Dust impact voltage signatures on Parker Solar Probe: influence of spacecraft floating potential
当一个快速的尘埃粒子撞击航天器时，它会产生一团等离子体，其中一些会逃逸到太空中，瞬间的电荷不平衡会干扰航天器相对于等离子体的电压。电子领先于离子，但两者都对航天器的直流电场作出反应。如果航天器的电位相对于等离子体是正的，它应该吸引尘埃云电子并排斥离子，反之亦然。在这里，我们使用的脉冲电压信号的测量，从灰尘的影响帕克太阳探测器（PSP）航天器显示，峰值电压幅度明显相关的航天器浮动电位，与理论模型和实验室测量一致。此外，我们还研究了与电压波形相关的一些时间尺度，并与航天器充电物理的时间尺度进行了比较。
2020-06-01 astro-ph.EP physics.space-ph
Effects of the space plasma density oscillation on the inter-spacecraft laser ranging for TianQin gravitational wave observatory
天琴空间引力波（GW）观测站将包含3个以地球为中心的圆形轨道航天器，轨道半径为10^5公里，以探测毫赫兹频段的GW。每对航天器将建立一个1.7*10^5公里长的激光干涉仪，浸没在太阳风和磁层等离子体中，以测量GW引起的相位偏差。GW检测需要高精度的激光相位测量。长距离和等离子体密度周期性振荡的累积效应会引起附加的相位噪声。利用真实轨道模拟器和空间天气建模框架（SWMF）模型，对等离子体诱导的星间激光信号相位偏差进行了建模。初步结果表明，等离子体密度振荡可以在毫赫兹频段引起接近2*10^-6 rad/Hz^1/2或0.3pm/Hz^1/2的相位偏差，并且在干涉测量的位移噪声的误差预算范围内。当轨道面平行于日地线或磁暴时，沿三条臂的相位振幅谱密度变得更加分离。最后，相位偏差对轨道半径的依赖关系进行了研究。
2021-02-23 astro-ph.IM gr-qc physics.space-ph
[Plasma 2020 Decadal] Disentangling the Spatiotemporal Structure of Turbulence Using Multi-Spacecraft Data
这份提交给2020年等离子体科学十年评估的白皮书关注多航天器任务对解决等离子体湍流基本问题的重要性。等离子体湍流在宇宙中无处不在，它负责在日华和风、吸积盘、行星形成和实验室聚变装置等不同系统中传输质量、动量和能量。湍流是一种固有的多尺度和多过程现象，通过级联能量将系统的最大尺度耦合到亚电子尺度，同时产生重新连接的电流层，冲击以及无数的不稳定性和波。太阳风是人类研究宇宙中自然产生的湍流等离子体的最佳资源。自1958年发射我们的第一个主要科学航天器任务“探索者1号”以来，我们在表征太阳风湍流方面取得了重大进展。然而，由于单点测量的严重限制，我们无法充分表征太阳风的空间和时间特性，留下许多关于等离子体湍流的基本问题没有答案。因此，要在确定太阳风湍流的动力学性质方面取得更多重大进展，就需要同时进行跨越各种尺度的多航天器飞行任务，现在时机已到。同时覆盖太阳风大范围尺度的专用多航天器任务不仅使我们能够直接确定等离子体湍流的空间和时间结构，而且还将减轻当前多航天器任务面临的限制，例如观测太阳风湍流的非理想轨道。一些根本上的重要问题，只能解决在现场多点测量进行了讨论。
2019-03-13 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A charging model for the Rosetta spacecraft
上下文航天器的静电势VS对等离子体原位测量能力至关重要。罗塞塔在彗星任务的大部分时间里都被发现带负电，在密度更大的等离子体中更是如此。目的。我们的目标是研究负VS如何与电子密度和温度相关，并了解所观察到的相关性的物理。方法.我们应用VS，电子温度和电子密度的全任务比较统计，建立VS依赖于冷，暖等离子体密度和电子温度。我们还使用了航天器等离子体相互作用系统（SPIS）模拟和分析真空模型，以调查如果覆盖太阳能电池阵列表面的一小部分正偏置元素可以解释所观察到的相关性。结果在这里，VS被发现更多地依赖于电子密度，特别是关于电子的冷的部分，和电子温度比预期的热（彗星）电离层电子的高通量。这种行为是由一个分析模型，这是一致的数值模拟再现。结论. Rosetta主要由太阳能电池板正面边缘的正偏置元件负驱动，因为这些元件可以有效地收集冷等离子体电子。分布在面板的前侧上的其他地方的偏置元件在收集除局部产生的电子（光电子）之外的电子方面效率较低。为了避免大量充电，未来的航天器可能会尽量减少暴露的偏置导体的面积，或者使用正接地电源系统。
2020-08-21 physics.space-ph
Electron density distribution and solar plasma correction of radio signals using MGS, MEX and VEX spacecraft navigation data and its application to planetary ephemerides
火星全球探测者号（MGS）、火星快车号（MEX）和金星快车号（VEX）经历了几次超级太阳合相。当地球和航天器之间的视线经过日华区域附近时，这些会合会导致无线电信号的严重退化。这项工作的主要目标是从太阳会合时获得的航天器导航数据推导出一个日华模型，并估计其平均电子密度。然后使用校正或改进的数据来拟合行星运动的动力学模型，称为行星星历。利用轨道确定软件GINS对MGS卫星的射电科学原始数据进行了分析。距离偏置，从GINS获得的和欧空局提供的MEX和VEX，然后用于导出电子密度分布。这些轮廓是在不同的太阳距离间隔下获得的：MGS从12 Rs到215 Rs，MEX从6 Rs到152 Rs，VEX从12 Rs到154 Rs。这些数据是为每个航天器单独采集的，分别为进入和离开阶段采集的，以及两个阶段一起采集的，包括不同类型的太阳风（快、慢）和太阳活动阶段（最小、最大）。我们比较了我们的结果与以前的估计是基于现场测量，太阳III型无线电和无线电科学研究在不同阶段的太阳活动，并在不同的太阳风状态。我们的结果是一致的，通过这些不同的方法获得的估计。此外，拟合的行星星历，包括补充数据，纠正了日华扰动，显着提高外推能力的行星星历和小行星质量的估计。
2013-01-07 physics.space-ph
On the estimation of the current density in space plasmas: multi versus single-point techniques
由于多航天器任务，最近可以通过使用以准完美四面体配置飞行的四颗卫星的磁场时间序列来直接估计空间等离子体中的电流密度。开发的技术，通常被称为'curlometer'允许一个很好的估计时，磁场时间序列在空间中线性变化的电流密度。这种近似法一般适用于小型航天器的分离。最近的空间飞行任务Cluster和磁层多尺度（MMS）提供了高分辨率测量，航天器之间的间隔分别高达100公里和10公里。前者对应于“典型”太阳风条件下的质子回旋半径/离子趋肤深度，后者对应于亚质子尺度。然而，一些作品强调低估了电流密度通过curlometer技术相对于直接从速度分布函数计算的电流，测量亚质子尺度分辨率与MMS。在本文中，我们探讨的限制curlometer技术研究合成数据集相关的一组四个人造地球卫星允许飞行在一个静态的湍流场，跨越范围很广的相对分离。本研究试图解决的相对重要性，测量等离子体时刻在非常高的分辨率从一个单一的航天器相对于多航天器的任务，在电流密度的评估。
2017-03-23 astro-ph.EP physics.space-ph
Magnetic Field Reconstruction for a Realistic Multi-Point, Multi-Scale Spacecraft Observatory
未来的空间等离子体实地调查将可能涉及由多个航天器组成的空间分布观测台，而不限于目前运行的四个和五个航天器构型。推断整个天文台的磁场结构，而不仅仅是在观测点，是使用这些独特的多点，多尺度数据集表征基本等离子体过程的必要步骤。我们提出了改进的经典的一阶重建方法，以及二阶方法，利用磁强计测量从一个现实的九航天器天文台。改进的一阶方法，平均超过选择合奏的四个航天器，重建的磁场与简单的电流片和湍流的数值模拟准确地在更大的体积相比，二阶方法或一阶方法，使用一个单一的正四面体。在具有少于九个测量点的数据集上使用这种平均方法，与已知磁矢量场相比，精确重建的体积随着测量点的数量近似线性地提高。
2023-03-22 physics.space-ph
Particle-In-Cell Simulations of the Cassini Spacecraft's Interaction with Saturn's Ionosphere during the Grand Finale
在卡西尼号的大结局中观察到的一个令人惊讶和意想不到的现象是航天器在土星电离层中充电到正电位。在这里，电离层等离子体耗尽了自由电子，带负电荷的离子和尘埃积累了高达负电荷密度的95%以上。为了进一步了解宇宙飞船等离子体相互作用，我们执行一个三维的粒子在细胞研究模型卡西尼号飞船沉浸在等离子体代表土星的电离层。模拟揭示了复杂的相互作用功能，如电子翼和高度结构化的尾流包含航天器规模的涡流。结果表明，大的负离子浓度与大的负离子与正离子质量比相结合，能够将航天器驱动到观察到的正电位。尽管高的电子损耗，电子特性被发现作为一个重要的控制因素，航天器的潜力连同磁场的方向，诱导一个电势梯度直接通过卡西尼号的不对称机构。这项研究揭示了卡西尼号在大结局期间经历的全球航天器相互作用，以及这是如何受到意外的负离子和尘埃种群的影响。
2021-03-10 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.plasm-ph
Improving the Solar Wind Density Model Used in Processing of Spacecraft Ranging Observations
太阳等离子体作为射电信号延迟的一个原因，在太阳和行星科学中起着重要的作用。早期通过航天器测距测量研究太阳附近电子分布的实验是这样设计的，即无线电信号是在太阳附近通过的。目前，航天器跟踪观测的处理服务于一个不同的目标：精确（在米级）确定行星的轨道，最重要的是火星。太阳等离子体给这些观测增加了随时间变化的延迟，在这种情况下，这是不必要的，必须在将数据放入行星解之前减去。目前的行星星历计算延迟都是假设太阳等离子体的对称定常幂律模型。目前的工作，根据一个定制的变体的月球行星星历，提出了准确性和正确性的问题，这一假设，并审查替代模型的基础上提供的OMNI的现场数据和ENLIL的太阳风的数值模型。
2022-07-01 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
VLF transmitters as tools for monitoring the plasmasphere
RBSP/Van Allen Probes卫星记录了连续突发模式甚低频测量，并进行了分析，以探测来自俄罗斯Alpha（RSDN-20）地基导航系统的脉冲。基于这些脉冲的波形特征和航天器的位置，信号在等离子体中主要以管道模式传播。传播路径的知识使我们能够进行单色波传播反演，以获得等离子体层电子密度。我们将获得的密度与航天器上的独立原位测量结果进行了比较。结果显示出良好的一致性，验证了我们的反演过程。这有助于验证现场对齐的密度分布模型，通常用于反演在地面上检测到的哨声。此外，我们的方法可以提供电子密度的制度，没有替代测量的航天器上。这提高了使用这种方法作为测量和监测等离子体层电子密度的额外工具的可能性。
2018-11-01 astro-ph.EP physics.space-ph
Laboratory Study of Antenna Signals Generated by Dust Impacts on Spacecraft
针对航天器尘埃撞击天线信号机制理解不完整的问题，提出解析形式的信号产生模型，通过Cassini缩小模型实验验证，揭示撞击等离子体关键参数及环境放电对信号幅度的降低作用。
2023-04-02 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
Sub-ion scale Compressive Turbulence in the Solar wind: MMS spacecraft potential observations
利用磁层多尺度飞行任务（MMS）上的快速等离子体研究（FPI）仪器以及自旋平面双探针（SDP）仪器的校准航天器电势数据，在亚离子尺度上研究了太阳风中的压缩等离子体湍流。来自FPI的数据允许在仪器噪声在$f_{sc}\approx 3$ Hz的航天器帧频率变得显著之前对低至亚离子尺度区域（$f_{sc}\gtrsim 1$ Hz）的测量进行研究，而校准的航天器电势允许测量高达$f_{sc}\approx 40$ Hz。在这项工作中，我们给出了一个详细的描述，在太阳风的密度估计使用的航天器电位测量从SDP仪器MMS。几个间隔的太阳风等离子体已被处理，使用所描述的方法是可用的。的间隔之一进行了更详细的研究，并测量从惯性范围的子离子范围的压缩波动的功率谱密度。密度谱的形态可以用大尺度的阿尔文波和慢波的级联以及亚离子尺度的动力学阿尔文波来解释，或者更一般地用霍尔效应来解释。利用电场测量对这两种假设进行了讨论。
2020-09-01 physics.plasm-ph physics.space-ph
Statistically determined dispersion relations of magnetic field fluctuations in the terrestrial foreshock
本文得到了星团航天器两次穿越地球前震时磁场起伏的色散关系。这些交叉点覆盖了等离子体条件，这些等离子体条件在其等离子体$β$中显著不同，但在所遇到的离子群体的性质中没有显著不同，两者都显示出壳状分布函数。色散关系重建使用两点瞬时波数估计从对集群航天器。受现有航天器间距的限制，波矢量的可达范围可达$\approx \!2 \times 10^4$ km。结果表明，色散关系的多个分支，与不同功率的磁场波动。结果表明，在高等离子体$β$间隔中，向阳传播的快磁声波和束共振模占主导地位，而磁主导间隔的色散则包括向阳和单位向阳传播的Alfvén模和快磁声波模.
2016-01-29 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
Interplanetary Medium as Fuel for Plasma Thrusters
我们研究使用行星际物质作为可能的燃料，航天器等离子体推进器行星际飞行。太阳辐射被认为是电离和加速被捕获的空间环境中的粒子的能量来源，这些粒子被用作下落重物。捕捉空间环境的方法取决于空间环境的密度、航天器的速度和太阳辐射的功率，确定了这一方案的技术可行性。在某些条件下，脉冲和连续操作的等离子体加速器是可能的，如在估计中所示。
2020-07-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
Modeling the Solar Wind at the Ulysses, Voyager, and New Horizons Spacecraft
外日球层是一个动态区域，主要由太阳风和星际介质之间的相互作用形成。虽然旅行者号宇宙飞船的行星际磁场和等离子体观测大大提高了我们对这一广阔区域的了解，但对外层日光层进行建模仍然是一个挑战。我们模拟的三维，随时间变化的太阳风流从1到80天文单位（AU），其中的太阳风被假定为超音速，使用一个双流体模型，其中质子和星际中性氢原子被视为单独的流体。我们使用1天的平均值的太阳风参数从OMNI数据集作为内边界条件，以再现时间依赖性的影响，在一个简化的方式，涉及在空间和时间的插值。我们的模型一般同意在日光层的内层和旅行者号数据在日光层的外层的ECONOMY数据。最后，我们提出了沿新视野号航天器的轨迹提取的模型太阳风参数。我们将我们的结果与2015年7月14日最接近冥王星的11至33 AU之间的原位等离子体数据进行了比较。
2016-08-27 physics.space-ph
Laboratory Space Physics: Investigating the Physics of Space Plasmas in the Laboratory
实验室实验为探索空间等离子体的基本物理学提供了宝贵的补充，而不受航天器测量所固有的限制。具体而言，实验克服了航天器测量仅在空间中的一个（或几个）点进行的限制，能够更好地控制等离子体条件和施加的扰动，可以重现，并且比发射航天器便宜几个数量级。在这里，我强调关键的开放性问题的物理空间等离子体，并确定这些问题的方面，可以在实验室实验中解决。过去在实验室空间物理学方面取得的一些成功提供了具体的例子，说明互补实验如何有助于我们理解在日华、太阳风、行星磁层和日光层外边界中起作用的物理过程。我目前的实验室空间物理学的地平线上的发展，确定速度空间作为一个关键的新的前沿，突出新的和增强的实验设施，并展示预期的发展，以产生改进的诊断和创新的分析方法。将概述未来实验室空间物理学研究的战略，并明确说明与感兴趣的具体基本等离子体现象的联系。
2018-02-09 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.plasm-ph
North-south asymmetries in cold plasma density in the magnetotail lobes: Cluster observations
在本文中，我们提出了冷（0-70 eV）等离子体密度的观测磁尾叶。观测和结果是基于16年来对航天器电势测量转换为局部等离子体密度的集群观测。所有四个星团航天器的测量都被使用，调查表明叶密度持续不对称，北部叶的冷等离子体密度一直较高。外部影响，例如地球倾角的每日和季节变化，可以通过两个半球的不对称电离造成暂时的南北不对称。同样，外部驱动因素，如行星际磁场的方向，可以建立额外的空间不对称性流出和叶填充。本文报道的持续不对称性也受到这些外部因素的影响，但主要是由北半球和南半球电离层中的磁场配置差异引起的。
2017-01-19 physics.space-ph
Making waves: Mirror Mode structures around Mars observed by the MAVEN spacecraft
我们提出了一个深入的分析的时间间隔时，准线性镜模式结构检测到的磁场和等离子体测量所观察到的美国宇航局/火星大气和挥发性EvolutioN（MAVEN）航天器。我们采用离子和电子光谱仪串联支持的磁场测量和确认的签名确实是镜像模式。楔入磁堆积边界，低频信号平均持续$\sim$ 10 s，相应的大小为15-30个上游太阳风质子热回旋半径，或10-20个质子回旋半径的准垂直弓形激波的直接尾流。它们的峰到峰幅度相对于背景场为30-35 nT的量级，并且表现为谷和峰的混合，这表明它们可能处于演化的不同阶段。位于一个边缘稳定的等离子体与$β_{||}\sim$ 1，我们假设，这些所谓的磁瓶，包含相对较高的能量和密度相对于背景等离子体的离子群体，形成的航天器上游的准垂直冲击后面。这些特征让人想起在其他未磁化的物体（如金星和彗星）上发现的磁瓶，也被解释为镜像模式。我们的案例研究构成了第一个明确无误的识别和表征的镜像模式在火星的磁场，电子和离子测量的联合观点。到目前为止，缺乏高时间分辨率的等离子体测量阻止了这样的深入研究。
2022-02-28 physics.plasm-ph physics.space-ph
The polytropic behavior of Solar Wind protons as observed by Ulysses spacecraft during Solar minimum
本研究利用Ulysses航天器数据，分析太阳极小期太阳风质子的多方过程，发现平均多方指数约1.4，表明亚绝热行为，且该指数不依赖太阳风速度，并随日心距离和纬度略有变化。
2022-12-29 physics.plasm-ph physics.space-ph
A global study of hot flow anomalies using Cluster multi-spacecraft measurements
热流异常（HFA）的研究使用的观测磁强计和等离子体仪器搭载的四个集群航天器。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，当航天器的分离距离大的集群测量的基础上的切向不连续的几个具体特征。先前发现的病症（Facsko等人，2008），即太阳风速度和快磁声马赫数值高于平均值。此外，该约束与Schwartz等人（2000）的HFA形成条件无关。在距离地球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证实了这种新情况的存在。还研究了HFA形成时观测到的温度、粒子密度和压力参数，并与太阳风等离子体的平均值进行了比较。通过使用两种不同的方法来估计受HFA影响的区域的大小。结果表明，不连续面的大小主要受磁剪切和不连续面法线与日地方向夹角的影响。尺寸随着剪切力和（直到某个点）角度的增加而增加。之后，它开始下降。最近的混合动力模拟的结果进行了比较。
2018-07-19 physics.space-ph
Data-Driven Uncertainty Quantification of the Wave-Telescope Technique: General Equations and Application to HelioSwarm
本文利用贝叶斯推断扩展了 wave-telescope 技术在四至九航天器配置下的不确定性量化分析，推导出近似波矢重建误差的方程，并展示了其在九航天器配置数据中提高精度和扩展可表征波矢量级的应用。
2023-03-22 physics.data-an physics.plasm-ph physics.space-ph
Multi-Spacecraft Measurement of Turbulence within a Magnetic Reconnection Jet
利用Cluster航天器在地球磁尾高速重联喷流内进行的多点原位测量，研究了磁重联与等离子体湍流之间的关系。我们明确表明，电磁场对粒子，$\mathbf{J}\cdot\mathbf{E}$，具有非高斯分布，并集中在高电流密度的区域所做的工作。因此，磁能以间歇的方式转换成动能。此外，我们还发现重联产生的磁场涨落的高阶统计在磁流体尺度上具有多重分形标度，在动力学尺度上具有非高斯全局标度不变性。这些观察结果表明，重联射流中的$\mathbf{J}\cdot\mathbf{E}$与类流体湍流理论类似，因为它通过间歇级联产生的相干结构进行。这支持了湍流耗散是高度不均匀的假设，因此这些结果可能对空间和天体物理等离子体产生深远的影响。
2015-08-17 physics.plasm-ph physics.space-ph
M5 -- Mars Magnetospheric Multipoint Measurement Mission: A multi-spacecraft plasma physics mission to Mars
针对火星感应磁层，提出五航天器M5任务，通过多点测量研究磁尾动力学与能量输运，以助力理解大气逃逸。
2025-10-08 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.geo-ph
A reconstruction method of electron density distribution in the equatorial region of magnetosphere
本文提出了一种由哨声波的波磁与电场振幅之比估算电子密度的方法。在地磁赤道附近，哨声波法线主要接近背景磁场的方向。该方法采用平行传播近似下哨声波的色散关系。由星团航天器上的STAFF-SA仪器记录的信号用于电子密度重建。Cluster航天器在所有当地时间和10年（2001-2010年）内在广泛的纬度范围内穿越等离子体层，涵盖了地磁赤道附近等离子体层嘶嘶声和低波段合唱发射的频率范围。所提出的技术可用于补充从最近的探测器（如THEMIS或范艾伦探测器）获得的等离子体密度统计数据，以及重新分析从覆盖磁层赤道区域的航天器上的波磁场和电场的一个或两个分量的连续测量中得出的统计数据。
2017-05-31 physics.space-ph
A Multispacecraft Analysis and Modeling of Type III Radio Burst Exciter Deceleration in Inhomogeneous Heliospheric Plasma
本研究利用四航天器同步观测推导孤立III型太阳射电爆发激发体的速度与加速度并校正位置偏差，建立气体动力学模型解释电子束减速规律，同时指出不同航天器观测差异或源于射电波散射的额外时延。
2025-10-01 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Identification of a Single Plasma Parcel during a Parker Solar Probe-Solar Orbiter radial alignment
提出一种方法，在 PSP 和 SolO 径向对齐后识别同一太阳风等离子体团块，发现该密度结构在约 137 小时传播后仍保持稳定，且慢速太阳风经历了显著加速。
2024-03-14 astro-ph.SR physics.space-ph
Multi-Spacecraft Observations of the Evolution of Interplanetary Coronal Mass Ejections Between 0.3 and 2.2 AU: Conjunctions with the Juno Spacecraft
我们提出了一个目录的35行星际日冕物质抛射（ICME）观测的朱诺号航天器和至少一个其他航天器在其巡航阶段木星。我们确定的事件观察到的信使，金星快车，风，和立体声与磁功能，可以明确匹配与朱诺号观测到的。多航天器之间的ICME属性0.3和2.2 AU的研究进行：我们首先调查的全球扩张，通过跟踪磁场强度的变化，随着日心距离的增加个别ICME事件，发现显着的变化磁场关系的个别事件相比，统计趋势。在1 AU的血浆数据可用的情况下，可以将1 AU的局部扩增与1 AU和Juno之间的总体扩增率进行比较。尽管遵循预期趋势，但当地和全球扩张率的相关性很弱。最后，对于这些事件与明确的磁通量绳，我们调查的方向的磁通绳轴，因为它们传播，我们发现，64%的事件显示出减少的倾斜度与日心距离的增加，和40%的事件进行了显着的方向变化，因为它们向朱诺号传播。在这项研究中产生的多航天器目录提供了一个有价值的联系ICME观测在日光层内，超过1 AU，从而提高了我们的ICME演变的理解。
2022-05-19 physics.space-ph
Identification of active magnetic reconnection using magnetic flux transport in plasma turbulence
在过去的二十年里，磁重联被认为在等离子体湍流的动力学和能量学中起着重要的作用。提出了一种基于磁通量输运（MFT）的湍流等离子体重联识别方法。将该方法应用于二维等离子体湍流的回旋动力学模拟。三个活跃的重联X点的识别结果的报告。前两个X点已经发展出双向电子流出射流。除了电子重联的范畴之外，第三个X点没有双向电子流出射流，因为流动被湍流修改。在所有的情况下，这种方法成功地确定了积极的重联通过明确的向内和向外的通量传输周围的X点。这种输运模式定义了重联，并在MFT的发散中产生了新的四极结构。这种方法有望应用于MMS、帕克太阳探测器和太阳轨道器等航天器任务。
2021-12-30 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A new approach to detect the boundaries of interplanetary events
本文提出了一种新的方法来扫描数据，然后推断行星际日冕物质抛射的边界，特别是\emph{Ulysses}观测到的行星际事件。利用航天器测量的温度比的局部极小值，扫描和计算行星际事件的潜在边界。低等离子体β值，然后调用检测至少四个边界，两个为行星际日冕物质抛射（ICME）的开始和结束。中间边界可以被识别，如其他等离子体和磁场特征所示，这些特征标志着复杂事件的子结构。使用本文中描述的算法，我们编制了一个列表的ICME事件登记的\emph{Ulysses}航天器在2000-2002年期间，与他们的边界。经过统计分析，四个关系的等离子体β与速度，然后推断出计算的ICME，在我们的编译列表中的四个检测到的边界。为了验证该方法，我们详细分析了四个事件。该方法为\emph{Ulysses}探测器半自动探测行星际事件边界提供了前提。我们在这里还介绍了一种方法，用于可视化的磁场组件，允许检测等离子体绝缘和边界检测其他卫星太。
2016-05-16 astro-ph.SR physics.space-ph
Cassini's floating potential in Titan's ionosphere: 3-D Particle-In-Cell Simulations
针对土卫六电离层中卡西尼号浮动电位测量结果差异大的问题，研究通过三维粒子模拟发现航天器均充负电，模拟朗缪尔探针电流与观测高度吻合，为相关相互作用建模提供可行方法。
2023-10-04 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.plasm-ph
The electron distribution function downstream of the solar-wind termination shock: Where are the hot electrons?
在大多数关于等离子体冲击波的文献中，电子扮演着“幽灵粒子”的角色，因为它们对质量和动量流的贡献可以忽略不计，并且它们被视为只负责等离子体的电中性。然而，在最近的一些论文中，电子在激波动力学和热力学中，特别是在太阳风终止激波中，扮演了一个新的重要角色。它们以一种非常特殊的方式作用于冲击电场，导致下游电子的超热非平衡分布，这可以用kappa分布函数来表示。在本文中，我们讨论了为什么预期的热电子人口没有看到的旅行者飞船下游的太阳风终止冲击的等离子体探测器。我们表明，热的非平衡电子诱导一个强大的负电荷的任何航天器巡航通过这个下游等离子体环境。这种电荷将航天器探测器上的电子通量降低到无法探测的强度。此外，我们表明，德拜长度$λ_{\mathrm D}^κ$增长到约$λ_{\mathrm D}^κ/λ_{\mathrm D}\simeq 10^{6}$的值相比，在这个热电子环境中的经典值$λ_{\mathrm D}$。这种不寻常的条件允许某种类型的静电等离子体波的传播，在非常大的波长下，允许我们通过这些波的相速度直接确定超热电子的有效温度。在中等波长下，电声色散关系导致非传播振荡，离子等离子体频率$ω_{\mathrm p}$，而不是传统的电子等离子体频率。
2015-06-19 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Direct Four-Spacecraft Measurement of Reconnection Exhaust Thickness in the Solar Wind
Sikkim University（锡金大学）；Netaji Subhas University of Technology（内塔吉·苏巴斯技术大学）
本研究利用磁层多尺度任务的四航天器测量，直接测定太阳风重联喷流厚度为29-31离子惯性长度，验证了单航天器厚度估计的精度并揭示了喷流的非平行几何结构。
2026-09-04 astro-ph.SR physics.space-ph
Using Synthetic Spacecraft Data to Interpret Compressible Fluctuations in Solar Wind Turbulence
动力学等离子体理论被用于产生合成的航天器数据，以分析和解释太阳风湍流惯性范围内的可压缩波动。三个常见的线性MHD波模式-快，阿尔芬，慢波-的动力学对应物被识别和这些动力学波模式的密度平行磁场关联的属性。合成航天器数据的建设，基于准线性的前提-磁化等离子体湍流的一些特性可以有效地建模为随机相位，线性波模式的集合-详细描述。密度平行磁场相关性的理论预测的基础上MHD和Vlasov-Maxwell线性本征函数，并进行了比较，这种相关性的观测测定的基础上10年的风航天器数据。结果表明，MHD理论是不足以描述可压缩湍流的波动和所观察到的密度平行的磁场相关性是一致的，统计上可以忽略不计的动能快波能量的贡献在这项研究中使用的大样本。提出了一个太阳风惯性范围波动模型，它由不可压缩Alfvenic波动的临界平衡分布和可压缩慢波波动的临界平衡分布或比临界平衡分布更各向异性的混合物组成。这些结果意味着，有很少或根本没有大尺度的湍流能量通过惯性范围下到哨声波在小尺度。
2012-06-28 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Solar wind data analysis aided by synthetic modeling: a better understanding of plasma-frame variations from temporal data
针对太阳风单航天器原位时序数据难以转换到等离子体空间参考系的问题，提出基于可调各向异性二维噪声图的合成建模工具包，经帕克太阳探测器E7数据验证，可助力更可靠地确定等离子体参考系物理量。
2024-05-21 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
A comparison of methods for finding magnetic nulls in simulations and in situ observations of space plasmas
磁零点在空间等离子体中普遍存在，并且作为局部能量耗散或磁重联的场所而引起人们的兴趣。因此，已经提出了一些方法来探测地球磁层模拟数据和航天器现场数据中的零点。同样的方法也可以应用于检测流场中的驻点。在本文中，我们描述了一个系统的比较不同的方法来寻找磁零。Poincare指数方法，一阶泰勒展开（FOTE）方法，三线性方法被认为是。我们定义了一个磁场，它包含14个磁零点，其位置和类型是已知的任意精度。此外，我们应用选定的技术，以找到和分类这些空值。考虑两种情况：一种是在矩形网格上离散化磁场，另一种是在域内沿着合成的“航天器轨迹”离散化磁场。目前，FOTE和三线性分别是在航天器数据和笛卡尔网格上的数值模拟中发现零点的最可靠的方法。Poincare指数方法适用于四面体和六面体网格上的模拟。所提出的磁场配置可用于对新的和现有的用于寻找磁零点和流动停滞点的工具进行分级和基准测试。
2020-12-23 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Modeling the Plasma Composition of 67P/C-G at different Heliocentric Distances
本研究利用 Rosetta 数据和升华速率作为多流体化学-流体动力学模型输入，估计了 67P/C-G 彗星在不同日心距下的彗离子层成分，发现模拟离子密度与原位测量吻合在1-3倍内，并分析了 H3O+ 等离子的空间分布主导性。
2024-08-05 astro-ph.EP physics.space-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
Inferring solar-wind plasma structures from sparse probe trajectories using recurrent reduced-order learning
Department of Computing, Imperial College London（帝国理工学院计算系）
提出递归降阶学习框架，利用少量虚拟探测器的稀疏时间信号重建太阳风二维子午面和赤道面的径向速度和等离子体密度分布，并恢复未直接探测的动态耦合场。
2026-06-29 physics.plasm-ph physics.space-ph
On the applicability of single-spacecraft interferometry methods using electric field probes
在分析等离子体波时，要确定的关键参数是相速度。例如，它使我们能够计算波长，波势，并确定共振粒子的能量。波的相速度，由配备电场探头的单个航天器观测，可以使用干涉测量技术来确定。虽然已经开发了几种方法来做到这一点，但它们没有详细记录。在这项研究中，我们使用一个分析模型，分析和比较三种干涉测量方法应用于探测几何的磁层多尺度航天器。一种方法依赖于测量的探针电位，而其他两个使用不同的电场测量：一个通过重建两个探针和航天器之间的电场，其他通过构建航天器自旋平面中的四个成对平行的电场分量。我们发现，潜在的方法是敏感的如何平面波，和航天器的潜在变化，由于波。电场法受航天器电势的影响较小，虽然重建的电场法在某些情况下是适用的，但第二种电场法几乎总是优选的。我们的结论是基于潜在的干涉测量方法是有用的航天器的潜在影响可以忽略不计，不同的探头的信号是非常好的相关性。使用两对平行E场的方法实际上总是优于重构E场方法，并且在自旋平面中产生正确的速度，但是它需要传播方向的知识来提供全速度。
2022-02-18 physics.space-ph
Radial and angular evolution of magnetic cloud signatures in the turbulent solar wind: virtual spacecraft analysis
Università degli Studi di Firenze（佛罗伦萨大学）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）
通过高分辨率MHD模拟和虚拟航天器探测，研究膨胀、湍流和内部动力学对磁云特征的影响，发现膨胀控制MC角度范围，湍流决定磁绳在1AU处的非对称性，且MO特征仅当轴向磁场未被磁张力良好约束时出现。
2026-06-05 astro-ph.SR physics.space-ph
Precision Electron Measurements in the Solar Wind at 1 au from NASA's Wind Spacecraft
本研究利用NASA Wind航天器数据，通过校准与非线性拟合算法，系统分析1 au处太阳风电子速度分布的三个组分，构建了规模最大的高精度电子测量数据集，为电子微观物理研究提供支撑。
2021-07-16 astro-ph.SR physics.space-ph
The spacecraft wake: Interference with electric field observations and a possibility to detect cold ions
在等离子体中，由超音速漂移的正离子引起的尾流是常见的，并且干扰原位测量。我们回顾了尾迹对星团卫星上的电场和波双探头仪器观测的影响。在太阳风中，与离子漂移能量相比，等效航天器充电很小，尾流效应由航天器主体引起，可以补偿。我们目前的统计数据的方向，宽度和静电势的唤醒，我们与分析模型进行比较。在低密度磁层叶中，与离子漂移能量相比，等效正航天器充电较大，并形成增强的尾流。在这种情况下，用双探头技术观测地球物理电场变得极具挑战性。相反，尾流可以用来估计冷（eV）正离子的通量。对于中间参数范围，当航天器的等效充电与离子的漂移能量相似时，还必须考虑双探头仪器的带电导线繁荣。我们讨论了一个例子，这些影响从MMS航天器附近的磁层顶。我们发现，许多观察到的尾流特性提供了可用于科学研究的信息。一个重要的例子是增强的尾流，用于估计磁层叶中电离层起源的流出量约为${10}^{26}$冷（eV）离子/秒，构成了行星地球质量流出量的很大一部分。
2021-12-10 physics.space-ph
Configuration of a Magnetic Cloud from Solar Orbiter and Wind Spacecraft In-situ Measurements
日冕物质抛射（CME）代表了太阳主要喷发的一种类型。它们的行星际对应物，行星际CME（ICME），是这些结构传播到日光层并遇到一个或多个观测航天器时的直接表现。ICME通常表现出一套独特的签名，从现场航天器测量。ICME的一个特殊子集，即所谓的磁云（MC），定义更为独特，并且已经基于现场磁场和等离子体测量进行了数十年的研究。利用最新的多航天器测量和分析工具，我们报告了一个MC事件的内部磁场配置的太阳轨道器（SO）和风航天器观测到的太阳风附近的太阳-地球线的详细研究。两个二维（2D）和三维（3D）模型被应用到揭示磁绳配置的MC。各种几何以及物理参数的推导和发现是相似的误差估计的两种方法。这些结果定量地描述了两个航天器沿不同路径穿越的相干MC磁绳结构。本文还讨论了这一MC事件径向演化的意义。
2021-07-04 astro-ph.SR physics.space-ph
Theoretical calculation of the antenna impedance and shot noise at low-frequencies: application to Parker Solar Probe
LIRA, Observatoire de Paris, PSL Université, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（拉伊尔实验室，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，巴黎西岱大学）；Centre for Mathematical Plasma Astrophysics, Department of Mathematics, KU Leuven（鲁汶大学数学系等离子体天体物理中心）
本文提出了一种理论方法，用于计算低频条件下帕克太阳探测器天线的电阻，以准确测量等离子体性质和接收机增益。
2026-02-14 physics.space-ph
Plasma Seismology: Fully Exploiting the Information Contained in Velocity Space of Kinetic Plasmas using the Morrison G Transform
本文提出等离子体地震学技术，利用Morrison G变换从单点速度分布函数测量反演扩展区域电场，并演示于朗缪尔波，展望应用于阿尔芬波和航天器观测。
2024-11-08 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Wind--Pellet Shear Sailing
提出了一种航天器与高速小球和星际介质相互作用的推进概念。小球比航天器慢，当它们被超越时会向后加速，从而给航天器带来向前的加速度。由于与固定介质（星际介质，ISM）的相互作用，这种机动是可能的;当航天器穿过介质时，它能够从相对风中提取能量。这一概念依赖于弹丸流和固定介质之间的相对速度（剪切），以便将弹丸的能量集中到航天器中，因此被称为风-弹丸剪切航行。导出了控制弹丸与航天器的质量比及其对最终航天器速度的依赖关系的方程;确定了功率提取和传输过程的效率的关键作用。天然能源被认为是一种将弹丸加速到1000至6000 km/s速度的手段。通过与ISM的电磁相互作用的板载发电技术进行了审查，与一个重复冲程的等离子体磁体被确定为一个有前途的方法。航天器在被超越时探测和跟踪弹丸的必要性决定了弹丸的期望特性。航天器上的粒子推进器（加速器）也在其工程考虑中进行了初步探索，带电纳米粒子的电场加速器，洛伦兹力加速电离粒子，或通过喷嘴蒸发粒子的膨胀被强调为潜在的方法。初步的任务轮廓被定义为在30年内将500公斤的科学有效载荷送入半人马座阿尔法星的轨道，使用风丸剪切航行作为中间阶段，使航天器从2%到5.5%的c。
2022-05-27 physics.space-ph
Apparent temperature anisotropies due to wave activity in the solar wind
快速的太阳风是一种无碰撞的等离子体，其中渗透着许多不同尺度的等离子体波。等离子体波表示电磁场的周期性变化与等离子体粒子的相关相干运动之间的自然相互作用。本文导出了等离子体在单个相干大振幅波中的模型速度分布函数。该模型允许研究波动对颗粒分布的动力学效应。它们是由现场航天器测量的，在一定的采样时间内，对来自不同方向和具有不同能量的粒子进行计数。我们将我们的结果与太阳神航天器的测量结果进行比较，从而发现，通过假设高波活动，我们能够解释我们模型框架内测量分布的关键观测特征。我们还解决了最近的讨论非共振波-粒子相互作用和表观加热。所应用的时间平均程序导致一个明显的离子温度各向异性连接，但不相同的内在温度的基础分布函数。
2011-06-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Multi-scale magnetic field intermittence in the plasma sheet
本文论证了等离子体片中间歇性的磁场起伏具有瞬时性、局部性和多尺度性。我们提出了一种基于多重分形的算法，它量化的基础上的统计分布的“突发性强度”，估计在一个滑动窗口内的抗扰性。有趣的多尺度现象观察到的集群航天器包括大尺度运动的电流片和突发性的整体流相关的湍流，解释为跨尺度耦合（CSC）过程。
2004-10-22 physics.plasm-ph physics.space-ph
First dust measurements with the Solar Orbiter Radio and Plasma Wave instrument
尘埃粒子对航天器的撞击会在电天线端记录的电压波形中产生典型的脉冲信号。这种信号通常由太阳轨道器上的无线电和等离子体波（RPW）仪器的时域采样器（TDS）系统检测。我们调查的能力，RPW在行星际尘埃研究，并提出了第一次分析的尘埃影响记录该仪器。我们讨论了以前开发的模型产生的电压脉冲后，灰尘的影响到航天器上，并提出了相关的技术参数的太阳轨道器RPW作为灰尘探测器。然后，我们提出了RPW/TDS记录的灰尘影响从2020年4月20日至2021年2月27日在0.5 AU和1 AU之间的统计分析。研究表明，所研究的尘埃群体呈现出一个从太阳向外的径向速度分量，其数量级可以粗略估计为$v_{r, dust} \simeq 50$ km。$s^{-1}$。这与撞击物的流量以$β$流星体为主是一致的。对于半径为$r \gtrsim 100$ nm的粒子，我们估计这些粒子在1 AU处的累积通量大致为$F_β\simeq 8\times 10^{-5} $ m $^{-2}$ s $^{-1}$。冲击器累积质量通量的幂律指数$δ$通过两种不同的方法（电压脉冲的直接观测和冲击速度对冲击率依赖性的间接影响）来评估。两种方法都给出结果$δ\simeq 0.3-0.4$。太阳轨道器RPW被证明是一个合适的仪器行星际尘埃研究。这些初步结果对于继续执行任务，特别是对黄道面外尘埃云的现场研究很有希望，太阳轨道器将是第一…
2021-04-20 physics.space-ph
Single-spacecraft techniques for shock parameters estimation: A systematic approach
航天器飞行任务提供了利用现场测量研究无碰撞冲击特性的独特机会。在过去几年中，已经开发了几种诊断方法，以利用穿越激波阵面的单个航天器收集的磁场（和等离子体）数据的时间序列来处理关键的激波参数。这种诊断的一个关键方面是上下游量评估中涉及的平均过程。在这项工作中，我们讨论了这些技术中的几个，特别侧重于冲击的垂直度（定义为上游磁场和冲击法向矢量之间的角度）估计。我们引入了一个系统的变化的上游/下游平均窗口，产生的冲击参数，一个有用的工具，以解决其估计的鲁棒性合奏。这种方法首先测试与合成冲击，符合朗肯-Hugoniot跳跃条件的冲击，包括噪声和干扰的存在。然后，我们采用自洽的，混合动力冲击模拟应用诊断虚拟航天器穿越冲击波阵面在其演变的各个阶段，突出冲击引起的波动的参数估计的作用。这种方法具有很强的优势，保留了一些重要的属性，同时能够设置一个已知的，名义上的冲击参数。最后，两个最近的观测行星际激波的太阳轨道器航天器，并测试的方法也行星际激波测量的四个航天器的磁层多尺度（MMS）的任务。所有开发和用于诊断的Python软件（SerPyShock）都可供公众使用，包括最近由太阳轨道器航天器在现场观察到的冲击波参数估计的示例。
2022-10-19 physics.space-ph
Measuring Collisionless Damping in Heliospheric Plasmas using Field-Particle Correlations
提出了一种创新的场-粒子关联技术，该技术使用电磁场和粒子速度分布函数的单点测量来研究与弱碰撞等离子体（如太阳风）中湍流波动的无碰撞阻尼相关的能量从场到粒子的净转移。除了提供场和粒子之间能量转移的局部速率的直接估计之外，它还提供了关于能量转移在速度空间中的分布的重要新信息。这种速度-空间特征可用于确定太阳风中湍流波动衰减的主要无碰撞机制。这种新的场粒子相关技术的应用说明使用简化的情况下，朗缪尔波的朗道阻尼在静电1D-1V伏拉索夫-泊松等离子体，显示该程序既估计本地的能量转移率从静电场的电子，并表明这种相互作用的共振性质。修改的技术，使单点航天器测量的领域和粒子诊断的湍流波动的太阳风碰撞阻尼进行了讨论，产生一种方法，有可能改变我们的能力，最大限度地提高科学回报，从当前和即将到来的航天器任务，如磁层多尺度（MMS）和太阳探测器加任务。
2016-07-06 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Advective transport of interstellar plasma into the heliosphere across the reconnecting heliopause
我们讨论的结果磁流体动力学模型模拟的等离子体动力学在太阳层顶（HP）附近。该模型被证明适合旅行者1号航天器在从日光层到本地星际介质（LISM）的过渡期间观察到的磁场变化的细节。我们提出了一个解释磁场结构观察旅行者1号在精细尺度的物理过程。我们的模拟揭示了一个有效的传输机制，相对密集的LISM等离子体通过重新连接到日光层的HP。这一机制与高压附近日球等离子体中磁扇区的湮灭有关。
2014-01-29 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Correlation between bandwidth and frequency of plasmaspheric hiss uncovered with unsupervised machine learning
先前的等离子体层嘶嘶声的统计研究调查了磁层中不同点的磁场功率谱的平均形状。然而，这种方法没有考虑到在给定的L壳层和磁局部时间存在非常不同的光谱形状的事实。将数据平均在一起意味着丢失了光谱形状的重要特征。在本文中，我们使用无监督的机器学习技术来分类等离子体嘶嘶声。与以前的研究相比，这种技术使我们能够识别具有“相似”形状的功率谱，并研究它们的空间分布，而无需将差异很大的谱形状平均在一起。我们发现，强烈的负相关性之间存在的嘶嘶声频率和带宽，这表明所观察到的模式是一致的，在原位波的增长。
2022-07-21 physics.space-ph
