Magnetosheath ion field-aligned anisotropy and implications for ion leakage to the foreshock
本研究通过THEMIS数据统计约500次弓激波穿越，发现磁鞘离子强场向各向异性（由次级热粒子群引起）在强IMF和太阳风动压下增强，并通过增强磁鞘泄漏调制前兆激波离子密度和速度，表明建模需考虑下游条件。
2024-02-03 physics.space-ph
Whistler mode waves upstream of Saturn
哨声波产生于无碰撞激波内部，并能向上游传播。已知它们在电子热力学/加速中起作用，并且在某些条件下，作为激波斜坡之前的波列被显著地观察到。在本文中，我们利用卡西尼号的存在在~10 AU探索哨声模式波的重要性，在一个参数制度的特点是较高的马赫数（中位数为~14）冲击，以及一个显着不同的IMF结构，相比于近地。我们确定了一个小的子集的弓激波交叉与属性是一致的哨声模式波的电磁前兆。我们发现这些单色，低频，圆偏振波具有0.2 - 0.4赫兹的航天器帧的典型频率范围。这是由于土星附近较低的离子和电子回旋频率，其间可以产生哨声波。在航天器框架中，这些波也被观察到主要是右手的，与通常在地球附近观察到的相反。这是由于较弱的多普勒频移，由于太阳风速度和磁场矢量之间的大角度在10 AU。我们的研究结果在土星上游的哨声波发生率低，也支持了土星的主要超临界弓形激波。
2017-03-10 physics.space-ph
STEREO measurements of electron acceleration beyond fast Fermi at the bow shock
太阳风电子被加速，并被地球弓形激波反射到上游的一个称为电子前震的区域。先前观测到的低能电子谱与基于加速电子的磁矩（μ）绝热守恒的快速费米机制一致。在更高的能量，超热幂律尾巴观察到超出快速费米预测的水平。STEREO上的SWEA和STE电子探测器能够在整个前震束上以良好的能量分辨率和灵敏度测量前震电子。我们调查的电子加速机制，通过比较观察到的立体声电子光谱与预测的基础上，通过冲击遇到上游电子的刘维尔映射。前震电子束延伸到几十keV，能量为电子的拉莫尔半径是几十公里或更大。这些半径与激波的尺度大小相当，μ守恒不再适用。我们发现，所观察到的增强的前震光束超过快速费米能级开始在能量，这一假设打破。我们还证明，使用刘维映射技术，strahl起着重要的作用，在尾部不稳定性的凸块的形成。我们讨论这一点的背景下，最近的观测前震和太阳风磁洞。
2012-02-16 physics.space-ph
On the transmission of turbulent structures across the Earth's Bow Shock
无碰撞激波和等离子体湍流是广泛的天体物理系统的关键组成部分。冲击湍流相互作用，特别是传输的充分发展的湍流在准垂直地球的弓形激波，在这里解决使用航天器的观测和当地的数值模拟相结合。风（上游）和MMS（下游）航天器之间的对齐用于研究整个冲击的湍流结构的传输，揭示了其下游的磁螺旋度含量的增加。当地的动力学模拟，其中湍流结构的动力学是通过他们的传输跨垂直冲击，证实了这种情况下，揭示了所观察到的磁螺旋度增加与压缩的湍流结构在冲击波前。
2022-02-28 physics.space-ph
Observational evidence of magnetic reconnection in the terrestrial bow shock transition region
我们报告的证据磁重联在过渡区的地球弓形激波时，冲击正常和直接上游磁场之间的角度是65度。一个离子集肤深度尺度的电流片表现出霍尔电流和场图案，电子流出射流，并通过非理想电场增强的能量转换率，所有一致的重联扩散区接近X线。在扩散区，电子被电磁波调制。在同一激波过渡区，观察到一个离子排气与激励场对齐的离子和电子平行加热。通电离子在电流片上方的速度比在电流片下方的速度与流入离子分离得更多，这可能是由于两个流入区域之间的剪切流。观测结果表明，磁重联可能有助于冲击波能量耗散。
2018-12-21 physics.space-ph
Average observed properties of the Earth's quasi-perpendicular and quasi-parallel bow shock
我们提出了一个统计分析的132向阳面（LT 0700-1700）弓激波穿越的AMPTE/AMTE-STABILITY航天器。我们对等离子体和磁场参数以及弓形激波上游和下游几分钟的低频磁功率谱进行了叠加历元分析，根据弓形激波法线与行星际磁场之间的角度和等离子体β将事件分为几类，即，等离子体与磁压的比值下游的准垂直低β（β < 0.5）弓形激波，我们发现一个优势的左手极化分量的频率略低于离子回旋频率的振幅约为3 nT。这些波被确定为离子回旋波，由于质子温度各向异性，其在低β区域中生长。我们发现这种各向异性与左手偏振分量的强度的强相关性。在一些接近垂直的高β（β> 1.0）交叉点的下游，发现了镜像波。然而，也有这样的情况，即在接近垂直激波的下游满足镜像模式的条件，但没有观察到镜像波。
2000-09-13 physics.space-ph
Observing stellar bow shocks
对于恒星来说，弓形激波通常是它们的恒星风和星际介质之间的边界。船头激波是以船在水中移动时产生的波浪命名的，当两股气流碰撞时，船头激波可以在空间中产生。太空实际上充满了由稀薄的气体和尘埃组成的星际介质。恒星发出一种叫做恒星风的气流。恒星风最终会撞击到星际介质中，形成一个界面，在那里，密度和压力等物理条件会发生巨大变化，可能会产生冲击波。在这里，我们讨论了一些文献恒星弓冲击，并显示其中的一些意见，加强了图像处理技术，特别是最近提出的AstroFracTool软件。
2010-05-10 astro-ph.GA physics.space-ph
Interaction of the Prominence Plasma within the Magnetic Cloud of an ICME with the Earth's Bow Shock
本文研究2023年4月24日ICME事件中携带日珥等离子体密度结构的磁云与地球弓激波的相互作用，发现重离子导致下游不规则压缩并形成上下游均超阿尔芬速度的不稳定弓激波过渡态，有助于理解极端空间天气影响。
2024-10-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Characterization of Saturn's bow shock: Magnetic field observations of quasi-perpendicular shocks
无碰撞冲击从地球到天体物理的范围有很大的不同，导致了根本不同的特征。这造成了两个复杂性。首先，分离这些参数对能量耗散等物理机制的影响。第二，在每个参数的大范围内关联冲击波的观测结果，足以跨越不同的制度。对后者的研究受到了限制，因为大多数关于外来状态（如超新星遗迹）的冲击的研究都是通过远程或模拟进行的，而很少通过现场观测进行。在这里，我们提出了从2004年至2014年由卡西尼号飞船观测到的MA弓形激波穿越的参数空间。我们发现，土星的弓形激波表现出类似于地球和天体物理制度（MA的顺序100），这主要是由上游磁场强度控制的特点。此外，我们确定了每个交叉点的θBn，以表明土星的（向阳面）弓形激波主要是准垂直的，这是由于帕克螺旋在10天文单位。我们的研究结果表明，在控制的物理机制在无碰撞冲击，特别是非时间平稳性和可变性的发病强烈依赖于MA。我们预计，我们的全面评估将产生更深入的了解高MA无碰撞冲击，并提供了更广泛的范围，了解结构和机制的无碰撞冲击。
2016-05-16 physics.space-ph
Occurrence of Non-Stationarity at Earth's Quasi-Perpendicular Bow Shock
本文通过521次地球准垂直弓形激波穿越的统计分析，发现离子相空间空穴在65%的情况下出现，且在阿尔芬马赫数大于7时出现率达70%，表明该激波主要以非平稳状态存在。
2025-07-18 physics.plasm-ph physics.space-ph
Determining the wavelength of Langmuir wave packets at the Earth's bow shock
朗缪尔波在等离子体中的传播对密度波动很敏感。这种波动可能导致在其反射点附近具有几乎相反波数的波对共存。利用WIND卫星的高频电场测量，我们首次确定了高能电子束在地球电子前震上游产生的强烈朗缪尔波包的波长。令人惊讶的是，发现波长比标准理论预期的值大2到3倍。这些值与太阳风等离子体中强不均匀性的存在相一致，而不是与弱光束不稳定性的影响相一致。
2011-07-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
Suprathermal electrons at Saturn's bow shock
对银河系宇宙射线起源的主要解释是年轻超新星遗迹（SNRs）周围冲击波的粒子加速，尽管加速过程的关键方面尚不清楚。航天器在太阳风中经常遇到的类似的无碰撞等离子体冲击通常比这些SNR冲击弱得多（马赫数低）。然而，卡西尼号宇宙飞船已经表明，土星太阳风中的激波（土星弓形激波）偶尔可以达到这种高马赫数的天体物理状态。在这种情况下，卡西尼号提供了第一个在准平行上游磁场条件下电子加速的原位证据。在这里，我们提出了超热电子在土星的弓形冲击的卡西尼号揭示了完整的图片。下游热电子分布在冲击波穿越期间由低能电子探测器（CAPS-ELS，<28 keV）获取的所有数据中被解析，但较高能量通道处于（或接近）背景。高能电子探测器（MIMI-LEMMS，>18 keV）在508个交叉点中的31个处测量到超热电子特征，其中通常只有最低能量通道（<100 keV）高于背景。我们表明，这些结果是一致的理论，其中“注射”的热电子到一个加速过程中涉及相互作用与哨声波在冲击波阵面，并成为可能的所有上游磁场方向在高马赫数像那些年轻的信噪比周围的强冲击。未来的专门研究将分析罕见的交叉与相对论电子（高达~1 MeV）的证据。
2016-06-06 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.space-ph
Bimodal Electron Fluxes of Nearly Relativistic Electrons during the Onset of Solar Particle Events: 1. Observations
我们报告的几个太阳高能粒子事件的强度和各向异性测量的能量范围~ 27 ~~ 500 keV的高能电子观测与风和ACE航天器在2000年6月。Wind上的观测显示了双峰俯仰角分布（PAD），而ACE显示了一个峰值的PAD，就像通常在太阳上观察到的电子脉冲注入一样。在观测期间，风位于地球弓形激波的上游，在黎明-中午扇区，距离地球约40至70地球半径，并且与准平行弓形激波有很好的磁性连接，而ACE位于天平动点L1，与弓形激波没有连接。电子强度-时间剖面和能谱表明，在Wind观测到的回流电子不是磁层起源的。观测结果表明，双模电子PAD是由于在反向阳方向距离小于150地球半径的障碍物处的反射或散射，与地球磁层的弓形激波或磁鞘相一致。
2012-10-01 physics.space-ph
Different types of ion populations upstream of the 8 October 2013 interplanetary shock
我们首次表明，不同类型的超热离子分布可能存在于一个单一的行星际激波上游。ACE和两颗ARTEMIS卫星在2013年10月8日观测到了一次冲击。ARTEMIS P1和P2航天器首次观测到来自冲击波的场对准离子（P1）和旋转离子（P2）。随后是中间离子，后来是扩散的人口。在P2位置，激波的阿尔夫文马赫数为M $_A$ =5.7，并且几乎是准垂直的（$θ_{Bn}$ =47 $^\circ$）。在P1航天器上，激波较弱（M $_A$ =4.9），且更垂直（$θ_{Bn}$ =61 $^\circ$）。因此，观察到的超热离子和超低频波的性质有些不同。在P2处，ULF波更强烈，并且从激波向上游延伸得更远。在激波静止系中，场取向和旋转离子的能量为$\sim$ 20 keV，远高于在较强（M $_A$ =6-7）的地球弓形激波情况下的能量，后者的能量小于10 keV
2017-11-03 astro-ph.SR physics.space-ph
Ion Dynamics Across a Low Mach Number Bow Shock
本文利用 Magnetospheric Multiscale 航天器研究低马赫数弓激波，发现质子发生镜面反射并产生准周期精细结构，而较重离子直接穿过激波，强调了高时间分辨率质量分辨离子探测器的重要性。
2023-11-19 physics.plasm-ph physics.space-ph
Large Scale Earth's Bow Shock with Northern IMF as simulated by PIC code in parallel with MHD model
本文提出了一个描述大尺度地球弓形激波的三维动力学模型（Particle-in-Cell PIC）。建议的版本是稳定的，不需要巨大或广泛的计算机资源。由于PIC模拟工作与缩放等离子体和场参数，我们还建议验证我们的代码进行比较，其结果与现有的MHD模拟相同的缩放太阳风（SW）和（IMF）条件下。我们报告了两种模型的新结果。在这两个代码中，发现地球的弓形激波位置沿日地线为~14.8 RE，在黄昏侧为~ 29 RE。这些发现与过去的实地观察结果一致。两种模拟都再现了激波处的理论跳跃条件。然而，PIC代码的密度和温度分布膨胀，并略有向日移动时，MHD的结果相比。动力学电子运动和反射离子上游可能会导致这种向日移动。前震区的物质分布被描绘在激波的过渡区（当ΘBn = 90 °和MMS =4.7时，测量值约为2 c/ωpi）和下游。在冲击时，在磁场中的脚跳的大小被测量为（1.7 c/ωpi）。在前视区，15 RE处的热速度为213 km·sec-1，12 RE处的热速度为63 km·sec-1（磁鞘区）。尽管当前版本的PIC代码的单元尺寸很大，但它能够在很短的时间内保留行星磁层的宏观结构，因此它可以用于教学测试目的。它也可能与MHD相互补充，以加深我们对大尺度磁层的理解
2016-04-01 physics.space-ph
Energy Repartition and Entropy Generation across the Earth's Bow Shock: MMS Observations
基于MMS观测数据，分析了地球弓激波处的等离子体能量再分配与熵增过程，发现离子熵在脚区和坡面显著增加，而电子加热几乎绝热。
2023-06-05 nlin.PS physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Saturn's ULF wave foreshock boundary: Cassini observations
尽管太阳风是高度超音速的，但在磁化行星弓形激波的上游区域已经检测到强烈的超低频（ULF）波活动。这一特征首先在地球的弓形激波之前被观察到，相应的区域被称为ULF波前震，它嵌入在地球的前震中。在过去的三十年里，人们对地球前震中ULF波的性质和空间分布进行了广泛的研究，并将其解释为由来自弓形激波的太阳风离子回流触发的等离子体不稳定性的结果。自2004年7月以来，卡西尼号航天器已经确定了土星等离子体环境的特征，包括其上游区域。自2004年6月至2005年8月卡西尼号土星轨道插入（SOI）以来，我们对矢量氦磁强计（VHM）的观测进行了详细的调查和分析。本研究的目的是描述在土星的超低频波前震中观察到的波的特性，并使用单航天器技术确定其边界。这些波的振幅通常与平均磁场强度相当，而它们在航天器坐标系中的频率产生两种明显不同的波：一种频率低于当地质子回旋频率（ΩH+），另一种频率高于ΩH+。这里描述的所有波交叉，清楚地表明这些波与土星的前震有关。特别地，波的存在与θBn向准平行几何的变化有关。我们的结果表明，土星的超低频波前震存在一个明确的边界，与θBn = 45°的表面兼容。
2012-08-04 astro-ph.EP physics.space-ph
The Dynamics of a High Mach Number Quasi-Perpendicular Shock: MMS Observations
在极少数情况下，地球弓形激波的激波参数可以接近超新星遗迹中预测的马赫数。我们提出了我们的分析高阿尔文马赫数（$M_A= 27$）冲击利用多点测量从磁层多尺度（MMS）航天器在穿越地球的准垂直弓形激波。我们发现，冲击动力学主要是由反射离子，它们产生的扰动，和非线性放大的扰动。我们的分析表明，反射离子创建适度的磁增强上游的冲击，演变成一个非线性的方式，因为它们穿过激波脚。它们可以转变为原激波，以小角度传播到磁场和弓形激波。非定常弓形激波显示出重组和表面波纹的特征。我们的观测表明，虽然激波重组发生，但主震层从未消失。这些观察结果是在高等离子体$β$，一个参数的制度，还没有很好地探讨了数值模型。
2020-11-24 physics.plasm-ph physics.space-ph
Statistical study of particle acceleration in the core of foreshock transients
几种类型的前震瞬变上游地球的弓形冲击拥有一个细长的，热的核心进行了观察和模拟。由于其核心的低动态压力，这些现象可以显着干扰弓激波和磁层-电离层系统。最近的观测还表明，前震瞬变可使粒子加速，当粒子向地球传输时，可影响空间天气。理解前震瞬变加速粒子的潜力可以帮助我们理解地球和其他行星和天体物理系统的冲击加速。为了进一步研究前震瞬变的加速潜力，我们对前震瞬变核心中的离子和电子迁移进行了统计研究。我们发现，电子能量通常会增加，显然是由于内部加速过程，而正如预期的那样，离子能量通常会降低，以支持瞬态形成和膨胀。然而，在某些事件中可以看到离子能量的增强，这表明内部离子加速过程也是如此。前震瞬变的形成条件与太阳风磁场强度弱、太阳风速度快有关。离子和电子密度与太阳风速度也呈正相关。
2017-06-15 physics.space-ph
The Role of Gyrating Ions in Reformation of a Quasi-parallel Supercritical Shock
Epex Scientific（Epex科学）；University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
研究发现回旋超热离子在前方激波中产生跨场电流不平衡，从而形成新的激波层并导致等离子体压缩和鞘层扩展。
2025-11-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Revisiting Mars' Induced Magnetic Field and Clock Angle Departures under Real-Time Upstream Solar Wind Conditions
Center for Space Physics and Department of Astronomy, Boston University（波士顿大学空间物理中心与天文学系）
本研究通过整合实时上游日冕层条件，重新审视火星诱导磁场特性，发现日冕层动态压力和IMF强度增强磁场，但对压缩比作用相反，且钟角偏离在磁鞘内较小，向诱导磁层内逐渐增大。
2025-12-21 astro-ph.EP 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
MMS Observations of the Velocity-Space Signature of Shock-Drift Acceleration
本研究利用MMS地球舷激波观测数据，通过场-粒子关联分析首次观测到垂直无碰撞激波处离子激波漂移加速的速度空间特征，实现反射离子与入射离子束增能率的定量分离，完善了激波能量转换的表征。
2023-06-15 physics.plasm-ph physics.space-ph
The ULF wave foreshock boundary: Cluster observations
在弓形激波的上游区域，回流离子与入射的太阳风的相互作用产生了许多等离子体不稳定性，由此可以产生超低频（ULF）波。由于其有限的增长率，超低频波在空间上局限于前震区域。以往的研究报道了观测证据的存在ULF波前震边界，其几何特征是非常敏感的行星际磁场（IMF）锥角。利用Cluster数据详细研究了ULF波前震边界的统计特性。本文提出了一种新的识别超低频前震边界的方法，该方法使用了一个精确的边界穿越判据。该标准基于群集跨越边界时IMF旋转的程度。所得到的超低频波前震边界进行了比较，与以前的文献报道的结果，以及与理论预测。此外，我们还研究了前震边界特性与弓激波处离子发射机制之间的可能联系。
2015-04-03 astro-ph.EP physics.space-ph
ULF wave transmission across collisionless shocks: 2.5D local hybrid simulations
我们研究了上游超低频（ULF）波与无碰撞冲击的相互作用，通过分析11个二维局部混合模拟运行的输出。我们模拟的激波的Alfvénic马赫数在4.29-7.42之间，它们的$θ_{BN}$角为15 $^\circ$、30 $^\circ$、45 $^\circ$和50 $^\circ$。ULF波前震在所有这些地震的上游发展。上游波的波长和振幅与激波的M $_A$和$θ_{BN}$有复杂的关系。波长与这两个参数正相关，对$θ_{BN}$的依赖性更强。ULF波的振幅与反射束速度和密度的乘积成比例，其也取决于M $_A$和$θ_{BN}$。超低频波与激波的相互作用引起大尺度（几十个上游离子惯性长度）激波波纹。激波波纹的性质与超低频波的性质，即波长和振幅有关。反过来，波纹对穿过激波的ULF波传输有很大的影响，因为它们改变了局部激波特性（$θ_{BN}$，强度），使得相同ULF波前的不同部分遇到具有不同特性的激波。下游波动在波前延伸、方向或其波长方面与上游波不同。然而，下游压缩波的傅立叶谱中的一些特征是保守的，这些特征在与上游ULF波的波长大致对应的波长处呈现凸起或平坦。在横向下游谱中，这些特征较弱。
2022-01-25 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Global impacts of a Foreshock Bubble: Magnetosheath, magnetopause and ground-based observations
使用多点观测，我们表明，第一次，前震泡沫（FB）对地球磁层的全球影响。我们发现，FB，一个瞬态动力学现象，由于回流超热离子的相互作用与不连续性，修改的总压力上游的弓激波内FB的核心和鞘区域内的减少。磁鞘等离子体被加速朝向FB的电流片与弓形激波的交叉点，导致快速的、向阳的流动以及磁层顶的向外运动。地面磁力计还显示了磁层顶运动的特征，同时跨越至少7小时的磁当地时间，对应于沿磁层顶横向于日地线的21.5 RE的距离。这些观察到的全球影响的FB是在协议与以前的模拟和形成鲜明对比，已知的本地化，规模较小的影响热流异常（HFAs）。
2014-09-01 physics.geo-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
The existence and nature of the interstellar bow shock
我们报告了一个新的诊断之间的两个不同状态的本地星际介质（LISM）在我们的太阳系附近使用的几个不同的和互补的观测约束的LISM，太阳风，和内日光层的敏感性研究。假设星际边界探测器（IBEX）He流参数为LISM，我们得到$\sim 2.7\pm0.2$ $μ$ G的强度和星际磁场指向远离银河系坐标$(28, 52)\pm 3^\circ$的方向，这是由旅行者1号和2号的现场等离子体测量和IBEX高能中性原子带拟合得到的。当对LISM He流使用双折射参数时，我们最近报道了相同的方向，但强度为$2.2\pm0.1$ $μ$ G。首先，我们注意到，与氦流，我们的解决方案是在预期的氢偏转平面（HDP）。相比之下，对于IBEX He流，溶液远离相应的HDP平面$\sim 20^{\circ}$。第二，行星际H I流速度的长期监测表明，在强Lyman- $α$天空背景发射线的多普勒频移的逆风处测量的值为$\sim 26$ km/s。因此，所有的诊断元素似乎都支持星际状态的氦流参数。在这一框架中，我们认为，可靠的歧视之间的超快，亚快，或超低速状态的星际流应基于大多数现有的原位和远程观测与全球建模的日光层。对于普遍接受的LISM电离率，我们表明，一个快速的星际弓激波应该是站在上游的太阳风顶。
2013-10-24 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Multi-spacecraft observations of shocklets at an interplanetary shock
行星际激波是日光层的基本组成部分，观测它们的可能性\emph{in-situ}对于解决各种天体物理系统能量转换的重要方面至关重要。被称为小激波的陡波是行星弓形激波的重要结构，但它们很少被观察到与IP激波有关。我们在这里介绍了2021年11月3日由几个航天器在L1和近地太阳风观测到的异常强烈的IP激波上游观测到的小激波的首次多航天器观测。在距离太阳0.8天文单位的径向排列的太阳轨道器也探测到了同样的冲击波，但从其数据中没有发现小冲击波，从而有可能研究小冲击波形成的环境。风号航天器已被用于消除小激波，通过在激波法线方向上减速入射等离子体来预处理上游激波。最后，利用风观测资料以及ACE和DSCOVR航天器在L1的观测资料，以及THEMIS B和THEMIS C在近地太阳风的观测资料，讨论了充满小激波的行星际空间部分，估计其范围的下限在激波法线方向约为110 $R_E$，在激波法线的横向约为25 $R_E$。使用多个航天器还表明，对于这种强IP冲击，在大范围的局部相似性估计（9-64度）下观察到小冲击波。
2022-09-27 physics.space-ph
Multi-Mission Observations of Relativistic Electrons and High-Speed Jets Linked to Shock Generated Transients
The Johns Hopkins Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）；Queen Mary University of London（伦敦大学玛丽女王学院）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Northumbria University（诺森比亚大学）；Harbin Institute of Technology (Shenzhen)（哈尔滨工业大学（深圳））；Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）
研究通过多任务数据揭示激波生成瞬态对电子加速的作用，发现电子在激波结构中被加速至相对论能量，并通过高速喷流增强压缩效应。
2024-11-19 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Relativistic electrons produced by foreshock disturbances
前震扰动--由超热离子（>100 eV至100 keV）[3，4]产生的大规模（~1000 km至> 30，000 km）、瞬态（每天~5-10次-持续~ 10秒至几分钟）结构[1，2] --出现在地球弓形激波的上游，弓形激波由太阳风与地球磁层碰撞形成。最近发现它们可以将离子加速到几keV的能量[5，6]。虽然土星高马赫数（M > 40）弓形激波中的电子可以被加速到相对论能量（接近1000 keV）[7]，但迄今为止人们认为，在弱得多的（M < 20）地球弓形激波中，电子的加速不可能超过几十keV [8]。在这里，我们报告的观测电子激发的前震扰动的能量至少为300千电子伏。虽然这种高能电子以前曾被报道过，但它们的存在被归因于逃逸的磁层粒子[9，10]或太阳事件[11]。这些相对论性电子与任何太阳活动都无关，也不是磁层起源的。此外，当前前震扰动中离子加速的理论不能解释加速到观测到的相对论能量的电子[12-17]。这些电子显然来自扰动，我们无法解释它们的起源。
2016-07-07 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Large-scale solar wind flow around Saturn's nonaxisymmetric magnetosphere
太阳风和磁层之间的相互作用是行星系统动力学的基础。在这里，我们解决的基本问题上的大规模磁鞘流围绕土星使用3D磁流体动力学（MHD）模拟。我们发现土星的磁极变平的磁层在两极的流动比在终结者的侧翼多20%。此外，我们分解负责加速磁鞘等离子体的MHD力，找到等离子体压力梯度作为主导的驱动程序。这是由于一个高β磁鞘，反过来，高MA弓激波。连同长期的磁鞘数据的卡西尼号航天器，我们提出的证据表明，如何非轴对称大幅改变条件进一步下游的磁层顶，理解太阳风磁层相互作用，如重联和剪切流驱动的不稳定性至关重要。我们期望我们的结果能够更准确地了解土星和外行星上游的全球状况。
2017-08-29 physics.space-ph
The Acceleration of Electrons at Collisionless Shocks Moving Through a Turbulent Magnetic Field
我们进行了一个数值模拟研究的电子在冲击，通过一个预先指定的，运动学定义的湍流磁场传播的加速。湍流由嵌入在等离子体中的宽带磁波动组成，并覆盖一定范围的波长，其中最小的波长大于最初注入系统的电子的回旋半径。我们发现，当上游磁场的湍流分量的方差是足够大的- $σ^2 \sim$ 10 $B_0^2$，其中$B_0$是背景磁场的强度-电子可以有效地加速在无碰撞冲击，而不管平均上游磁场相对于冲击法向方向的方向。由于入射磁场矢量和激波法向矢量之间的局部角度可以相当大，电子可以通过激波前沿的激波漂移加速来加速。在上游区域，电子被反射回冲击波阵面，导致多次冲击波相遇。最终，被加速的电子能量足够大，它们的回旋半径与我们描述的湍流磁场中包含的波的波长在同一数量级。我们的结果是一致的，最近的\textit{in situ}观测土星的弓形激波。这项研究可能有助于理解电子在太空和天体物理系统中受到冲击时的加速。
2015-01-30 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.plasm-ph
Study of hot flow anomalies using Cluster multi-spacecraft measurements
热流异常（HFA）最早于20世纪80年代初在地球弓形激波处被发现。在1990年代，对这些特征进行了非常深入的研究、观测和模拟，许多新的飞行任务再次将注意力集中在这一现象上。许多基本特征和HFA的形成机制，澄清了观测和使用混合模拟技术。我们描述了以前的观测，理论和模拟结果在HFAs的研究领域。本文介绍了HFA在地球、火星、金星和土星上的观测结果。我们分享不同的空间任务的观测结果，给读者一个概述。集群多航天器测量给了我们更多的观察HFA事件和更精细，更复杂的方法来更好地理解他们。在这项研究中，使用四个星团航天器上的星团磁力计和星团等离子体探测器的观测结果研究了HFAs。高能粒子测量（28.2-68.9千电子伏）也被用来检测和选择HFAs。我们研究了2003年2月至4月、2005年12月至2006年4月和2007年1月至4月期间星团测量的切向不连续性产生的HFA的几个具体特征。我们确定了形成HFAs的条件，即太阳风的风速高于平均风速。在地球上游140万公里的L1点同时进行的ACE磁场和太阳风等离子体观测也证实了这一情况。HFA事件的测量和计算的特征进行了比较与不同的以前的混合模拟的结果。2003年整个春季期间，太阳风风速均高于平均值。在这里，我们检查是否较高的太阳风速度是一个真正的条件HFA形成也在2006年和2007年。
2018-07-19 physics.space-ph
The magnetic structure of Saturn's magnetosheath
行星的磁鞘从弓形激波的下游延伸到磁层顶，在那里太阳风绕磁层偏转，太阳风嵌入的磁场线被覆盖。这使得该区域成为等离子体湍流、不稳定性、重连和等离子体耗尽层的重要场所。相对较高的阿尔文马赫数太阳风和极平的磁层使得土星的磁鞘在物理和几何上都不同于地球。极区变平将影响磁鞘磁场结构，进而影响太阳风与磁层的相互作用。在这里，我们调查的磁场的磁鞘的期望，极性扁平化表现在整体披覆图案。我们将2004年至2010年间卡西尼号数据的积累与全球磁流体动力学（MHD）模拟和代表轴对称边界之间覆盖场的分析模型进行了比较。测量的悬垂图案被很好地捕获，并在广泛的协议，为给定的上游条件下的MHD模拟（其中包括极性扁平）。与分析模型的偏差，没有极性扁平的基础上，表明非轴对称性始终是磁层的全球结构的一个关键特征。我们的研究结果显示了一个全面的概述的磁场的配置在非轴对称磁鞘所揭示的卡西尼号。我们预计我们的评估提供了一个洞察力，这几乎没有研究高阿尔夫文弓激波和动态磁层之间的接口。
2015-02-19 astro-ph.EP physics.space-ph
The Incompressible Magnetohydrodynamic Energy Cascade Rate Upstream of Mars: Effects of the Total Energy and the Cross-Helicity on Solar Wind Turbulence
本研究基于MAVEN五年数据，分析了火星上游太阳风湍流的不可压缩MHD能量串级率，发现波动处于磁主导状态且存在能量反向传输，并揭示了总能量与交叉螺旋度对串级率的影响。
2024-06-26 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Estimating Ion Escape from Unmagnetized Planets
我们提出了一种新的方法来估计离子逃逸的非磁化行星，结合观测和模型。假设上游太阳风条件是已知的，太阳风和行星之间的相互作用的计算机模型被执行不同的电离层离子产生率。这导致太阳风的质量负载量不同。然后，我们得到的离子逃逸率从模型运行，最适合的观测弓形激波的位置。作为该方法的一个例子，我们估计2015年3月1日从火星逃逸的重离子为每秒$2\cdot 10^{24}$离子，使用混合等离子体模型和MAVEN和火星快车的观测。这种方法可以研究逃逸如何取决于不同的参数，以及极端太阳风条件下的逃逸率，适用于早期太阳系和系外行星的逃逸研究。
2021-05-07 astro-ph.EP physics.space-ph
An Adaptive Approach for Modeling Collisionless Plasma Shocks and Ion Heating in the Shock Frame
Space Science Institute（空间科学研究所）；Department of Climate and Space Sciences and Engineering, University of Michigan（密歇根大学气候与空间科学与工程系）
本研究提出自适应参考系算法AFORA，结合混合代码HYPERS，高效模拟不同构型的无碰撞等离子体激波及离子加速，为预测太阳高能粒子种子群提供了数值方法支持。
2026-10-14 astro-ph.SR physics.space-ph
Titan interaction with the supersonic solar wind
卡西尼号飞船在土星系统内停留9年后，终于在超音速太阳风中观测到土卫六。这些独特的观测结果表明，土卫六与太阳风的相互作用在许多方面与非磁化行星火星和金星相似，尽管外太阳系的太阳等离子体性质不同。特别是，卡西尼号探测到一个无碰撞的超临界弓形激波和一个定义明确的感应磁层，磁层充满了质量负载的行星际磁场线，覆盖在泰坦电离层周围。虽然飞越高度可能不允许探测电离层顶，但卡西尼号报告了与其感应磁层侧翼的等离子体云或流光相兼容的等离子体密度增强，或由于感应磁层的扩张。由于上游的条件，这些观测结果也与外太阳系的非磁化天体有关，如冥王星，预计动力学过程将占主导地位。
2014-10-15 astro-ph.EP 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
The evolution of CME sheath turbulence from L1 to Earth: Wind and MMS observations of the 2023-04-23 CME
本研究利用Wind和MMS卫星观测数据，分析2023年4月23日CME鞘层湍流从L1到地球的演化，发现谱断点偏移、谱斜率变陡、间歇性增强及相关长度增长，揭示了湍流的显著演化特征。
2025-05-19 physics.space-ph
Solar wind entry into Mercury's magnetosphere: Simulation results for the second swingby of BepiColombo
该研究使用AIKEF三维混合模型模拟BepiColombo第二次水星飞掠，重建沿轨质子能谱并揭示太阳风质子进入磁层及其能量与区域特征。
2025-01-09 physics.comp-ph physics.plasm-ph physics.space-ph
Evolution of the Earth's Magnetosheath Turbulence: A statistical study based on MMS observations
地球磁鞘由冲击太阳风组成，是研究湍流从低Alfv{é}n马赫数（$M_\mathrm{A}$）向高$M_\mathrm{A}$转变的天然实验室。NASA的\textit{Magnetospheric Multiscale}任务提供了前所未有的高时间分辨率的磁场和等离子体时刻的同时观测，使我们能够在磁流体动力学（MHD）和亚离子尺度上研究磁鞘湍流。基于2015/09 - 2019/06年MMS-1的1841个爆发模式片段，获得了磁鞘磁共振空间演化的综合模式：（1）从太阳下区域到侧翼，$M_\mathrm{A}$从$<$ 1增加到$>$ 5。在MHD尺度下，磁场谱指数和速度谱指数与$M_\mathrm{A}$存在正、负相关关系。而在亚离子尺度下，谱指数与$M_\mathrm{A}$之间没有明显的相关性。(2)从弓形激波到磁层顶，紊流音速马赫数$M_{\mathrm{turb}}$一般从$>$ 0.4减小到$<$ 0.1。所有谱线在MHD尺度下变陡，在亚离子尺度下变平，与$M_\mathrm{turb}$存在正/负相关关系。磁场谱和速度谱在接近磁层顶时，破裂频率增加了0.1 Hz，而密度谱的破裂频率保持在0.3 Hz。(3)尽管有一些差异，类似的结果被发现的准平行和准垂直磁鞘。此外，磁鞘湍流的空间演化被发现是独立的上游太阳风条件，例如，行星际磁场的Z分量和太阳风的速度。
2020-02-22 physics.space-ph
Widespread plasma jets in the Martian magnetosheath revealed by dual-spacecraft observations
Boston University（波士顿大学）；Institute for Advanced Study, Princeton（普林斯顿高等研究院）；The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）
本研究利用MAVEN和天问一号双航天器观测，发现火星磁鞘中广泛存在等离子体射流，并揭示其形成与火星氢冕产生的拾取离子驱动质子回旋波有关，表明行星固有属性在太阳风-行星耦合中起重要作用。
2026-09-18 astro-ph.EP physics.space-ph
Electron acceleration to relativistic energies at a strong quasi-parallel shock wave
在超新星爆炸后恒星碎片迅速膨胀时形成的强（高马赫数）无碰撞冲击波中，电子可以被加速到超相对论能量。来自太阳的粒子流（太阳风）中也会形成无碰撞冲击波，广泛的航天器观测已经确定，只要上游磁场大致平行于冲击表面法线（准平行条件），这些冲击波中的电子加速实际上就不存在。然而，目前还不清楚这种电子加速的磁依赖性是否也适用于年轻超新星遗迹周围更强的冲击，那里的局部磁条件知之甚少。在这里，我们提出了卡西尼号航天器观测一个异常强大的太阳系冲击波（土星的弓形激波），显着的本地电子加速已被确认在准平行磁条件下的第一次，矛盾的建立磁依赖性的电子加速在太阳系冲击。此外，这种加速导致了相对论能量（~MeV）的电子，与太阳风中冲击加速产生的最高能量相当。这些观测结果表明，在高马赫数下，像年轻的超新星遗迹激波一样，准平行激波成为相当有效的电子加速器。
2013-01-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar wind charge exchange in cometary atmospheres III. Results from the Rosetta mission to comet 67P/Churyumov-Gerasimenko
太阳风电荷变化反应对彗星大气层的物理化学至关重要。欧空局/罗塞塔对67 P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星（67 P）的飞行任务为就地研究电荷变化过程提供了一个独特的机会。为了理解这些反应在太阳风等离子体演化中的作用，并解释罗塞塔号进行的复杂的现场测量，数值或分析模型是必要的。我们使用一个扩展的分析形式主义描述太阳风电荷变化过程中彗星沿太阳风流线。该模型由罗塞塔等离子体联盟离子成分分析仪（RPC-ICA）的太阳风离子测量值和罗塞塔离子和中性分析彗星压力传感器光谱仪（ROSINA-COPS）的中性密度观测值以及水煤气中氢和氦粒子的电荷变化截面驱动。介绍了对67 P彗星电荷变化效率的全任务概览。电子捕获截面占主导地位，有利于生产的He和H高能中性原子，预计与通量相媲美的H+和He 2+离子。中性出气率检索当地RPC-ICA通量测量，并匹配ROSINA的估计非常好。从模型中，我们发现，太阳风电荷交换是无法完全解释的幅度急剧下降的太阳风离子通量观测罗塞塔日心距离低于2.5 AU。这可能是因为该模型没有考虑相对离子动力学，并且在较小程度上忽略了在原子核上游形成弓形激波状结构。这项工作还表明，电离太阳EUV辐射和高能电子占主导地位的彗星离子的来源，虽然太阳风的贡献可能是显着的孤立事件。
2020-07-16 physics.space-ph
