Narrowband oblique whistler-mode waves: Comparing properties observed by Parker Solar Probe at <0.2 AU and STEREO at 1 AU
目的：大振幅窄带斜向传播哨声模式波的频率约为0.2 fce（电子回旋频率），通常观察到在1 AU，是最一致的哨声热通量风扇不稳定性。我们想确定类似的哨声模式波是否发生在0.2天文单位内，以及它们的性质与1天文单位的性质相比如何。方法：我们利用帕克太阳探测场仪器的波形捕获数据，开发了一个窄带哨声波数据库。SWEAP仪器与Fields的准热噪声测量相结合，可提供电子热通量、β和其他电子参数。研究结果：帕克太阳探测器在约0.3天文单位内的观测表明，波比1天文单位处的波更间歇，并且经常穿插着更高频率的静电哨声/伯恩斯坦波。这可能是由于观测到的更靠近太阳的太阳风变化更大。哨声通常发生在磁场变化更大的区域内，并且经常伴随着太阳风速度的小幅增加。近太阳哨声模式波也是窄带和大振幅的，并且与大于1的β相关联。波角有时是高度倾斜的（靠近共振锥），但角度已被确定的事件只有一小部分。与热通量和β的关联通常与哨声扇不稳定性一致，尽管有热通量明显低于不稳定性极限的间隔。强散射的strahl能量电子被视为与波，提供证据表明，波调节电子热通量。
2020-12-14 physics.plasm-ph physics.space-ph
Theory and Simulations of Whistler Wave Propagation
本文在二维不可压缩电子磁流体力学模型的基础上发展了哨声波的线性理论。获得了小振幅哨声波的精确解析波解，该波表现出与线性区域的观测和模拟一致的磁场拓扑结构。与实验结果一致，我们发现平行波的群速度比垂直波的群速度大。碰撞相互作用的数值模拟表明，波磁场要么聚结或排斥依赖于相关电流的极性。在非线性区域，我们的模拟表明，波磁场的演变本质上是由非线性霍尔力。
2008-03-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Oblique Instability of Quasi-Parallel Whistler Waves in the Presence of Cold and Warm Electron Populations
本文将准平行哨声波斜向不稳定性分析推广到冷、暖电子群共存情形，揭示增长率双峰结构及不稳定性在冷电子群缺失时仍存在，并通过粒子模拟证明该不稳定性可产生观测到的电子分布平台/束流特征，反转了以往关于斜向合声波激发机制的因果解释。
2024-06-28 physics.plasm-ph physics.space-ph
Ponderomotive force driven mechanism for electrostatic wave excitation and energy absorption of Electromagnetic waves in overdense magnetized plasma
激光电磁脉冲在等离子体中激发静电波是一个重要的研究课题，它提供了一种将激光电磁场的能量传输到等离子体介质中的方法。本文提出了一种全新的有质动力压力驱动的有限激光脉冲在过密磁化等离子体中激发静电波的机制。采用EPOCH-4.17.10程序框架，利用粒子模拟方法研究了有限长激光脉冲与磁化过密等离子体介质的相互作用。外部磁场被选择为平行于激光传播方向对准。在这种几何结构中，电磁波在等离子体中的传播被识别为哨声或R波和L波。这些波的群速度不同，R和L脉冲的清晰空间分离是可见的。此外，还观察到与在等离子体内部传播的EM脉冲相关联的静电扰动的激发。这些静电扰动是重要的，因为它们将激光能量耦合到等离子体介质。静电振荡的激发在这里通过由两种等离子体物质感受到的（电磁脉冲的）有质动力之间的差异产生的电荷分离的全新机制来理解，即，磁化等离子体中的电子和离子。
2021-05-25 physics.plasm-ph
On quasi-parallel whistler waves in the solar wind
最近的模拟表明，哨声热通量不稳定性，这可能是产生大部分的准平行相干哨声波在太阳风，是不是有效的调节电子热传导。此外，最近的航天器测量表明，太阳风中的相干哨声波的一部分可能传播反平行于电子热通量，是由于超热电子的垂直温度各向异性。我们目前的分析性质的平行和反平行哨声波不稳定的电子热通量和温度各向异性的超热电子典型的原始太阳风。假设电子人口组成的逆流稠密的热核和纤细的超热晕人口，我们进行了线性稳定性分析，以证明反平行哨声波预计有较小的频率，波数和增长率相比，平行哨声波。的稳定性分析进行了广泛的参数范围内的核心和晕电子种群。使用准线性标度关系，我们表明，反平行哨声波饱和的幅度比平行哨声波小一个数量级，这是在原始的太阳风约$10^{-3}\;B_0$。分析表明，在原始的太阳风的反平行哨声波的存在更容易被掩盖的湍流磁场波动，因为较低的频率和较小的振幅相比，平行哨声波。所得结果对太阳风电子热通量调节的数值模拟也有参考价值。
2020-05-26 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Quantifying the diffusion of suprathermal electrons by whistler waves between 0.2 and 1 AU with Solar Orbiter and Parker Solar Probe
本研究利用太阳轨道器和帕克太阳探测器数据，统计分析了0.2至1天文单位间的哨声波，并通过准线性理论计算扩散系数，发现哨声波可解释Strahl电子投掷角演化，其中逆向传播波在0.2天文单位处扩散效率高出两个数量级。
2024-02-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Modeling interactions of narrowband large amplitude whistler-mode waves with electrons in the solar wind inside ~.3 AU and at 1 AU using a particle tracing code
在~ 0.3天文单位和~1天文单位范围内发现了大量频率为电子回旋频率十分之一的大振幅窄带哨声模式波，这为长期存在的关于太阳风电子散射和散射的问题提供了答案。波可以在很宽的能量范围内与电子发生快速的非线性相互作用。与平行传播的情况相反，电子和波之间的反向传播对于与倾斜传播的波的谐振是不需要的。使用一个完整的三维粒子追踪代码，我们已经研究了相互作用的电子与能量从0 eV到2 keV的哨声模式波的振幅为20 mV/m和传播角度从0到180度的背景磁场。与波包和单波的相互作用都是基于~.3 AU和1 AU的观测来建模的。模拟表明，这些波在电子的快速散射和散射中发挥了关键作用。结果提供了非线性效应的证据，表明准线性方法是不足以模拟哨声的作用，在太阳风电子的演变。对于某些初始能量和俯仰角范围，反向传播和斜向传播的波都发生强散射和散射。由于电子从太阳传播到较小磁场的区域，由于第一绝热不变量守恒，strahl电子的强散射抵消了俯仰角变窄。散射也产生了较热的各向同性晕。伴随的电子热通量的限制也与其他天体物理环境有关。
2021-04-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Fluid approach of current-driven Langmuir waves associated with type III radiation and whistler waves: Relevance to PSP and other solar wind observations
本文提出一种基于流体-麦克斯韦方程的电流驱动朗缪尔波转换模型，可在无不稳定性和波合并条件下同时产生III型射电辐射与哨声波，并用于解释帕克太阳探测器等太阳风观测结果。
2025-07-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Ultrafast Wave-Particle Energy Transfer in the Collapse of Standing Whistler Waves
从电磁波到离子的有效能量转移一直被要求控制实验室等离子体的各种应用，并可能有助于了解空间和天体物理等离子体的性质。然而，存在着一个严重的问题，即大部分波能被迅速转换为电子，而不是离子。本文通过数值模拟和理论模型研究了哨声波作用下过密等离子体中能量向离子的转换过程。在空间和实验室中，沿磁场传播的哨声波往往通过反向传播波的碰撞或反射形成驻波。我们发现，在哨声驻波中的离子获得大量的能量直接从波在一个短的时间尺度相当于波的振荡周期。热化离子温度的增加与波振幅的平方成比例，并变得比电子温度高得多，在很宽的范围内的波等离子体条件。这种有效的离子加热机制适用于空间物理学和聚变能科学中的各种等离子体现象。
2019-11-14 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Whistler Waves As a Signature of Converging Magnetic Holes in Space Plasmas
磁洞是等离子体结构，它将大量粒子困在比周围磁场弱的磁场中。美国宇航局磁层多尺度（MMS）任务前所未有的高时间分辨率观测使我们能够非常详细地研究地球磁鞘中磁孔中的粒子动力学。我们揭示了哨声波的本地产生机制相结合的朗道共振和回旋共振波粒子相互作用的电子在大尺度演化的磁洞。当磁洞收敛时，由于电子感应加速器和费米效应的共同作用，在磁洞中心附近形成一对逆流电子束。这些光束触发了轻微倾斜的哨声波的产生。我们的概念性预测得到了我们的观测结果与任意线性等离子体解算器（ALPS）的数值预测之间的显着一致性的支持。我们的研究表明，波粒相互作用是空间磁洞和天体物理等离子体演化的基础。
2022-07-01 astro-ph.EP physics.plasm-ph physics.space-ph
Electron MHD: dynamics and turbulence
本文在无惯性电子磁流体力学（EMHD）的框架内研究哨声模的动力学和湍流相互作用。我们认为在EMHD中没有能量原理：任何静止的闭合位形都是中性稳定的。我们考虑了哨声模式的湍流级联。我们证明了（i）谐波哨声是精确的非线性解;（ii）共线哨声不相互作用（iii）具有相同波矢量值$k_1=k_2$的波不相互作用;（iv）哨声模式具有允许三波衰减（包括到零频率模式）的色散;（v）三波相互作用有效地耦合具有高度不同的波数和传播角的模式。此外，哨声与单个零模的线性相互作用可以通过参数不稳定性导致空间发散结构。所有这些性质都与MHD有很大的不同，因此Alfven湍流的定性性质不能转移到EMHD湍流中。推导了电磁流体力学的哈密顿公式，并利用Bogolyubov变换将其化为正则形式，计算了哨声三波相互作用的矩阵元。我们数值求解的动力学方程，并表明，一般情况下，EMHD级联发展在一个广泛的角度范围内，而瞬态它可能会显示各向异性，近二维结构。级联的发展取决于强迫（非普遍的），往往无法达到稳定状态。分析估计预测的磁波动的准各向同性级联$\propto k^{-2}$的频谱。级联仍然很弱（未达到临界平衡）。级联是UV局部的，而红外局部性被弱地（光学地）违反。
2013-06-19 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Whistler instabilities from the interplay of electron anisotropies in space plasmas: A quasilinear approach
最近对观测数据的统计研究揭示了哨声波动与空间等离子体中存在的各向异性电子群之间的相关性，例如，太阳风和行星磁层。局部地，哨声可以被与各向异性电子相关联的两个自由能源激发，即，温度各向异性和携带热通量的光束群体。然而，这两种自由能的来源和由此产生的不稳定性通常是独立研究的，这妨碍了对它们之间相互作用的现实解释。本文给出了由两个反向漂移电子布居及其各向异性温度累积驱动的哨声不稳定性的参量准线性研究结果。通过与由束流布居或温度各向异性主导的个别制度相比，在瞬态制度中，不稳定性受到这两种自由能源的影响的高度制约。累积效应刺激不稳定性并增强所产生的波动，其与电子相互作用并刺激它们在速度空间中的扩散，导致与垂直方向上的核心加热和射束电子的热化相关的射束速度的更快和更深的弛豫。特别是，松弛的温度各向异性的准稳定状态下的阈值条件下预测的线性理论可以解释的意见，这些国家的积累附近的各向同性和均分的能量。
2019-12-17 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Quantified Energy Dissipation Rates: Electromagnetic Wave Observations in the Terrestrial Bow Shock
我们提出了第一个量化的措施，每单位体积的能量消耗率的高频电磁波在过渡区的地球的无碰撞弓形激波使用的数据从THEMIS航天器。每一个THEMIS激波交叉检查可用的波爆发数据显示，低频（< 10 Hz）的磁声哨声波和高频（> 10 Hz）的电磁波和静电波在整个过渡区和磁鞘。在这两个频率范围内的波有较大的振幅，但更高的频率波，这是本研究的重点，表现出较大的贡献，坡印亭通量和能量耗散率。较高频率的波被确定为离子声波，电子回旋漂移不稳定性驱动波，静电孤立波和哨声模式波的组合。这些波的振幅可以超过dB ~ 10 nT，dE ~ 300 mV/m，但更典型的值为dB ~ 0.1-1.0 nT，dE ~ 10-50 mV/m;能量通量超过2000 × 10^（-6）W m^（-2）;（4）能量耗散率> 3 × 10^（-6）W·m^（-3）。耗散率被发现是在超过四个数量级以上，是必要的，以解释增加熵跨越冲击。因此，波有时仅需要< 0.01%的效率来平衡产生冲击的非线性波陡化。因此，这些结果第一次表明，高频电磁波和静电波具有调节无碰撞冲击的全球结构的能力。
2013-05-10 physics.plasm-ph physics.space-ph
Two-dimensional simulations of nonlinear beam-plasma interaction in isotropic and magnetized plasmas
采用二维粒子模拟方法研究了低密度电子束与均匀等离子体的非线性相互作用。我们专注于形成相干相空间结构的情况下，当一个宽的二维波谱被驱动不稳定，我们还研究了这些结构的非线性演化是如何受到外部磁场。在各向同性等离子体的情况下，由于双流和倾斜不稳定性的综合影响的非线性建立的压缩模式被发现存在和二次不稳定性的增长机制破坏BGK-型非线性波被确定。在弱磁场中，束-等离子体相互作用非线性阶段，束激发等离子体波的能量主要流向平行于磁场传播的短波长上混杂波，而在强磁场中，谱能量则转移到斜向传播的静电哨声上。
2012-02-27 physics.plasm-ph
Electrostatic Waves and Electron Holes in Simulations of Low-Mach Quasi-Perpendicular Shocks
本文利用二维PIC模拟研究低马赫数准垂直激波，揭示电子束驱动EAWs并演化为ESWs的机制，且其尺度和振幅依赖激波速度。
2024-08-03 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
How Electron Two-Stream Instability Drives Cyclic Langmuir Collapse and Continuous Coherent Emission
连续的等离子体相干发射是由强电子双流不稳定性的非线性演化驱动的重复朗缪尔崩塌维持的。朗缪尔波在线性阶段受孤立波调制，在非线性阶段受静电哨声波调制。调制不稳定性导致朗缪尔坍缩和电子加热，填充在空穴。高压通过激发短波长离子声模式释放，该模式由电子阻尼并重新激发小尺度朗缪尔波-该过程关闭了保持连续相干发射的反馈回路。
2017-02-02 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
The mechanism that drives electrostatic solitary waves to propagate in the Earth's magnetosphere and solar wind
在地球磁层和太阳风中，特别是靠近磁重联区域的孤波的起源仍然是一个悬而未决的问题。为此，我们使用流体模型，以获得孤立波的形成背后的机制，在空间等离子体与各种成分。我们的研究结果表明，在地球磁尾的磁重联分界线处，反向喷射的电子束导致脉冲幅度的加宽。而电子束正速度的增加使孤子振幅略有增加。此外，我们观察到孤子的轮廓是非常敏感的等离子体参数，如密度和温度。重点介绍了用电流模型计算的地球磁层电场和太阳风的实测电场。
2022-03-13 physics.plasm-ph
Energy principle for 2D electromagnetic, relativistic, interpenetrating, counter streaming plasma flows
相对论性电子束在等离子体中传播时，在系统中感应出一个返回电流。这种逆流的正向和返回电流的系统容易受到许多不稳定性的影响，其中韦伯仍然是使系统不稳定的主要模式。韦伯不稳定性已被广泛研究，在模拟，实验，以及，分析使用流体和动力学处理。一个纯粹的增长模式，如韦伯不稳定性也可以理解，通过使用守恒定理和能量原理分析。已经使用能量原理分析研究了光束等离子体系统中的静电不稳定性（与Weibel不稳定性类似的双流不稳定性）[Lashmore-Davies 2007]。本文对束流等离子体系统中二维韦伯不稳定性的守恒定理进行了详细的解析描述。
2017-07-10 physics.plasm-ph
Characterization of NBI-driven shear Alfvén waves in the TJ-II stellarator using Mirnov probes and electrostatic potential fluctuation measurements
首次实验测量TJ-II仿星器中剪切阿尔芬波的环向模数，通过改变磁位形和旋转变换剖面研究NBI驱动模式，结合Mirnov探针阵列、重离子束探针表征模式结构，建立数据库助力理论验证。
2025-09-23 physics.plasm-ph
Analytical Properties of Linear Electrostatic Waves in Two-Component Quantum and Classical Plasmas
我们研究了线性静电波的性质，在非磁化量子和经典等离子体组成的一个或两个人口的电子与解析易处理的分布函数中存在一个固定的中和离子背景。从动力学量子等离子体的纵向磁化率，我们评估的影响，由于背景分布函数的复杂性增加。首先，我们分析了单组分等离子体中的色散和朗道阻尼，并考虑了具有各种解析性质的分布函数：Dirac δ函数，具有两个复一阶极点的Cauchy分布，具有两个二阶极点的平方Cauchy分布，以及具有四个一阶极点的逆四次分布;我们还简要讨论了非亚纯的完全退化和任意退化的Fermi-Dirac分布。为了研究静电不稳定性，然后我们转向等离子体与两个群体的电子流相对于彼此在两种情况下：一个对称的情况下，两个逆流相同的人口和一个凸点的情况下，一个主要的人口和一个三角函数束。我们得到相应的线性动力学色散关系和评估的不稳定性时，电子分布函数的δ函数，柯西，平方柯西，或逆四次类型的属性。与其他研究一致，我们发现，一般来说，量子效应减少波长范围的不稳定模式在长波长。我们还发现了第二个窗口的不稳定性在较短的波长，并阐明其性质是由于量子反冲。我们注意到实验室和天体物理量子等离子体研究的可能影响。
2018-07-04 physics.plasm-ph
Electrostatic and electromagnetic instabilities associated with electrostatic shocks: two-dimensional particle-in-cell simulation
本文采用二维电磁粒子模拟方法研究了相对高速（~3000 km/s^-1）等离子体流中的静电无碰撞激波，以及激波周围可能产生的静电和电磁不稳定性对激波动力学的影响。结果表明，静电离子-离子不稳定性可以发展在前面的冲击，在那里的等离子体是在逆流条件下，具有高度倾斜的波矢，如前所述。由静电离子-离子不稳定性产生的静电势斜向激波表面传播，变得与激波势相当，最终激波结构被破坏。结果还表明，在激波前，束-韦伯不稳定性也逐渐增强，从而表明束-韦伯不稳定性产生的磁场在激波的长期演化中起重要作用，并且在静电激波消失后很长时间内，韦伯介导的激波才形成。还观察到，二次静电冲击形成在初级静电冲击前面的反射离子中。
2010-03-05 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Electrostatic and magnetic instabilities in the transition layer of a collisionless weakly relativistic pair shock
天体物理喷流的高能电磁辐射，如大质量恒星坍缩时发射的并触发伽马射线暴（GRB）的喷流，部分归因于相对论性内部冲击。激波是由逆流粒子束的不稳定性在无碰撞等离子体中介导的。只有当光束以相对论性的相对速度运动时，才能产生最快的位移不稳定性。在这里，我们用粒子单元（PIC）模拟两个冷对云在c/2（c：光速）速度下的碰撞。我们证明了双流不稳定性超过了这个速度的平行不稳定性，从而负责激波的形成。上游等离子体的准静电波的不完全热化允许其他不稳定性的增长。激波过渡层的形成，其中一个平行不稳定性调制的等离子体远上游的冲击。上游流入的等离子体逐渐加热的双流不稳定性更接近的冲击和压缩到预期的下游密度的韦伯不稳定性。由于后者产生的强磁场被限制在10个电子趋肤深度宽的层内。
2017-09-09 astro-ph.HE physics.plasm-ph
