的起源和演化仍然是个谜。具体地说，它仍然是未知的，无论是从太阳大气层或本征模增长本地由于等离子体的不稳定性发射的信号。为了解决这一争议，我们必须研究波模能量变化率的关键量。发展了一种测量等离子体波能量变化率的新技术，并将其应用于PSP测量波电磁场。在太阳风坐标系下给出波坡印廷通量，并指出波的性质是向外传播的快磁声波/哨声波模式，而不是向日传播的波。我们提供的第一个证据的增长的快磁声/哨声波模式在日光层内的波频率的实部和虚部的衍生光谱的基础上。能量变化率上升并在与电磁场功率谱密度的凸起相同的波数范围内保持在正水平，清楚地表明所观察到的快磁声波/哨声波正在局部增长到大幅度。
2021-09-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Predicting the Solar Wind at Parker Solar Probe Using an Empirically Driven MHD Model
自2018年8月12日发射以来，帕克太阳探测器（PSP）已经完成了绕太阳的第一次和第二次轨道，在每个近日点达到了35.7个太阳半径。在这种前所未有的距离令人兴奋的新数据的预期中，我们已经模拟了全球三维日光层使用MHD模型加上半经验日冕模型，使用最好的光球磁图作为输入。我们比较我们的日光层MHD模拟结果与现场测量沿PSP轨迹从其发射到完成的第二个轨道，特别强调的太阳风结构周围的前两个太阳能遇到。此外，我们还展示了我们对2019/09/01发生的第三个近日点的模型预测。MHD结果与PSP观测结果的比较为太阳风加速提供了新的认识。此外，PSP观测揭示了ADAPT-WSA预测在整个日光层内部工作的准确性。
2019-12-05 astro-ph.SR physics.space-ph
Enhanced proton parallel temperature inside patches of switchbacks in the inner heliosphere
折返是太阳风磁场中的离散角偏转，在整个日球层都可以观测到。帕克太阳探测器（PSP）最近的观测显示，在几小时到几天的尺度上，存在着由“更安静”的径向场隔开的“之”字形补丁。我们的目标是进一步诊断这些补丁的起源，使用质子温度各向异性的测量，可以照亮可能的联系，在太阳日冕的形成过程。我们将3D双麦克斯韦函数拟合到PSP机载SPAN-Ai仪器测量的质子速度分布的核心，以获得质子平行$T_{p,\|}$和垂直$T_{p,\perp}$温度。我们发现，补丁的存在突出的横向偏转的流动和磁场远离径向方向。这些偏转与$T_{p,\|}$的增强相关，而$T_{p,\perp}$保持相对恒定。补丁有时表现出小的质子和电子密度增强。我们的解释是，补丁不只是一组之字形，而是之字形嵌入在一个更大规模的结构，确定增强的$T_{p,\|}$，这是不同于周围的太阳风。我们认为，这些观察结果是一致的形成的重联相关的机制在日冕。
2020-10-20 astro-ph.SR physics.space-ph
Contextual Predictions for Parker Solar Probe II: Turbulence Properties and Taylor Hypothesis
帕克太阳探测器（PSP）的主要任务为期七年，包括24个轨道的太阳下降近日点，最终在最近的办法（$\sim 9.8~R_\odot$）。在这些轨道的过程中，PSP将通过广泛变化的条件，包括预期的大变化的湍流特性，如能量密度，相关尺度和交叉螺旋度。在这里，我们采用全球磁流体动力学模拟与自洽湍流传输和加热\citep{usmanov2018}预览可能的条件下，将遇到PSP，通过假设合适的边界条件在日冕底部。该代码演变大尺度参数-如速度，磁场和温度-以及湍流能量密度，交叉螺旋度和相关尺度。这些计算量为评估可从主模型输出导出的其他有用参数提供了基础。在这里，我们说明了一个这样的可能性，其中计算的湍流和大尺度参数被用来评估的准确性的泰勒“冻结”的假设沿PSP轨迹。除了预测PSP将遇到的湍流条件的直接目的外，随着观测与模拟数据比较的经验的积累，这种方法对后续观测的规划和解释将越来越有用。
2019-02-09 astro-ph.SR physics.space-ph
Anisotropy of Magnetic Field Spectra at Kinetic Scales of Solar Wind Turbulence as Revealed by Parker Solar Probe in the Inner Heliosphere
利用帕克太阳探测器在日光层内部采集的数据，我们研究了动力学尺度下磁场谱的功率和空间各向异性（即，亚离子尺度左右）在内日球层中的太阳风湍流中。我们发现，磁谱的强各向异性发生在动力学尺度上的最强功率在垂直于当地磁场的方向（形成一个角度θ_B的平均流速）。当θ_B角在90 ° ~ 180 °（或0 °）范围内变化时，磁谱的谱指数在-3.2 ~-5.8之间变化，表明在太阳风湍流中，谱指数在动力学尺度上具有很强的各向异性。使用诊断的基础上的磁螺旋度，我们表明，各向异性的光谱指数可以解释的等离子体模式进行级联在动力学尺度的性质。我们讨论了我们的研究结果，在现有的理论和目前的发展领域。
2022-03-20 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar-wind predictions for the Parker Solar Probe orbit
这项研究的范围是为帕克太阳探测器在2018-2025年任务阶段前所未有的距离降至9.86 Rs的太阳风环境建模。这项研究是在CGAUSS项目中进行的，该项目是德国对PSP任务的贡献，是PSP上WISPR成像仪的一部分。我们提出了一个经验的太阳风模型的内日球层，这是来自OMNI和Helios的数据。太阳黑子数（SSN）和它的预测被用来推导出太阳风参数对太阳活动的依赖关系，并预测PSP任务。太阳风的关键参数磁场强度，质子速度，密度和温度的频率分布，表示为对数正态函数，考虑速度分布的双分量形状。使用OMNI数据和来自两个Helios探测器的数据编译SSN的函数关系，参数的频率分布相对于太阳距离进行拟合。因此，一个经验的太阳风模型的内日光层，占太阳活动和太阳距离。包括SSN的预测和外推到PSP的近日点区域，使我们能够估计的太阳风环境PSP的计划轨迹在其任务期间。该经验模型给出了2018年PSP第一近日点在0.16 au：87 nT，340 km s-1，214 cm-3和503000 K时的估计太阳风值。PSP的第一个最近近日点，发生在2024年的0.046 au，估计为943 nT，290 km s-1，2951 cm-3和1930000 K。由于与现有观测相比，低于约20 Rs的模拟速度和温度值似乎过高估计，这表明PSP将按计划直接测量低于20 Rs的太阳风加速和加热过程。
2017-11-20 astro-ph.SR physics.space-ph
Magnetic Switchback Occurrence Rates in the Inner Heliosphere: Parker Solar Probe and 1 au
自2018年帕克太阳探测器（PSP）发射以来，被定义为磁场的大角度偏转或极性反转的“之字形”主题在空间物理学界引起了极大的兴趣。以前的研究以几种不同的方式描述了之字形，并且仅限于最初几个轨道的数据。在这里，我们分析了PSP的第一个完整的八个轨道的每单位距离之字形的发生频率。在这项工作中，被认为是之字形的事件，扭转了磁场的符号相对于区域平均水平。一个重要的发现是，发生率急剧下降接近太阳附近0.2 au（40 $R_\odot$），并从0.2 au向外缓慢上升。不同的磁场节奏和不同的局部平均环境场的分析是不同的，证实了结果的鲁棒性。我们讨论的机制之字形生成的影响。已经建立了一个公开的数据库，其中有已查明的逆转情况。
2022-02-09 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar wind energy flux observations in the inner heliosphere: First results from Parker Solar Probe
本文利用帕克太阳探测器（PSP）在最小日心距离为27.8太阳半径（$R_\odot{}$）的情况下，分别对遭遇一（E01）、二（E02）、四（E04）和五（E05）的近日点进行了12天的观测，研究了内日球层中的太阳风能量通量。基于通过RFS/FIELDS测量的等离子体准热噪声（QTN）谱的简化分析获得的电子参数（密度$n_e$、核心电子温度$T_{c}$和超热电子温度$T_{h}$）和通过PSP、SPC/SWEAP上的法拉第杯测量的体质子参数（体速度$V_p$和温度$T_p$），计算能量通量。结合E01、E02、E04和E05的观测，平均能通量值归一化为1 $R_\odot{}$加上克服太阳引力所需的能量（$W_{R_\odot{}}$）约为70 $\pm$ 14 $W m^{-2}$，与平均值相似（79 $\pm$ 18 $W m^{-2}$）由Le Chat等人根据Helios、Head和Wind在不同距离和太阳纬度上的24年观测结果得出。值得注意的是，$W_{R_\odot{}}$的分布几乎是对称的，并且很好地拟合高斯分布，比1 AU处的分布更好，这可能意味着较小的日心距离限制了与瞬态等离子体结构的相互作用。
2021-01-08 astro-ph.SR physics.space-ph
Taylor microscale and effective Reynolds number near the Sun from PSP
泰勒微尺度是湍流中的基本尺度，代表流体性质的结束和耗散过程的开始。泰勒微尺度也可以用来计算经典湍流理论中的雷诺数。虽然太阳风是弱碰撞，它近似表现为磁流体动力学（MHD）流体的尺度大于动力学尺度。因此，经典的流体湍流理论和形式主义往往被用来研究湍流的MHD范围。因此，泰勒微尺度可用于估计太阳风中的有效雷诺数。美国宇航局的帕克太阳探测器（PSP）已经比以前任何其他航天器都更接近太阳。收集到的数据揭示了近日太阳风的许多新发现。在这里，我们使用PSP数据来估计泰勒微尺度和有效雷诺数太阳附近。我们发现，泰勒微尺度和雷诺数是小的相比，相应的近地值，表明太阳风，已较少处理的湍流，非常小的规模耗散过程靠近太阳。
2022-05-27 astro-ph.SR physics.space-ph
The Stability of the Electron Strahl against the Oblique Fast-magnetosonic/Whistler Instability in the Inner Heliosphere
分析了电子散射在太阳风中随日心距变化的微观动力学稳定性。斜快磁声/哨声（FM/W）不稳定性已出现在文献中作为一个关键的候选机制的有效散射的电子strahl到电子晕人口。利用帕克太阳探测器（PSP）和太阳神的数据，我们比较了测量strahl性能与分析阈值的倾斜FM/W不稳定性在低和高$β_{\parallel c}$制度，其中$β_{\parallel c}$是核心平行的热压力的磁压力的比率。我们的PSP和Helios的数据表明，电子strahl是平均稳定的倾斜FM/W不稳定性的内日球层。我们的分析表明，不稳定性，如果有的话，只能偶尔激发和短时间尺度。我们讨论了我们的分析和潜在的替代解释观察到的散射电子strahl在太阳风的警告。此外，我们建议在未来的个人分布的稳定性的数值评估，以考虑任何不确定性的有效性的分析表达式的不稳定阈值。
2022-01-25 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Ion Scale Electromagnetic Waves in the Inner Heliosphere
了解太阳风和日冕中的物理过程，这些过程对加热、加速和耗散起着积极的作用，这是美国宇航局帕克太阳探测器（PSP）任务的主要目标。在离子尺度上对相干电磁波的观测表明，线性回旋共振和非线性过程在内日球层中是动态相关的。在PSP的第一个近日点遭遇相干波的小波统计研究表明，横向电磁波的离子共振尺度，在30-50\%的径向场间隔观察到的存在。测得的平均波振幅约为4 nT，而波事件的平均持续时间约为20秒;然而，长持续时间的波事件可以在小时长的时间尺度上不间断地存在。虽然离子尺度波在径向平均磁场的间隔期间优先观察到，我们表明，测量的限制，与单航天器采样的准平行波叠加各向异性湍流，使测量的准平行离子波谱不可观察时，平均磁场是倾斜的太阳风流;这些结果意味着相干离子尺度波的出现不限于径向场配置。特征波振幅和持续时间的强径向标度的缺乏表明波是通过等离子体不稳定性产生的{ \em{in-situ} }。此外，质子分布函数的观察表明，温度各向异性可能会驱动所观察到的离子尺度波。
2019-12-05 astro-ph.SR physics.space-ph
Anisotropic Magnetic Turbulence in the Inner Heliosphere -- Radial Evolution of Distributions observed by Parker Solar Probe
利用帕克太阳探测器前5个轨道的观测资料，研究了\(\sim 28\) - 200 \(\rs\)之间磁场涨落的概率密度函数（PDF）的日径演化。磁场矢量到局部平均场坐标系的变换允许检查相对于平均磁场方向的各向异性。注意平均间隔大小的影响。研究发现，垂直涨落的PDF可以很好地近似为高斯函数，而平行涨落的PDF则不那么近似：后者的峰度通常大于10，并且它们的PDF表明，随着距离太阳的距离\(r\)的减小，偏度也在增加，后者的观测结果可能是由涨落的Alfvénicity增加来解释的。垂直方差与平行方差之比大于1;该方差各向异性随着\(r\)的减小而变强。总均方根起伏强度与平均场幅度的比值随着\(r\)的减小而减小，其值\(\sim 0.8\)接近1 AU，而\(\sim 0.5\)为0.14 AU;该比值很好地近似于\(r^{1/4}\)幂律。这些发现提高了我们对太阳风中湍流径向演化的理解，并对相关现象如内日球层中的能量粒子传输具有影响。
2022-09-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Prelude to the Deep Minimum between Solar Cycles 23 and 24: Interplanetary Scintillation Signatures in the Inner Heliosphere
在1983年至2009年期间获得的327 MHz的广泛行星际闪烁（IPS）观测清楚地表明，从1995年左右开始，整个内日球层的湍流水平稳定而显着地下降。我们认为，这种大规模的IPS签名，在内部日光层，再加上太阳极场自1995年以来也一直在下降的事实，提供了一个一致的结果，表明积累到100年来最深的最小值实际上开始于十多年前。
2011-10-04 astro-ph.SR physics.space-ph
Turbulence in the outer heliosphere
太阳风（SW）和局部星际介质（LISM）都是湍流介质。它们的相互作用受复杂的物理过程支配，并产生在粒子数量、整体流动和湍流方面具有显著不同性质的日光层区域。我们对太阳风湍流\nature和动力学的了解主要依赖于近地和近地太阳观测，近年来由于包括多航天器飞行任务在内的大量空间飞行任务的可用性而日益提高。相比之下，外层日光层中湍流的性质仍然没有完全了解。旅行者号和新视野号的现场观测以及IBEX的远程中性原子测量强烈表明，湍流是作用于日光层界面的关键过程之一。它与负责产生超热离子和高能中性原子的电荷交换过程密切相关。本文回顾了在遥远的西南和LISM湍流的观测证据，在建模工作的进展，和开放的挑战。
2022-07-28 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Interplay of large-scale drift and turbulence in the heliospheric propagation of solar energetic particles
本文通过解析模型和全轨道测试粒子模拟，研究了日球层湍流对太阳高能粒子导向中心漂移的抑制，发现实际减弱程度远低于理论预测，表明漂移在宇宙线传播中仍具重要作用。
2024-12-18 astro-ph.SR physics.space-ph
Inertial range magnetic fluctuation anisotropy observed from PSP first seven orbits
太阳风湍流相对于平均磁场是各向异性的。在解释太阳风中的现场湍流观测时，各向异性会导致模糊不清，因为测量中的明显变化可能是由于固有湍流特性的变化，也可能是由于航天器采样方向的简单变化。我们证明了模糊性使用的光谱指数和磁压缩性在惯性范围内观察到的帕克太阳探测器在其前七个轨道从0.1到0.6 AU。为了解开采样方向的影响，我们评估波矢各向异性是否与二维（2D）加平板湍流传输模型一致，并确定在2D与平板组件的功率的分数。我们的研究结果证实，2D加板模型与数据是一致的，2D和板组件之间的功率比取决于径向距离，在2D波动的相对功率变得更小接近太阳。
2021-12-03 astro-ph.SR physics.space-ph
Turbulence Transport Modeling and First Orbit Parker Solar Probe (PSP) Observations
帕克太阳探测器（PSP）于2018年11月6日达到其第一个轨道近日点，达到约0.165 au（35.55 R $_\odot$）的日心距离。在这里，我们研究了充分发展的湍流与缓慢的太阳风沿PSP轨迹之间的35.55 R $_\odot$和131.64 R $_\odot$在出站方向的演变，比较观测到的理论湍流传输模型。几个湍流量，如脉动动能和相应的相关长度，密度波动的方差，和太阳风质子温度的PSP SWEAP等离子体数据沿其轨迹之间的35.55 R $_\odot$和131.64 R $_\odot$。将PSP导出的湍流量的演变与Zank等人（2017）最近开发的近不可压缩磁流体动力学（NI MHD）湍流传输模型的数值解进行了比较。我们发现合理的理论和观测结果之间的协议。在这些比较的基础上，我们推导出其他理论湍流量，如前向和后向传播模式的能量，总湍流能量，归一化剩余能量和交叉螺旋度，起伏磁能，以及相应的前向和后向传播模式的相关长度，剩余能量，和起伏磁能。
2019-12-05 physics.space-ph
Alfvénic versus non-Alfvénic turbulence in the inner heliosphere as observed by Parker Solar Probe
我们利用帕克太阳探测器（PSP）的数据来探索太阳风湍流的性质，重点是Alfvénic字符和波动的功率谱及其对距离和背景（即大尺度太阳风属性）的依赖性，旨在了解不同的影响，如源属性，太阳风膨胀，流相互作用可能在确定湍流状态中发挥的作用。我们进行了统计调查的数据，从PSP的前五个轨道的重点是如何在大，MHD尺度的波动特性，不同的太阳风流和距离太阳。还对若干选定时期进行了更深入的分析。我们的研究结果表明，随着波动被太阳风向外传输，磁场谱变陡，而速度谱的形状保持不变。变陡过程由湍流的“年龄”控制，由风速和径向距离共同决定。从统计学上讲，较快的太阳风具有较高的“阿尔夫维尼性”，具有更多的主导向外传播的波分量和更平衡的磁能/动能。向外的波优势随着径向距离的增加而逐渐减弱，而当我们靠近太阳时，过剩的磁能会变得更强。我们表明，湍流特性可以显着不同的流到流，即使这些流是相似的速度，这些流的起源非常不同。特别是，起源于极冕洞附近的慢风与起源于活动区/伪流的慢风相比具有更低的Alfvénicity。我们表明，结构，如日光层电流片和速度剪切可以发挥重要的作用，在修改的湍流的属性。
2021-01-27 astro-ph.SR physics.space-ph
Large-scale Structure and Turbulence Transport in the Inner Solar Wind -- Comparison of Parker Solar Probe's First Five Orbits with a Global 3D Reynolds-averaged MHD Model
从全球磁流体动力学模型的日华和太阳风的模拟结果进行了比较帕克太阳探测器（PSP）的观测在其前五个轨道。全三维模型是基于与湍流输运方程耦合的平均流量方程。该模型包括电子热传导，库仑碰撞，湍流雷诺应力，并通过湍流级联加热质子和电子的影响。平均湍流能量，交叉螺旋度和相关长度的湍流传输方程求解同时与平均流方程。在日冕底部的边界条件指定使用太阳天气磁图。等离子体，磁场，和湍流参数沿PSP轨迹计算。将前五个轨道的数据汇总，以获得随日心距离变化的趋势。模拟结果与PSP数据的比较显示出良好的协议，特别是平均流参数。磁波动的合成分布的产生，由模型给出的局部均方根湍流振幅的约束。这种计算湍流的属性进行了比较与PSP的观测。
2021-07-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Variable Ion Compositions of Solar Energetic Particle Events in the Inner Heliosphere: A Field-line Braiding Model with Compound Injections
我们提出了一个模型来解释帕克太阳探测器（PSP）最近在$0.3 - 0.45$天文单位观测到的太阳高能粒子（SEP）事件中高度可变的离子组成比。我们使用数值模拟来计算SEP在湍流行星际磁场中的传播，从大尺度到高能粒子的回转尺度，其功率谱都是Kolmogorov谱。我们表明，当不同物种的源区被偏移的距离相当于源区的大小，所观察到的高能粒子组成的He/H可以强烈的变化超过两个数量级，即使源比是在标称值。假设脉冲$^3$富He事件中的$^3$ He/ $^4$ He源比为$10 \%$，并且源区的空间偏移相同，则观测点处的$^3$ He/ $^4$ He比也变化很大。离子组成比的可变性取决于径向距离，这可以通过在不同径向位置进行的观察来测试。我们讨论了这些结果的脉冲事件的离子组成的变化和进一步的PSP和太阳轨道器观测接近太阳的影响。
2021-10-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
NIRwave: A wave-turbulence-driven solar wind model constrained by PSP observations
我们生成一个模型描述的太阳风的基础上明确的波湍流驱动的加热机制，并约束我们的模型与观测数据。我们在三维磁流体动力学程序NIRVANA中加入了一个显式的日冕热源项来模拟太阳风的性质。适应的加热机制是基于相互作用和随后的耗散的反向传播阿尔文波在太阳日冕，占湍流加热率Q_p。太阳磁场被假定为一个轴对称偶极子的场强为1 G。我们的模型结果进行了验证，对观测数据的帕克太阳探测器（PSP）。我们的NIRwave太阳风模型重建了太阳风的双峰结构，风速分别为410 km/s和650 km/s。我们的太阳风模型的全球质量损失率是每年2.6e-14太阳质量。尽管实施简化的条件来代表太阳磁场，太阳风参数表征我们的稳态解决方案是在合理的协议与先前建立的结果和经验的限制。从我们的风解决方案的数密度是在很好的协议与导出的经验约束，径向速度和温度的偏差较大。在比较与NIRVANA产生的多方风模式，我们发现，我们的NIR波模型是在更好的协议，我们得到的观测约束。
2023-02-13 astro-ph.SR physics.space-ph
Velocity dispersion of Solar Energetic Particles in turbulent heliosphere
Jeremiah Horrocks Institute, University of Lancashire（兰开斯特大学杰里米·霍罗克斯研究所）
本文研究了太阳高能粒子在湍流日球层中的速度分散分析，发现湍流显著影响注入时间与路径长度，且VDA结果常包含湍流和背景影响，无法准确反映加速时间。
2026-10-09 astro-ph.SR physics.space-ph
Exploring the Solar Wind from its Source on the Corona into the Inner Heliosphere during the First Solar Orbiter - Parker Solar Probe Quadrature
这封信解决了第一个太阳轨道器（SO）-帕克太阳探测器（PSP）正交，发生在2021年1月18日，以调查太阳风从扩展日冕到内日光层的演变。假设弹道传播，在太阳边缘以上3.5和6.3太阳半径之间的高度与太阳的梅蒂斯日冕仪上SO日冕中远程观察到的相同的等离子体体积可以跟踪到PSP，轨道在0.1 AU，从而允许本地属性的太阳风被链接到日冕源区域从那里它起源。由于PSP接近太阳，同时梅蒂斯观测日冕，沿日冕电流片的流动对齐磁场和整体动能通量密度可以以前所未有的准确度进行经验推断，特别是在该事件发生时，可以估计8.7太阳半径的阿尔文半径。因此，这是第一次研究同样的太阳风等离子体，因为它从亚阿尔夫文日冕扩展到阿尔夫文表面上方。
2021-10-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Turbulence in the Sub-Alfvénic Solar Wind
帕克太阳探测器（PSP）进入一个区域的亚阿尔夫文太阳风在遇到8，我们提出了第一个详细的分析低频湍流特性在这个新的区域。在此期间，磁场和流速矢量高度一致。通过构建频谱图的归一化磁螺旋度，交叉螺旋度，和剩余能量，我们发现，PSP观察到主要Alfvenic波动，一个后果的高度场对齐的流，使准二维波动不可观察到PSP。我们将Taylor假设推广到亚、超Alfvenic流。波动的前向和后向Elsasser变量的频谱。所观察到的光谱很好地拟合使用谱理论几乎不可压缩磁流体力学假设波数各向异性。密度谱是一个幂律，既不像Elsasser谱，也不像可压缩磁场谱，这表明这些是平流熵，而不是磁声模式，而不是由于参数衰减不稳定性。在相邻的适度超阿尔文间隔的光谱是相似的。
2022-02-05 astro-ph.SR physics.space-ph
Evolving waves and turbulence in the outer corona and inner heliosphere: the accelerating expanding box
太阳风中的阿尔夫维尼波动显示出许多反映非线性级联的特性，例如频率上的明确频谱，以及一些更常见的与来自太阳的波的线性传播相关的特性，例如波动幅度随距离的变化，由太阳风膨胀效应主导。因此，任何成功的太阳风湍流演化模型都必须同时考虑非线性和膨胀。由于所涉及的空间尺度不同，直接数值模拟太阳风中的湍流是一项艰巨的任务，特别是如果人们想超越不可压缩近似。事实上，大多数模拟完全忽略了太阳风的膨胀效应。在这里，我们开发了一个数值模型来模拟从外日冕到1 AU及更远的湍流波动，包括亚Alfvénic日冕。加速膨胀箱（AEB）模型同时考虑了太阳风的加速和背景密度及磁场的不均匀性，扩展了以往膨胀箱模型的适用范围。我们的方法采用了一个背景加速风内的磁场，自然遵循帕克螺旋演化使用两个尺度的分析，其中的宏观空间效应耦合波动与背景梯度成为一个随时间变化的耦合项在一个均匀的盒子。本文详细描述了AEB模型，讨论了它的主要性质，并通过研究Alfvén波通过Alfvén临界点的传播来说明它的有效性。
2017-05-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Measures of Scale Dependent Alfvénicity in the First PSP Solar Encounter
太阳风显示出高度阿尔夫文活动的时期，速度波动和磁场波动相互对齐或反对齐。人们普遍认为，帕克太阳探测器（PSP）在第一次相遇时观测到的太阳风等离子体速度和磁场波动大多是高度阿尔夫文型的。然而，需要对Alfvénicity进行定量测量，以了解这些波动的特征如何与以前在日光层内外、快风和慢风以及高纬度和低纬度飞行任务中的标准测量进行比较。为了研究这个问题，我们采用了几种措施来量化阿尔文性的程度-阿尔文比$r_A$，{归一化}交叉螺旋度$σ_c$，{归一化}剩余能量$σ_r$，以及速度和磁场波动之间的夹角的余弦$\cosθ_{vb}$。我们发现，尽管总体印象是阿尔夫维尼是大的太阳风采样的PSP在第一次遇到，在某些时间间隔的交叉螺旋度开始下降，在非常大的尺度。这些长度尺度（通常是$> 1000 d_i$）都在惯性范围内，因此，在这些尺度下交叉螺旋度的抑制不能归因于动力学物理。这种大尺度的下降可能是由PSP采样的内日光层中存在的大尺度剪切来解释的。在某些情况下，尽管交叉螺旋度是恒定的噪声本底，剩余能量随惯性范围内的规模。这些结果表明，重要的是要考虑所有这些措施来量化Alfvénicity。
2019-12-16 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Sub-Alfvenic Solar Wind observed by PSP: Characterization of Turbulence, Anisotropy, Intermittency, and Switchback
在磁场占主导地位的低日冕区域，阿尔芬速度远高于风速。相比之下，近地太阳风是强烈的超阿尔文风，即，风速大大超过阿尔芬速度。这些制度之间的过渡被经典地描述为“阿尔芬点”，但实际上可能发生在一个分布式阿尔芬临界区。美国宇航局的帕克太阳探测器（PSP）任务已经进入这一区域，因为它遵循一系列逐渐接近太阳的轨道。在第8次和第9次与太阳相遇期间，PSP在距离太阳16个太阳半径的地方，对四个延长的时期进行了采样，其中太阳风的速度被测量为小于当地的阿尔芬速度。这是PSP首次在日光层内对亚阿尔夫文太阳风进行现场探测。在这里，我们探讨这些样本的亚阿尔夫文太阳风，这可能会提供重要的预览的物理过程中运行在较低的高度。具体来说，我们的特点的湍流，各向异性，不稳定性，和方向性的回折属性，这些子Alfvenic风和对比这些与邻近的超Alfvenic期间。
2022-01-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The Evolution and Role of Solar Wind Turbulence in the Inner Heliosphere
帕克太阳探测器（PSP）航天器的前两个轨道使人们能够首次对太阳风进行现场测量，测量范围可缩小到0.17天文单位（或36 Rs）的日心距离。在这里，我们提出了一个分析这些数据来研究太阳风湍流在0.17天文单位和它的演变到1天文单位。虽然许多功能保持相似，在0.17 AU的关键区别包括：增加湍流能级超过一个数量级，磁场频谱指数-3/2匹配的速度和两个Elsasser领域，较低的磁压缩性与较小的慢模动能分数一致，和一个小得多的外部规模，有时间进行大量的非线性处理。向外传播的阿尔夫文涨落的主导地位也比向内传播的阿尔夫文涨落的主导地位总体上有所增加，向内分量的径向变化与阿尔夫文速度的大尺度梯度反射产生的径向变化一致。在0.17天文单位的湍流中的能流被发现是在散装太阳风动能的~10%，成为~40%时，外推到阿尔文点，这对太阳的通量的增加的分数和速率是一致的，其中太阳风是由这个通量驱动的湍流驱动模型。
2019-12-05 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Modeling of Joint Parker Solar Probe - Metis/Solar Orbiter Observations
我们提出了联合帕克太阳探测器（PSP）-梅蒂斯/太阳轨道器（SolO）正交观测的第一个理论模型。综合观测描述了从扩展日冕（$3.5-6.3$ R $_\odot$）到日光层内部（23.2 R $_\odot$）的缓慢太阳风等离子体包裹的演变。Metis/SolO仪器远程测量太阳风速度，测量范围为$96-201$公里$^{-1}$，PSP现场测量太阳风等离子体，观测径向速度为219.34公里$^{-1}$。我们从理论上和观测上发现，太阳风的速度在3.3 - 4 R $_\odot$范围内迅速加速，然后随距离的增加而逐渐增加。同样，我们发现理论太阳风密度与远程和现场观测的太阳风密度是一致的。PSP观测到的标准化交叉螺旋度和标准化剩余能量分别为0.96和-0.07，表明慢速太阳风具有很强的阿尔夫风性质。理论NI/板结果与PSP测量非常相似，这是高度磁场对齐的径向流的结果，确保PSP可以测量板波动而不是2D。最后，我们计算了理论二维和平板湍流压力，发现理论平板压力与PSP观测结果非常相似。
2022-06-27 astro-ph.SR physics.space-ph
The Near-Sun Streamer Belt Solar Wind: Turbulence and Solar Wind Acceleration
帕克太阳探测器（PSP）的第四个轨道到达日心距离下降到27.9 Rs，使太阳风湍流和加速机制能够在比以前更靠近太阳的地方进行现场研究。的湍流特性被认为是显着不同的PSP的第四次太阳能遇到的入境和出境部分，可能是由于接近日光层电流片（HCS）在出境期间。在HCS附近，在流光带风中，湍流被发现具有较低的振幅，较高的磁压缩性，较陡的磁场谱（谱指数接近-5/3而不是-3/2），较低的Alfvénicity，以及在低得多的频率下的“1/f”突变。这些也是1天文单位时慢风的特征，表明近太阳流带风是典型的慢太阳风。性质的转变发生在距HCS约4°的预测角距离处，这表明在这些距离处，流光带风的全宽约为8°。虽然大多数的Alfvénic湍流能量通量PSP测量的反射驱动的湍流模型所需的太阳风加速是一致的，在流光带的通量显着低于模型预测，这表明额外的机制是必要的，以解释加速的流光带太阳风。
2021-01-01 astro-ph.SR 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
Langmuir Wave Electric Fields Induced by Electron Beams in the Heliosphere
负责III型射电辐射的太阳电子束在从太阳向外传播时产生朗缪尔波。通过现场电场测量观察到朗缪尔波。这些朗缪尔波不是平滑分布的，而是以离散的团块形式出现，这通常归因于太阳风电子密度的湍流性质。密度湍流如何调制朗缪尔波电场的确切方式只能定性地理解。利用弱湍流模拟，我们研究了太阳风密度湍流如何改变束流驱动电场分布的概率分布函数，平均值和方差。模拟显示了相当复杂的分布形式，这取决于如何对电场进行采样。一般来说，密度波动的幅度越大，分布的平均值越小，方差越大，这与密度波动引起的共振展宽的预测结果一致。我们还演示了如何的电场分布的属性应该径向从太阳到地球的变化，并提供了一个数值预测即将到来的太阳轨道器和太阳探测器加航天器的原位测量。
2016-11-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Pickup Ion-Mediated Magnetic Reconnection in the Outer Heliosphere
该研究首次发现拾起离子（PUIs）诱导的湍流、热传导和粘性可促进外日球层电流片的磁重联，推翻了PUIs会降低重联率的假设，强调了包含这些效应对于理解外日球层磁重联动力学的关键性。
2023-05-08 physics.space-ph
Using Parker Solar Probe observations during the first four perihelia to constrain global magnetohydrodynamic models
帕克太阳探测器（PSP）正在提供一个前所未有的太阳日冕的视图，因为它逐渐接近太阳大气层与太阳的每一个遭遇。每一组观测都提供了一个独特的机会来测试和约束日华和内日光层的全球模型，并反过来使用模型结果来提供解释这些观测的全球背景。在这项研究中，我们开发了一套全球磁流体动力学（MHD）模型的解决方案，不同程度的复杂性PSP的前四次遭遇，并比较结果与现场测量PSP，立体声A，和地球上的航天器，评估模型的执行更好或更差的目标。所有的模型主要是由观测到的光球磁场驱动的，使用的数据来自太阳动力学天文台的日震和磁成像仪（HMI）仪器。总体而言，我们发现，有很大的差异模型的结果，无论是在这些时间段内的日光层的大尺度结构，以及在推断的时间序列在各种航天器。“热力学”模型，它代表了“中间地带”，在模型的复杂性，似乎再现所有四个遭遇的观察最接近。我们的结果也与早期的一项研究相矛盾，该研究暗示开放通量问题可能会在靠近太阳的地方消失。相反，我们的研究结果表明，即使在26.9 Rs时，这种“失踪”的太阳通量仍然失踪，因此它不能用行星际过程来解释。最后，模型的结果也被用来提供一个全球范围内解释本地化的现场测量。
2021-02-09 astro-ph.SR physics.space-ph
Ion Charge States in a Time-Dependent Wave-Turbulence-Driven Model of the Solar Wind
在日光层中原位测量的离子分数电荷状态取决于内日冕中等离子体的性质。当离子在太阳风中向外移动，电子密度下降时，电荷状态基本上保持不变或“冻结”。因此，他们可以提供一个强大的约束加热模型的日冕和加速的太阳风。我们已经实现了非平衡电离计算到一维波湍流驱动（WTD）的流体动力学太阳风模型和比较模拟的电荷状态与1994-5年的原位测量。我们已经发现，其中$C^{6+}/C^{5+}$和$O^{7+}/O^{6+}$的模型化电荷状态比与XRD测量相比太低。然而，一个启发式的等离子体流动速度的降低已经能够使建模结果与观察一致，虽然已经提出了其他的想法来解决这个矛盾。我们讨论了我们的研究结果的影响和前景，包括离子电荷态计算到我们的三维MHD模型的内日球层。
2019-01-11 astro-ph.SR physics.space-ph
Coronal-Jet-Producing Minifilament Eruptions as a Possible Source of Parker Solar Probe (PSP) Switchbacks
帕克太阳探测器（PSP）观测到了近太阳太阳风中丰富的快速磁场方向变化。这些特征被称为“之字形”，它们的起源是一个谜。但它们的广泛分布表明，它们可能是由太阳大气层中经常发生的过程产生的。我们研究的可能性，之字形起源于日冕射流。最近的研究表明，许多日冕喷流是光球磁通量抵消的结果，并形成一个小尺度的“微灯丝”通量绳，爆发并与日冕场重新连接。我们认为，重新连接的喷发微丝通量绳可以表现为向外传播的阿尔夫文波动，当它穿过太阳风时，它会逐渐变陡，成为一个越来越紧凑的扰动。利用之前观测到的日冕喷流的特性，这些喷流连接到日冕观测仪观测到的白光喷流（也称为白光喷流）。“窄日冕物质抛射”），以及典型的太阳风速度值，我们预计日冕喷流产生的扰动将在~<25分钟内以~400 km/s的速度穿越近近日点PSP。为了进一步考虑这一想法的可行性，我们表明，以前研究的一系列赤道纬度日冕喷流，起源于活动区的外围，产生白光喷流在外日冕（在STEREO/COR 2日冕仪图像; 2.5-15 R_sun），并进入内日光层（在STEREO/Hi 1日光层成像仪图像; 15-84 R_sun）。因此，由产生日冕喷流的微丝通量绳喷发而施加在开放日冕磁场线上的扰动可以传播到PSP空间，并表现为之字形。
2020-06-08 astro-ph.SR physics.space-ph
Modulation of Galactic Cosmic Rays in the Inner Heliosphere, Comparing with PAMELA Measurements
建立了一个数值模式，研究了内日球层中银河系宇宙射线（GCR）随时间的调制。在模型中，采用了改进的Parker日球磁场（HMF）和Qin \& Zhang（2014）提出的NLGCE-F扩散系数模型。另外，根据观测资料，将磁湍流强度的纬向依赖关系假定为$\sim (1+\sin^2θ)/2$，径向依赖关系假定为$\sim r^S$，其中选取了$S$作为日球电流片（HCS）倾角的函数。我们表明，用于描述HMF湍流强度的空间变化的解析表达式与ESTA，旅行者1号和旅行者2号的观测结果吻合得很好。通过对调制码的数值计算，得到了最近太阳活动极小期质子能谱随时间的变化，结果表明，调制码的计算结果与PAMELA的测量结果是一致的。
2017-07-18 physics.space-ph
Small-scale Magnetic Flux Ropes with Field-aligned Flows via the PSP In-situ Observations
由螺旋磁场线形成磁通量绳有时可以保持其形状，同时携带与局部磁场对准的显著等离子体流。我们报告存在这样的结构和静态通量绳应用梯度Shafranov算法的帕克太阳探测器（PSP）在前五次遭遇的原位测量。这些结构被检测到在日心距离，范围从0.13至0.66 AU，在总共4个月的时间内。我们发现，磁绳与磁场对齐的流量，虽然发生更频繁，有某些性质类似的静态磁绳，如结构内的磁场的衰减关系相对于日心距离。此外，这些事件更有可能与磁压力占主导地位的热压力。大约三分之一的事件是在相对快速的太阳风中检测到的。考虑到高Alfvenicity，我们还比较了三次遭遇中确定的之字形尖峰，并解释了它们之间的相互关系。我们发现，当航天器穿越磁通绳状结构时，可以检测到一些曲折。选定的事件的横截面图，通过新的格拉德Shafranov型重建。最后讨论了内日球层磁通量绳结构的可能演化。
2021-05-17 astro-ph.SR physics.space-ph
Kinetic Scale Slow Solar Wind Turbulence in the Inner Heliosphere: Co-existence of Kinetic Alfvén Waves and Alfvén Ion Cyclotron Waves
利用美国宇航局帕克太阳探测器在距太阳0.18天文单位（AU）的内日球层拍摄的数据，研究了在高度Alfvénic慢太阳风湍流中离子动力学尺度周围等离子体波模式的性质。得到了归一化约化磁螺旋度的联合分布$σ_m (θ_{RB}, τ)$，其中$θ_{RB}$为局部平均磁场与径向的夹角，$τ$为时间尺度.确定了离子尺度附近的两个种群：第一个种群具有频率范围为2.1至26 Hz的$σ_m (θ_{RB}, τ) < 0$（在航天器框架内），对应于$60^{\circ} < θ_{RB} < 130^{\circ}$的动力学阿尔文波（KAWs），第二个种群具有频率范围为[1.4，4.9] Hz的$σ_m (θ_{RB}, τ) > 0$，对应于$θ_{RB} > 150^{\circ}$的阿尔文离子回旋波（ACW）。这首次证明了KAWs和ACW在内日球层的慢太阳风中的共存，这与以前在1 AU的慢太阳风中的观测结果形成对比。0.18和1天文单位之间的差异可以解释为：i）ACW在其向外的旅程中通过回旋共振耗散，或者ii）0.18天文单位处的慢太阳风的高阿尔夫文性可能有利于ACW的激发。
2020-06-08 physics.plasm-ph physics.space-ph
Statistical study of electron density turbulence and ion-cyclotron waves in the inner heliosphere: Solar Orbiter observations
最近公布的航天器的潜在的RPW仪器测量的太阳轨道器已被用来估计太阳风电子密度的内日光层。对2020年6月期间测量的太阳风电子密度进行了分析，以全面表征波动的湍流和湍流特性。磁场数据已被用来描述离子尺度波的存在。选定的间隔已被提取的研究和量化的湍流特性。经验模态分解（Empirical Mode Decomposition，EMD）被用来获得广义边缘Hilbert谱，等价于结构函数分析，并且还减少了非平稳、短时间序列的典型问题。波的存在被定量地确定，引入描述时间依赖性的、频率滤波的波功率的参数。一个定义良好的惯性范围与幂律标度已被发现几乎无处不在。然而，Kolmogorov标度和典型的双折射效应只存在于部分样品中。其他间隔具有较浅的光谱和更不规则的不规则性，不能用湍流模型描述。这些主要是在增强的离子频率波活动的间隔期间观察到的。与可压缩的磁场的不稳定性（从MAG仪器）和太阳风速度的估计（使用电场和磁场）的比较也提供了一般的背景下，并帮助确定异常波动的原因。
2021-05-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar-Cycle Modulation and Photospheric Magnetic Control of Turbulence in the Young Solar Wind
University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；University of Delaware（特拉华大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）
本研究结合帕克太阳探测器观测、数值模拟与遥感数据，揭示太阳活动周内年轻太阳风湍流特性的变化规律，明确其湍流特性与冕洞、活动区等太阳源区的关联。
2026-08-13 astro-ph.SR physics.space-ph
Geometry of Magnetic Fluctuations near the Sun from PSP
太阳风磁场波动表现出各向异性，这是由于存在帕克螺线形式的平均磁场。在太阳附近，直到最近发射的帕克太阳探测器（PSP）任务才进行直接测量。各向异性的性质和磁涨落的几何形状在耗散过程和高能粒子在空间中的传输中起着根本性的作用。利用PSP数据，我们提出了测量的几何形状和各向异性的内日球层磁波动，从流体到动力学尺度。结果是令人惊讶的和不同的1au的观察。我们发现，波动演变的特点与大小规模。然而，与1天文单位太阳风，在外部尺度，波动占主导地位的波矢量准平行于当地的磁场。在惯性范围内，平均波矢量变得不那么场对准，但仍然保持比近地太阳风更场对准。在耗散范围内，波矢变得几乎垂直于当地的磁场的耗散范围内，到一个更高的程度比1 AU的观测所表明的。我们建议，这种程度的各向异性降低外尺度和惯性范围是由于太阳日冕外的大尺度强迫的性质。
2021-10-27 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Calibrating the WSA model in EUHFORIA based on PSP observations
本研究利用PSP在2018-2021年太阳极小期的观测校准EUHFORIA中的WSA模型四个常数，发现近日最优配置与地球处最优预测配置不一致，指出需全局重构耦合的WSA关系式。
2024-05-15 astro-ph.SR physics.space-ph
Evolution of switchbacks in the inner Heliosphere
我们分析了PSP前六次遭遇、三次Helios快流和两次Ulysses南极经过的磁场数据，覆盖了日心距离$0.1\lesssim R\lesssim 3$ au。我们使用这个数据集来统计确定不同周期和幅度的之字形的演变与距离太阳。我们比较的径向演变的磁场方差的均方振幅的之字形，并量化的径向演变的累积计数的之字形每公里。我们发现之字形的振幅下降速度比整体的湍流波动，在某种程度上与径向减少的平均磁场。这可能是振幅饱和的结果，也可能是太阳风中大振幅阿尔夫文波动衰减过程的特征。我们发现，在太阳风中发生之字形的演变是尺度依赖的：随着径向距离的增加，而较短的之字形的持续时间较长的部分减少。这意味着之字形动力学是一个复杂的过程，涉及衰变和在日光层内原位生成。我们确认，之字形可以产生的膨胀，虽然其他类型的之字形产生更接近太阳不能排除。
2021-09-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Wave Composition, Propagation, and Polarization of MHD Turbulence within 0.3AU as Observed by PSP
湍流是行星际空间中普遍存在的现象，对空间等离子体在多尺度上的能量转换至关重要。本文着重研究了0.3AU内太阳风湍流的传播、偏振和波的组成特性，以及在MHD尺度下（航天器坐标系中从10秒到1000秒）太阳风湍流随日心距离的变化。本文首次给出了0.3天文单位内太阳风湍流传播波矢的概率密度函数（${\rm{PDF}}(k_\parallel,k_\perp)$）：（1）对于$kd_{\rm i}<0.02$，波矢成簇与局部背景磁场准（反）平行，其中$d_{\rm i}$为离子惯性长度;（2）对于$kd_{\rm i}>0.02$，波矢向准垂直方向移动.基于我们的波成分诊断，我们发现：外向/反向阳Alfvén模在整个尺度和距离范围内占主导地位，内向/向阳快模的谱能量密度分数随距离的增加而减小，内向和外向慢模的谱能量密度分数随距离的增加而增加。外向快速模式和内向阿尔文模式代表了整个探索的距离和尺度范围内的少数群体。平均而言，相对于最小变化方向定义的磁波动的各向异性程度随着尺度的增加而减小，在所有尺度上都没有距离的趋势。我们的研究结果提供了全面的了解的情况下，运输和转移的太阳风波动/湍流在内日球层。
2020-09-08 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Turbulence in the Local Interstellar Medium and the IBEX Ribbon
Giacalone & Jokipii（2015）提出，在非常局部的星际介质（VLISM）中湍流的影响对于通过磁镜捕获粒子来确定星际边界探测器（IBEX）带的结构非常重要。我们进一步探索这种效果，通过模拟叠加在一个大规模的平均场，我们认为是空间均匀或平均场来自3D MHD模拟的湍流磁场中的带电粒子的运动。我们发现，与Giacalone & Jokipii（2015）相比，丝带不是双峰的。然而，磁镜力在捕获粒子方面仍然起着重要作用。此外，如果大尺度平均场覆盖在日球层周围，则带状物$'$的厚度会相当大。旅行者1号在VLISM中的观测显示了一个比以前认为的更强的湍流场分量，我们在模拟中对此进行了测试。我们发现，包含湍流波动尺度${\gtrsim}$ 100 AU和功率与旅行者1号观测一致产生一个带状的大尺度结构与IBEX观测不一致。然而，限制的波动${\sim}$ 10 AU或更小的产生一个平滑的带状结构类似于IBEX的意见。不同的湍流实现产生不同的小尺度功能${\lesssim}10°$在带，但其大尺度结构是强大的，如果最大波动大小为${\sim}$ 10 au。这表明${\lesssim}$ 10 au尺度的磁场结构是由日光层$'$与VLISM的相互作用决定的，不能完全用均匀的星际湍流来表示。
2019-07-17 astro-ph.SR physics.space-ph
Magnetized jets driven by the sun: the structure of the heliosphere revisited
日光层的经典观点是一个静止的彗星状形状，沿着太阳穿过星际介质（ISM）的方向延伸1000个天文单位（AU：天文单位）。在这里，我们表明，磁流体动力学（MHD）模拟的基础上，扭曲的磁场的太阳的张力（箍）力限制的太阳风等离子体以外的终止冲击和驱动器的喷流到北方和南方非常像天体物理喷流。这些喷流被太阳通过ISM的运动偏转到尾部区域，类似于弯曲的星系喷流穿过星系际介质。星际风将两股喷流吹向尾部，但不足以迫使两瓣形成一个彗星状的尾部，就像一些天体物理喷流一样（Morsony et al. 2013）。相反，星际风绕着日光层流动，进入两个喷流之间的赤道区域。正如在一些扭结不稳定的天体物理喷流中一样（Porth等人，2014），我们在这里表明，日光层喷流是湍流的（由于大尺度MHD不稳定性和重联），并且强烈地混合了太阳风与400 AU以上的ISM。由此产生的湍流对日光层中的粒子加速具有重要意义。两瓣结构与IBEX（McComas等人，2013年）的日尾高能中性原子（ENA）图像一致，其中在北部和南部可以看到两个瓣，以及CASSINI（Krimigis等人，2009年，Dialynas等人，2013年）ENA的建议，即日光层是“无尾的”。
2015-01-26 astro-ph.SR physics.space-ph
Data driven analysis of Galactic cosmic rays in the heliosphere: diffusion of cosmic protons and nuclei
日球层内的银河宇宙射线受到磁湍流和太阳风扰动的影响，产生所谓的太阳调制效应。为了研究这一现象，我们进行了数据驱动的分析，在太阳周期的GCR通量的时间依赖性。通过对AMS-02、PAMELA和CRIS每月在太空收集的GCR数据进行全球统计推断，我们确定了GCR扩散参数对时间和刚性的依赖关系。在这次会议上，我们提出了我们的结果GCR质子和原子核，我们讨论他们的解释粒子传输的基本过程和它们与日光层等离子体动力学的关系。
2022-10-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
Turbulence Properties of Interplanetary Coronal Mass Ejections in the Inner Heliosphere: Dependence on Proton Beta and Flux Rope Structure
本研究分析内日球层ICMEs的磁场涨落功率谱，发现大尺度谱特性由通量绳结构主导，过渡-动力学特性受低质子β影响，而惯性范围谱指数保持约-5/3，表明湍流标度具有系统无关性。
2023-09-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Data driven analysis of cosmic rays in the heliosphere: diffusion of cosmic protons
了解太阳变化与宇宙射线之间随时间变化的关系对于建立空间高能辐射预测模型至关重要。当GCR在日球层内运行时，会受到磁湍流和太阳风扰动的影响，从而产生所谓的太阳调制效应。为了研究这一现象，我们进行了数据驱动的分析，在太阳周期的GCR通量的时间依赖性。利用AMS-02和PAMELA的空间GCR观测数据，对GCR扩散平均自由程的刚性和时间依赖性进行了统计推断，给出了GCR质子的结果，讨论了它们对粒子输运基本过程的解释及其与日球等离子体动力学的关系。
2023-03-22 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.space-ph
